黃天增（中鋁洛陽銅業(yè)有限公司，河南 洛陽 471039）

起步中的我國高精壓延銅箔行業(yè)

黃天增
（中鋁洛陽銅業(yè)有限公司，河南 洛陽 471039）

高精壓延銅箔有市場需求作支撐，又有高額的盈利空間做回報，但是由于高精壓延銅箔生產(chǎn)技術(shù)的門檻較高，到目前為止我國沒有一家形成生產(chǎn)規(guī)模的高精壓延銅箔企業(yè)。雖然這兩年也有幾家壓延銅箔企業(yè)上馬，但是距離形成生產(chǎn)能力還有較長的一段路程。

壓延銅箔；印制電路板；特殊組織性能；高尺寸精度；表面處理

1 銅箔的基本概述

銅箔是制造印制電路板上導(dǎo)電圖形的功能性主體材料，是在印制電路中用量最大、最主要的金屬箔材。用它制成的電路板，幾乎被廣泛地應(yīng)用于所有的電子產(chǎn)品領(lǐng)域?？梢哉f凡是應(yīng)用電子技術(shù)的產(chǎn)品，就離不開印制電路板，從而也離不開銅箔。在電子信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天銅箔已被尊稱為：電子產(chǎn)品信號與電力傳輸、溝通的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。

其中主要應(yīng)用在軍工和航空航天領(lǐng)域的撓性印制電路板（FPC）由于用途的特殊，需要大量使用高精壓延銅箔制造。

銅箔除了在印制板上的主要用途外還有許多其它的用途。如鋰離子電池負(fù)極載體、熱敏電阻、太陽能背板、等離子平板顯示器用屏蔽材料、散熱材料、汽車用電子部件等。

1.1 銅箔的分類

銅箔按其生產(chǎn)方法不同可分為電解銅箔、壓延銅箔和濺射銅箔等。其中電解銅箔和壓延銅箔在生產(chǎn)和使用上較為廣泛。電解銅箔的生產(chǎn)是將金屬鈦陰極輥浸入一定含量的硫酸銅溶液中，通過電化學(xué)沉析而形成的銅箔，并連續(xù)的將它從陰極輥上剝離下來，收集成卷；壓延銅箔的生產(chǎn)，是以高純陰極銅為原料（合金箔需要配加其它合金成分）經(jīng)高溫熔煉鑄成銅錠或帶坯，經(jīng)過反復(fù)的壓延、退火、酸洗等工序最后形成所需厚度規(guī)格的壓延銅箔。

銅箔與銅帶的區(qū)分是以厚度劃界的，在銅加工行業(yè)內(nèi)通常將0.2 mm以下厚度的薄銅帶稱為銅箔。美、日等發(fā)達(dá)國家多以0.1 mm來劃分，而中國海關(guān)進(jìn)出口是以0.15 mm來劃分的，這主要是考慮到目前國內(nèi)銅箔行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)相對于國外還較落后的現(xiàn)實狀況。而在銅箔使用大戶電子行業(yè)內(nèi)又按厚度將其細(xì)分為：厚銅箔（大于70 μm）、 常規(guī)厚度銅箔（18 μm 至70 μm）、薄銅箔（12 μm至小于18 μm）、超薄銅箔（小于12 μm）四個類型。

1.2 銅箔市場狀況

根據(jù)中國電子銅箔協(xié)會（CCFA）統(tǒng)計2011年中國大陸銅箔總產(chǎn)量已達(dá)19.0 435萬噸，2012年產(chǎn)量雖然受到宏觀經(jīng)濟(jì)的影響仍然達(dá)18.3 563萬噸。同時我國在2011年和2012年分別進(jìn)口銅箔量為12.5 668萬噸和13.3 017萬噸，減去這兩年我國銅箔出口量3.061萬噸和3.4 424萬噸，到2012年底我國銅箔的實際需求量已達(dá)到28.2萬噸/年。這對于在2010年銅材產(chǎn)量已突破1 000萬噸/年大關(guān)的銅加工行業(yè)來說似乎微不足道，但是其出口貿(mào)易的平均價格1.0 509萬美元/t;進(jìn)口貿(mào)易的平均價格1.2 459萬美元/t，每噸萬元以上的附加值是銅加工行業(yè)所望塵不及的。

