銅加工材在5G領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

劉晉龍，羅奇梁，董道偉

銅加工材在5G領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

劉晉龍，羅奇梁，董道偉

（江西耐樂銅業(yè)有限公司，江西 鷹潭 335211）

在銅加工行業(yè)傳統(tǒng)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的大環(huán)境下，5G技術(shù)的興起推動了部分銅加工材的精深化發(fā)展，帶動了部分銅加工材的轉(zhuǎn)型升級。簡述了傳統(tǒng)銅加工材的應(yīng)用場景，在此基礎(chǔ)上，從通訊基站、5G設(shè)備設(shè)施、印刷電路、通訊設(shè)備幾方面入手，總結(jié)了銅加工材在當(dāng)前5G技術(shù)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。

銅加工材；5G領(lǐng)域；通訊基站；印刷電路

中國在世界銅加工行業(yè)當(dāng)占據(jù)著舉足輕重的地位，廣泛應(yīng)用在制冷、建筑、電子、電力等領(lǐng)域。從近幾年銅加工材產(chǎn)量來看，中國多年保持全球第一位置，國內(nèi)對銅加工材的消費量多年保持增長，除了滿足自身需求還出口到世界各國。盡管中國已經(jīng)是銅加工和銅消費的大國，但低端產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，高端產(chǎn)品依然依賴進口的局面依然存在。當(dāng)前，興起的5G技術(shù)領(lǐng)域正在推動部分銅加工材的精深化發(fā)展，并推動著部分銅加工材的轉(zhuǎn)型升級。

1 傳統(tǒng)銅加工材行業(yè)概述

銅加工材包含銅管、銅棒、銅桿、銅線、銅板帶、銅箔等種類。在傳統(tǒng)領(lǐng)域，銅加工材應(yīng)用場景包括空調(diào)制冷設(shè)備、水暖衛(wèi)浴、電力電纜、電子通訊行業(yè)、建筑行業(yè)等。

根據(jù)《中國銅加工材市場深度調(diào)研報告（2019版）》報道，中國已經(jīng)是世界上大的銅加工生產(chǎn)國和消費國，在國際銅加工行業(yè)占有重要的地位，并具有較大的影響力。從生產(chǎn)方面來說，中國的銅加工才產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)多年保持全球第一的地位，目前約占世界總產(chǎn)量的67%[1]。

2 銅加工材在5G領(lǐng)域的應(yīng)用

2019年成為5G元年，在銅板帶領(lǐng)域，國內(nèi)一些高端產(chǎn)品走向市場，比如高導(dǎo)耐高溫軟化銅帶、Type-C接口高強高導(dǎo)銅帶、5G散熱VC用高導(dǎo)熱帶材和高彈性導(dǎo)電合金帶材。

寧波博威開發(fā)的如高強度、高導(dǎo)電銅合金PW160系列銅帶，可以滿足5G手機大電流快速充電接口的應(yīng)用需求；PW49700合金銅帶解決了5G手機快速散熱的問題。

2018年電子通訊行業(yè)消耗銅材占中國銅總需求量的6.9%，現(xiàn)階段，5G領(lǐng)域的建設(shè)將進一步拉動銅加工材的需求增長。銅加工材主要應(yīng)用在5G通訊基站建設(shè)、5G設(shè)備設(shè)施制造、印刷電路、通訊設(shè)備等方面，具體如下。

2.1 銅加工材在通訊基站建設(shè)中的應(yīng)用

在通訊基站建設(shè)中，電纜用銅帶是最常見的一種銅加工材，在通訊電纜、電子電纜、射頻電纜以及泄漏電纜的制作中廣泛應(yīng)用。其中，通訊電纜主要用于電話、電視、傳真、數(shù)據(jù)以及多種電信信號的傳輸；電子電纜（例如CATV電纜）主要用于電能的傳輸與分配；射頻電纜（無線電電纜）主要用于射頻信號的傳輸，包括無線電通訊、電子設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸、廣播等。

現(xiàn)階段，以5G為代表的移動通訊迅速發(fā)展，成為通信領(lǐng)域中發(fā)展最迅速的一個分支。在這樣的背景下，電纜銅帶在基站建設(shè)以及移動通訊方面的得到重點應(yīng)用，即制作射頻電纜以及泄漏電纜。目前，中國生產(chǎn)制造泄漏電纜的企業(yè)數(shù)量逐年增加，電纜銅帶的年均需求用量已然超過5萬噸。特別是在5G通訊基站不斷建設(shè)的情況下，無氧銅潛流鑄造技術(shù)得到重點研發(fā)與使用，推動銅帶生產(chǎn)不斷向著大卷重、高精度和高純度的方向發(fā)展。

