Твърдата мед е термична супермагистрала, но се разширява като концертина при нагряване. В прецизна много-пластова пластина това разширение може да я разкъса от съседните й керамични или силициеви компоненти. Мед-волфрам (CuW) е конструиран композит, който укротява това диво топлинно разширение чрез вграждане на твърди волфрамови частици с ниско-разширяване в меката, проводяща мед. Цената за тази стабилност на размерите се плаща в леко намаляване на способността на материала да разпространява топлина бързо.
Основи на топлопроводимостта
Топлинната дифузия, скоростта, с която топлината се разпространява през даден материал, е критичната метрика в дизайна на плочата. Чистата мед показва много висока топлопроводимост, около 115 mm²/s, което я прави изключително бърза при разпределяне на топлина. В CuW композит, с обикновено 20% до 40% волфрам по обем, коефициентът на дифузия е пропорционално по-нисък-може би 70–90 mm²/s-защото волфрамът провежда топлина по-малко ефективно от медта и увеличава масата на композита.
Волфрамът действа като термична и механична котва, забавя дивото разширяване на медта и леко потиска нейния термичен спринт, като същевременно запазва достатъчно проводимост за ефективно разпространение на топлината.
Коефициент на топлинно разширение и хармония на размерите
Основното предимство на CuW композита се крие в неговия регулируем коефициент на топлинно разширение (CTE). CuW CTE може да бъде конструиран между ~6,5 и ~9,0 ×10⁻⁶/ градус, в сравнение с ~17 ×10⁻⁶/ градус на чистата мед. Това специално разширение позволява на композитната плоча да съответства точно на CTE на деликатни компоненти като силициеви пластини или керамични субстрати.
Производството обикновено се осъществява чрез инфилтриране на порест волфрамов скелет с разтопена мед, създавайки металургична връзка, която съчетава топлопроводимостта на медта със стабилността на размерите на волфрама. Следователно композитът е избраният материал за високо-мощни полупроводникови разпределители на топлина и някои специализирани нагревателни плочи, където перфектното съвпадение на CTE не-подлежи на обсъждане. Инженерите заменят част от термичния спринт на медта за абсолютна хармония на размерите.
CuW композит срещу топлопроводимост на медна плоча
Сравнението на CuW композит с топлопроводимост на медна плоча демонстрира класически металургичен компромис:
Твърда мед:Висок коефициент на топлопроводимост (~115 mm²/s), висок CTE (~17 ×10⁻⁶/градус), бързо разпространение на топлината, лошо съвпадение на размерите с керамика и силиций.
CuW композит:Умерен коефициент на топлопроводимост (~70–90 mm²/s), нисък и приспособим CTE (~6,5–9,0 ×10⁻⁶/градус), малко по-бавно разпространение на топлината, отлично съвпадение на размерите с чувствителни материали.
Съдържанието на волфрам действа както като термичен, така и като механичен стабилизатор, като гарантира, че плочата остава плоска и предсказуема при високи-температурни цикли, като същевременно осигурява достатъчна топлинна ефективност за взискателни приложения.
Заключение
CuW композитната пластина е шедьовър на металургичния компромис. Той жертва част от бързата термична дифузия на медта, за да постигне непоколебимата стабилност на размерите на волфрама, създавайки хармонична термична платформа за чувствителни субстрати. В приложенията за прецизно нагряване най-добрата производителност не винаги е свързана с максимална скорост-а става въпрос за перфектно съвпадение с топлинните и механични изисквания на обработвания детайл.
