Ako základná súčasť elektronických zariadení sa inovácia technológie PCB stala kľúčom k pokroku v priemysle. V posledných rokoch sa grafén postupne dostal do zorného poľa ľudí a ukázal veľký potenciál v oblasti dosiek plošných spojov, čím priniesol nové možnosti transformácie do elektronického priemyslu.
1, Úvod do grafénu
Grafén je dvoj{0}}dimenzionálny uhlíkový nanomateriál zložený z atómov uhlíka v hybridizovaných orbitáloch sp ², ktoré tvoria šesťhrannú voštinovú mriežku. Má mnoho vynikajúcich vlastností.
Z hľadiska mechanických vlastností má grafén úžasnú pevnosť, stokrát väčšiu ako oceľ, no má extrémne tenké a ľahké vlastnosti s hrúbkou len jednej atómovej vrstvy. Táto dokonalá kombinácia vysokej pevnosti a tenkých a ľahkých vlastností poskytuje možnosť výroby robustnejších a tenších elektronických zariadení.
Pokiaľ ide o elektrický výkon, grafén má mimoriadne-vysokú mobilitu elektrónov a elektróny sa v ňom pohybujú veľmi rýchlo, čo znamená, že prenos signálu môže byť rýchlejší, čím sa výrazne zvyšuje prevádzková rýchlosť elektronických zariadení. Zároveň má tiež výbornú vodivosť a extrémne nízky odpor, čo dokáže efektívne znížiť straty elektrickej energie pri prenose.
Pokiaľ ide o tepelné vlastnosti, grafén má extrémne vysokú tepelnú vodivosť približne 5000 W/m · K, oveľa vyššiu ako tradičné substráty PCB FR-4 (a meď). To mu dáva prirodzenú výhodu v odvode tepla, pretože dokáže rýchlo odviesť teplo vznikajúce pri prevádzke elektronických zariadení, čím efektívne rieši problém zhoršenia výkonu alebo dokonca poškodenia spôsobeného prehriatím elektronických zariadení.
2, Jedinečné výhody grafénových dosiek plošných spojov
Ultra vysoká rýchlosť prenosu signálu: Vďaka vynikajúcim elektrickým vlastnostiam grafénu môžu dosky plošných spojov založené na graféne dosahovať vyššie rýchlosti prenosu signálu. V dnešnej dobe vysokých požiadaviek na rýchlosť spracovania údajov, či už ide o vysoko-výkonné počítače, smartfóny alebo komunikačné zariadenia 5G, znamená vyššia rýchlosť prenosu signálu plynulejšiu prevádzku, vyššiu efektivitu práce a výkonnejšiu funkčnú implementáciu. Napríklad v základňových staniciach 5G môže použitie grafénových dosiek s obvodmi výrazne zlepšiť rýchlosť prenosu a príjmu údajov, znížiť latenciu siete a zabezpečiť efektívnu a stabilnú prevádzku sietí 5G.
Vynikajúci výkon odvádzania tepla: S neustálym zlepšovaním integrácie elektronických zariadení a prudkým nárastom hustoty výkonu sa odvod tepla stal kľúčovou prekážkou obmedzujúcou výkon a spoľahlivosť elektronických produktov. Ultra-vysoká tepelná vodivosť grafénu mu umožňuje rýchlo odvádzať teplo. Zavedením grafénových nanočastíc do matricových materiálov, ako je epoxidová živica, je možné vytvoriť efektívnu tepelnú vodivosť, ktorá výrazne zlepší schopnosť plošných plošných spojov odvádzať teplo. V oblastiach použitia, ako je vysokofrekvenčná a vysokorýchlostná komunikácia, automobilová elektronika a konverzia energie, môže vynikajúci výkon grafénových dosiek plošných spojov v oblasti odvodu tepla účinne zabrániť zníženiu výkonu, zlyhaniu a dokonca poškodeniu spôsobenému prehriatím, čím sa výrazne zlepší stabilita a životnosť zariadenia.
