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我国压延铜箔的现状及生产展望
（洛阳有色金属加工设计研究院 吴维治）
内容摘要
随着摄像机、移动电话、CD唱机、笔记本电脑、高速喷墨打印机磁头等的广泛普及，促使印制电路设计大量采用挠性印制板。压延铜箔（RA铜箔）制成的挠性印制板与其它印制板相比，在狭小的空间进行大量布线具有更高的可靠性和机动性，特别是在需要反复弯曲的场合，挠性印制板比其它电缆(线)具有更长的弯曲寿命。
本文对中铝研发压延铜箔生产中的瓶颈，提出可行的方案。

工业用铜箔可分为压延铜箔（RA铜箔）和电解铜箔（ED铜箔）两大类，两者因生产工艺不同，其内部结构组织也不同：电解铜箔是利用离子在电解液中的电极——阴极辊上沉析而生产的，其组织断面为朝向阴极辊的柱状晶结构；而压延铜箔是靠铸锭经过包括反复轧制、退火和表面处理等多工序加工而成，其组织是精细的薄片状加工组织，因此两者相比，压延铜箔（RA铜箔）具有较好的延展特性。在机械性能方面，压延铜箔比电解铜箔具有较低的拉伸强度和较高的延伸率，它的质地较软并具有较大的延展性。
压延铜箔（RA铜箔）是制造挠性印刷电路板等高档产品的必要材料，而电解铜箔（ED铜箔）则是制造硬质引线电路板等较低产品的材料。由于柔性电路板需要反复弯曲和运动，所以压延铜箔的性能和价格变化对挠性印刷电路产业有着非常大的影响。
1. 压延铜箔的用途
压延铜箔是一高科技产品，其化学成分、特性及用途见表1、2和表3。它具有优异的耐热特性、机械特性和电气特性，以及稳定的化学性能，被广泛地应用于挠性印刷电路板（FPC），在生产过程中各种化工原料对其均无影响。其优良的耐化学腐蚀性能对于焊锡工序等苛刻的热冲击，展现出极高的稳定性；它与粘合剂接着性极佳，使用寿命长。作为屏蔽材料，随着军用设备电子对抗的加剧，特别是近年来工业产品对电磁兼容（EMC）的要求增高和广泛应用，越来越多的电子设备为了确保工作的可靠性以及对其它设备的兼容性，必须对设备进行电磁屏蔽，以减少环境对设备或设备对环境的辐射干扰，使设备适应于复杂的工作环境，确保设备正常运转，以提高电子设备的可靠性和安全性。
随着微电子技术的飞速发展，印制电路板制造向多层化、积层化、功能化和集成化方向迅速的发展。市场对于便携产品的需求上升，正在推动PCB制造商扩大产能，并纷纷增加挠性电路板(FPC)的供应量。据市场资料显示，全球挠性电路市场在2002年约为55亿美元，2007年可能达到100亿美元，PCB厂商正加快开发厚度更薄、重量更轻和密度更高的FPC。由于轻、薄、短、小的需求，FPC的应用范围越来越宽广，在计算机与通信、消费电子、汽车、军事与航天、医疗等领域FPC正被大量使用，例如：摄像机、移动电话、CD唱机、笔记本电脑、高速喷墨打印机磁头等的大量需求，促使印制电路设计大量采用挠性印制板。挠性印制板和其它印制板相比，在狭小的空间进行大量布线具有更高的可靠性和机动性，特别是在需要反复弯曲的场合，挠性印制板比其它电缆(线)具有更长的弯曲寿命。
手机折叠处用的FPC需要非常好的柔韧性，国外知名厂商的寿命是十几万次，而目前国内的一线手机厂对此要求是8－10万次。故FPC是影响折叠手机品质的关键因素。
2.压延铜箔的现状
国际上压延铜箔生产厂家较少，目前主要有Nippon Mining（日本日矿）、Fukuda（福田金属）、Olin brass（美国）、Hitachi Cable（日立电缆）和Microhard（日本），去年韩国已有设备引进投产。2004年主要厂商压延铜箔产量见表1。
２００４年
面积（百万㎡）
％
日矿
21
65.6
日立電缆
7
21.9
ＯＬＩＮ
3
9.4
其他
1
3.1
合計
32
100%

