钨铜的铜含量如何影响导热与 CTE？W80Cu20 到 Wizzle 牌号的选型对照

钨铜（W-Cu）是一种假合金，而非固溶体。钨和铜本质上互不相溶，因此零件是一种两相复合材料：由铜浸渗的钨骨架，或通过混合粉末压坯近净成形固结而成。其性能取决于铜的含量比例和微观结构。它们不遵循热处理回火状态，也不遵循商品名。

新莱福 MIM 运营着从混炼和 MIM喂料、注射成型、脱脂、烧结到精加工的完整金属注射成型/粉末冶金产业链，生产钨铜和铜零件，包括近净成形的微翅片、微通道和型腔。铜含量比例仍然是图纸上的一个变量。相同的“钨铜”标签可能对应截然不同的膨胀率和热导率，在开模前，应针对配合面检查从以往设计中沿用的牌号。

铜含量是同时影响热导率和热膨胀系数的变量，且两者的变化速率并不相同

铜的质量分数是牌号属性，它使热导率和热膨胀发生足够大的变化，从而促使设计师采取行动。W90Cu10、W80Cu20或W70Cu30只有在与该质量分数以及供应商数据表上的实测性能挂钩后才能使用。在写下相同的映射关系之前，专有商品名不能算作规格。

这两种性能并不按比例同步变化。纯金属的手册数据约为：钨的热膨胀系数约 4.5 ppm/K，热导率约 170 W/m·K；而铜的热膨胀系数约 17 ppm/K，热导率约 400 W/m·K（CRC化学与物理手册）。选材正是基于这些比例关系：铜的膨胀量大约是钨的3.5到4倍，而热导率仅略高于钨的2倍。因此，增加铜含量带来的膨胀率提升比热导率提升更快。

在大多数芯片贴装和陶瓷封装项目中，与配合面的热膨胀系数（CTE）匹配是硬性约束。此时，热导率就是该匹配牌号所测得的值。为了“预留热裕量”而额外指定的铜含量，可能会以消耗膨胀预算为代价换取适度的热导率提升，而这种不匹配正是导致接头疲劳的原因。如果热预算紧张且配合面无法容忍更大的膨胀，应改变截面尺寸、在已匹配的牌号上增加铜包覆层，或者在几何形状证明开模合理的情况下成型微通道。只有在比较了这些方案之后，才考虑更改牌号。

使用工作温度区间内的平均热膨胀系数。单一的室温数据点并不是接头实际经历的膨胀量。基板的自由膨胀本身也不是寿命指标：粘结接头的应变取决于热膨胀系数差和温度波动；长度表现为边缘位移和翘曲；接头厚度决定了剪切应力。牌号的变化在短小零件上可能很重要，但如果配合面随之同步移动，则可能无关紧要。先比较平均热膨胀系数，然后再评估接头。

制造工艺路线而非牌号名称决定了哪些形状是切实可行的

有四种工艺路线可以制造钨铜零件。工艺路线决定了经济上可行的几何形状。这并非由牌号名称所暗示。

对于公差宽松、平整、简单、厚实的板材，压制或从坯料进行机加工通常比注射成型更便宜。当零件包含否则会被铣削掉的复杂特征时，金属注射成型才能体现其模具价值。这正是新莱福 MIM 钨铜和铜产品范围内的几何形状类别：近净成形的微翅片、微通道和型腔，作为昂贵铜机加工的替代方案。

只有在明确了铜含量比例以及实测的热膨胀系数和热导率后，牌号之间才具有可比性

下表是选材指南，而非数据表。它不列出热膨胀系数或热导率。这些数值取决于密度、浸渗质量和测试方向，必须由实际生产该牌号的供应商提供。由于铜相对于钨的膨胀优势远大于其热导率优势，从含铜10 wt%的牌号升级到含铜30 wt%的牌号，其热膨胀系数的变化幅度大于热导率的变化幅度。这两者的变化幅度都是实测数值，而非混合规则的计算输出。

电气触点规格与封装散热器数据表不可互换。请确认图纸实际引用的是哪份文件。

壁厚均匀性、特征尺寸及后续接头工艺设定了设计窗口

浸渗和金属注射成型针对的是成分范围的商业中间区域，而在边缘区域，由于不同的原因，它们会成为错误的选择。在低铜含量下，通常的工业路线是先将钨骨架致密化，然后进行浸渗。如果该骨架保留孔隙，或者浸渗未能到达厚大或盲孔区域，热导率将低于热设计中使用的值。在高铜含量下，复合材料富铜；如果热膨胀系数不受限制，采用纯铜或铜合金路线通常更简单且热导率更高。精确的成分极限因工艺而异。请从工艺所有者处获取，而非通用的临界值。