Ľahká a vysoká pevnosť: Ľahké vlastnosti grafénu umožňujú doskám s plošnými spojmi dosahovať tenšie a ľahšie konštrukcie pri zachovaní vysokého výkonu. Pre produkty, ako sú nositeľné zariadenia a smartfóny, ktoré vyžadujú vysokú prenosnosť, je táto výhoda obzvlášť dôležitá. Tenšie a tenšie dosky plošných spojov môžu nielen znížiť celkovú hmotnosť zariadenia, ale poskytnúť aj viac možností pre dizajn vzhľadu a rozloženie vnútorného priestoru produktu. Medzitým jej vlastnosti s vysokou-pevnosťou zaisťujú spoľahlivosť dosky plošných spojov pri každodennom používaní a rôznych zložitých prostrediach, vďaka čomu je menej náchylná na poškodenie.
Dobrá flexibilita: Grafén má určitý stupeň flexibility, čo otvára novú cestu pre vývoj flexibilných elektronických produktov. Flexibilné elektronické zariadenia, ako sú skladacie smartfóny, elektronické textílie a nositeľné zariadenia na monitorovanie zdravia, si v posledných rokoch získali veľkú pozornosť. Grafénové obvodové dosky sa môžu dobre prispôsobiť potrebám ohýbania a skladania týchto zariadení, poskytujúc jedinečné tvary a užívateľské skúsenosti a zároveň zabezpečujú normálnu prevádzku obvodu. Napríklad obrazovka skladacieho smartfónu potrebuje počas procesu skladania udržiavať stabilné obvodové spojenia a grafénové obvodové dosky so svojou flexibilitou túto úlohu ľahko zvládnu.
3, Oblasti použitia grafénových dosiek plošných spojov
V oblasti spotrebnej elektroniky sa očakáva, že aplikácia grafénových dosiek plošných spojov prinesie výrazné zlepšenie výkonu v produktoch spotrebnej elektroniky, ako sú smartfóny, tablety a notebooky. Vyššia prevádzková rýchlosť, lepší odvod tepla a tenší dizajn tela prinesú spotrebiteľom úplne nový používateľský zážitok. Ak vezmeme ako príklad smartfóny, po prijatí dosiek s grafénovými obvodmi môže procesor telefónu pracovať pri nižších teplotách, čím sa dosiahne vyššie uvoľnenie výkonu. Fenomén oneskorenia v hre sa výrazne zlepší a výdrž batérie telefónu sa môže zlepšiť aj znížením spotreby energie rozptylom tepla.
Rýchly rozvoj 5G komunikácie kladie v oblasti komunikácie mimoriadne vysoké požiadavky na výkon komunikačných zariadení. Aplikácia dosiek s grafénovými obvodmi v základňových staniciach 5G, komunikačných satelitoch a ďalších zariadeniach môže efektívne zlepšiť rýchlosť spracovania signálu a efektívnosť prenosu, znížiť oneskorenie signálu a spotrebu energie. Okrem toho môžu dosky s grafénovými obvodmi zohrávať dôležitú úlohu aj v budúcom výskume 6G komunikácie, čím sa položí základ na dosiahnutie rýchlejších a stabilnejších komunikačných spojení.
V oblasti automobilovej elektroniky: S rozvojom inteligentných a elektrických vozidiel sú automobilové elektronické systémy čoraz zložitejšie a zvyšujú sa aj požiadavky na výkon dosiek plošných spojov. Vďaka vynikajúcemu výkonu odvádzania tepla a vysokej spoľahlivosti grafénovej dosky plošných spojov je veľmi vhodná na použitie v kľúčových častiach automobilu, ako je riadiaci systém motora, systém automatického pohonu, systém správy batérie atď. V elektrických vozidlách vyžadujú systémy správy batérií presné monitorovanie a kontrolu stavu batérie. Grafénové dosky plošných spojov dokážu rýchlo spracovať veľké množstvo údajov, aby zaistili bezpečnú a stabilnú prevádzku batérie a predĺžili jej životnosť.
Letecká a kozmická oblasť: Letecké vybavenie má mimoriadne prísne požiadavky na hmotnosť, výkon a spoľahlivosť elektronických zariadení. Ľahká, vysoká{1}}pevnosť a vysoký{2}}výkon dosiek s plošnými spojmi z nich robí ideálnu voľbu pre letecký priemysel. Napríklad použitie grafénových dosiek plošných spojov v satelitoch môže znížiť hmotnosť satelitu, znížiť náklady na vypustenie a zlepšiť výkon a spoľahlivosť satelitných elektronických zariadení, čím sa zabezpečí dlhodobá-stabilná prevádzka satelitu v zložitých vesmírnych prostrediach.