摘要
1.銅板帶是銅加工行業(yè)壁壘最高的領域。連接器作為銅板帶的重要下游，對板帶材的消耗量較大。引線框架作為集成線路的芯片載體，也屬于連接器。它借助于鍵合材料實現(xiàn)芯片內(nèi)部電路引出端與外連線的電氣連接，起到和外部導線連接的橋梁作用。引線框架與制作和封裝應用需求，除高強度、高導熱性外，還要求較好的釬焊性、沖壓性、蝕刻性和氧化膜粒粘連性等。常選用銅-鐵系、銅鎳硅系C70250等制作。
2.Cu-Ni-Si和Cu-Cr-Zr合金板帶屬于中高強度高導電率合金，國內(nèi)博威合金已經(jīng)可以批量化生產(chǎn)，興業(yè)盛泰銅業(yè)可以批量化生產(chǎn)Cu-Ni-Si合金。鈹銅(Cu-Be)國內(nèi)僅有東方鉭業(yè)可以生產(chǎn)，Cu-Ti國內(nèi)公司還無法供應。尤其是Cu-Ni-Si合金由于優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，在電子領域開始廣泛應用。
3.銅鎳硅合金綜合性能優(yōu)異，滲透率在提升，且潛力大。電子產(chǎn)品小型化和載流量提升趨勢明顯。在大電流連接場合，如基站電源連接器、新能源汽車連接器和智能手機連接器，高導電銅鎳硅合金可抑制發(fā)熱和溫升，對其他銅合金形成較強的替代作用，如黃銅、錫磷青銅等。
4.汽車連接器的耐熱性比智能手機更高。汽車內(nèi)部的溫度環(huán)境：發(fā)動機120℃、發(fā)動機表面135℃、儀表盤表面120℃、車內(nèi)地板105℃、后甲板117℃。人乘坐汽車無空調(diào)時，車內(nèi)部分溫度可達到120℃。汽車連接器選用黃銅、錫磷青銅已經(jīng)無法滿足使用要求。需要改用耐應力松弛性能更佳的鈦銅或者銅鎳硅。鈦銅目前只有國外生產(chǎn)，加工費高達20萬元/噸。銅鎳硅加工費在2-3萬元/噸，綜合性價比優(yōu)勢明顯。
5.國內(nèi)外相繼研發(fā)了C42500、C41125、PW33520(博威合金獨家專利產(chǎn)品)等高性能低成本產(chǎn)品，用以替代錫磷青銅。其中我國研發(fā)的PW33502合金屈服強度570Mpa、導電率34%，是原C5191的兩倍，能滿足高傳輸、低溫升要求。壞方向折彎性能也比原C5191優(yōu)秀明顯。錫含量比C5191低，可回收鍍錫、鍍鎳角料。對比錫磷青銅綜合性能優(yōu)異、性價比高。
6.我國銅加工行業(yè)經(jīng)歷了三個階段，目前進入了以C7025為代表的高性能材料階段。以滿足通訊、電子和汽車等行業(yè)的需求升級。興業(yè)盛泰銅業(yè)開發(fā)了C7026和C7035銅鎳硅材料。C7035性能優(yōu)異，可部分替代低鈹銅合金。
7.C18150/C18400——強度600MPa兼具85%IACS導電率及330W/(m·k)的熱導率，是高導電率、中強度區(qū)域的最理想銅合金，具有非常高的耐應力緩和及抗高溫軟化的特性。應用領域：大電流連接器、油電混合充放電連接器、電池快充閃充、大功率繼電器、端子和高效熱管理方案。
8.未來高性能銅合金的發(fā)展可能存在以下四個方向：(1)雙70合金，抗拉強度700MPa、導電率70%IACS、厚度0.03-0.06mm;(2)環(huán)保型材料，抗拉強度>1000 MPa、屈服強度>950 MPa、導電率>45 %IACS;(3)復合類新型材料，利用各金屬品種的特性及優(yōu)勢，實現(xiàn)綜合性能的提升及成本的優(yōu)化;(4)磁性導電材料，CFA銅鐵合金產(chǎn)品、一般鐵含量為15-50%。
9.日本高端板帶開始供不應求。由于我國銅板帶行業(yè)的迅速發(fā)展，日本企業(yè)只能生產(chǎn)高端的銅板帶賴以生存，如銅鎳硅系列、銅鉻鋯系列、鈹銅、鈦銅等。日本銅帶(扣除黃銅帶)產(chǎn)量從1991年的19萬噸，增長到2018年的27萬噸，占銅加工行業(yè)的比例從15%增長到33%。增量主要來自于：(1)半導體引線框架，蝕刻類型的;(2)汽車連接器;(3)低插入力回流鍍錫工藝;(4)手機用錫青銅、科森合金、鈦銅、鈹銅。由于企業(yè)兼并和產(chǎn)品升級，銅板帶行業(yè)的加工費上漲。
