Kot osrednja komponenta elektronskih naprav je tehnološka inovacija PCB postala ključna za spodbujanje napredka industrije. V zadnjih letih je grafen postopoma vstopil v vidno polje ljudi in pokazal velik potencial na področju tiskanih vezij, kar prinaša nove priložnosti za transformacijo v elektronski industriji.
1, Uvod v grafen
Grafen je dvo{0}}dimenzionalni ogljikov nanomaterial, sestavljen iz ogljikovih atomov v sp² hibridiziranih orbitalah, ki tvorijo šesterokotno mrežo satja. Ima številne odlične lastnosti.
Z vidika mehanskih lastnosti ima grafen osupljivo trdnost, več stokrat večjo od jekla, vendar ima izjemno tanke in lahke lastnosti, z debelino le ene atomske plasti. Ta popolna kombinacija visoke trdnosti ter tankih in lahkih karakteristik zagotavlja možnost izdelave bolj robustnih in tanjših elektronskih naprav.
Kar zadeva električno zmogljivost, ima grafen ultra-visoko mobilnost elektronov in elektroni se v njem gibljejo zelo hitro, kar pomeni, da je prenos signala lahko hitrejši, kar močno izboljša hitrost delovanja elektronskih naprav. Hkrati ima tudi odlično prevodnost in izjemno nizek upor, kar lahko učinkovito zmanjša izgubo električne energije med prenosom.
Kar zadeva toplotne lastnosti, ima grafen izjemno visoko toplotno prevodnost približno 5000 W/m·K, kar je veliko več kot tradicionalni PCB substrati FR-4 (in baker). To mu daje naravno prednost pri odvajanju toplote, saj lahko hitro odvaja toploto, ki nastane med delovanjem elektronskih naprav, s čimer učinkovito rešuje problem poslabšanja zmogljivosti ali celo poškodb zaradi pregrevanja elektronskih naprav.
2, Edinstvene prednosti grafenskih vezij
Ultra visoka hitrost prenosa signala: Zaradi odličnih električnih lastnosti grafena lahko vezja na osnovi grafena dosežejo hitrejše prenose signala. V današnji dobi velikega povpraševanja po hitrosti obdelave podatkov, ne glede na to, ali gre za visoko{1}}zmogljive računalnike, pametne telefone ali komunikacijske naprave 5G, hitrejša hitrost prenosa signala pomeni bolj gladko delovanje, višjo delovno učinkovitost in zmogljivejšo funkcionalno izvedbo. Na primer, v baznih postajah 5G lahko uporaba grafenskih vezij bistveno izboljša hitrost prenosa in sprejema podatkov, zmanjša zakasnitev omrežja ter zagotovi učinkovito in stabilno delovanje omrežij 5G.
Odlično odvajanje toplote: Z nenehnim izboljševanjem integracije elektronskih naprav in močnim povečanjem gostote moči je odvajanje toplote postalo ključno ozko grlo, ki omejuje delovanje in zanesljivost elektronskih izdelkov. Ultra-visoka toplotna prevodnost grafena mu omogoča hitro odvajanje toplote. Z uvedbo grafenskih nanoplošč v matrične materiale, kot je epoksidna smola, je mogoče oblikovati učinkovito toplotno prevodno mrežo, ki bistveno izboljša sposobnost ravninskega odvajanja toplote PCB-jev. Na področjih uporabe, kot so visoko-frekvenčna in-hitrostna komunikacija, avtomobilska elektronika in pretvorba električne energije, lahko odlična zmogljivost odvajanja toplote grafenskih vezij učinkovito prepreči poslabšanje delovanja, zrušitve in celo škodo, ki jo povzroči pregrevanje, kar močno izboljša stabilnost in življenjsko dobo opreme.
