Hög värmeledningsförmåga BeO-platta av berylliumoxidkeramik

Utvecklingen av keramiska plattor av berylliumoxid utomlands började på 1930-talet, men den snabba utvecklingsfasen var från slutet av 1950-talet till slutet av 1970-talet. Keramer av berylliumoxid skiljer sig från andra elektroniska keramer. Hittills är deras höga termiska ledningsförmåga och låga förlustegenskaper svåra att ersätta med andra material.

Å ena sidan beror detta på den betydande efterfrågan inom olika områden inom vetenskap och teknik, och å andra sidan eftersom berylliumoxid är giftigt och kräver stränga och utmanande skyddsåtgärder finns det mycket få fabriker i världen som kan producera det på ett säkert sätt.

Berylliumoxidkeramiska substrat är keramer med berylliumoxid som huvudkomponent. De används främst som substrat för storskaliga integrerade kretsar, högprestandagaslaserrör, kylflänsgehöll för transistorer, mikrovågsutgångsfönster och neutronmoderatorer.

Den tillverkas genom att tillsätta ingredienser såsom aluminiumoxid till berylliumoxidpulver och sintera vid höga temperaturer. Tillverkning av denna typ av keramik kräver lämpliga skyddsåtgärder. I högtempererade miljöer med fuktighet ökar flyktigheten av berylliumoxid, vilket börjar vid 1000°C och ökar med temperaturen, vilket skapar tillverkningsproblem, och vissa länder tillverkar inte längre detta material. Produkterna har dock utmärkta egenskaper, och trots det höga priset finns det fortfarande betydande efterfrågan.

Användningen av BeO-plattor som isoleringsmaterial började 1928, men fram till 1930 blandades BeO huvudsakligen med andra material som ett fosforescerande ämne.

Under andra världskriget tillverkades för första gången keramiska plattor av högpur berylliumoxid. År 1946 upptäckte man att berylliumoxid har en extremt hög termisk ledningsförmåga. På den tiden användes det främst i kärnavancerade enheter. Först på mitten av 1950-talet började berylliumoxid användas inom elektronik, mätinstrument, kommunikation och rymdteknik.

Smältpunktsintervallet för berylliumoxidsubstrat är 2530°C till 2570°C, med en teoretisk densitet på 3,02 g/cm³. Det kan användas långsiktigt vid 1800°C i vakuum, vid 2000°C i tröga gaser och börjar avdunsta vid 1800°C i en oxiderande atmosfär. Den mest anmärkningsvärda egenskapen hos berylliumoxidkeramer är dess höga termiska ledningsförmåga, jämförbar med metalliskt aluminium, och 6–10 gånger högre än aluminiumoxid. Det är ett dielektriskt material med unika elektriska, termiska och mekaniska egenskaper, och inget annat material uppvisar en så omfattande kombination av egenskaper.

Berylliumoxidkeramiska plattor är värderade och används inom områdena mikrovågsteknik, vakuumelektronik, kernteknik, mikroelektronik och optoelektronik på grund av sin höga värmeledningsförmåga, höga smältpunkt, hållfasthet, höga isolationsförmåga, låg dielektrisk konstant, låg dielektrisk förlust och god anpassningsförmåga till förpackningsprocesser. Speciellt har de varit dominerande keramiska material för tillverkning av komponenter med hög värmeledningsförmåga i effekthöjda halvledare, effekthöjda integrerade kretsar, effekthöjda mikrovågsvakuumkomponenter och kärnkraftsreaktorer, vilket spelar en mycket viktig roll inom både det militära området och den nationella ekonomin.

I omvandlingskretsar för flygteknisk elektronik, samt i flygplan och satellitkommunikationssystem, används BeO-plattor omfattande för fästen och monteringskomponenter; den har även potentiella tillämpningar inom rymdfarts-elektronik. BeO-keramer har exceptionellt hög motståndskraft mot termisk chock och kan användas i jetflygs tändanordningar. BeO-plattor med metallbeläggning har använts i styrsystem för flygmotorer, och metallbelagda berylliumoxid-inlägg har tillämpats i tändsystem för fordon.

BeO-keramplattor har utmärkt värmeledningsförmåga och är lätta att minska i storlek, vilket visar breda tillämpningsmöjligheter inom laserområdet; till exempel är BeO-lasar effektivare och har högre uteffekt än kvartslasar. Användningen av BeO-keramiska material inom luft- och rymdfart, samt militär utrustning, spelar en oersättlig roll, och efterfrågan på BeO har därför ökat år från år.

I Förenta staterna var produktionen av BeO-plattor i slutet av 1990-talet 3 till 5 gånger högre än i slutet av 1980-talet, och ökar för närvarande i en takt av 8–12 %, vilket resulterar i mer än 200 ton. För några år sedan lade den amerikanska försvarscentrum för elektronikförsörjning fram en plan för industrin om att utveckla högpresterande keramiska BeO-material och har sedan dess gjort framsteg. I centrumets materialkatalog stiger statusen för berylliumoxidplattor successivt, och under de kommande åren kommer berylliumoxid att bli det föredragna materialet för militära högprestanda MCM (flerchipmoduler).

Tekniska specifikationer