以上每噸萬元的附加值僅僅指的是無襯背電解銅箔（厚度≤0.15 mm）。對于高端的壓延銅箔其市場的價格更為誘人。據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會電子銅箔資訊2013年第一期報道；2012年時，世界壓延銅箔的單價：12 μm規(guī)格的大約（6.7～7.1）美元/m2[約合（6.27～6.64）萬美元/t]，18 μm規(guī)格大約為（7.0～7.5）美元/m2[約合（4.36～4.68）萬美元/t]，35 μm規(guī)格大約為（7.5～8.0）美元/m2[約合（2.40～2.56）萬美元/t]。按當(dāng)年國際銅價在8 500美元/t上下波動來計算升值空間，增值最小的35 μm銅箔每噸附加值也達(dá)到了1.5萬美元/t以上，12 μm銅箔的附加值更是高達(dá)5.5萬美元/t以上。即便是一個上千噸規(guī)模的壓延銅箔企業(yè)也有可觀的利潤空間。這就是至今為止國外公司壟斷高精銅箔壓延技術(shù)而國內(nèi)許多企業(yè)又渴望獲得高精銅箔壓延技術(shù)的關(guān)鍵所在。

2 當(dāng)前壓延銅箔的生產(chǎn)應(yīng)用狀況

2.1 壓延銅箔的常用規(guī)格

壓延銅箔的規(guī)格通常有35 μm、18 μm、12 μm，目前是以18 μm規(guī)格為最大需求。但是近年來用戶有向更薄銅箔需求發(fā)展的趨勢。所以在壓延銅箔供貨商積極的研發(fā)下目前國外已開發(fā)生產(chǎn)出6 μm規(guī)格的壓延銅箔，此規(guī)格的銅箔將更有利于超高密度細(xì)線路板的制作。圖1為近兩年各種規(guī)格壓延銅箔的應(yīng)用比例。

圖1 近兩年各種規(guī)格壓延銅箔的應(yīng)用比例

對比兩年的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)35 μm、18 μm銅箔的使用量在遞減，而12 μm的薄銅箔用量在遞增。這預(yù)示著壓延銅箔未來將會向更薄的需求方向發(fā)展。

2.2 壓延銅箔生產(chǎn)現(xiàn)狀

雖然這些高精壓延銅箔有市場需求作支撐，又有高額的盈利空間做回報，但是由于高精壓延銅箔生產(chǎn)技術(shù)的門檻較高，到目前為止國內(nèi)沒有一家形成生產(chǎn)規(guī)模的高精壓延銅箔企業(yè)。而全球壓延銅箔仍然集中在六家廠商，主要生產(chǎn)企業(yè)為：日本日礦金屬（Nippon Mining）、日本福田金屬（Fukuda）、美國奧林黃銅（Olin Brass）和日本日立電線（Hitachi Cable），多以日商為主。從2011年全球壓延銅箔供貨廠商市場占有率圖2可以看出，僅JX日礦日石金屬一家公司已占到了全球壓延銅箔的絕對壟斷地位，加上福田金屬，這兩家日資公司已經(jīng)囊括了全球壓延銅箔90%以上的份額。我們國內(nèi)在這一領(lǐng)域基本處于空白。雖然這兩年也有幾家壓延銅箔企業(yè)上馬，但是距離形成生產(chǎn)能力還有較長的一段路程。

2.3 壓延銅箔未來需求趨勢

隨著信息產(chǎn)業(yè)和電子科技的快速發(fā)展，全球銅箔的生產(chǎn)在2010年達(dá)到了41.84萬噸的規(guī)模。同時壓延銅箔也有較大的突破，僅日系的企業(yè)壓延銅箔產(chǎn)量在2010年就達(dá)到了1.11萬噸。表1是日系企業(yè)壓延銅箔近年來的產(chǎn)量統(tǒng)計結(jié)果。

表1 日系企業(yè)壓延銅箔產(chǎn)量統(tǒng)計

由表1中數(shù)據(jù)不難看出2010年的產(chǎn)量比2005年幾乎翻了一番。這樣的發(fā)展速度也印證了專業(yè)機(jī)構(gòu)到2015年我國FPC生產(chǎn)對于高精壓延電子銅箔的年需求量將接近2萬噸的預(yù)測。如果加上鋰離子電池和其他行業(yè)對高精壓延銅箔的需求，總需求量可能會更大。

