我國銅板帶年產量分析

中國銅板帶年產量分析

銅及銅合金具有良好的導電、導熱、耐腐蝕等優(yōu)良特性,因而被廣泛應用于各行各業(yè),如高強磁場的導體材料、熱交換材料、引線框架材料,接觸導線等,隨著高新技術產業(yè)的發(fā)展,對銅和銅合金的綜合性能要求越來越高.

銅板帶材是銅加工材中的一個重要品種,廣泛應用于電子、電氣、通訊、儀器儀表、交通運輸和機械制造等各個領域.特別是隨著現代通訊、電子和半導體產業(yè)的發(fā)展,不但其需用量劇增,同時對銅帶的質量提出了高性能、高表面和高精密度的要求.銅板帶材的消費量約占加工銅材總消費量的19%,隨著現代工業(yè)的發(fā)展,其消費量呈逐年上升的趨勢.現代銅板帶——精密銅帶是當前所有銅加工材產品中生產難度最大、最具有活力的高技術、高附加值產品.

2018中國銅材產量為1716萬噸,同比增長15%.其中板帶材消費占比約19%,推測2018年板帶材消費量約320萬噸.根據安泰科數據,2018年中國銅板帶產量354萬噸,同比增長8.59%.中國產量約占全球的50%,由此判斷全球消費量約700萬噸.不同統(tǒng)計口徑的數據可能存在區(qū)別.若按照單噸銅板帶價格5萬元測算,全球銅板帶市場空間達到3500億元.中國銅材產量維持約兩位數增長

2015-2020年銅材生產量及預測

2015-2020年銅板表觀、帶材消費及預測（萬噸）

一、銅板帶發(fā)展史

1949年全國銅板產量只有752t,解放后,經合并、改造和社會主義建設的發(fā)展,至上世紀70年代,逐步形成沈陽、洛陽、蘭州及上海四大生產基地和北京、煙臺、廣州、武漢等一些小企業(yè).1978年全國銅板產量為34764t,銅帶產量為38254t.

上世紀80年代中、后期起,以洛陽銅加工廠、蘇州銅材廠、北京銅材廠和上海有色金屬總公司為代表的國內主要銅加工生產企業(yè),采用引進國外現代銅板帶生產的工藝技術和裝備的方式,掀起了第一次銅板帶生產的大規(guī)模技術改造,生產高精度、大卷重的銅合金板帶材.由于生產技術的大幅進步,從而使產品的質量有了一個質的飛躍.主要表現為帶材的縱向精度,從原來的絲米級,提高到微米級,帶材的厚度偏差,基本上達到了國際先進水平.

上世紀90年代中后期,隨著這些先進生產技術和裝備的消化和吸收,國內掀起了第二輪銅板帶生產的技術改造.這一輪的技術改造主要以引進消化水平連鑄帶坯后冷軋的方式,主要采用國產的技術和裝備,其主導產品為高精度黃銅帶和錫磷青銅帶.

進入21世紀后,為適應電子工業(yè)大規(guī)模集成電路用引線框架材料的需要,國內新一輪的技術改造再次在銅板帶行業(yè)掀起.其特征表現為規(guī)模大、起點高、投資巨大,以瞄準世界一流水平為目標.從投產的幾個項目所生產的銅及其合金板帶材的產品質量,不論是箔繞式變壓器銅帶,超長高導通訊用電纜銅帶,端子連接器用高性能錫磷青銅帶和黃銅帶,超薄高耐蝕的散熱器用銅帶,以至電子半導體用引線框架銅帶等,產品的質量水平均已接近世界先進水平.

經歷多年發(fā)展,中國銅板帶在化學成分、產品尺寸精度、性能和內部組織與國外先進產品差別已經不大,但在表面質量控制上仍與國外有一定差距.

根據調查數據統(tǒng)計,2018年中國銅板帶排加工行業(yè)產能將近462.6萬噸,產量354萬噸,同比增長8.59%.2018年綜合產能利用率約75%,較2017年提高2.35個百分點.

