铜的导电性和导热性在铜制品设计中起到什么关键作用？
铜的导电性和导热性在铜制品设计中几乎是“一票否决”级的指标，直接决定了它能不能用、该怎么用、以及寿命与成本的上限。下面把两条性能拆成“功能-结构-工艺-失效”四个维度，说明它们到底关键在哪儿。
1. 导电性：决定“能不能把电顺利送到该去的地方”
功能层：
‑ 母线、汇流排、引线框架、射频同轴内导体、HV winding 等，都要求体积电阻率 ≤ 1.7 μΩ·cm（退火无氧铜 OFCu 典型值）。只要电导率 IACS 低于 95 %，焦耳热就会按 I²R 指数级放大，整机效率掉档，散热和铜用量双双飙升。
结构层：
‑ 为了把电流密度从 3 A/mm² 拉到 10 A/mm² 以上，设计师会把铜截面压到极限，但前提是电导率必须“纯”——含 0.1 % P、Fe 或 0.05 % O 都会让电阻跳 5–10 %，于是只能被迫加粗，重量、成本、弯曲半径全部失控。
工艺层：
‑ 高导铜（C10100/C10200）对冷作硬化极敏感，拉拔或冲压后电导率会掉 2–3 %，因此必须在 250–300 °C 做“恢复退火”，把位错密度降到 10¹⁴ m⁻² 以下，否则高频趋肤深度 δ 变大，射频损耗飙升。
失效层：
‑ 局部电导率下降 → 热点 → 再结晶/晶界氧化 → 电阻进一步升高，形成“热失控-电迁移”正反馈，最终烧断。高压 GIS 触头一旦表面生成 10 nm Cu₂O 膜，接触电阻可翻 20 倍，就是典型失效链。
2. 导热性：决定“热能不能被瞬间搬走”
功能层：
‑ 热管壳体、CPU 均热板（Vapor-Chamber）、IGBT 基板、激光二极管热沉，都要求 λ ≥ 350 W/(m·K)（OF-Cu 实测 390–400）。只要掉到 320 W/(m·K) 以下，芯片结温就会高 5–7 °C，寿命减半（Arrhenius 规则）。
结构层：
‑ 均热板内腔壁厚被压到 0.2 mm，铜既要当“蒸汽冷凝面”又要当“热扩散高速公路”，导热系数直接决定毛细极限 Q_max ∝ λ·A/wick。换成不锈钢或铝，厚度得翻 3–4 倍，重量和空腔体积都不允许。
工艺层：
‑ 高温钎焊（800 °C）时，铜晶粒会从 20 μm 长到 200 μm，晶界变少，λ 反而升高 3–5 %；但如果用低银钎料（Ag 3 %）出现晶界偏析，λ 会掉 8 %，必须后道“光亮退火”把杂质赶出晶界。
失效层：
‑ 局部导热下降 → 温差 ΔT 升高 → 热应力 σ=E·α·ΔT 超过 80 MPa → 低周疲劳裂纹 → 热阻进一步升高，最终“热点-裂纹”耦合失效。LED 车灯铜基板如果因为表面镀镍 2 μm 把 λ 降到 320 W/(m·K)，两年后就出现 5 mm 裂纹，光衰 30 %。
3. 导电+导热耦合场景：把“电”和“热”同时当生命线
例：800 V 电动汽车叠层母排（Busbar）
‑ 电流 400 A，焦耳热 25 W，母排表面同时是电池冷却回路的一部分。铜的电导率决定截面积，导热率决定能否把 25 W 在 0.2 s 内横向扩散到水冷板；两者只要有一个掉链子，就必须额外加 1 kg 铝散热板，整车里程掉 3–4 km。
设计方程：
R_θJA = (t / λ·A) + (ρ·L / IACS·A) · (dT/dP)
其中 ρ 和 λ 都是铜的本征属性，工程师唯一能动的就是“选纯铜”还是“选高导易切削铜”，一旦选错，后面系统级再怎么优化都补不回来。
铜的导电性与导热性不是“锦上添花”，而是“边界条件”——它们先锁定材料，再锁定几何，最后锁定工艺路线。任何铜制品设计，都必须先验证这两条性能在服役温度/应力/气氛下的衰减余量，否则后面所有结构、散热、可靠性计算都是空中楼阁。
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