Pelat BeO Konduktivitas Termal Tinggi Lembaran Keramik Oksida Berilium

Perkembangan pelat keramik beryllium oksida di luar negeri dimulai pada tahun 1930-an, namun fase perkembangan pesatnya terjadi dari akhir 1950-an hingga akhir 1970-an. Keramik beryllium oksida berbeda dengan keramik elektronik lainnya. Hingga saat ini, karakteristik konduktivitas termal tinggi dan kehilangan rendahnya sulit digantikan oleh material lain.

Di satu sisi, hal ini disebabkan oleh permintaan yang signifikan di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, dan di sisi lain, karena beryllium oksida bersifat toksik, sehingga memerlukan langkah-langkah perlindungan yang ketat dan menantang, sehingga hanya ada sangat sedikit pabrik di dunia yang mampu memproduksinya secara aman.

Substrat keramik oksida berilium adalah keramik dengan oksida berilium sebagai komponen utama. Keramik ini terutama digunakan sebagai substrat untuk sirkuit terpadu skala besar, tabung laser gas daya tinggi, rumah heatsink untuk transistor, jendela output gelombang mikro, dan moderator neutron.

Keramik ini dibuat dengan menambahkan bahan-bahan seperti alumina ke dalam serbuk oksida berilium dan membakarnya pada suhu tinggi. Pembuatan jenis keramik ini memerlukan tindakan perlindungan yang memadai. Dalam media bersuhu tinggi yang mengandung uap air, volatilitas oksida berilium meningkat, mulai menguap pada suhu 1000°C dan meningkat seiring kenaikan suhu, sehingga menyulitkan proses produksi, dan beberapa negara tidak lagi memproduksinya. Namun, produk ini memiliki sifat yang sangat baik, sehingga meskipun harganya mahal, permintaan terhadapnya tetap cukup tinggi.

Penggunaan lembaran BeO sebagai bahan insulator dimulai pada tahun 1928, namun hingga tahun 1930, BeO terutama dicampur dengan bahan lain sebagai zat fosforesens.

Selama Perang Dunia II, pelat keramik beryllia kemurnian tinggi pertama kali diproduksi. Pada tahun 1946, ditemukan bahwa oksida berilium memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi. Pada masa itu, bahan ini terutama digunakan dalam perangkat nuklir. Baru pada pertengahan 1950-an oksida berilium mulai diterapkan dalam elektronik, instrumen pengukur, komunikasi, dan teknologi aerospace.

Kisaran suhu leleh substrat oksida berilium adalah 2530°C hingga 2570°C, dengan densitas teoritis 3,02 g/cm³. Bahan ini dapat digunakan secara jangka panjang pada suhu 1800°C dalam kondisi vakum, 2000°C dalam gas inert, dan mulai menguap pada 1800°C dalam atmosfer oksidasi. Sifat paling menonjol dari keramik oksida berilium adalah konduktivitas termalnya yang tinggi, setara dengan aluminium logam, dan 6-10 kali lipat dari alumina. Ini merupakan material dielektrik dengan sifat listrik, termal, dan mekanik yang unik, serta tidak ada material lain yang menunjukkan kombinasi sifat selengkap ini.

Lembar keramik oksida berilium dihargai dan digunakan dalam bidang teknologi mikrogelombang, elektronika vakum, teknologi nuklir, mikroelektronika, dan optoelektronika karena konduktivitas termalnya yang tinggi, titik leleh tinggi, kekuatan, isolasi tinggi, konstanta dielektrik rendah, rugi dielektrik rendah, serta adaptabilitas yang baik terhadap proses perakitan. Secara khusus, bahan keramik ini telah menjadi material utama untuk memproduksi komponen berkonduktivitas termal tinggi pada perangkat semikonduktor daya tinggi, sirkuit terpadu daya tinggi, perangkat vakum mikrogelombang daya tinggi, dan reaktor nuklir, serta memainkan peran sangat penting baik di bidang militer maupun perekonomian nasional.

Dalam sirkuit konversi teknologi elektronik aerospace, serta dalam sistem komunikasi pesawat terbang dan satelit, pelat BeO secara luas digunakan untuk komponen braket dan perakitan; pelat BeO juga memiliki potensi aplikasi dalam elektronika luar angkasa. Keramik BeO memiliki ketahanan terhadap kejut termal yang sangat tinggi dan dapat digunakan dalam detonator pesawat jet. Pelat BeO dengan lapisan logam telah digunakan dalam sistem kontrol perangkat propulsi pesawat terbang, dan lapisan oksida berilium yang disemprotkan telah diterapkan dalam perangkat pengapian mobil.

Pelat keramik BeO memiliki konduktivitas termal yang sangat baik dan mudah diperkecil ukurannya, menunjukkan prospek aplikasi yang luas di bidang laser; sebagai contoh, laser BeO lebih efisien dan memiliki daya keluaran yang lebih tinggi dibandingkan laser kuarsa. Penggunaan material keramik BeO dalam peralatan aerospace, luar angkasa, dan militer memainkan peran yang tak tergantikan, sehingga permintaan terhadap BeO terus meningkat dari tahun ke tahun.

Di Amerika Serikat, produksi lembaran BeO pada akhir 1990-an mencapai 3 hingga 5 kali lipat dibandingkan akhir 1980-an, dan saat ini meningkat dengan laju 8–12%, mencapai lebih dari 200 ton. Beberapa tahun lalu, Pusat Pasokan Elektronik Pertahanan AS mengusulkan rencana kepada industri untuk mengembangkan material keramik BeO berkinerja tinggi dan sejak itu telah membuat kemajuan. Dalam katalog material pusat pasokan tersebut, posisi lembaran oksida berilium secara bertahap meningkat, dan dalam beberapa tahun mendatang, oksida berilium akan menjadi material pilihan untuk MCM (multi-chip module) daya tinggi militer.

Spesifikasi Teknis