Deska s vysokou tepelnou vodivostí BeO, keramický list z beryliového oxidu

Vývoj desek z keramiky oxidu berylliového v zahraničí začal ve 30. letech 20. století, ale rychlý vývoj probíhal od pozdních 50. let až do koncem 70. let 20. století. Keramika oxidu berylliového se liší od jiných elektronických keramik. Dosud jsou její vysoká tepelná vodivost a nízké ztráty obtížně nahraditelné jinými materiály.

Na jedné straně je to způsobeno významnou poptávkou v různých oblastech vědy a techniky, na druhé straně však tím, že oxid berylliový je toxický a vyžaduje přísná a náročná ochranná opatření, takže ve světě existuje velmi málo továren, které ho bezpečně dokáží vyrábět.

Keramické substráty z oxidu berylliového jsou keramika s oxidem berylliovým jako hlavní složkou. Jsou primárně používány jako substráty pro vysokorychlostní integrované obvody, výkonné plynné laserové trubice, chladiče pro tranzistory, mikrovlnná okénka a neutronové moderátory.

Vyrábí se přidáním přísad, jako je oxid hlinitý, do prášku oxidu berylliového a následným slinováním za vysokých teplot. Výroba tohoto typu keramiky vyžaduje vhodná ochranná opatření. Ve vlhkém prostředí za vysokých teplot stoupá těkavost oxidu berylliového, která se začíná projevovat od 1000 °C a s rostoucí teplotou se zvyšuje, což komplikuje výrobu, a proto některé země jeho výrobu již ukončily. Přesto mají výrobky vynikající vlastnosti a navzdory vysoké ceně stále existuje značná poptávka.

Použití listů BeO jako izolačního materiálu bylo zahájeno v roce 1928, ale až do roku 1930 byl BeO hlavně smícháván s jinými materiály jako fosforeskující látka.

Během druhé světové války byly poprvé vyrobeny desky z keramiky na bázi vysokorychlostního oxidu beryllnatého. V roce 1946 bylo objeveno, že oxid beryllnatý má extrémně vysokou tepelnou vodivost. V té době se hlavně používal v jaderných zařízeních. Teprve v polovině 50. let 20. století začal být oxid beryllnatý využíván v elektronice, měřicích přístrojích, komunikacích a letecké technice.

Rozsah teploty tavení substrátu z oxidu beryllnatého je 2530 °C až 2570 °C, s teoretickou hustotou 3,02 g/cm³. Může být dlouhodobě použit při 1800 °C ve vakuu, při 2000 °C v inertních plynech a začíná se odpařovat při 1800 °C v oxidační atmosféře. Nejvýznamnější vlastností keramiky z oxidu beryllnatého je její vysoká tepelná vodivost, srovnatelná s hliníkem, a 6 až 10krát vyšší než u oxidu hlinitého. Je to dielektrický materiál s jedinečnými elektrickými, tepelnými a mechanickými vlastnostmi, a žádný jiný materiál neposkytuje tak komplexní kombinaci těchto vlastností.

Keramické destičky z oxidu berylliového jsou ceněny a používány v oblastech mikrovlnné techniky, vakuumové elektroniky, jaderné techniky, mikroelektroniky a optoelektroniky díky své vysoké tepelné vodivosti, vysoké teplotě tání, pevnosti, vysoké izolační schopnosti, nízké dielektrické konstantě, nízkým dielektrickým ztrátám a dobré přizpůsobitelnosti procesům balení. Zvláště se prosadily jako dominantní keramické materiály pro výrobu komponent s vysokou tepelnou vodivostí ve výkonových polovodičových zařízeních, výkonových integrovaných obvodech, výkonových mikrovlnných vakuumových zařízeních a jaderných reaktorech a hrají tak velmi důležitou roli jak v oblasti vojenské, tak v národním hospodářství.

V oblasti letecké elektroniky, převodních obvodech a komunikačních systémech letadel a satelitů se BeO destička hojně používá pro nosné konstrukce a sestavovací komponenty; má také potenciální uplatnění v elektronice kosmických lodí. Keramika BeO vykazuje mimořádně vysokou odolnost proti tepelnému šoku a může být použita v detonátorech proudových letadel. BeO destičky s kovovým povrchem byly použity v řídicích systémech pohonných jednotek letadel a stříkané kovové vložky z oxidu beryllia byly aplikovány v zapalovacích zařízeních automobilů.

Desky z keramiky BeO mají vynikající tepelnou vodivost a jsou snadno miniaturizovatelné, což ukazuje široké aplikační možnosti v oblasti laserů; například lasery BeO jsou účinnější a dosahují vyššího výkonu než křemenné lasery. Použití keramických materiálů BeO v leteckém průmyslu, kosmických technologiích a vojenském vybavení hraje nenahraditelnou roli, a proto se poptávka po BeO zvyšuje z roku na rok.

Ve Spojených státech byla výroba BeO desek na konci 90. let 3 až 5krát vyšší než na konci 80. let a nyní roste tempem 8–12 %, čímž přesáhla 200 tun. Před několika lety navrhl Centrum pro zásobování obranné elektroniky USA průmyslu plán na vývoj vysokovýkonných keramických materiálů na bázi oxidu beryllnatého a od té doby byl dosažen pokrok. Ve výstupcích materiálů centra postupně roste postavení oxidu beryllnatého a v nadcházejících letech se stane preferovaným materiálem pro vojenské výkonové MCM (vícečipové moduly).

Technické specifikace