3 影響國內(nèi)高精壓延銅箔生產(chǎn)的因素

由于壓延銅箔軋制成型后又經(jīng)過熱處理工序，其薄層狀的晶體結(jié)構(gòu)會因再結(jié)晶軟化而發(fā)生顯著的改變，產(chǎn)生長條型的柱狀晶結(jié)構(gòu)。這樣的晶粒結(jié)構(gòu)在壓延銅箔受到彎曲時不會傳播粒子界面的裂紋，不易發(fā)生機(jī)械斷裂，所以壓延銅箔具有很高的耐彎折性。有試驗數(shù)據(jù)表明35 μm厚的一般壓延銅箔，耐彎折次數(shù)已達(dá)到了ll 600次，是相同厚度標(biāo)準(zhǔn)電解銅箔的5倍左右。而在壓延銅箔中，經(jīng)過特殊工藝處理后具有特殊組織性能和高尺寸精度的高精壓延電子銅箔（厚度尺寸一般在20 μm以下)的耐撓曲性可以達(dá)到數(shù)萬次甚至上億次。

國內(nèi)盡管也有企業(yè)已生產(chǎn)出了50 μm的壓延銅箔，但僅僅是沒有經(jīng)過處理的光箔無法應(yīng)用于FPC生產(chǎn)，所以不屬于高精壓延銅箔。高精壓延銅箔的軋制和表面處理無論設(shè)備和技術(shù)均有較高的科技含量。所以高精壓延銅箔行業(yè)是個投資大、產(chǎn)能低、技術(shù)復(fù)雜且沒有形成較大影響的行業(yè)。故此一直沒有引起人們足夠的重視。我們將這些影響因素匯總?cè)缦隆?/p>

3.1 市場份額小難以引起重視

電解銅箔的生產(chǎn)和使用屬于電子行業(yè)，而銅箔的軋制通常屬于有色行業(yè)的銅加工范疇。面對目前國內(nèi)市場每年上萬噸的使用份額，很難引起銅加工業(yè)界人士的重視，而且產(chǎn)能不多投資不少，有實力的企業(yè)看不上這點產(chǎn)能，沒有實力的企業(yè)又無力問津。

3.2 擔(dān)心電解銅箔技術(shù)創(chuàng)新的挑戰(zhàn)

從銅箔發(fā)展的歷史來看，壓延銅箔是最早被用于線路板行業(yè)的唯一選擇。但是后來被生產(chǎn)成本更低，面幅更寬，厚度更薄更均勻一致的電解銅箔所替代，而且電解銅箔的性能在不斷的優(yōu)化，許多過去必須由壓延銅箔擔(dān)當(dāng)?shù)娜蝿?wù)如今已被電解銅箔所替代。即便是如今高精壓延銅箔占絕對優(yōu)勢的FPC的生產(chǎn)仍然有近30%份額被電解銅箔所占有。人們擔(dān)心目前為數(shù)不多的生產(chǎn)份額是否仍然面臨著電解銅箔不斷技術(shù)進(jìn)步的挑戰(zhàn)。

3.3 受制于傳統(tǒng)行業(yè)觀念的束縛

銅加工屬于有色行業(yè)，習(xí)慣了為用戶提供初級加工產(chǎn)品的套路，無論是銅帶或者是厚的銅箔，軋制成型后經(jīng)過分剪包裝就交給了用戶。而FPC用銅箔的生產(chǎn)和使用對銅箔表面有特殊的要求，必須按用戶的要求經(jīng)過特殊的表面處理后才能交付使用。但是，表面處理又涉及到的電化學(xué)等諸多領(lǐng)域，這是通常加工界人士不愿涉及的陌生領(lǐng)域。

3.4 面臨傳統(tǒng)軋制設(shè)備和技術(shù)的挑戰(zhàn)

壓延銅箔的生產(chǎn)關(guān)鍵在于軋機(jī)，軋制的過程主要是靠壓力壓下形式來實現(xiàn)的。銅箔越薄，對軋機(jī)的綜合性能要求越高，關(guān)鍵是隨著軋制壓力的增大、對軋輥直徑的選擇、軋輥體系的剛度、軋制速度的提升及軋制時散熱的配合和軋制油的篩選都是嚴(yán)峻的考驗。這需要軋輥在材料特性上更具有高彈性模量、高的耐腐蝕性、足夠的硬度和表面抗疲勞強(qiáng)度以及優(yōu)良的導(dǎo)熱性。為了得到更薄的銅箔，增加軋制力和減小輥徑通常是我們的首選，然而為了保證軋輥的強(qiáng)度和剛度當(dāng)輥徑降到一定的直徑后就不能再降了。我們目前常用的銅箔軋機(jī)工作輥直徑在60 mm左右，這已經(jīng)對傳統(tǒng)的銅帶精軋機(jī)工作輥徑理論進(jìn)行了顛覆。通常的工作輥直徑計算方法如下式。

