به عنوان جزء اصلی دستگاه های الکترونیکی، نوآوری در فناوری PCB به کلیدی برای پیشبرد پیشرفت صنعت تبدیل شده است. در سال های اخیر، گرافن به تدریج وارد میدان دید مردم شده و پتانسیل بالایی در زمینه بردهای مدار نشان داده است و فرصت های جدیدی را برای تحول در صنعت الکترونیک به ارمغان آورده است.
1، مقدمه ای بر گرافن
گرافن یک نانومواد کربنی دو بعدی است که از اتمهای کربن در اوربیتالهای هیبرید شده sp² تشکیل شده است و یک شبکه لانه زنبوری شش ضلعی را تشکیل میدهد. خواص بسیار خوبی دارد.
از منظر خواص مکانیکی، گرافن دارای استحکام شگفتانگیزی است، صدها برابر فولاد، اما دارای ویژگیهای بسیار نازک و سبکی است که ضخامت آن تنها یک لایه اتمی است. این ترکیب عالی از استحکام بالا و ویژگی های نازک و سبک، امکان ساخت دستگاه های الکترونیکی قوی تر و نازک تر را فراهم می کند.
از نظر عملکرد الکتریکی، گرافن دارای تحرک فوق العاده-الکترونی است، و الکترونها بسیار سریع درون آن حرکت میکنند، به این معنی که انتقال سیگنال میتواند سریعتر باشد و سرعت عملکرد دستگاههای الکترونیکی را تا حد زیادی بهبود بخشد. در عین حال، دارای رسانایی عالی و مقاومت بسیار کم است که می تواند به طور موثری از دست دادن انرژی الکتریکی در حین انتقال را کاهش دهد.
از نظر خواص حرارتی، گرافن دارای رسانایی حرارتی بسیار بالایی در حدود 5000W/m · K است که بسیار بالاتر از بسترهای PCB سنتی FR-4 (و مس) است. این به آن یک مزیت طبیعی در اتلاف گرما می دهد، زیرا می تواند گرمای تولید شده در حین کار دستگاه های الکترونیکی را به سرعت دفع کند و به طور موثر مشکل کاهش عملکرد یا حتی آسیب ناشی از گرم شدن بیش از حد دستگاه های الکترونیکی را حل کند.
2، مزایای منحصر به فرد تخته های مدار گرافن
سرعت انتقال سیگنال فوق العاده بالا: به دلیل خواص الکتریکی عالی گرافن، مدارهای مبتنی بر گرافن می توانند به سرعت انتقال سیگنال سریع تری دست یابند. در عصر امروزی که تقاضای بالا برای سرعت پردازش دادهها وجود دارد، خواه رایانههای-با عملکرد بالا، تلفنهای هوشمند یا دستگاههای ارتباطی 5G باشد، سرعت انتقال سیگنال سریعتر به معنای تجربه عملیاتی روانتر، راندمان کاری بالاتر و اجرای عملکردی قدرتمندتر است. به عنوان مثال، در ایستگاه های پایه 5G، استفاده از بردهای مدار گرافن می تواند به طور قابل توجهی سرعت انتقال و دریافت داده ها را بهبود بخشد، تأخیر شبکه را کاهش دهد و عملکرد کارآمد و پایدار شبکه های 5G را تضمین کند.
عملکرد عالی اتلاف گرما: با بهبود مستمر یکپارچه سازی دستگاه های الکترونیکی و افزایش شدید چگالی توان، اتلاف گرما به یک گلوگاه کلیدی تبدیل شده است که عملکرد و قابلیت اطمینان محصولات الکترونیکی را محدود می کند. رسانایی حرارتی فوقالعاده-گرافن آن را قادر میسازد تا گرما را به سرعت دفع کند. با وارد کردن نانوصفحات گرافن به مواد ماتریسی مانند رزین اپوکسی، می توان یک شبکه رسانش گرما کارآمد تشکیل داد که به طور قابل توجهی قابلیت اتلاف حرارت مسطح PCB ها را بهبود می بخشد. در زمینههای کاربردی مانند ارتباطات فرکانس بالا و سرعت بالا، الکترونیک خودرو، و تبدیل نیرو، عملکرد اتلاف حرارت عالی بردهای مدار گرافن میتواند به طور موثری از کاهش عملکرد، خرابی و حتی آسیب ناشی از گرمای بیش از حد جلوگیری کند و پایداری و عمر مفید تجهیزات را تا حد زیادی بهبود بخشد.
سبک وزن و استحکام بالا: ویژگی های سبک وزن گرافن، بردهای مدار را قادر می سازد تا با حفظ عملکرد بالا، به طرح های نازک تر و سبک تر دست یابند. برای محصولاتی مانند دستگاه های پوشیدنی و گوشی های هوشمند که به قابلیت حمل بالا نیاز دارند، این مزیت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بردهای مدار نازکتر و نازکتر نه تنها می توانند وزن کلی دستگاه را کاهش دهند، بلکه امکانات بیشتری را برای طراحی ظاهری و چیدمان فضای داخلی محصول فراهم می کنند. در همین حال، ویژگیهای{3} استحکام بالای آن، قابلیت اطمینان برد مدار را در استفاده روزانه و محیطهای پیچیده مختلف تضمین میکند و آن را کمتر در معرض آسیب قرار میدهد.
