Placă din BeO cu conductivitate termică ridicată, foaie ceramică din oxid de beriliu

Dezvoltarea plăcii ceramice din oxid de beriliu în străinătate a început în anii 1930, dar faza sa de dezvoltare rapidă a fost între sfârșitul anilor 1950 și sfârșitul anilor 1970. Ceramica din oxid de beriliu se diferențiază de alte ceramici electronice. Până în prezent, caracteristicile sale de conductivitate termică ridicată și pierderi reduse sunt greu de înlocuit cu alte materiale.

Pe de o parte, acest lucru se datorează cererii semnificative în diverse domenii ale științei și tehnologiei, iar pe de altă parte, deoarece oxidul de beriliu este toxic, necesitând măsuri de protecție riguroase și dificile, există foarte puține fabrici în lume capabile să-l producă în siguranță.

Substraturile ceramice din oxid de beriliu sunt ceramice cu oxid de beriliu ca principal component. Sunt utilizate în principal ca substraturi pentru circuite integrate pe scară largă, tuburi laser cu gaz de înaltă putere, carcase de radiator pentru tranzistori, ferestre de ieșire pentru microunde și moderatoare de neutroni.

Se obține prin adăugarea de ingrediente precum oxidul de aluminiu la pulberea de oxid de beriliu și sinterizarea la temperaturi ridicate. Producerea acestui tip de ceramică necesită măsuri adecvate de protecție. În medii la temperatură ridicată care conțin umiditate, volatilitatea oxidului de beriliu crește, începând să se evapore la 1000°C și crescând odată cu temperatură, ceea ce creează dificultăți în producție, iar unele țări nu mai produc acest material. Cu toate acestea, produsele au proprietăți excelente și, în ciuda prețului ridicat, există totuși o cerere considerabilă.

Utilizarea foilor de BeO ca material izolator a început în 1928, dar până în 1930 oxidul de beriliu era amestecat în principal cu alte materiale ca substanță fosforescentă.

În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, plăcile ceramice din berylliu de înaltă puritate au fost fabricate pentru prima dată. În 1946, s-a descoperit că oxidul de beriliu are o conductivitate termică extrem de ridicată. La acea vreme, era utilizat în principal în dispozitive nucleare. Abia în mijlocul anilor 1950 a început să fie aplicat în electronică, instrumente de măsură, comunicații și tehnologie aerospace.

Intervalul de temperatură de topire al substratului de oxid de beriliu este între 2530°C și 2570°C, având o densitate teoretică de 3,02 g/cm³. Poate fi utilizat pe termen lung la 1800°C în vid, la 2000°C în gaze inerte, iar într-o atmosferă oxidantă începe să se volatilizeze la 1800°C. Cea mai remarcabilă proprietate a ceramicii din oxid de beriliu este conductivitatea sa termică ridicată, comparabilă cu cea a aluminiului metalic, și de 6-10 ori mai mare decât cea a oxidului de aluminiu. Este un material dielectric cu proprietăți electrice, termice și mecanice unice, iar niciun alt material nu prezintă o gamă atât de cuprinzătoare de proprietăți.

Plăcile din ceramică de oxid de beriliu sunt apreciate și utilizate în domeniile tehnologiei microundelor, electronicii de vid, tehnologiei nucleare, microelectronicii și optoelectronicii datorită conductivității termice ridicate, punctului de topire înalt, rezistenței, izolației ridicate, constantei dielectrice scăzute, pierderilor dielectrice reduse și adaptabilității bune la procesele de ambalare. În mod deosebit, acestea au devenit materiale ceramice principale pentru fabricarea componentelor cu conductivitate termică ridicată destinate dispozitivelor semiconductoare de putere mare, circuite integrate de putere mare, dispozitive vacuumatice de putere mare pentru microunde și reactoare nucleare, jucând un rol foarte important atât în domeniul militar, cât și în economia națională.

În circuitele de conversie a tehnologiei electronice aeronautice, precum și în sistemele de comunicații ale aeronavelor și sateliților, placa de BeO este utilizată pe scară largă pentru componente de suport și asamblare; are, de asemenea, aplicații potențiale în electronica spațială. Ceramica BeO posedă o rezistență excepțional de mare la socurile termice și poate fi utilizată în detonatoarele avioanelor cu reacție. Plăcile de BeO cu acoperiri metalice au fost utilizate în sistemele de control ale dispozitivelor de propulsie ale aeronavelor, iar căptușelile din oxid de beriliu pulverizat au fost aplicate în dispozitivele de aprindere ale automobilelor.

Plăcile de ceramică BeO au o conductivitate termică excelentă și sunt ușor de miniaturizat, prezentând perspective largi de aplicare în domeniul laserelor; de exemplu, lanserele BeO sunt mai eficiente și au o putere de ieșire mai mare decât lanserele de cuarț. Utilizarea materialelor ceramice BeO în echipamente aeronautice, spațiale și militare joacă un rol ireînlocuibil, iar cererea pentru BeO a crescut an de an.

În Statele Unite, producția de foi de BeO la sfârșitul anilor 1990 a fost de 3-5 ori mai mare decât cea de la sfârșitul anilor 1980 și în prezent crește cu o rată de 8–12%, ajungând la peste 200 de tone. Acum câțiva ani, Centrul de Aprovizionare cu Echipamente Electronice pentru Apărare al SUA a propus industriei un plan pentru dezvoltarea materialelor ceramice din BeO de înaltă performanță și de atunci s-au făcut progrese. În catalogul de materiale al centrului de aprovizionare, poziția foilor de oxid de beriliu este în continuă ascensiune, iar în următorii ani oxidul de beriliu va deveni materialul preferat pentru modulele multi-cip (MCM) militare de putere mare.

Specificații tehnice