10.由于需求好轉(zhuǎn)和汽車電子的增長，日本企業(yè)開始了新一輪的投資。日本企業(yè)看好的下游：物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、自動駕駛、電動汽車等新興行業(yè)對半導體和傳感器等。這些下游會長期推動高性能銅板帶材需求。
風險提示：銅板帶下游需求惡化;下游技術更新快，企業(yè)更不上節(jié)奏;貿(mào)易戰(zhàn)加劇;企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營風險等。
一、電連接器用銅板帶
本章節(jié)內(nèi)容主要引自大會發(fā)言：楊奮為《接觸件銅材應用的基礎技術研究》和彭麗軍《電連接器用高性能銅合金材料體系化研究》。
在典型的設備系統(tǒng)中，常會發(fā)現(xiàn)許多錯綜復雜的連接器等互聯(lián)器件，其中包括普通導線、設備電路板、印刷電路連接器、背板連線和互聯(lián)電纜。通?？蓪⒃陔娮踊螂姎庠O備上的連接方式分為六種類型：元件內(nèi)部連接;元件至印制電路板或?qū)Ь€的連接;同一單機內(nèi)部框架上印制電路板至導線或其它印制電路板(指框架內(nèi))的連接;同一單機箱體內(nèi)從一個內(nèi)部框架至另一內(nèi)部框架之間的連接;由一個單機設備至另一個單機設備的外部連接;系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接。
引線框架是實現(xiàn)第二類連接形式的接觸件。它作為集成線路的芯片載體，借助于鍵合材料實現(xiàn)芯片內(nèi)部電路引出端與外連線的電氣連接，起到和外部導線連接的橋梁作用。
引線框架與制作和封裝應用需求，除高強度、高導熱性外，還要求較好的釬焊性、沖壓性、蝕刻性和氧化膜粒粘連性等。常選用銅-鐵系、銅鎳硅系C70250等制作。
連接器作為銅板帶的重要下游，對板帶材的消耗量大。連接器對銅板帶的主要性能要求有：高強度、高成形性、高導電率、優(yōu)良的抗應力松弛性能。其他性能有：疲勞性能、表明質(zhì)量等。主要的電連接器用銅板帶有以下：
按照強度和單價，銅合金可做如下劃分：高強度易成形加工合金;中高強度、高導電率合金;中高強度合金和泛用合金。Cu-Ni-Si和Cu-Cr-Zr合金板帶屬于中高強度高導電率合金，國內(nèi)博威合金已經(jīng)可以批量化生產(chǎn)，興業(yè)銅業(yè)可以批量化生產(chǎn)Cu-Ni-Si合金。鈹銅(Cu-Be)國內(nèi)僅有東方鉭業(yè)可以生產(chǎn)，Cu-Ti國內(nèi)公司還無法供應。尤其是是Cu-Ni-Si合金由于優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，在電子領域開始廣泛應用。
冷變形強化
接觸件銅材料常用的強化手段有：冷變形強化、沉淀強化、過剩相強化和細化組織強化。
冷變形強化又稱為冷作硬化，金屬材料在再結(jié)晶溫度下的變形稱為冷變形。冷變形后材料即被強化，強化強度隨變形度、變形溫度及材料本身性質(zhì)而變化。
相同規(guī)格的C5191、QSn4-3等錫磷青銅具有比H62、HPb59-1等黃銅更高抗拉強度和硬度。但錫磷青銅添加錫成本增加，且導電率較低、反復折彎性能較差。為此國內(nèi)外相繼研發(fā)了C42500、C41125、PW33520(博威合金獨家專利產(chǎn)品)等高性能低成本替代產(chǎn)品。其中我國研發(fā)的PW33502合金屈服強度570Mpa、導電率34%，是原C5191的兩倍，能滿足高傳輸、低溫升要求。壞方向折彎性能也比原C5191優(yōu)秀明顯。錫含量比C5191低，可回收鍍錫、鍍鎳角料。對比錫磷青銅綜合性能優(yōu)異、性價比高。
抗應力松弛和耐熱性
金屬應力松弛是指在恒定高溫下承載狀態(tài)下，總應變(彈性應變和塑性應變)保持不變，而應力隨時間延長逐漸降低的現(xiàn)象稱為松弛。用于接觸件的銅合金抗應力松弛性能，是決定材料能否可靠應用的重要技術特性。電連接器常因為插孔接觸件材料應力松弛，造成接觸不良或瞬間斷電等故障。其中C70250具備良好的抗應力松弛性能。
