Placa de óxido de berilio BeO de alta conductividad térmica hoja de cerámica

El desarrollo de placas cerámicas de óxido de berilio en el extranjero comenzó en la década de 1930, pero su fase de rápido crecimiento fue desde finales de la década de 1950 hasta finales de la década de 1970. Las cerámicas de óxido de berilio son diferentes a otras cerámicas electrónicas. Hasta la fecha, sus características de alta conductividad térmica y bajas pérdidas son difíciles de sustituir con otros materiales.

Por un lado, esto se debe a la demanda significativa en diversos campos de la ciencia y la tecnología, y por otro lado, porque el óxido de berilio es tóxico y requiere medidas protectoras estrictas y complejas, existen muy pocas fábricas en el mundo capaces de producirlo de forma segura.

Los sustratos cerámicos de óxido de berilio son cerámicas cuyo componente principal es el óxido de berilio. Se utilizan principalmente como sustratos para circuitos integrados a gran escala, tubos láser de gas de alta potencia, carcasa de disipadores de calor para transistores, ventanas de salida de microondas y moderadores de neutrones.

Se fabrica añadiendo ingredientes como óxido de aluminio al polvo de óxido de berilio y sinterizando a altas temperaturas. La fabricación de este tipo de cerámica requiere medidas protectoras adecuadas. En medios de alta temperatura que contienen humedad, la volatilidad del óxido de berilio aumenta, comenzando a volatilizarse a 1000 °C y aumentando con la temperatura, lo que genera dificultades en la producción, y algunos países ya no lo producen. Sin embargo, los productos tienen propiedades excelentes y, a pesar de su alto precio, siguen teniendo una demanda considerable.

El uso de láminas de BeO como material aislante comenzó en 1928, pero hasta 1930 el BeO se mezclaba principalmente con otros materiales como sustancia fosforescente.

Durante la Segunda Guerra Mundial, se fabricaron por primera vez placas de cerámica de berilio de alta pureza. En 1946, se descubrió que el óxido de berilio tiene una conductividad térmica extremadamente alta. En ese momento, se utilizaba principalmente en dispositivos nucleares. No fue hasta mediados de la década de 1950 cuando el óxido de berilio comenzó a aplicarse en electrónica, instrumentos de medición, comunicaciones y tecnología aeroespacial.

El rango de temperatura de fusión del sustrato de óxido de berilio es de 2530°C a 2570°C, con una densidad teórica de 3,02 g/cm³. Puede utilizarse a largo plazo a 1800°C en vacío, a 2000°C en gases inertes, y comienza a volatilizarse a 1800°C en atmósfera oxidante. La propiedad más destacada de las cerámicas de óxido de berilio es su alta conductividad térmica, comparable a la del aluminio metálico, y 6-10 veces mayor que la del óxido de aluminio. Es un material dieléctrico con propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas únicas, y ningún otro material presenta un conjunto tan amplio de propiedades.

Las láminas de cerámica de óxido de berilio son valoradas y utilizadas en los campos de la tecnología de microondas, electrónica de vacío, tecnología nuclear, microelectrónica y optoelectrónica debido a su alta conductividad térmica, alto punto de fusión, resistencia, alta aislación, baja constante dieléctrica, baja pérdida dieléctrica y buena adaptabilidad a los procesos de encapsulado. En particular, han sido los materiales cerámicos principales para la fabricación de componentes de alta conductividad térmica en dispositivos semiconductores de alta potencia, circuitos integrados de alta potencia, dispositivos de vacío de microondas de alta potencia y reactores nucleares, desempeñando un papel muy importante tanto en el ámbito militar como en la economía nacional.

En circuitos de conversión de tecnología electrónica aeroespacial, así como en sistemas de comunicación de aviones y satélites, la placa de BeO se utiliza ampliamente para componentes de soportes y ensamblajes; también tiene aplicaciones potenciales en electrónica espacial. Las cerámicas de BeO poseen una resistencia excepcionalmente alta al choque térmico y pueden utilizarse en detonadores de aviones a reacción. Las placas de BeO con recubrimientos metálicos se han utilizado en los sistemas de control de dispositivos de propulsión de aeronaves, y los revestimientos de óxido de berilio pulverizados con metal se han aplicado en dispositivos de encendido de automóviles.

Las placas de cerámica de BeO tienen una excelente conductividad térmica y son fáciles de miniaturizar, mostrando amplias perspectivas de aplicación en el campo láser; por ejemplo, los láseres de BeO son más eficientes y tienen una potencia de salida mayor que los láseres de cuarzo. El uso de materiales cerámicos de BeO en equipos aeroespaciales, espaciales y militares desempeña un papel insustituible, y por lo tanto, la demanda de BeO ha ido aumentando año tras año.

En Estados Unidos, la producción de láminas de BeO a finales de la década de 1990 fue de 3 a 5 veces superior a la de finales de la década de 1980, y actualmente está aumentando a una tasa del 8-12%, alcanzando más de 200 toneladas. Hace varios años, el Centro de Suministro de Electrónica de Defensa de EE. UU. presentó a la industria un plan para desarrollar materiales cerámicos de BeO de alto rendimiento y desde entonces se han logrado avances. En el catálogo de materiales del centro de suministro, la posición de la lámina de óxido de berilio va en aumento, y en los próximos años el óxido de berilio será el material preferido para los MCM (módulos multichip) militares de alta potencia.

Especificaciones técnicas