產業(yè)集中度較低.安泰科選取20家主要銅板帶企業(yè)(不含銅排生產商),對其產能、產量情況進行重點觀察：總產能172.3萬噸,同比增長10.80%；總產量155.5萬噸,同比增長12.50%；平均產能利用率為67.90%,較2017年小幅提高1.02個百分點.

2018-2020年國內合計將新增產能約96.3萬噸,產能將在2018-2020年陸續(xù)獲得釋放,其中2018年投產產能約26.3萬噸.銅板帶行業(yè)的產能擴張,主要集中在大中型企業(yè),例如：楚江新材2019年將增加約7.5萬噸產能；華中銅業(yè)高精銅板帶箔二期6萬噸擴建項目已于2018年11月試生產,產品包括框架材料、銅鉻系列材料、錫磷青銅板帶、白銅板帶等；花園銅業(yè)6萬噸1320mm超寬幅精密銅板帶項目,2018年底在浙江東陽投產.

二、引線框架引領板帶行業(yè)發(fā)展

集成電路是現代電子信息技術的核心,它是由芯片和引線框架經封裝而成.作為集成電路封裝的主要結構材料,引線框架在電路中發(fā)揮著重要作用：連接外部電路和傳遞電信號；向外界散熱,發(fā)揮導熱作用；支撐和固定芯片的作用,其外殼整體支撐框架結構通過IC組裝而成,保護內部元器件.

引線框架作為集成電路核心原材料之一,應具備以下條件：良好的導熱、導電性能,較高的強度、硬度和高軟化溫度,好的耐熱性、抗氧化性、耐蝕性、焊接性、塑封性能、反復彎曲性能和加工成型性能等.

銅合金材料作為電子用引線框架材料,以其優(yōu)良的導電性、導熱性、加工工藝性能和適宜的強度及可鍍性、可焊性、與封裝材料的親和性、較低的成本等,一經使用,迅速替代鐵基材料,成為集成電路和半導體分立器件等電子信息產業(yè)的關鍵性材料.

當代的電子信息產品向小型化、薄型化、輕量化、飛速化、多功能化和智能化發(fā)展,集成電路(IC)向大規(guī)模(LIC)和超大規(guī)模(VLIC)方向發(fā)展,集成電路所用引線框架材料隨之向著引線節(jié)距微細化、多腳化的方向發(fā)展.目前,集成端子數為208～304,其形式為QFP、TAB等.國外預計未來集成電路的端子數將達到1000～2000.端子數的增加要求引線框架材料的厚度也將從原來的0.25mm逐漸減薄到0.1～0.15mm甚至50μm.

引線框架厚度的減薄對引線框架材料的強度和導電性提出了更高的要求.這就要求引線框架材料的各種性能更加優(yōu)異和全面.主要凸顯在以下幾方面：引線框架的微型化要求其應具有更高的強度和硬度；集成電路的高集成度、高密度化使其散發(fā)的單位體積熱量更多,這就要求引線框架材料有優(yōu)越的導熱性；鑒于電容和電感效應會造成不良影響,良好的導電性是引線框架材料必須具備的性能.除此之外,還需具備良好的冷熱加工性能,彎曲、微細加工和刻蝕性能好、釬焊性能好、使用中不發(fā)生熱剝離、電鍍性能好、樹脂的密著性好等一系列加工特性.理想上優(yōu)良的引線框架材料強度應大于600MPa、硬度HV應大于130、電導率(IACS)應大于80%.

