一言に「銅」と呼んでも、設計図面に記載される記号によってその熱特性は劇的に変化します。切削加工現場や電子基板設計において、材質選定のミスが致命的な排熱トラブルや加工不良を招くケースは後を絶ちません。
純銅系材料の中で最も純度が高く、最高峰の熱伝導率を誇るのが無酸素銅（OFC / JIS規格 C1020、電子管用 C1011）です。酸素含有量を0.001%以下（純度99.96%以上）に極限まで抑えた材料であり、残留比抵抗比（RRR）も高く、不純物による電子散乱がほぼ皆無に抑えられています。そのため、常温での熱伝導率は398〜402 W/(m·K)と極めて安定しており、真空機器、超伝導関連、最先端半導体パッケージの放熱板などに指名買いされます。水素脆化を起こさない性質も備えているため、高温アニール処理を伴う工程でも熱物性が劣化しません。
一方で、一般電線やプリント基板、一般的な銅バスバーに使われるのがタフピッチ銅（C1100）です。純度は99.90%以上で、酸素を0.02〜0.05%程度含みます。熱伝導率は約390〜395 W/(m·K)と無酸素銅に極めて近く、優れた性能を発揮しますが、高温下で水素に曝されると脆化するリスクを持ちます。また、配管などに用いられるリン脱酸銅（C1220）は、微量のリン（0.015〜0.040%）が添加されている影響で熱伝導率が330〜340 W/(m·K)前後までわずかに低下します。
最も激しい性能ギャップを見せるのが、銅と亜鉛の合金である真鍮（黄銅）です。旋盤加工やボルト、水回り金具で広く使われる快削黄銅（C3604）などは、加工性を向上させるために亜鉛を30〜40%、微量の鉛を配合しています。この亜鉛原子が銅の格子を激しく乱すため、真鍮の熱伝導率は110〜120 W/(m·K)と、純銅の30%以下にまで落ち込みます。「銅合金だから同じように熱を伝えるだろう」と安易にヒートシンクや熱拡散板に真鍮を流用すると、排熱設計が完全に破綻する原因となります。
さらに材料工学的に押さえるべきは、銅の熱伝導率における温度変化の挙動です。純銅の熱伝導率は、絶対零度近く（極低温域）ではフォノンと電子の平均自由行程が極大化し、数十ケルビン付近で数千 W/(m·K)に達する巨大なピークを描きます。しかし常温（20℃）を超えて100℃、200℃、300℃と温度が上昇していくと、原子自体の熱振動が激しくなり、自由電子の進行を自ら阻害するようになります。その結果、常温で約400 W/(m·K)あった熱伝導率は、300℃環境下では約380 W/(m·K)へと緩やかに低下していきます。高温環境で動作するパワー半導体や溶接電極の熱シミュレーションでは、この温度依存性を織り込んだ設計が不可欠です。
