Výzkumníci hledají možnosti zavedení grafenu do DPS pro získání lepšího výkonu
Mezi předními průmyslovými společnostmi a akademickými ústavy bylo vytvořeno jedinečné konsorcium, které zavedlo grafen do výroby pokročilých desek plošných spojů. Testují jeho možné průmyslové využití.
Grafen
Je monoatomární materiál vyrobený z uhlíkových šestiúhelníků. Podobně jako u grafitu je uhlík uspořádaný pomocí vzájemných vazeb do šestiúhelníků, avšak atomy jsou uspořádány pouze do jediné vrstvy. Navzdory své tenkosti je extrémně pevný a má lepší elektrickou vodivost než kovy.
Materiál může být nanášen na měď, která je preferovaným kovem pro PCB, pomocí chemického napařování za použití metanu jako prekurzoru. Grafen/Cu sady pak mohou být integrovány do standardního zpracování desek plošných spojů a vytvořit tak pokročilé obvody.
Díky své monoatomární struktuře a vysoké mobilitě náboje zlepšuje výkon obvodu při vysoké frekvenci, což je relevantní jak pro RF systémy – jako jsou letecké a automobilové radary, tak pro vysokorychlostní digitální obvody používané pro 5G komunikaci.
Další výjimečnou vlastností grafenu je jeho tepelná vodivost, která je 5x vyšší než u mědi. Tato vlastnost umožňuje výrazné zlepšení odvodu tepla, což je kritické pro analogová vysoce výkonná zařízení, jako jsou zesilovače a vysílače.
Také ho lze zahrnout do obvodů nejen jako vrstvu, ale grafenové destičky lze přimíchat do epoxidových past vyplňujících otvory a zlepšit tak vedení tepla nepokovených prokovů. V tomto případě je nutná jemná rovnováha mezi grafenem a epoxidem, protože vysoké procento uhlíkaté látky ve směsi vede k elektricky vodivé pastě.
Výzvou při práci s tímto materiálem je najít způsob, jak zahrnout materiál do Cu vrstev, aniž by došlo k poškození jeho chemické povahy standardním zpracováním. Například není odolný vůči silným oxidačním činidlům, využívaných při mikrozaleptávání před pokovením. Exponovaný pak může kontaminovat elektrolytické lázně uhlíkem nebo ztratit své požadované vlastnosti v důsledku mechanického poškození při manipulaci.
Dosud se výzkumníkům podařilo vyvrtat, vylisovat a pokrýt otvory v obvodech obsahujících grafen, díky čemuž vypadá další fáze vzorování slibně. Tato práce je prováděna v úzké spolupráci s izraelskými profesory prof. Doronem Navehem (Bar Ilan University), prof. Orenem Regevem a prof. Gennadym Ziskindem (oba z Ben-Gurion University) a dílčí výsledky byly představeny v květnu 2022 na mezinárodní online konferenci o pokroku technologií grafenových tištěných obvodů s přednášejícími z akademické sféry.