主要針對于集成電路引線框架材料,最初高強高導銅合金由此被開發(fā)出來,國外稱其為高性能銅合金（highperformancecopperalloy）.高強高導銅合金被要求同時具有高強度和高導電性（強度大于500MPa,電導率大于80%IACS）,然而高導電性的純金屬一般都非常軟,比如銅、銀、鋁等.我們通過多種方法來強化這些金屬,包括合金化法、冷變形、晶粒細化等,但同時會顯著地降低金屬的電導率.加入適量的金屬元素會使得銅合金的強度比純銅多兩到三倍,但銅合金的電導率只有純銅的10%到40%.目前為止,無論在國內還是國外,所用銅合金的高強度和高導電性之間總是此消彼長,因此如何平衡銅合金的高強度和高導電性是當前高性能銅合金材料亟待解決的難題.主要銅合金的導電率、抗拉強度和硬度

用于集電路和半導體器件的引線框架材料基本上分為兩大類,即鐵鎳合金(Fe29Ni17Co和Fe42Ni合金)和高銅合金,前者用于陶瓷和玻璃封裝,后者用于樹脂封裝.到目前階段,高銅合金的引線框架已占80%以上,主要應用的是Cu-Fe-P、Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr和Cu-Ag4大銅合金系列.而鐵鎳合金的僅占20%以下.

三、銅合金引線框架材料的發(fā)展歷史

第一階段是20世紀70年代銅基引線框架材料發(fā)展的初期,以導電率≥80%IACS的高導電材料為主,但其強度只有400MPa左右,此類銅合金以添加低Sn、低P、低Ag或低Fe為主,如Cu-P系列的C1220,Cu-Fe系列的KFC等.

20世紀80年代起為第二階段,利用添加少量可固溶時效析出強化相的元素進行合金化,在不顯著降低導電率的同時,提高材料的強度,稱為中導、中強合金,導電率為60%～79%IACS、抗拉強度達到450～600MPa,以高Fe合金元素為主,再加入Si、N、P、Cr等其它強化合金,如Cu-Fe-P系列的C19400等.

第三階段是隨著集成電路向大規(guī)模和超大規(guī)模發(fā)展,集成度的增加和線距的減小,要求引線框架材料具有導電率在50%IACS左右、抗拉強度達到600MPa以上,此類銅合金材料多為固溶強化型合金,如Cu-Ni-Si系列的KLF以及C7025等.引線框架用的銅合金進一步發(fā)展趨勢是向著更高強度方向發(fā)展.而銅合金按其強化元素分有CuFe(P)、CuCr(Zr)、Cu-Ni-Si、Cu-Ni-P和Cu-Ni-Sn等.

銅基合金引線框架材料的主要生產國為日本、美國、德國、法國和英國,其中日本發(fā)展最快.在日本僅其中21個銅加工企業(yè)已開發(fā)的引線框架材料就有66種,采用最多的是其中含錫的36種.

近年來世界各國所開發(fā)出的高強度高導電集成電路引線框架用合金中具代表性的合金有OMCL-1、KLF-201、KFC-SH和EFTEC等.OMCL-1型合金由三菱公司開發(fā),屬于析出強化型合金.其拉伸強度為592MPa,電導率為82.7%IACS,伸長率9%,線膨脹系數17.0×10-6/K,熱導率301W/m.K,能綜合滿足對材料強度和導電性的要求.KIF-201高導電Cu合金,由神戶制鋼所開發(fā),其拉伸強度為596MPa,電導率為80%IACS,特別適用于QFP等表面安裝型集成電路用引線框架.KFC-SH也是神戶制鋼所開發(fā)的高導電銅合金,為析出強化型合金.其電導率為87%IACS,拉伸強度稍低,為500MPa,但耐熱溫度達748℃,能承受半導體加工中的熱循環(huán),可靠性高.古河電氣工業(yè)公司開發(fā)的EFTEC-64合金電導率為80%IACS,拉伸強度441～539MPa,若經時效處理,拉伸強度可提高到539～637MPa,但電導率下降為75%,適用于各種表面安裝型封裝用引線框架.開發(fā)的高強度高導電集成電路引線框架代表性合金合金名字研發(fā)公司強度電導率熱導率OMCL-1日本三菱592MPa82.7%IACS301W/m.KKIF-201神戶制鋼596MPa80%IACS-KFC-SH神戶制鋼500MPa87%IACS-EFTEC-64古河電氣44～539MPa80%IACS-

在高銅合金中C