在这一中间区域内，图纸受到工艺实际能力的制约。MIM喂料偏好相当均匀的截面。微通道、翅片、凹槽和阶梯基座正是近净成形体现模具价值的地方。后续的钎焊或烧结粘结将要求平整度，而烧结态的百分比公差并不能自动保证这一点。热流也可能是方向性的：压制骨架可能存在轻微的各向异性，因此数据表上的数值仅在其测量方向上是可靠的。

新莱福 MIM 公布的近净成形控制指标为相对密度 ≥ 98%，尺寸公差为 ±0.3% 至 ±0.5%。公布的纯铜、铜合金及钨铜金属注射成型系列的烧结密度最低值为 ≥ 8.4 g/cm³。这个 8.4 g/cm³ 的数值是系列最低值，而不是高钨图纸上应标注的密度。理论密度随钨含量的增加而提高，牌号密度必须明确约定。±0.3% 至 ±0.5% 的区间是烧结态的能力指标。在芯片贴装或钎焊面上，通常仍需要加工余量，因为平整度和粗糙度的要求比整体尺寸的百分比更严格。最终界面的要求应与烧结态区间单独约定。

脱脂、收缩和浸渗不完全是导致钨铜金属注射成型零件报废的原因

主要的工艺风险包括脱脂不完全、收缩不均匀和浸渗不完全。残留的粘结剂碳会改变骨架的烧结方式，并表现为批次间的密度散差，因此脱脂曲线和炉内气氛是值得审核的工艺参数。壁厚不均会在薄厚过渡区产生差异收缩；变形在烧结后出现，且纠正成本高昂。厚大或盲孔区域可能局部未被浸渗，这会丧失热模型所假设的热导率。浸渗骨架的收缩补偿与单一材料金属注射成型的问题不同，因为铜占据了骨架留下的孔隙。补偿模型必须是针对该工艺路线验证过的模型。

不要将钨铜金属注射成型强行用于简单、厚实、低复杂度的板材；压制和机加工通常是更快捷的路径。当唯一要求是最大热导率且热膨胀系数不受限时，不要使用它；纯铜是更好的导体。不要在铜含量比例下使用它，如果此时铜合金能以更低的成本满足膨胀预算。不要将其用于超出实际模具和炉膛尺寸的单件产品，或用于公差宽松的样件，因为从坯料机加工在交期上更具优势。

实测性能和批次可追溯性证明供应商资质；牌号名称则不能

新莱福 MIM 自主研发 D50 ≤ 3 µm 的超细铜粉、超细铁粉和镍粉，并提供定制化的 MIM喂料。该粒径声明涵盖铜、铁和镍。它不是钨粉的规格，也不应被视为钨骨架可预测收缩的原因。近净成形的钨铜和铜金属注射成型产品根据上述密度和公差指标提供，并在 IATF 16949、ISO 9001 和 ISO 14001 体系内运行。这些证书表明其具备文件化的质量体系。它们不能替代对组件所用尺寸的制造能力检查，也不能替代实际注射成型牌号的热膨胀系数、热导率和密度的数据表数据。

在模具放行前，要求提供粉末批次、喂料批次和炉次可追溯性，以及实测的热膨胀系数、热导率、密度和组件实际关注的两到三个尺寸，且必须在热流方向的测试方向上提供。

发送图纸和热膨胀系数目标，并在开模前确认牌号

牌号名称不能匹配热膨胀。铜的质量分数和实测热膨胀系数才能匹配。请提供配合面材料、工作温度范围、钎焊或烧结粘结所需的平整度和表面粗糙度，以及年产量。在开模前，可以缩小铜含量和工艺路线的范围。如果当前图纸上的铜含量是沿用而来，而非根据配合面推导得出，那是首先要检查的项目。

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参考文献

1. ASM手册，第7卷：《粉末金属技术与应用》。ASM International。 2. German, R. M. 《粉末冶金与颗粒材料加工》。金属粉末工业联合会，2005年。 3. ASTM B702/B702M。《铜钨电触点材料标准规范》。 4. ASTM B328。《烧结金属结构零件和含油轴承的密度、含油量和连通孔隙率标准测试方法》。 5. 《CRC化学与物理手册》。CRC Press。纯钨和纯铜的热学与物理性能。 6. 新莱福 MIM：https://www.newlifematerial.com