Hoge thermische geleidbaarheid BeO plaat Berylliumoxide keramische plaat

De ontwikkeling van berylliumoxide keramische platen in het buitenland begon in de jaren 30, maar de snelle ontwikkelingsfase vond plaats vanaf eind jaren '50 tot eind jaren '70. Berylliumoxide keramiek verschilt van andere elektronische keramieken. Tot op heden zijn de hoge thermische geleidbaarheid en de weinig verliezen kenmerkend en moeilijk te vervangen door andere materialen.

Dit komt enerzijds door de aanzienlijke vraag in diverse wetenschappelijke en technologische gebieden, en anderzijds doordat berylliumoxide giftig is en strenge en uitdagende beschermingsmaatregelen vereist, waardoor er wereldwijd zeer weinig fabrieken zijn die dit veilig kunnen produceren.

Berylliumoxide keramische substraten zijn keramieken waarvan berylliumoxide de hoofdcomponent is. Ze worden voornamelijk gebruikt als substraten voor grote geïntegreerde schakelingen, hoogvermogen gaslaserbuizen, koellichamen voor transistors, microgolf uitgangsvensters en neutronenvertragers.

Het wordt gemaakt door toevoeging van ingrediënten zoals aluminiumoxide aan berylliumoxidepoeder en sinteren bij hoge temperaturen. De productie van dit type keramiek vereist adequate beschermingsmaatregelen. In hoogtemperatuurmedia met vochtneer slag neemt de vluchtigheid van berylliumoxide toe; het begint te verdampen bij 1000 °C en neemt toe met temperatuur, wat de productie bemoeilijkt. Daarom stopten sommige landen met de productie. Toch hebben de producten uitstekende eigenschappen en ondanks de hoge prijs blijft de vraag aanzienlijk.

Het gebruik van BeO-plaat als isolatiemateriaal begon in 1928, maar tot 1930 werd BeO voornamelijk gemengd met andere materialen als fosforescerende stof.

Tijdens de Tweede Wereldoorlog werden voor het eerst hoge-puurte beryllia keramische platen vervaardigd. In 1946 werd ontdekt dat berylliumoxide een uiterst hoge thermische geleidbaarheid heeft. Destijds werd het voornamelijk gebruikt in nucleaire toestellen. Pas halverwege de jaren vijftig begon berylliumoxide te worden toegepast in elektronica, meetapparatuur, communicatie en ruimtevaarttechnologie.

Het smelttemperatuurbereik van berylliumoxide-substraat ligt tussen 2530°C en 2570°C, met een theoretische dichtheid van 3,02 g/cm³. Het kan langdurig worden gebruikt bij 1800°C in vacuüm, bij 2000°C in edelgassen, en begint te verdampen bij 1800°C in een oxidende atmosfeer. De meest opvallende eigenschap van berylliumoxidekeramiek is de hoge thermische geleidbaarheid, vergelijkbaar met die van metaalachtig aluminium, en 6-10 keer zo hoog als die van aluminiumoxide. Het is een diëlektrisch materiaal met unieke elektrische, thermische en mechanische eigenschappen, en geen ander materiaal vertoont zo'n uitgebreide combinatie van eigenschappen.

Berylliumoxide keramische platen worden gewaardeerd en toegepast in de gebieden van microwave-technologie, vacuüm-elektronica, nucleaire technologie, micro-elektronica en opto-elektronica vanwege hun hoge thermische geleidbaarheid, hoog smeltpunt, sterkte, hoge isolatie, lage diëlektrische constante, lage diëlektrische verliezen en goede aanpassingsvatbaarheid aan verpakkingsprocessen. In het bijzonder zijn zij de mainstream keramische materialen geworden voor de fabricage van componenten met hoge thermische geleidbaarheid in hoogvermogen halfgeleiderapparaten, hoogvermogen geïntegreerde schakelingen, hoogvermogen microwave vacuümmiddelen en kernreactoren, en spelen zij een zeer belangrijke rol in zowel het militaire domein als in de nationale economie.

In lucht- en ruimtevaart elektronische technologie omzettingskringen, evenals in vliegtuig- en satellietcommunicatiesystemen, wordt BeO-plaat uitgebreid gebruikt voor beugels en assemblageonderdelen; het heeft ook potentiële toepassingen in ruimtevaartelektronica. BeO-ceramiek bezit uitzonderlijk hoge thermische schokweerstand en kan worden gebruikt in ontstekingsmechanismen van straalvliegtuigen. BeO-platen met metalen coatings zijn gebruikt in de besturingssystemen van vliegtuig voortstuwingssystemen, en gespoten metalen berilliumoxide voeringen zijn toegepast in automobielontstekingsapparatuur.

BeO-ceramische platen hebben uitstekende thermische geleidbaarheid en zijn gemakkelijk te miniaturiseren, wat brede toepassingsmogelijkheden in het lasergebied oplevert; bijvoorbeeld zijn BeO-lasers efficiënter en hebben zij hoger uitgangsvermogen dan kwarts-lasers. Het gebruik van BeO-ceramische materialen in lucht- en ruimtevaart, ruimtevaart en militaire apparatuur vervult een onvervangbare rol, en daarom neemt de vraag naar BeO jaar na jaar toe.

In de Verenigde Staten was de productie van BeO-platen in de late jaren 1990 drie tot vijf keer zo hoog als in de late jaren 1980, en stijgt momenteel met een tempo van 8–12%, wat resulteert in meer dan 200 ton. Enkele jaren geleden stelde het U.S. Defense Electronics Supply Center een plan voor aan de industrie om hoogwaardige BeO-keramische materialen te ontwikkelen en heeft sindsdien vooruitgang geboekt. In de materialencatalogus van het leveringscentrum neemt de positie van berilliumoxide-plaat geleidelijk toe, en in de komende jaren zal berilliumoxide het favoriete materiaal worden voor militaire hoogvermogen MCM's (multi-chip modules).

Technische specificaties