Doska s vysokou tepelnou vodivosťou BeO, keramický hárok z oxidu beryličitého

Vývoj keramických platní z oxidu berýlia začal v zahraničí v 30. rokoch 20. storočia, ale jeho rýchly rozvoj nastal od konca 50. rokov až po koniec 70. rokov 20. storočia. Keramika z oxidu berýlia sa líši od iných elektronických keramík. Dodnes sú jej vlastnosti, ako vysoká tepelná vodivosť a nízke straty, ťažko nahraditeľné inými materiálmi.

Na jednej strane je to spôsobené významnou poptávkou v rôznych oblastiach vedy a techniky, na druhej strane však oxid berýlia je toxický a vyžaduje prísne a náročné ochranné opatrenia, takže na svete existuje veľmi málo firiem, ktoré ho bezpečne dokážu vyrábať.

Podložky z keramiky oxidu berýlia sú keramiky, ktorých hlavnou zložkou je oxid berýlia. Používajú sa hlavne ako podložky pre veľkoplošné integrované obvody, vysokovýkonné plynné laserové trubice, chladiče pre tranzistory, mikrovlnné výstupné okná a neutronové moderačné prostredia.

Vyrába sa pridaním zložiek, ako je oxid hliníka, do prášku oxidu berýlia a spekaním pri vysokých teplotách. Výroba tohto typu keramiky vyžaduje primerané ochranné opatrenia. Vo vysokoteplotných médiách obsahujúcich vlhkosť sa odparovanie oxidu berýlia zvyšuje, pri 1000 °C začína odparovať a so stúpajúcou teplotou sa intenzita odparovania zvyšuje, čo spôsobuje výrobné ťažkosti, a preto niektoré krajiny túto keramiku už nevyrábajú. Výrobky však majú vynikajúce vlastnosti a napriek vysokej cene na ne stále existuje značná poptávka.

Používanie dosiek z BeO ako izolačného materiálu sa začalo v roku 1928, ale až do roku 1930 bol BeO hlavne zmiešavaný s inými materiálmi ako fosforeskujúca látka.

Počas druhej svetovej vojny boli poprvýkrát vyrobené keramické platne z vysokokvalitnej oxidu berýlia. V roku 1946 bolo objavené, že oxid berýlia má extrémne vysokú tepelnú vodivosť. V tom čase sa používal hlavne v jadrových zariadeniach. Až v polovici 50. rokov sa začal oxid berýlia uplatňovať v elektronike, meracej technike, komunikáciách a leteckej technológií.

Rozsah teploty tavenia podložky z oxidu berýlia je 2530 °C až 2570 °C pri teoretickej hustote 3,02 g/cm³. Môže byť dlhodobo používaný pri 1800 °C vo vákuu, pri 2000 °C v inertných plynoch a pri oxidačnej atmosfére začína odparovať pri 1800 °C. Najvýraznejšou vlastnosťou keramiky z oxidu berýlia je jej vysoká tepelná vodivosť, ktorá je porovnateľná s hliníkom, a 6-10-násobkom vodivosti oxidu hliníka. Je to dielektrický materiál s jedinečnými elektrickými, tepelnými a mechanickými vlastnosťami, a žiadny iný materiál neprejavuje taký komplexný rozsah vlastností.

Keramické dosky z oxidu berýlia sú cenene a používané v oblastiach mikrovlnnej techniky, vákuovej elektroniky, jadrovej techniky, mikroelektroniky a optoelektroniky vďaka ich vysokému tepelnému vodivosti, vysokému bodu topenia, pevnosti, vysokému izolačnému odporu, nízkej dielektrickej konštante, nízkym dielektrickým stratám a dobrej prispôsobivosti procesom zabalenia. Obzvlášť sa prejavili ako hlavný druh keramických materiálov na výrobu komponentov s vysokou tepelnou vodivosťou pre výkonové polovodičové zariadenia, výkonové integrované obvody, výkonové mikrovlnné vákuové zariadenia a jadrové reaktory, čím zohrávajú veľmi dôležitú úlohu vo vojenskom priemysle aj v národnom hospodárstve.

V oblasti prevodových obvodov pre elektronické technológie v leteckej doprave, ako aj v komunikačných systémoch lietadiel a satelitov, sa dosky z BeO široko používajú ako nosníky a zostavové komponenty; majú tiež potenciálne uplatnenie v elektronike kozmických plánov. Keramika z BeO má mimoriadne vysokú odolnosť voči tepelnému šoku a môže byť použitá v detonačných zariadeniach reaktívnych lietadiel. BeO dosky s kovovými povlakmi sa používali v riadiacich systémoch pohonných jednotiek lietadiel a postrekované kovové vložky z oxidu berýlia sa aplikujú v zapaľovacích zariadeniach automobilov.

Dosky z keramiky BeO majú vynikajúcu tepelnú vodivosť a sú ľahké miniaturizovať, čo im poskytuje široké možnosti uplatnenia v oblasti laserov; napríklad BeO lasery sú účinnejšie a majú vyšší výkon ako kvapalinové lasery. Použitie keramických materiálov BeO v leteckej doprave, kozmických technológiách a vojenskom vybavení zohráva nenahraditeľnú úlohu, a preto dopyt po BeO stúpa z roka na rok.

V Spojených štátoch bola výroba BeO dosiek na konci 90. rokov 20. storočia 3 až 5-krát vyššia ako na konci 80. rokov 20. storočia a momentálne stúpa tempom 8–12 %, čo znamená viac ako 200 ton. Pred niekoľkými rokmi navrhol Centrum pre elektronické dodávky americkej armády priemyslu plán na vývoj vysokovýkonných keramických materiálov na báze oxidu berýlia a odvtedy boli dosiahnuté pokroky. V materiálovom katalógu tohto centra sa postavenie oxidu berýlia postupne zvyšuje a v nasledujúcich rokoch sa stane preferovaným materiálom pre vojenské výkonové MCM (multi-chip moduly).

Technické špecifikácie