Пластина из оксида бериллия BeO с высокой теплопроводностью, керамический лист

Разработка за рубежом керамических пластин из оксида бериллия началась в 1930-х годах, но быстрый этап развития пришелся на конец 1950-х — конец 1970-х годов. Керамика из оксида бериллия отличается от других электронных керамик. По сегодняшним меркам ее высокая теплопроводность и малые потери труднозаменимы другими материалами.

С одной стороны, это обусловлено значительным спросом в различных областях науки и техники, а с другой — тем, что оксид бериллия является токсичным веществом, требующим строгих и сложных мер защиты, поэтому в мире очень мало предприятий, способных безопасно производить этот материал.

Подложки из керамики на основе оксида бериллия — это керамические материалы, в которых основным компонентом является оксид бериллия. Они применяются в качестве подложек для крупномасштабных интегральных схем, трубок высокомощных газовых лазеров, корпусов теплоотводов для транзисторов, микроволновых выходных окон и нейтронных замедлителей.

Изготавливают такой тип керамики путём добавления таких компонентов, как оксид алюминия, в порошок оксида бериллия и последующего спекания при высоких температурах. При производстве этой керамики необходимо соблюдать соответствующие меры защиты. В средах с высокой температурой и содержанием влаги летучесть оксида бериллия возрастает: испарение начинается при температуре 1000 °C и увеличивается с ростом температуры, что создаёт трудности в производстве, поэтому некоторые страны больше не выпускают этот материал. Однако изделия обладают превосходными свойствами, и, несмотря на высокую цену, спрос на них остаётся значительным.

Использование листов BeO в качестве изоляционного материала началось в 1928 году, однако до 1930 года оксид бериллия в основном смешивали с другими материалами для получения люминесцентных веществ.

Во время Второй мировой войны впервые были изготовлены пластины из керамики диоксида бериллия высокой чистоты. В 1946 году было обнаружено, что оксид бериллия обладает чрезвычайно высокой теплопроводностью. В то время он в основном использовался в ядерных устройствах. Только в середине 1950-х годов оксид бериллия начал применяться в электронике, измерительных приборах, средствах связи и аэрокосмической технике.

Температурный диапазон плавления подложки из оксида бериллия составляет от 2530 °C до 2570 °C, теоретическая плотность — 3,02 г/см³. Может длительно использоваться при 1800 °C в вакууме, при 2000 °C в инертных газах и начинает испаряться при 1800 °C в окислительной атмосфере. Наиболее выдающимся свойством керамики из оксида бериллия является её высокая теплопроводность, сопоставимая с теплопроводностью металлического алюминия и в 6–10 раз превышающая теплопроводность оксида алюминия. Это диэлектрический материал с уникальными электрическими, тепловыми и механическими свойствами, и ни один другой материал не обладает таким комплексом характеристик.

Керамические пластины из оксида бериллия ценятся и применяются в областях микроволновой техники, вакуумной электроники, ядерной технологии, микроэлектроники и оптоэлектроники благодаря высокой теплопроводности, высокой температуре плавления, прочности, высокой изоляции, низкой диэлектрической проницаемости, низким диэлектрическим потерям и хорошей совместимости с процессами упаковки. В особенности они являются основными керамическими материалами для изготовления компонентов с высокой теплопроводностью в мощных полупроводниковых приборах, мощных интегральных схемах, мощных микроволновых вакуумных устройствах и ядерных реакторах, играя очень важную роль как в военной сфере, так и в национальной экономике.

В преобразовательных схемах аэрокосмической электронной техники, а также в системах связи самолетов и спутников, пластины BeO широко используются в качестве крепежных и сборочных компонентов; они также имеют перспективы применения в электронике космических аппаратов. Керамика BeO обладает исключительно высокой стойкостью к термоударам и может использоваться в детонаторах реактивных самолетов. Пластины BeO с металлическим покрытием применялись в системах управления силовыми установками летательных аппаратов, а напыленные металлизированные вставки из оксида бериллия использовались в устройствах зажигания автомобилей.

Пластины из керамики BeO обладают превосходной теплопроводностью и легко миниатюризируются, что открывает широкие перспективы их применения в лазерной области; например, лазеры на основе BeO более эффективны и имеют более высокую выходную мощность по сравнению с кварцевыми лазерами. Использование керамических материалов BeO в авиакосмической, космической и военной технике играет незаменимую роль, поэтому спрос на BeO ежегодно возрастает.

В Соединенных Штатах производство листов BeO в конце 1990-х годов было в 3–5 раз выше, чем в конце 1980-х годов, и в настоящее время растет темпами 8–12%, достигнув более 200 тонн. Несколько лет назад Центр электронных поставок Министерства обороны США предложил промышленности план по разработке высокопроизводительных керамических материалов на основе оксида бериллия, и с тех пор были достигнуты определенные успехи. В каталоге материалов центра положение листов оксида бериллия постепенно укрепляется, и в ближайшие годы оксид бериллия станет предпочтительным материалом для военных мощных МКМ (многочиповых модулей).

Технические характеристики