基于專利角度的全球壓延銅箔關(guān)鍵技術(shù)分析

王艷妮 ，靳軍寶 ，白光祖，吳新年 *，鄭玉榮，王鑫

（1.中國科學(xué)院蘭州文獻情報中心，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省高級專家協(xié)會，甘肅 蘭州 730000；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

近年來電子信息技術(shù)快速發(fā)展，銅箔的市場需求隨之增加。壓延銅箔因其強度、延展性、抗彎曲性、導(dǎo)電性和致密度均優(yōu)于電解銅箔，故被廣泛應(yīng)用于撓性印刷電路板(FPC)[1-4]、鋰離子電池[5-7]、電磁屏蔽帶[8]、軟連接、TAB(帶式自動鍵合)帶載體、變壓器[9]等諸多領(lǐng)域。

目前壓延銅箔的核心技術(shù)主要掌握在日本、美國[10]等國家手中，我國印刷電路板(PCB)用壓延銅箔主要從國外進口，價格較高，在一定程度上制約了下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[11-12]，因此研究壓延銅箔技術(shù)研發(fā)態(tài)勢，尋找核心研發(fā)企業(yè)、關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)等顯得尤為必要。專利情報研究有助于分析技術(shù)分布態(tài)勢，掌握技術(shù)演化的歷史起源、當前狀況和未來趨勢，從而為技術(shù)創(chuàng)新活動進行科學(xué)合理的定位[13]。本文通過對全球壓延銅箔專利技術(shù)進行分析，為銅箔產(chǎn)品研發(fā)人員和技術(shù)人員進行技術(shù)創(chuàng)新提供科學(xué)依據(jù)。

選擇Derwent Innovations Index(DII，德溫特創(chuàng)新索引)數(shù)據(jù)庫作為專利計量分析的數(shù)據(jù)來源，檢索日期為2018年6月1日，但因?qū)＠麛?shù)據(jù)滯后，2017和2018兩年不全。通過關(guān)鍵詞和專利分類號進行組合檢索，共得到壓延銅箔領(lǐng)域相關(guān)專利761項。利用Thomson Data Analyzer(TDA)、Thomson Innovation、Innography等國際主流情報分析工具，運用文獻計量及可視化方法，對壓延銅箔技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埖恼w態(tài)勢、重點技術(shù)布局、主要研發(fā)國家與機構(gòu)、核心專利技術(shù)等進行了分析。

1 整體研發(fā)態(tài)勢

1.1 時間序列分析

一項技術(shù)的生命周期一般可劃分為4個階段：萌芽期、成長期、成熟期和衰退期[14]?；趯＠易宓淖钤鐑?yōu)先權(quán)年(注：不同國家申請的同一件專利作合并處理)，對壓延銅箔全球?qū)＠暾埬甓确植记闆r進行了分析(見圖1)?？偟膩砜矗瑝貉鱼~箔技術(shù)研發(fā)經(jīng)歷了技術(shù)萌芽期(1973-1997年)、第一次高速成長期(1998-2005年)、第二次高速成長期(2007-2012年)和相對平穩(wěn)發(fā)展期(2012-2017年)。這一結(jié)果也與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相呼應(yīng)。在20世紀末、21世紀初，日、美、韓等國的銅箔公司相繼開發(fā)了超低粗糙度銅箔和超薄銅箔，另有新的后處理制程涌現(xiàn)，這段時期被認為在壓延銅箔發(fā)展中具有里程碑意義[15]，正好與上述“第一次高速成長期”吻合。

圖1 壓延銅箔專利申請量的年度分布Figure 1 Annual number of patent applications for rolled copper foil

1.2 主要研發(fā)國家或地區(qū)

從全球壓延銅箔專利技術(shù)的研發(fā)區(qū)域布局(如圖2所示)可以看出，壓延銅箔專利技術(shù)的研發(fā)國家或地區(qū)主要為日本、中國內(nèi)地、韓國、中國臺灣和美國。

圖2 壓延銅箔專利技術(shù)的全球布局Figure 2 Global distribution of patent technologies for rolled copper foil