用以接觸件的銅合金材料，通常用測量在相同溫度、長時間加熱接觸壓力變化(應力松弛)來橫線其耐熱性。根據(jù)日本JX公司介紹，加熱150℃持續(xù)1000小時后，連接器的接觸壓力和加熱前的接觸壓力進行比對。黃銅只有8%、錫磷青銅只有50%。而銅鎳硅合金還有80-90%、鈦銅還可以保持95%。但鈦銅的加工費大約20多萬元每噸，大幅高于銅鎳硅加工費(2-3萬元每噸)。
汽車連接器的耐熱性比智能手機更高。汽車內(nèi)部的溫度環(huán)境：發(fā)動機120℃、發(fā)動機表面135℃、儀表盤表面120℃、車內(nèi)地板105℃、后甲板117℃。人乘坐汽車無空調(diào)時，車內(nèi)部分溫度可達到120℃。汽車連接器選用黃銅、磷青銅已經(jīng)無法滿足使用要求。需要改用耐應力松弛性能更佳的鈦銅或者銅鎳硅。
高導電銅合金
高導電銅合金板帶一般要求屈服強度500Mpa以上，導電率80%IACS左右。主要應用于大電流連接場合，如基站電源連接器、新能源汽車連接器和智能手機連接器。智能手機內(nèi)部搭載的連機器通電量呈增加趨勢，每芯通電量由原來0.3A增至1.5-3.0A，由此要求銅合金在保持較高強度水平同時具有高導電性。USBTYPE-C公端子原選用導電率12%的C52100錫磷青銅發(fā)熱嚴重，改用導電率65%的高導電銅鎳硅合金可抑制發(fā)熱和溫升。
平衡方向銅合金的應用
一般銅合金導電性越好，要求維持高強度越難。平衡方向銅合金板帶主要應用于對材料強度及導電率均有一定要求的場合，一般要求屈服強度650Mpa以上，導電率65%IACS左右。例如重載連接器和TYPE-C母端子要求高導電性和良好的耐插拔性，由于用戶設計理念不同，有的重視導電性，有的重視屈服強度，故高導電銅鎳硅合金有兩種類型供用戶選擇：導電率65%IACS、屈服強度650Mpa，或者導電率90%、屈服強度490Mpa。
高強度方向銅合金
高強度銅合金板帶一般要求屈服強度900Mpa以上，導電率20%IACS左右。主要用于信號連接，如VCM彈片、耳機彈片、SIM卡連接器等。某廠家的智能手機厚度在5年內(nèi)變薄了20%以上，由此使得裝配在手機內(nèi)部多數(shù)板對板連接器也扁平化和細間距化，手機其它所有連接器同樣都要求小型化。原選用的黃銅、錫磷青銅機械強度、折彎工藝成形性能都難以滿足越來越苛嚴的要求，改用銅鎳硅合金或者鈦銅等高性能銅合金才能滿足高強度、良好的折彎加工性和高導電等特性要求。相同形狀的端子選用銅鎳硅合金或者鈦銅制造和原錫磷青銅相比，銅鎳硅合金可提高12%接觸壓力，而鈦銅則可提高22%接觸壓力。鈦銅價格大幅高于銅鎳硅，銅鎳硅性價比較高。
鈹銅及其替代材料
鈹銅較青銅和黃銅具備更高的強度，具備強大的抗應力松弛能力，且彈性較大，可在有限的空間內(nèi)提供最大的力。并且具備較高的導電率和導熱性、優(yōu)良的抗腐蝕能力和良好的工藝性能。在退火和冷軋狀態(tài)下任何方向都能沖壓成型。由此，鈹銅在航空、航天等高可靠性連接器領域應用廣泛。
但鈹銅的生產(chǎn)冶煉過程對環(huán)境存在嚴重污染，在國際上是否會逐步禁用，一直是連接器行業(yè)需對領導和專家關注的問題。在環(huán)保趨嚴的情況，研發(fā)鈹銅替代材料一直是業(yè)內(nèi)關注的問題。世界各大銅加工企業(yè)相繼研發(fā)了銅鎳錫系、銅鎳硅系和鈦銅合金等替代材料，已經(jīng)有部分替代發(fā)生。
二、新型銅合金產(chǎn)品發(fā)展趨勢
本章節(jié)內(nèi)容主要引自大會報告：紀慶《興業(yè)銅業(yè)新型銅合金材料產(chǎn)品發(fā)布報告》。
我國銅加工行業(yè)經(jīng)歷了三個階段，目前進入了以 C7025 為代表的高性能材料階段。以滿 足通訊、電子和汽車等行業(yè)的需求升級