D=（1500～2000）hmin

式中：D——工作輥輥徑（mm ）

hmin——成品最小厚度（mm）

按照以上輥徑計算公式，要獲得10 μm的銅箔輥徑最多不超過20 mm，這顯然是不現(xiàn)實的。那么我們只能保證在工作輥可實現(xiàn)工作強(qiáng)度的最小直徑下，通過增大軋制壓力，提高軋制速度、增加前后張力和降低摩擦系數(shù)等綜合措施來保證軋制銅箔的厚度。

另外銅箔軋制過程和銅帶一樣既是軋件產(chǎn)生塑性變形的過程，又是軋機(jī)產(chǎn)生彈性變形的過程。當(dāng)銅箔很薄時即使忽略了軋件的塑性恢復(fù)量，那么要獲得厚薄均勻的超薄銅箔對于軋機(jī)的綜合性能無異于提出了更高的要求。這就是目前世界上僅有少數(shù)軋機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)超薄銅箔軋制任務(wù)的原因。目前國內(nèi)在建的幾家軋制銅箔生產(chǎn)企業(yè)集中選用了世界上兩家公司生產(chǎn)的銅箔軋機(jī)也充分說明了這一現(xiàn)實。

3.5 銅箔生產(chǎn)對環(huán)境的苛刻要求

高精銅箔的軋制是一個對環(huán)境要求苛刻的典范；據(jù)我們所知，近年上馬的幾家軋制銅箔項目均要求能夠?qū)崿F(xiàn)10 μm以下高精銅箔的軋制能力，有些直接要求軋機(jī)現(xiàn)場調(diào)試通過6 μm銅箔后交貨。這樣的厚度對銅箔軋機(jī)的精度要求可以說到了極限。如果沒有恒溫恒濕的的潔凈廠房那么軋機(jī)的性能就很難體現(xiàn)和發(fā)揮出來。即便是銅箔軋機(jī)進(jìn)入了10萬或1萬級的潔凈廠房，不考慮上道軋機(jī)是在敞開式的環(huán)境下生產(chǎn)的銅箔帶坯，也是很難完成高精銅箔軋制的。這是因為按照我們目前執(zhí)行的空氣潔凈度分級標(biāo)準(zhǔn)；即便是箔軋車間達(dá)到10萬級的潔凈度，≥5 μm塵埃仍允許有20 000 個/m2的存在。這對于最薄僅有6 μm厚度的銅箔可想而知影響會有多大。更何況我們的銅箔帶坯來自于敞開的加工車間，這些地方的環(huán)境質(zhì)量可由每日的空氣質(zhì)量預(yù)報獲得；大家熟悉的“可吸入顆粒物”又稱為PM10（直徑≥2.5 μm、≤10 μm），“總懸浮顆粒物”也稱為PM100（直徑≤100 μm）。當(dāng)這些顆粒物粘附在銅帶上繼續(xù)軋制時我們得到的必然是遍布微孔的銅箔。

3.6 軋制銅箔表面處理工藝復(fù)雜

如果說電解銅箔能夠取代壓延銅箔占領(lǐng)絕大部分的電子銅箔市場，那么必然有他的自身優(yōu)勢。這個優(yōu)勢就是在一定的溫度和濃度下水溶液中的銅離子是均勻分布的，只要陰陽極配置合理，當(dāng)電流密度恒定、陰極輥轉(zhuǎn)速恒定時那么銅粒子在陰極輥上的析出就是均勻的，獲得銅箔的厚薄也是一致的，而且由于銅箔產(chǎn)生在酸性介質(zhì)中，仍然拿到酸性介質(zhì)中去進(jìn)行表面處理，無論鍍層是哪種重金屬，仍然是金屬粒子在銅箔表面的沉析，中間沒有難于逾越的工藝障礙。但是軋制銅箔就不一樣了；首先軋制油在銅箔的表面形成了一層有機(jī)膜，這層有機(jī)膜影響到后續(xù)表面處理時金屬粒子在銅箔表面的均勻沉析。

再者，軋制銅箔與電解銅箔的表面由于制造方法不同也存在著較大的差異：壓延銅箔的兩個表面經(jīng)軋輥軋制均為光滑面，而電解銅箔的表面有毛面和光面之分，即便是電解銅箔的光面與壓延銅箔的表面也存在差別，一個是以鈦輥為陰極，銅粒子在直流電的作用下在鈦輥表面沉析形成的；一個是經(jīng)拋光的軋輥在軋制油冷卻潤滑的狀態(tài)下軋制形成的。而電解銅箔的光面由于仍然是銅粒子沉析形成的，所以在后續(xù)的表面處理中在此表面上繼續(xù)沉析（電鍍）金屬要比軋制銅箔的光面容易的多。而要直接在軋制銅箔的表面上進(jìn)行電鍍，如果沒有采取相應(yīng)措施其所鍍金屬的附著力會受到一定的影響。這就是軋制銅箔在后續(xù)表面處理中比電解銅箔困難的原因。

