L’un des attributs principaux des alliages de cuivre
réside dans leur haute conductivité électrique et thermique, qui rend ces
alliages particulièrement attractifs pour les applications électriques et
électroniques. Avec une tendance constante vers la miniaturisation, les
alliages dotés d’une haute conductivité électrique sont nécessaires aux
mêmes niveaux de résistance mécanique.
Conductivité électrique
La conductivité électrique des alliages de cuivre est généralement définie
en % IACS (International Annealed Copper Standard), la conductivité
électrique du cuivre ETP étant légèrement supérieure à 100 % IACS. Lorsque
l’on connait la résistivité (exprimée en µ cm), le pourcentage d’IACS est calculé suivant
la formule :
% IACS = 172,41/résistivité
L’addition des éléments
composant un alliage en vue d’améliorer diverses propriétés du cuivre
telles que la résistance mécanique réduit la conductivité électrique.
Lorsqu’il est allié au cuivre en un alliage, chaque élément et combinaison
d’éléments divers influence la conductivité électrique de diverses manières. Les alliages à hautes performances ont
été conçus afin de fournir une grande résistance mécanique en minimisant la
perte de conductivité électrique du cuivre élémentaire.
Conductivité thermique
Comme les électrons transportent à la fois le courant électrique et
l’énergie thermique dans les métaux, les alliages dotés d’une haute
conductivité électrique possèdent aussi une haute conductivité thermique.
Par exemple, la conductivité thermique du cuivre-phosphore C510, doté d’une
conductivité électrique de 15 % IACS, est de 0,17 cal/cm²/cm/sec/°C, alors
que la conductivité thermique de l’alliage C197, doté d’une conductivité
électrique de 80 % IACS, est de 0,77 cal/cm²/cm/sec/°C.
Échauffement
Lorsqu’un alliage à haute conductivité électrique est sélectionné, la
conductivité thermique proportionnelle réduit drastiquement l’échauffement
dans une partie transportant un courant. Supposant un échauffement de I²R
sans perte de chaleur due à la convection ou à la radiation (conduction
seule), l’équation suivante donne une estimation de l’échauffement maximal  T exprimé en °C en fonction de la section
transversale A et de la longueur L :
Où I est le courant en
ampères (A), ρ la résistivité électrique exprimée en
ohms par centimètres (Ω/cm) et Kt la conductivité thermique en watts par centimètres
degrés Celsius (W/cm °C). L’effet du courant sur l’échauffement de trois
alliages typiques d’interconnexion est illustré ci-dessous pour des broches
carrées de 1,0 mm et de 0,5 mm.
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