通過對各主要研發(fā)國家或地區(qū)的專利優(yōu)先申請年趨勢進行分析得知：最早申請壓延銅箔專利的國家為美國，隨后是日本，而中國內(nèi)地的有關(guān)專利申請始于2010年[16](由中鋁上海銅業(yè)有限公司申請)，比日本和美國晚了將近36年。

1.3 主要研發(fā)機構(gòu)

通過對壓延銅箔專利技術(shù)的主要研發(fā)機構(gòu)進行分析(見表1)得知，全球最主要的研發(fā)機構(gòu)(專利量排名前五)是日礦金屬、日立電纜(日立集團)、日高金箔(日高集團)、古河電工以及 SH銅業(yè)株式會社，它們均為日本企業(yè)。而中國的主要研發(fā)機構(gòu)為廣東生益科技股份有限公司、中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司、靈寶金源朝輝銅業(yè)有限公司和靈寶華鑫銅箔有限責任公司。

表1 壓延銅箔專利的主要授權(quán)者Table 1 Major assignees of the patents relating to rolled copper foil

2 專利研發(fā)技術(shù)點分析

2.1 技術(shù)研發(fā)的總體方向

從壓延銅箔的年際研發(fā)技術(shù)點變化情況分析(見圖3)得知：壓延銅箔專利技術(shù)的主要集中在印刷電路板用壓延銅箔的制備(其相關(guān)專利數(shù)量占總專利數(shù)量的47.3%，下同)，在20世紀70年代就出現(xiàn)了這方面的專利技術(shù)；其余技術(shù)點按專利數(shù)量從多到少依次為覆銅板的制備(占 35.2%)，銅合金箔的制備(占21.8%)，以及用熱處理法或用熱加工或冷加工法改變軋制銅箔的物理結(jié)構(gòu)(占21.68%)。有關(guān)軋制銅箔的方法和設(shè)備的相關(guān)專利最早出現(xiàn)在20世紀80年代。中國的主要研發(fā)企業(yè)在印刷電路板用壓延銅箔方面均無專利產(chǎn)出，而在鋰電池用壓延銅箔技術(shù)領(lǐng)域，主要的專利權(quán)人也是日礦金屬、日立集團和古河電工這3家日本企業(yè)。

圖3 壓延銅箔主要研發(fā)技術(shù)點專利產(chǎn)出的年際變化情況Figure 3 Interannual variation of patent applications relating to the main technical directions for rolled copper foil

通過對壓延銅箔的研發(fā)技術(shù)點分析得知，有關(guān)壓延銅箔制備的研發(fā)技術(shù)點主要包括覆銅板的制備，壓延銅箔與其他金屬箔層狀物的制備，用熱處理法或用熱加工或冷加工法改變軋制銅箔的物理結(jié)構(gòu)，以及軋制銅箔的方法和設(shè)備。其中覆銅板的制備方法主要有兩種：一是借助于粘結(jié)劑，即銅箔和基材疊層后通過熱處理使粘結(jié)劑固化而令兩者緊密連接；二是不使用粘結(jié)劑，將進行了表面處理的銅箔直接貼合在基材上之后，經(jīng)加熱、加壓處理而形成一體的二層銅包層。由表2可知，壓延銅箔主要應(yīng)用于FPC、PCB、鋰離子電池等方面。

表2 壓延銅箔專利研發(fā)技術(shù)點的分類分析Table 2 Classification analysis of patents relating to different research and development directions for rolled copper foil

涉及壓延銅箔表面處理的專利技術(shù)主要是黑化處理技術(shù)。該技術(shù)主要是在粗化層上形成保護層，防止銅的擴散氧化，提高柔性覆銅板的剝離強度。最早的銅箔黑化處理技術(shù)大都來源于日本，例如日礦金屬株式會社通過在銅箔表面電鍍Co、Ni-Cu、Co-Cu或Ni-Co-Cu(通常采用弱酸性硫酸鹽體系溶液)，制得具有優(yōu)異屏蔽特性的黑化處理層，對電磁波、近紅外線、雜散光、外部光等均有效[17]。近幾年我國也逐漸出現(xiàn)了銅箔黑化處理的相關(guān)專利，例如中鋁上海銅業(yè)有限公司通過黑化處理技術(shù)制得了具有良好耐酸性、耐堿性、耐焊性和蝕刻性的FPC用黑化銅箔，但該方法在鍍Ni-Co的過程中使用了有毒的含SCN-的黑化劑[18]。與之相比，上海理工大學(xué)通過鍍銅處理、黑化鍍Zn-Ni處理和鈍化處理3步，實現(xiàn)了銅箔表面的黑化，不但未采用任何含有SCN-的黑化劑，而且過程較為簡單，然而鈍化過程中所使用的鉻酸鹽還是會受到嚴格的環(huán)境監(jiān)管[19]。