目前压延铜箔的生产技术主要垄断在以上厂家之手，因此用户对压延铜箔的价格和供应量控制程度很低，目前由于压延铜箔价格较贵，用电解铜箔代替压延铜箔使用的情况较多，在不同程度上影响着电子产品的质量。随着电子产品的微型化，电子电路的细线化和产品的薄型化，以及高频产品因电讯的要求，压延铜箔的重要性将进一步受到重视。
表2 铜箔的重量和厚度规格 ( IPC—CF—150E)
名称
E（1/8）
Q（1/4）
T（3/8）
H（1/2）
M（3/4）
1
2
3
重量（g/m2）
44.6
80.3
107
153
229
305
610
916
箔厚（μm）
5
9
12
18
25
35
70
100
表3 压延铜箔的性能与规格 ( IPC—CF—150E)
特 性
箔厚
（μm）
23℃
180℃
20℃
序号
名称
抗拉强度
（N/mm2）
延伸率
%
抗拉强度
（N/mm2）
延伸率
%
电阻率
Ωg/m2
导电率
%IACS
1
压延箔
18
>345
>0.5
----
----
<0.160
>95.8
35
>345
>0.5
>138
>2
70
>345
>1
>276
>3
2
低加工箔
18
----
----
----
----
<0.155~0.160
98.9~95.8
35
177~345
10~0.5
----
----
70
177~345
20~1
----
----
3
退火箔
18
>103
>5

<0.155
>98.9
35
>138
>10
>95
>6
70
>172
>20
>152
>11
4
低温软化箔
18
>103
>5
----
----
<0.160
>95.8
35
>138
>10
----
----
70
>172
>10
----
----
注：低温软化箔的特性指在177℃温度下加热15min后的性能值。
表4 压延铜箔的化学成分、特性及用途
名称
牌号
化学成分（wt%）
特 性
用 途
Cu
O
其 他
状 态
厚度
μm
抗拉强度N/mm2
延伸率 %
导电率%IACS
电子管用无氧铜
C10100
99..995
0.0003
—
压延箔
35
420
1
99
FPC
退火箔
35
200
20
102
TCP
无氧铜
C10200
99..99
0.0005
—
压延箔
35
420
1
99
FPC 、TCP、屏蔽带、钎焊材
退火箔
35
200
20
102
小型电机、变压器用箔
紫铜
C11000
99..91
0.035
—
压延箔
35
430
1
98
FPC 、TCP、屏蔽罩、锂电池电极、钎焊材、屏蔽带、FFC、容器料、变压器、小型电机用箔
退火箔
35
200
20
101
耐蚀铜箔
——
99.9
0.0003
0.035Sn-0.003Pb
压延箔
40~60
420
1
95
散热器用
——
99.8

0.15Sn-0.003P
压延箔
40~60
硬度：Hv=120~140
FPC:柔性印刷电路； TCP：信号传送带；FFC：柔性扁电缆。
根据日本某公司对全世界压延铜箔的生产量的统计和预测，压延铜箔的发展和2004年各种厚度规格所占的比例如表5和图6所示。
表5 全世界各种厚度规格压延铜箔所占的比例
2004年
面积％
重量％
重量ｔ
今后发展
１２μ
0.5
0.25
20
增加
１８μ
34
21.3
1700
增加
３５μ
64
77.5
6200
维持
其它
1.5
1
80
增加
合计
100%
100%
8000

图1 压延铜箔的产值和预测

日本产1/2oz. 1oz压延铜箔覆胶后的各种规格有 250mm或500mm×100m/卷/箱； FPC双面光纯铜箔规格： 520mm或570mm×300m/卷/箱交货条件：以卷/箱为单位交货，目前售价单面为1800元/m2，双面为2500元/m2。
挠性印制电路板（FPC）在整个PCB中是一类迅速发展的品种。挠性覆铜板（FCCL）作为FPC的重要基材，在生产量和应用领域方面，也随之在近年得到很快的增长与扩大。压延铜箔的在我国生产的主要障碍是技术问题，除压延技术外，表面处理或氧化技术是困扰技术发展的主要原因，全球大多数厂家都拥有自己的专利和关键技术Know How，加大了我国发展压延铜箔的技术难度。虽有一到两个厂家也可生产200~300mm宽的压延铜箔，但表面处理一直是难题。
我国FCCL市场发展速度要比世界任何的PCB主要生产国家、地区更快。而当前我国国内这一市场有近3 / 4量还依靠进口，生产FCCL所需用的压延铜箔基本全靠进口，有资料介绍2004年我国压延铜箔需求量已达1000万平方米，按此计算折合近3000吨/年。我国FCCL无论是在生产规模上，还是在技术水平上，都与世界及我国FCCL市场的迅速发展形势很不匹配的。FCCL产品是一类市场广阔、前景诱人、技术含量高的电子基础产品，因此发展我国FCCL业所必需的压延铜箔工业势在必行。