2.2 銅加工材在5G設(shè)備設(shè)施中的應(yīng)用

在5G設(shè)備設(shè)施的制造中，銅加工材主要應(yīng)用方向為集成電路、引線框架以及真空電子器件，具體如下。

2.2.1 集成電路中銅加工材的應(yīng)用

集成電路中主要利用了銅線對硅芯片中的鋁線進行替代，以此作為互連線。相比于使用鋁線，使用銅線能夠獲得至少30%的效能增益。同時，在銅線的支持下，電路的實際線尺寸可以縮減至0.12 μm，促使單個芯片中晶體管的設(shè)置數(shù)量大幅增加。在當(dāng)前的技術(shù)水平下，單個芯片上集成的晶體管數(shù)目能夠達200萬個。有關(guān)調(diào)查顯示，在2018年，中國全年集成電路產(chǎn)量達到了1 739.5億塊，同比增長9.7%；在2019年一、二季度，中國集成電路產(chǎn)量有所增長；截至2019-08，中國集成電路產(chǎn)量為180.4億塊，同比增長0.2%；累計來看，在2019-01—08，中國集成電路產(chǎn)量達到1 372.04億塊，同比增長0%[2]?？梢钥闯?，當(dāng)前市場對集成電路的需求量較大，推動了銅線的需求量上漲，為銅加工材產(chǎn)業(yè)提供了較好的發(fā)展前景。

2.2.2 引線框架中銅加工材的應(yīng)用

引線框架是集成封裝電路的支承骨架，引線框架銅帶為集成電路制作中的重要材料，其材料成本占具集成電路總成本的1/4～1/3。因此，必須在保證性能的基礎(chǔ)上盡可能降低引線框架的成本。而銅合金就能夠滿足引線框架材料所要求的價格低、強度高、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性好，加工性能及耐蝕性優(yōu)良等要求，因此廣泛使用在引線框架中，是目前銅在微電子器件中用量最多的一種材料，且近幾年引線框架銅帶的產(chǎn)量以每年約20%的幅度增加。

2.2.3 真空電子器件中銅加工材的應(yīng)用

在當(dāng)前的真空電子器件制作中，主要使用了高純度無氧銅和彌散強化無氧銅，應(yīng)用于真空電子器件中的高頻和超高頻發(fā)射管、波導(dǎo)管、磁控管等。無線電子設(shè)備中使用的真空電子器件主要有發(fā)射管、調(diào)制器、磁控管、反射調(diào)速管、直射調(diào)速管、返波管、行波放大管、放電管等。相比于其他金屬及合金材料來說，銅的抗腐蝕性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱更好，因此，在真空電子器件，特別是超高頻真空電子器件的制造中得到廣泛應(yīng)用。例如，在廠家代號452B行波管中，共包含94件金屬零件，其中材質(zhì)為無氧銅的金屬零件為8件，材質(zhì)為黃銅、白銅等銅合金的金屬零件為21件，總計占所有金屬零件的31.1%；在廠家代號為1020磁控管中，共包含93件金屬零件，其中材質(zhì)為高純度無氧銅和彌散強化無氧銅的金屬零件為16件，材質(zhì)為其他銅合金的金屬零件為27件，總計占所有金屬零件的56.9%。

2.3 銅加工材在印刷電路中的應(yīng)用

對于銅印刷電路來說，主要將電路布線圖印制在銅箔上，通過浸蝕把多余的部分去掉而留下相互連接的電路，再經(jīng)過沖孔、焊接等步驟組裝線路，主要應(yīng)用在無線電、電視機、計算機等領(lǐng)域中。在印刷電路中，銅線為使用的主要銅加工材，相比于鋁線來說，銅線的導(dǎo)電性更強，且能夠大幅縮減電纜尺寸，因此有著更大的應(yīng)用優(yōu)勢。在干燥室溫條件下，銅線能夠穩(wěn)定存在，且其延展性更強，可以加工為更薄的銅片或更細(xì)的銅絲。在制作通印刷電路時，如果使用浸鍍法，則能夠促使接頭焊接一次落實成為現(xiàn)實。在銅線的實際應(yīng)用中，針對一些需要精細(xì)布置電路的場合，例如無線電、電視機、計算機等，如果使用印刷電路，則可以減少大量的布線和固定回路工作量，有著更大的應(yīng)用優(yōu)勢。