通過對壓延銅箔專利技術(shù)研發(fā)方向預(yù)期值(unexpectedly high/low terms)分析(見表3)得知，目前已經(jīng)發(fā)展得相對成熟的技術(shù)點主要有印刷電路用壓延銅箔的制備，傳統(tǒng)合成樹脂覆銅板的制備，用熱處理法或用熱加工或冷加工法改變軋制銅箔的物理結(jié)構(gòu)，以及銅合金壓延箔的制備。而近幾年專利增長較快的技術(shù)點主要有壓延銅箔層狀產(chǎn)品的層壓方法和設(shè)備，新型合成樹脂覆銅板的制備，加熱法制備壓延銅箔層狀產(chǎn)品，以及柔性雙面封裝基板用壓延銅箔的制備。

2.2 中日主要企業(yè)研發(fā)態(tài)勢的對比

選取日本和中國的主要研發(fā)企業(yè)作為分析對象，包括日礦金屬、日立集團、日高金箔、廣東生益科技股份有限公司和中色奧博銅鋁業(yè)有限公司，考察其研發(fā)技術(shù)方向的相似度(介于0～1之間，越接近1表示技術(shù)研發(fā)技術(shù)點越接近)。結(jié)果表明，3家日本企業(yè)的技術(shù)相似度為0.918～0.937，表明三大日本企業(yè)的研發(fā)很接近。兩家中國公司的研發(fā)技術(shù)點也接近，但與三家日本公司的技術(shù)相似度分別介于0.064～0.129和0.289～0.302之間，表明中國企業(yè)與日本企業(yè)在該領(lǐng)域的研發(fā)技術(shù)點有比較大的差別。

表3 壓延銅箔領(lǐng)域已成熟的和增長較快的專利技術(shù)點Table 3 Mature and fast-growing technologies in the field of rolled copper foil

分析上述5家主要研發(fā)企業(yè)的研發(fā)技術(shù)點(見表4)得知：日礦金屬和日立集團這兩家公司在PCB用壓延銅箔的制備，熱處理法對軋制銅箔物理結(jié)構(gòu)的改變，以及銅合金箔的制備這3個方向上具有較高的技術(shù)相似度；而中國企業(yè)的主要專利技術(shù)是在覆銅板的制備和軋制銅箔的表面處理這兩個方面。

綜上所述，中日企業(yè)的技術(shù)相似度很小，技術(shù)研發(fā)技術(shù)點相差甚遠。中國企業(yè)主要致力于覆銅板基底材料制備的研發(fā)，日本企業(yè)則側(cè)重于壓延銅箔生產(chǎn)工藝和技術(shù)的研發(fā)。

表4 中日重點企業(yè)的主要研發(fā)技術(shù)點Table 4 Main research and development direction of major assignee companies in China and Japan

3 核心專利技術(shù)

核心專利是指在某一技術(shù)領(lǐng)域中處于關(guān)鍵地位，對技術(shù)發(fā)展具有突出貢獻，對其他專利或者技術(shù)具有重大影響，且具有重要經(jīng)濟價值的專利[20-21]。核心專利在一個專利群中處于節(jié)點和紐帶的地位，是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的核心[22]。核心專利是派生新的經(jīng)濟效益之源，以其為中心會產(chǎn)生單核或多核技術(shù)群，進而衍生出產(chǎn)品群和服務(wù)群，最終形成產(chǎn)業(yè)集聚。壓延銅箔核心專利的產(chǎn)出時間主要集中在2000-2016年，該時間段內(nèi)的核心專利有40項，占核心專利總數(shù)的83%。