3.对我国压延铜箔发展的展望
3.1发展压延铜箔的瓶颈
我国发展压延铜箔的瓶颈主要有三点：
压延铜箔必须采用优质坯料，如C10200或高质量C11000。在电缆导线行业，无氧铜主要用于做音质美好的耳机线圈等精细产品，而紫铜多用于动力和照明等输电电缆。同样由于压延铜箔厚度较薄，特别是生产9μm厚的铜箔更需要采用无氧铜坯料。
在压力加工过程中，铜内的任何杂质颗粒或氧化亚铜属硬质颗粒质点，它很难随着金属的变形延伸而同步延伸，造成微观表面或内部缺陷。氧化亚铜一般存在于晶界，铜的含氧量越高，氧化铜在晶界的存量越多，给蚀刻细线化造成的困难越大，因此，C11000仅能做较厚的铜箔，而C10100更适用于薄的压延铜箔。
无氧铜纯度要求很高，是均匀的单相组织，对韧性有利，即使导电率很高的银也被列为杂质进行限制，所以生产无氧铜较困难；
二是铜箔由于生产工序流程长，多次剪边，造成一般常用规格的锭坯不太适应铜箔最终尺寸。工业常用的锭坯一般按成品倍尺加切边量来考虑铸锭尺寸，轧机也是按此配备：如一般铜带考虑生产2条各宽1英尺的成品带材时，折算成铸锭的宽度一般为625mm。但压延铜箔却不然，铜箔压延后要表面处理和剪切，覆胶后才能最终剪切成成品，使折算的铸锭宽度不再适应传统结晶器和传统轧机尺寸，在需求吨位较低的情况下，愿意提供坯料的厂商不多；
三是铜箔的表面处理是一前沿技术，由于其表面与电解铜箔相比更为光滑，为增加其与胶合的结合力进行粗化和钝化并保持其好的蚀刻性更为困难。
3.2 中铝在铜箔发展中的思路
建设世界一流铜业，是中铝奋斗的目标之一。满足市场的需求，开发压延铜箔生产技术，已成为我国刻不容缓的任务。
3.2.1开发自有知识产权的铸造设备，建立低成本的供坯体系
氧在常温固态铜中的固溶度为2ppm。阴极电解铜片中氧主要存在于表面、吊环和氧化瘤内，一般含氧量在10~50ppm。用电解铜片生产紫铜时铜锭成分的含氧量较高（175~450ppm），主要是电解铜在入炉时带入和铜液表面和浇注过程中吸入氧气造成的。如果熔炼时将阴极铜片进行天然气或煤气高温还原气氛下烘干到高温后，轻轻进入厚厚的木炭覆盖的铜液中，在铜液中经保温进一步精炼除氧，进行密闭式铸造，如上引法无氧铜杆和立式全连续无氧铜大扁锭铸造，都可生产（含氧量在1~10ppm）合格的无氧铜材坯料。无氧铜材只在表面存在15A厚的氧化膜。
如果铜液中含杂质量高于无氧铜标准时，铸锭含有一定的氧可使部分杂质提前生产高熔点氧化物质点，在结晶时提前形成形核质点，成为核心，形成宏观较纯的晶粒组织，反而比不含氧时提高了导电率。含氧铜精加工后的铜材氧是存在材料内部，所以显微韧性远不如无氧铜材，有氧铜拉细线时易断线。
正如前面分析，采用大锭开坯生产压延铜箔因成分和铸锭规格有一定的困难。随着我国技术的创新，我们可从另一思路来思考供坯方式。
铝板带采用铸轧法产品质量不如热轧开坯法的好，但铸轧法同样可生产铝箔坯料。国内铜带水平连铸已走到世界的前列，根据无氧铜线杆的生产原理，创新了无氧铜带坯水平连铸的方法，已在某厂投入生产，虽然还有不足，但经改进，如电磁搅拌以细化晶粒，铸造后采用惰性气体保护直到冷却等措施应能适合无氧铜压延铜箔的坯料生产。既解决需求批料量少，也解决了尺寸不符合和成分难以控制等问题。
3.2.2 引进与自我研制相结合，开发具有自主知识产权的压延铜箔轧制和表面处理工艺和生产线
目前，国外只有铜箔轧机和处理线可供引进，不供应相关生产工艺技术，但每套昂贵的设备生产能力仅有一、二百到几百吨，厚度越薄，产量越小，如果满足用户，国内需要数套设备。中铝在引进的基础上开发生产工艺技术和相关设备是我国必走之路。
铜箔轧制与铝箔轧制略有不同，铝箔一般用四辊轧机轧制，铜箔因变形抗力大，采用六辊轧机。厚箔一般采用UC型六辊轧机，而薄箔采用X型轧机。中铝仅设计过轧制钢带和铝板带的UC型六辊轧机，没有设计过X型轧机。因此在引进的基础上需要研究X型轧机。
中铝在生产电解铜箔方面已有数十年历史，特别是在电解铜箔表面处理方面有相当多的经验和自有技术，并制造出可处理18μm的电铜箔处理机列，生产出的18μm电解铜箔受到国内外好评。
中铝可利用自身优势，在引进新型压延铜箔处理机的基础上组织工艺技术攻关，解决压延铜箔表面处理工艺和设备问题应有独有的基础。

总之，在中铝上下一心的努力下，认真研讨压延铜箔的发展趋势，开发具有自主知识产权的低能耗压延铜箔生产线，将会把我国的铜箔加工事业推向一个新的阶段。
参考文献：
⑴上海电缆研究所 黄崇祺 铜导体加工技术的发展 上饶同舟论坛会议发言 07年4月3日
⑵外商交流资料。