高熱伝導性BeOプレート、酸化ベリリウムセラミックシート

海外におけるベリリウム酸化物セラミック板の開発は1930年代に始まりましたが、急速な発展期は1950年代後半から1970年代後半にかけてでした。ベリリウム酸化物セラミックは他の電子セラミックスとは異なり、これまでその高い熱伝導性と低損失特性を他の材料で代替することは困難です。

一方では科学技術のさまざまな分野での需要が大きく、他方ではベリリウム酸化物が有毒であるため、厳格かつ困難な保護措置が必要となることから、世界中で安全に生産できる工場が非常に少ないのが現状です。

酸化ベリリウムセラミックス基板とは、酸化ベリリウムを主成分とするセラミックスです。主に大規模集積回路の基板、高出力ガスレーザー管、トランジスタ用ヒートシンク外装、マイクロ波出力窓、中性子減速材などに使用されます。

酸化ベリリウム粉末に酸化アルミニウムなどの原料を添加し、高温で焼結して製造します。この種のセラミックスを製造するには、適切な保護措置が必要です。水分を含む高温環境では、酸化ベリリウムの揮発性が高まり、1000°Cから揮発が始まり、温度の上昇とともにその度合いが増すため、製造が困難となり、一部の国では生産を停止しています。しかし、製品は優れた特性を持つため、価格が高くてもなお需要は依然として大きいです。

絶縁材料としてのBeO板の使用は1928年に始まりましたが、1930年までBeOは主に他の材料と混合され、蛍光物質として利用されていました。

第二次世界大戦中、高純度のベリリア陶磁器板が初めて製造されました。1946年に、酸化ベリリウムが非常に高い熱伝導性を持つことが発見されました。当時、主に核装置で使用されていました。電子機器、計測器、通信、航空宇宙技術への応用が始まったのは1950年代半ばになってからです。

酸化ベリリウム基板の融点範囲は2530°Cから2570°Cで、理論密度は3.02 g/cm³です。真空下では1800°Cまで、不活性ガス中では2000°Cまで長期間使用でき、酸化雰囲気中では1800°C以上で揮発し始めます。酸化ベリリウム陶磁器のもっとも顕著な特性はその高い熱伝導性であり、金属アルミニウムに匹敵し、酸化アルミニウムの6〜10倍の値を示します。これは独自の電気的、熱的、機械的特性を持つ誘電体材料であり、これほど包括的な特性を持つ他の材料はありません。

酸化ベリリウムセラミックスシートは、高い熱伝導性、高融点、強度、高絶縁性、低誘電率、低誘電損失およびパッケージング工程への良好な適合性を持つことから、マイクロ波技術、真空電子工学、核技術、マイクロエレクトロニクスおよび光エレクトロニクスの分野で高く評価され、広く使用されています。特に、高出力半導体デバイス、高出力集積回路、高出力マイクロ波真空デバイスおよび原子炉における高熱伝導性部品の製造において主流のセラミック材料となっており、軍事分野および国民経済において極めて重要な役割を果たしています。

航空宇宙電子技術の変換回路、ならびに航空機および衛星通信システムにおいて、BeO板はブラケットやアセンブリ部品として広く使用されており、宇宙船の電子機器への応用も期待されています。BeOセラミックスは非常に高い熱衝撃耐性を有し、ジェット機の起爆装置にも使用可能です。金属コーティングされたBeO板は航空機推進装置の制御システムに使用されており、スプレーコーティングされた金属ベリリウム酸化物ライナーは自動車の点火装置にも適用されています。

BeOセラミックス板は優れた熱伝導性を持ち、小型化が容易であるため、レーザー分野での幅広い応用が見込まれています。例えば、BeOレーザーは石英レーザーよりも効率が高く、出力も大きいです。BeOセラミックス材料は航空宇宙、宇宙開発、軍事装備において不可欠な役割を果たしており、そのためBeOの需要は年々増加しています。

アメリカ合衆国では、1990年代後半のBeO板の生産量は1980年代後半の3〜5倍に達し、現在も年率8〜12%のペースで増加しており、200トン以上に達している。数年前、米国国防電子部品供給センターは産業界に対して高性能BeOセラミック材料の開発計画を提案し、それ以来進展が見られている。この供給センターの材料カタログにおいて、酸化ベリリウム板の地位は徐々に高まっており、今後数年間で酸化ベリリウムは軍事用高出力MCM（マルチチップモジュール）の優先材料となるだろう。

技術仕様