4 已起步的國內(nèi)壓延銅箔行業(yè)

壓延銅箔豐厚的利潤還是引起了國內(nèi)企業(yè)家們的關(guān)注。不管是為了填補(bǔ)國內(nèi)的空白還是承擔(dān)中國電子行業(yè)應(yīng)負(fù)有的重任，近年來已有幾家企業(yè)上馬了壓延銅箔項目。其中大多數(shù)是原有的銅加工企業(yè)在銅板帶生產(chǎn)的基礎(chǔ)上延伸產(chǎn)品，增加箔軋機(jī)后生產(chǎn)壓延銅箔的。第二種是利用現(xiàn)有銅加工企業(yè)板帶材的富余生產(chǎn)能力專門購置銅箔軋機(jī)，以外購銅帶為坯料生產(chǎn)壓延銅箔的。第三種是以電解銅為原料從熔鑄開始上馬整條生產(chǎn)線的。

這些企業(yè)要么依托國外技術(shù)、要么與國內(nèi)知名院校和科研院所合作共同開發(fā)高精壓延銅箔。從已上馬的企業(yè)設(shè)計產(chǎn)能看，如果達(dá)產(chǎn)順利已能滿足近年來國內(nèi)對壓延銅箔的發(fā)展需求。但是高精壓延銅箔屬于技術(shù)密集型的項目，不經(jīng)過長期的調(diào)試磨合，無論人員和設(shè)備在一時半會都難形成生產(chǎn)能力，這已被現(xiàn)實所證實。

在以上三種類型壓延銅箔生產(chǎn)企業(yè)中，第一種由于原來就是銅板帶生產(chǎn)企業(yè)，已經(jīng)儲備了大量的銅板帶生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)驗及軋機(jī)使用維護(hù)經(jīng)驗，并有完整的生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量保證體系，僅僅是將產(chǎn)品向更高的層次延伸，所以實現(xiàn)壓延銅箔的正常生產(chǎn)應(yīng)該要快一些。第二種從銅箔軋機(jī)開始，購買銅帶軋制銅箔的企業(yè)，雖然設(shè)備單一，但是一切都是從零開始需要各方面的技術(shù)積累疊加后才能形成生產(chǎn)能力。第三種從電解銅干起的企業(yè)，與上面兩類企業(yè)相比困難要大的多，可能會花費(fèi)比別人更多的時間、精力和心血方能形成生產(chǎn)能力。

5 結(jié)尾

高精壓延銅箔盡管價格誘人，但畢竟是個容量較小的行業(yè)，不能像其他行業(yè)一樣一哄而上最終導(dǎo)致做亂做砸。鑒于國內(nèi)沒有現(xiàn)成的技術(shù)，國外技術(shù)又對我們進(jìn)行封鎖，必須要有立足于關(guān)鍵技術(shù)自己研發(fā)的準(zhǔn)備。所以涉足企業(yè)應(yīng)先搶占技術(shù)和人才的制高點，方有取勝的基礎(chǔ)。更盼望已經(jīng)起步的企業(yè)能夠在行業(yè)協(xié)會的協(xié)調(diào)和指導(dǎo)下相互借鑒和配合，共同將我國的高精壓延銅箔行業(yè)做起來，使我國的電子行業(yè)真正形成完整的獨(dú)立工業(yè)體系，不再受制于人

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黃天增，教授級高工，長期從事銅加工技術(shù)的工藝研究、科研開發(fā)、現(xiàn)場設(shè)計和生產(chǎn)管理工作。

The starting of high precision rolled copper foil industry in China

HUANG Tian-zeng

There are both high market demand and considerable profit margin for the high precision rolled copper foil in China. However, due to the high production technique as obstacle, so far in high precision rolling copper foil industry, there is still no Chinese enterprise that has the ability to form the production scale. Although, several rolled copper foil enterprises have invested in this field in recently years, there is still a long way to go to set up the production capacity.

Rolled Copper Foil; Printed Circuit Board; Special Organization Performance; High Dimensional Accuracy; Surface Treatment

TN41

A

1009-0096（2014）03-0005-04