3.1 產(chǎn)出核心專利技術(shù)的國家或地區(qū)

由表5可知，掌握壓延銅箔核心專利技術(shù)的只有日本、中國內(nèi)地、中國臺灣和美國。日本核心專利的技術(shù)點主要集中在印刷電路板用壓延銅箔的制備、銅合金箔的軋制方法等方面。中國的核心專利主要集中在制造覆銅板所需合成樹脂材料制備和壓延銅箔軋制油的制備，而有關(guān)壓延銅箔軋制方法的僅有北京科技大學(xué)的一項專利[23]，即以雙合軋制為主要技術(shù)手段，在室溫下對中間均勻涂覆雙合油的兩張銅帶同時進行軋制，并利用疊合摩擦條件，提高晶粒擇優(yōu)取向的集中程度，提高壓延銅箔的耐撓曲疲勞壽命。該方法解決了目前單張軋制銅箔生產(chǎn)效率低、成形難度大的問題。

表5 壓延銅箔核心專利技術(shù)產(chǎn)出國或地區(qū)分析Table 5 Main countries or areas having core technologies in the field of rolled copper foil

從中日核心專利技術(shù)研發(fā)技術(shù)點對比分析得知：中國在壓延銅箔軋制方法和設(shè)備方面的專利布局較少，而主要集中在了覆銅板制備所用的合成樹脂材料方面，日本核心專利的研發(fā)技術(shù)點則主要布局在PCB用銅箔的軋制方法和設(shè)備領(lǐng)域。

中國核心專利的市場保護布局主要在中國，而日本核心專利的市場保護布局除了在日本之外，還包括了中國、韓國、美國、歐洲等地。

3.2 核心專利技術(shù)研發(fā)機構(gòu)

由表6可知，在壓延銅箔核心專利產(chǎn)出機構(gòu)中，日本企業(yè)占據(jù)前5位，北京科技大學(xué)和廣東生益科技股份有限公司與SH銅業(yè)株式會社緊隨其后，這8家機構(gòu)擁有的核心專利數(shù)量占了全球總數(shù)的95.85%。

表6 壓延銅箔核心專利技術(shù)研發(fā)機構(gòu)Table 6 Assignees of core patents relating to rolled copper foil

3.3 核心專利技術(shù)研發(fā)技術(shù)點

通過分析核心專利研發(fā)技術(shù)點(見表7)可以看出，壓延銅箔的核心技術(shù)點主要集中在PCB用壓延銅箔和銅合金壓延箔的制備，用熱處理法或用熱加工或冷加工法改變軋制銅箔晶粒取向及物理結(jié)構(gòu)，以及軋制壓延銅箔的方法和設(shè)備等方面。

表7 壓延銅箔核心專利主要研發(fā)技術(shù)點Table 7 Main directions with core technology of rolled copper foil

4 結(jié)論

通過專利技術(shù)分析對比發(fā)現(xiàn)，我國壓延銅箔專利技術(shù)與國外相比存在較大差距，對此提出以下建議：

(1) 加大技術(shù)工藝研發(fā)力量，以市場為導(dǎo)向，重視專利布局。目前我國核心專利的技術(shù)研發(fā)技術(shù)點較少涉及到銅箔軋制工藝和方法，并且核心專利的市場布局范圍較窄，很少在國外申請公開。由于目前壓延銅箔的許多技術(shù)專利和關(guān)鍵技術(shù)被日本和美國所壟斷，因此我國在國外進行專利布局相對較難。企業(yè)應(yīng)以市場為導(dǎo)向，加強我國專利技術(shù)的布局，改善國內(nèi)壓延銅箔依賴進口的現(xiàn)狀。

(2) 促進產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，加強成果產(chǎn)業(yè)化。與國外核心專利掌握在企業(yè)手中不同，北京科技大學(xué)申請的軋制銅箔制備方法專利是我國核心專利中唯一與壓延銅箔生產(chǎn)方法和工藝有關(guān)的專利，因此建議大學(xué)和科研機構(gòu)與企業(yè)開展多元化的創(chuàng)新合作，促進科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，從而提升我國壓延銅箔的生產(chǎn)技術(shù)，打破國外市場壟斷的局面。