同時，在電路的連接中還需用各種銅基釬焊材料?，F(xiàn)階段，印刷電路板行業(yè)全球景氣度回升，相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在2018年，全球PCB產(chǎn)值約為635.5億美元，同比增長8.0%。預(yù)計隨著5G全球范圍內(nèi)的建設(shè)發(fā)展以及電子產(chǎn)品的更新迭代，全球PCB產(chǎn)量有望持續(xù)增長[3]。

另外，除了銅線之外，在柔性印刷電路板的制作中，壓延銅箔也得到了重點應(yīng)用。在5G迅速發(fā)展的背景下，人們對智能設(shè)備以及便攜式電子產(chǎn)品的需求量大幅增加，也推動著對柔性印刷電路板的需求量增大。相比于其他材料來說，壓延銅箔的延展性更好、機械性能更強，特別是在一些特殊場合，必須使用壓延銅箔，因此其應(yīng)用與發(fā)展前景較好。當(dāng)前，中國壓延銅箔的制造處于起步階段，更多依靠進口。為了彌補這一技術(shù)性不足，近幾年，中國多個銅加工材企業(yè)展開壓延銅箔制作技術(shù)的研究，例如，中鋁上海銅業(yè)展開了年產(chǎn)0.007～0.035×650 mm的壓延銅箔3 000 t的項目；山東荷澤、廣源銅帶有限公司展開了年產(chǎn)5 000～8 000 t壓延銅箔的項目等。

2.4 銅加工材在通訊設(shè)備中的應(yīng)用

智能手機的散熱受到人們的重點關(guān)注，如果散熱不足，極容易導(dǎo)致電子元器件損壞，不利于智能手機的安全使用。為了解決散熱問題，熱管技術(shù)得到了重點應(yīng)用。利用銅管制作超薄熱管，將其放置于智能手機中（也可以放置與電腦中），能夠達到較好的散熱效果，熱管的基本原理為：利用腔體中的水從液體變?yōu)闅怏w吸收熱量。當(dāng)氣體觸及到溫度較低的區(qū)域時，凝結(jié)為液體釋放熱量；液體通過腔體內(nèi)的毛細(xì)結(jié)構(gòu)（吸液芯）再回流到發(fā)熱區(qū)域，循環(huán)往復(fù)，將發(fā)熱部位產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉。站在市場的角度來看，這樣的設(shè)計是當(dāng)前與未來手機熱管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的主流趨勢。

在通信領(lǐng)域中，銅的應(yīng)用典型場景還有銅板帶在通訊設(shè)備散熱的均熱板VC的應(yīng)用。其中，熱管與VC之間最大的不同在于，VC的面積更大，可以覆蓋更多的熱源區(qū)域，可以將其視為多個熱管構(gòu)成的平面。由于銅的導(dǎo)熱能力更強，因此，銅VC具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢。

3 總結(jié)

綜上所述，5G作為新興領(lǐng)域，其建設(shè)發(fā)展中所需的銅加工材量大幅增加，其已然成為銅加工材行業(yè)的新經(jīng)濟增長點，值得重點關(guān)注與探究。在5G領(lǐng)域中的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、通訊基站建設(shè)、5G設(shè)備設(shè)施制造、印刷電路等方面，以銅線、電纜銅帶、引線框架銅帶、壓延銅箔等為代表的銅加工材得到了重點應(yīng)用，且有著更好的發(fā)展前景。

［1］武璐瑤.循環(huán)經(jīng)濟背景下銅產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級研究——以銅陵市為例［J］.經(jīng)濟研究導(dǎo)刊，2018（24）：42-44.

［2］吳瓊.中國銅加工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移現(xiàn)狀與趨勢［J］.有色金屬加工，2018，47（3）：1-6.

［3］江書鵬，徐萍.對當(dāng)前環(huán)境下銅加工行業(yè)新思路的淺析［J］.中國有色金屬，2017（Suppl 1）：401-403.

TG178

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.069

2095－6835（2020）12－0156－02

劉晉龍（1979—），男，山西朔州人，研究生，正高級工程師，研究方向為銅加工。羅奇梁（1973—），男，浙江上虞人，研究生，正高級工程師，研究方向為銅加工。董道偉（1984—），男，江西上饒人，本科，工程師，研究方向為銅加工。

〔編輯：張思楠〕