Placa de óxido de berilio BeO de alta conductividade térmica, lámina cerámica

O desenvolvemento no estranxeiro da placa cerámica de óxido de berilio comezou nos anos 30, pero a súa fase de rápido crecemento foi desde finais dos anos 50 ata finais dos anos 70. As cerámicas de óxido de berilio son diferentes doutros tipos de cerámicas electrónicas. Ate o momento, as súas características de alta conductividade térmica e baixas perdas son difíciles de substituír con outros materiais.

Por unha banda, isto débese á demanda significativa en diversos campos da ciencia e a tecnoloxía, e por outra, ao feito de que o óxido de berilio é tóxico, o que require medidas protectoras rigorosas e complexas, polo que existen moi poucas fábricas no mundo capaces de producilo de forma segura.

Os substratos cerámicos de óxido de berilio son cerámicas cuxo compoñente principal é o óxido de berilio. Utilízanse principalmente como substratos para circuitos integrados a grande escala, tubos láser de gas de alta potencia, carcacas disipadoras de calor para transistores, ventás de saída de microondas e moderadores de neutróns.

Fabrícase engadindo ingredientes como óxido de aluminio ao po de óxido de berilio e sinterizando a altas temperaturas. A fabricación deste tipo de cerámica require medidas protectoras adecuadas. En medios de alta temperatura que conteñen humidade, a volatilidade do óxido de berilio aumenta, comezando a volatilizarse a 1000 °C e incrementándose coa temperatura, o que provoca dificultades na produción, e algúns países xa non o producen. Non obstante, os produtos teñen propiedades excelentes, e a pesar do seu alto prezo, segue habendo unha demanda considerable.

O uso da lamina de BeO como material illante comezou en 1928, pero ata 1930 o BeO emprégabase principalmente mesturado con outros materiais como substancia fosforescente.

Durante a Segunda Guerra Mundial, fabricáronse por primeira vez placas de cerámica de berilio de alta pureza. En 1946, descubriuse que o óxido de berilio ten unha condutividade térmica extremadamente elevada. Naquel momento, empregábase principalmente en dispositivos nucleares. Non foi ata mediados dos anos cincuenta cando o óxido de berilio comezou a aplicarse na electrónica, instrumentos de medición, comunicacións e tecnoloxía aeroespacial.

O rango de temperatura de fusión do substrato de óxido de berilio é de 2530 °C a 2570 °C, cunha densidade teórica de 3,02 g/cm³. Pode utilizarse de forma prolongada a 1800 °C no baleiro, a 2000 °C en gases inertes, e comeza a volatilizarse a 1800 °C nunha atmosfera oxidante. A propiedade máis destacable das cerámicas de óxido de berilio é a súa alta condutividade térmica, comparable á do aluminio metálico, e 6-10 veces superior á do óxido de aluminio. É un material dieléctrico con propiedades eléctricas, térmicas e mecánicas únicas, e ningún outro material presenta un conxunto tan amplo de propiedades.

As láminas de cerámica de óxido de berilio valóranse e aplícanse nos campos da tecnoloxía de microondas, electrónica de baleiro, tecnoloxía nuclear, microelectrónica e optoelectrónica debido á súa alta condutividade térmica, alto punto de fusión, resistencia, alta illación, baixa constante dieléctrica, baixa perda dieléctrica e boa adaptabilidade aos procesos de envasado. En particular, foron os materiais cerámicos principais para a fabricación de compoñentes de alta condutividade térmica en dispositivos semicondutores de alta potencia, circuitos integrados de alta potencia, dispositivos de baleiro de microondas de alta potencia e reactores nucleares, desempenando un papel moi importante tanto no ámbito militar como na economía nacional.

Na conversión de circuítos de tecnoloxía electrónica aeroespacial, así como nos sistemas de comunicación de avións e satélites, a placa de BeO úsase extensamente para compoñentes de soportes e montaxes; tamén ten aplicacións potenciais na electrónica de naves espaciais. As cerámicas de BeO posúen unha resistencia excepcional ao choque térmico e poden usarse en detonadores de avións a reacción. As placas de BeO con recubrimentos metálicos usáronse nos sistemas de control dos dispositivos de propulsión de avións, e os revestimentos de óxido de berilio pulverizados aplicáronse nos dispositivos de encendido de automóbiles.

As placas de cerámica de BeO teñen unha excelente condutividade térmica e son fáciles de miniaturizar, mostrando amplas perspectivas de aplicación no campo do láser; por exemplo, os láseres de BeO son máis eficientes e teñen maior potencia de saída que os láseres de cuarzo. O uso de materiais cerámicos de BeO en equipos aeroespaciais, espaciais e militares desempena un papel insubstituíble, polo que a demanda de BeO aumentou ano tras ano.

Nos Estados Unidos, a produción de láminas de BeO a finais dos anos 90 foi de 3 a 5 veces superior á dos finais dos anos 80, e actualmente está aumentando a unha taxa do 8-12%, alcanzando máis de 200 toneladas. Hai varios anos, o Centro de Abastecemento de Electrónica Defensiva dos EE. UU. propuxo á industria un plan para desenvolver materiais cerámicos de BeO de alto rendemento e desde entón fixo progresos. No catálogo de materiais do centro de abastecemento, o estatuto da lámina de óxido de berilio está aumentando gradualmente, e nos próximos anos o óxido de berilio será o material preferido para MCMs militares de alta potencia (módulos multi-chip).

Especificacións técnicas