Was ist Graphitplatte?
Da elektronische Geräte wie z. B. Mobilgeräte immer leichter, dünner und kompakter werden, während sie gleichzeitig immer ausgefeilter und funktioneller werden, wird das Problem der Wärmeentwicklung immer ernster.
Die Wärmeleitfähigkeit von Graphitplatten ist zwei- bis fünfmal so hoch wie die von Kupfer, das unter den Metallen eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und obwohl sie etwas niedriger ist als die von Diamant, hat sie eine höhere Wärmeleitfähigkeit als andere Metalle, so dass sie über eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit (Wärmeableitung und -diffusion) verfügt, um der Montage elektronischer Komponenten mit hoher Dichte standzuhalten, und es wird erwartet, dass sie ein hitzebeständiges Material wird, das sowohl dünn als auch flexibel ist. Es wird erwartet, dass es sich zu einem dünnen und flexiblen hitzebeständigen Material entwickelt.
PGS-Graphitplatten (PGS = Pyrolytic Graphite Sheet) sind als im Inland hergestellte kristalline Graphitplatten mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Flexibilität bekannt (eingetragene Marke der Panasonic Corporation).
Anwendungen von Graphitplatten
Sie eignen sich hervorragend für die Wärmediffusion und -ableitung in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich mobiler elektronischer Geräte.
Neben Haushaltsgeräten wie Smartphones, Mobiltelefonen, Digitalkameras, Tablet-PCs und PC-Peripheriegeräten sowie LED-Geräten werden Graphitplatten auch in der Halbleiterfertigung (Sputtern, Trockenätzen usw.) sowie in der optischen Kommunikation und in Basisstationen eingesetzt.
Graphitplatten werden auch als hitzebeständiges Material in verschiedenen anderen Bereichen als den oben genannten verwendet, und der Markt wächst schnell auf eine Größenordnung von 100 Milliarden Yen (2017).
Grundlagen der Graphitplatten
Das Herstellungsverfahren für Graphitplatten beruht, vereinfacht gesagt, auf einem sehr einfachen Prinzip: Ein Polymerfilm mit einer speziellen Molekularstruktur wird bei hohen Temperaturen pyrolysiert und bei ultrahohen Temperaturen gesintert, um eine hochgradig orientierte Kristallstruktur in der Ebene zu erzeugen, die der eines Einkristalls nahe kommt.
Dieser spezielle Rohstoff ist jedoch ein Geschäftsgeheimnis, und es ist nicht möglich zu erklären, warum sich bei der Verwendung dieses speziellen Rohstoffs Graphit bildet.
Warum ist also eine Hochtemperaturbehandlung notwendig? Hierauf gibt es eine klare Antwort.
Wenn kohlenstoffhaltige polymere Werkstoffe unter sauerstofffreien Bedingungen erhitzt werden
Wasserstoff bei 500 °C
Sauerstoff bei 1000 °C
Stickstoff bei 2000°C
und schließlich beim Erhitzen auf 3000 °C bleiben nur noch Kohlenstoffatome übrig. Diese Kohlenstoffatome werden kalziniert und kristallisieren zu “hochwertigen Graphitkristallen”. Im Gegensatz dazu sind Graphitplatten nicht einfach kristallisiert, sondern es handelt sich um Platten aus zweidimensional kristallisiertem Kohlenstoff, die in Schichten übereinander liegen.
Aufgrund dieses Schichtaufbaus zeichnet sich die Wärmeleitfähigkeit von Graphitplatten dadurch aus, dass die Wärme kaum in Dickenrichtung, sondern schnell in Kriechrichtung übertragen wird.
Außerdem sind für die Herstellung keine komplexen Verfahren erforderlich, was niedrigere Kosten ermöglicht, und da das Material selbst aus Kohlenstoff besteht, hat es den Vorteil, dass es RoHS-konform ist.