Lahka in visoka trdnost: Lahke lastnosti grafena omogočajo, da vezja dosežejo tanjše in lažje dizajne, hkrati pa ohranjajo visoko zmogljivost. Za izdelke, kot so nosljive naprave in pametni telefoni, ki zahtevajo visoko prenosljivost, je ta prednost še posebej pomembna. Vse tanjša in tanjša vezja lahko ne le zmanjšajo skupno težo naprave, ampak tudi nudijo več možnosti za oblikovanje videza in razporeditev notranjega prostora izdelka. Medtem pa njegove visoko{3}}trdnostne lastnosti zagotavljajo zanesljivost tiskanega vezja pri vsakodnevni uporabi in različnih zapletenih okoljih, zaradi česar je manj nagnjeno k poškodbam.
Dobra prilagodljivost: Grafen ima določeno stopnjo prilagodljivosti, kar odpira novo pot za razvoj prilagodljivih elektronskih izdelkov. Fleksibilne elektronske naprave, kot so zložljivi pametni telefoni, elektronski tekstil in nosljive naprave za spremljanje zdravja, so v zadnjih letih prejele veliko pozornosti. Grafenska vezja se lahko dobro prilagodijo potrebam upogibanja in zlaganja teh naprav, kar zagotavlja edinstvene oblike in uporabniške izkušnje, hkrati pa zagotavlja normalno delovanje vezja. Na primer, zaslon zložljivega pametnega telefona mora vzdrževati stabilne povezave vezja med postopkom zlaganja in grafenska vezja s svojo prilagodljivostjo zlahka opravijo to nalogo.
3, Področja uporabe grafenskih vezij
Na področju zabavne elektronike se pričakuje, da bo uporaba grafenskih vezij prinesla znatne izboljšave v izdelkih zabavne elektronike, kot so pametni telefoni, tablični računalniki in prenosni računalniki. Večja hitrost delovanja, boljše odvajanje toplote in tanjša oblika ohišja bodo potrošnikom prinesli povsem novo uporabniško izkušnjo. Če za primer vzamemo pametne telefone, lahko po uporabi grafenskih vezij procesor telefona deluje pri nižjih temperaturah in tako doseže višjo zmogljivost. Pojav zakasnitve pri igri se bo močno izboljšal, življenjska doba baterije telefona pa se bo morda izboljšala z zmanjšanjem porabe energije zaradi odvajanja toplote.
Na področju komunikacij je hiter razvoj 5G komunikacije postavil izjemno visoke zahteve glede zmogljivosti komunikacijske opreme. Uporaba grafenskih vezij v baznih postajah 5G, komunikacijskih satelitih in drugi opremi lahko učinkovito izboljša hitrost obdelave signala in učinkovitost prenosa, zmanjša zakasnitev signala in porabo energije. Poleg tega lahko grafenska vezja igrajo tudi pomembno vlogo v prihodnjih komunikacijskih raziskavah 6G in postavljajo temelje za doseganje hitrejših in stabilnejših komunikacijskih povezav.
Na področju avtomobilske elektronike: z razvojem inteligentnih in električnih vozil avtomobilski elektronski sistemi postajajo vse bolj zapleteni, povečujejo pa se tudi zahteve glede zmogljivosti tiskanih vezij. Zaradi odličnega odvajanja toplote in visoke zanesljivosti je grafensko vezje zelo primerno za uporabo v ključnih delih avtomobila, kot so krmilni sistem motorja, sistem za samodejno vožnjo, sistem za upravljanje akumulatorja itd. V električnih vozilih sistemi za upravljanje akumulatorja zahtevajo natančno spremljanje in kontrolo stanja akumulatorja. Grafenska vezja lahko hitro obdelajo velike količine podatkov in tako zagotovijo varno in stabilno delovanje baterije ter podaljšajo njeno življenjsko dobo.
Področje letalstva: vesoljska oprema ima izjemno stroge zahteve glede teže, zmogljivosti in zanesljivosti elektronskih naprav. Zaradi lahke, visoke-trdnosti in visoke-zmogljivosti so vezja iz grafena idealna izbira za letalsko in vesoljsko industrijo. Na primer, uporaba grafenskih vezij v satelitih lahko zmanjša težo satelita, zniža stroške izstrelitve in izboljša delovanje in zanesljivost satelitske elektronske opreme, kar zagotavlja dolgoročno-stabilno delovanje satelita v zapletenih vesoljskih okoljih.