انعطاف پذیری خوب: گرافن دارای درجه خاصی از انعطاف پذیری است که مسیر جدیدی را برای توسعه محصولات الکترونیکی انعطاف پذیر باز می کند. دستگاههای الکترونیکی انعطافپذیر مانند گوشیهای هوشمند تاشو، منسوجات الکترونیکی و دستگاههای نظارت بر سلامت پوشیدنی در سالهای اخیر توجه زیادی را به خود جلب کردهاند. بردهای مدار گرافن می توانند به خوبی با نیازهای خمشی و تاشوی این دستگاه ها سازگار شوند و شکل های منحصر به فرد و تجربیات کاربر را ارائه دهند و در عین حال از عملکرد طبیعی مدار اطمینان حاصل کنند. به عنوان مثال، صفحه نمایش یک گوشی هوشمند تاشو نیاز به حفظ اتصالات مدار پایدار در طول فرآیند تا شدن دارد و بردهای مدار گرافنی با انعطاف پذیری خود به راحتی می توانند از عهده این کار برآیند.
3، زمینه های کاربردی بردهای مدار گرافن
در زمینه لوازم الکترونیکی مصرفی، انتظار میرود که استفاده از بردهای مدار گرافن باعث بهبود عملکرد قابل توجهی در محصولات الکترونیکی مصرفی مانند گوشیهای هوشمند، تبلتها و لپتاپها شود. سرعت کار بیشتر، اتلاف گرما بهتر و طراحی بدنه نازک تر، تجربه کاربری کاملاً جدیدی را برای مصرف کنندگان به ارمغان می آورد. با در نظر گرفتن گوشیهای هوشمند، پس از استفاده از بردهای مدار گرافن، پردازنده تلفن میتواند در دمای پایینتر کار کند و در نتیجه به انتشار عملکرد بالاتری دست یابد. پدیده تاخیر بازی تا حد زیادی بهبود می یابد و همچنین ممکن است با کاهش مصرف انرژی اتلاف حرارت، عمر باتری گوشی نیز بهبود یابد.
در زمینه ارتباطات، توسعه سریع ارتباطات 5G الزامات بسیار بالایی را برای عملکرد تجهیزات ارتباطی مطرح کرده است. استفاده از بردهای مدار گرافن در ایستگاه های پایه 5G، ماهواره های ارتباطی و سایر تجهیزات می تواند به طور موثر سرعت پردازش سیگنال و راندمان انتقال را بهبود بخشد، تاخیر سیگنال و مصرف انرژی را کاهش دهد. بعلاوه، تختههای مدار گرافن ممکن است نقش مهمی در تحقیقات ارتباطی 6G آینده داشته باشند و پایهای را برای دستیابی به اتصالات ارتباطی سریعتر و پایدارتر ایجاد کنند.
در زمینه الکترونیک خودرو: با توسعه وسایل نقلیه هوشمند و الکتریکی، سیستم های الکترونیکی خودرو به طور فزاینده ای پیچیده می شوند و الزامات عملکرد برای بردهای مدار نیز افزایش می یابد. عملکرد عالی اتلاف گرما و قابلیت اطمینان بالای برد مدار گرافن، آن را برای کاربرد در بخشهای کلیدی خودرو مانند سیستم کنترل موتور، سیستم رانندگی خودکار، سیستم مدیریت باتری و غیره بسیار مناسب میکند. در خودروهای الکتریکی، سیستمهای مدیریت باتری نیاز به نظارت و کنترل دقیق وضعیت باتری دارند. بردهای مدار گرافنی می توانند به سرعت مقادیر زیادی از داده ها را پردازش کنند تا از عملکرد ایمن و پایدار باتری اطمینان حاصل کنند و طول عمر آن را افزایش دهند.
زمینه هوافضا: تجهیزات هوافضا برای وزن، عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه های الکترونیکی الزامات بسیار سختی دارند. ویژگیهای سبک وزن،{1}}استحکام و عملکرد بالا- تختههای مدار گرافن، آنها را به انتخابی ایدهآل برای صنعت هوافضا تبدیل میکند. برای مثال، استفاده از بردهای مدار گرافن در ماهوارهها میتواند وزن ماهواره را کاهش دهد، هزینههای پرتاب را کاهش دهد، و عملکرد و قابلیت اطمینان تجهیزات الکترونیکی ماهوارهای را بهبود بخشد و عملکرد پایدار درازمدت ماهواره را در محیطهای پیچیده فضایی تضمین کند.