高性能銅合金應具備有高的強度、優(yōu)良的導電、抗應力松弛及導熱性能，是航空航天、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、5G 通訊、新型汽車、網(wǎng)絡基站、智能家居、大規(guī)模集成電路等重點領 域所必須和急需的關鍵基礎材料，高強、高導、高彈、耐高溫及抗應力松弛是高性能銅合金極為重要的特性，其制備技術更是代表銅加工技術的先進水平。
興業(yè)盛泰在C7025的基礎上開發(fā)出C7026和C7035材料，其中C7035的強度可達到900Mpa，且導電率較高42-45%IACS，生產(chǎn)過程環(huán)保，可作為低鈹青銅的替代材料。
以下數(shù)據(jù)中，XYK-5代表C7025，XYK-31代表C7026，XYK-32代表C7035。這三種材料除了具備高強度和較高的導電率之外，還具備強大的抗應力松弛和抗高溫軟化特性。
中強高導類合金：
C18150/C18400——強度600MPa兼具85%IACS導電率及330W/(m·k)的熱導率，是高導電率、中強度區(qū)域的最理想銅合金，具有非常高的耐應力緩和及抗高溫軟化的特性。應用領域：大電流連接器、油電混合充放電連接器、電池快充閃充、大功率繼電器、端子和高效熱管理方案的優(yōu)選材料。
C18150/C18400、 C18080及C18070進行比對：三種材料彈性模量基本接近， XYK-36強度高于C18070和C18080相當。
150℃/1000h條件下耐熱應力松弛率性能的優(yōu)劣順序為：XYK-36(C18150/C18400) >C18080>C18070。
500℃/30min抗高溫軟化性能優(yōu)劣順序為：XYK-36(C18150/C18400) >C18080>C18070。
折彎成形性優(yōu)劣順序為：
C18080>C18070>XYK-36(C18150/C18400)。
未來高性能銅合金的發(fā)展可能存在以下四個方向：(1)雙70合金，抗拉強度700MPa、導電率70%IACS、厚度0.03-0.06mm;(2)環(huán)保型材料，抗拉強度>1000 MPa、屈服強度>950 MPa、導電率>45 %IACS;(3)復合類新型材料，利用各金屬品種的特性及優(yōu)勢，實現(xiàn)綜合性能的提升及成本的優(yōu)化;(4)磁性導電材料，CFA銅鐵合金產(chǎn)品、一般鐵含量為15-50%。
三、日本銅加工行業(yè)現(xiàn)狀
1991年，泡沫后期，日本銅加工產(chǎn)量達到頂峰，120萬噸，超越美國成為世界第一。其中銅棒34萬噸，銅管24萬噸，銅帶39萬噸(其中黃銅帶20萬噸)。在1991年之后，日本銅加工產(chǎn)量略有下降，但維持在100萬噸左右的水平。2008年金融危機，跌到65萬噸，之后恢復到80萬噸左右的水平，維持至今。
2008年日本銅加工行業(yè)的幾個趨勢：(1)合并。(2)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。
2016—2018年板帶開始供不應求。銅帶(扣除黃銅帶)產(chǎn)量從1991年的19萬噸，增長到2018年的27萬噸，占比從15%增長到33%。增量主要來自于：(1)半導體引線框架，蝕刻類型的;(2)汽車連接器;(3)低插入力回流鍍錫工藝;(4)手機用錫青銅、科森合金、鈦銅、鈹銅。由于企業(yè)兼并和產(chǎn)品升級，銅板帶行業(yè)的加工費上漲。
需求好轉(zhuǎn)和汽車電子的增長，日本企業(yè)開始了新一輪的投資。日本企業(yè)看好的下游：物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、自動駕駛、電動汽車等新興行業(yè)對半導體和傳感器等。這些下游會長期推動高性能銅板帶材需求。
日本主要公司產(chǎn)量如下：
神戶制鋼：月產(chǎn)量4700-4800噸，其中用在電子領域的銅板帶產(chǎn)量占比97%，獨家發(fā)明的合金牌號產(chǎn)量占比75%以上。
三菱伸銅：產(chǎn)能4500噸每月，產(chǎn)量4000噸每月。并購YAMAHA(600-1200噸每月)，其中C7035100-200噸每月，7025300噸每月，C194100噸每月，鈦銅100噸每月。
JX金屬(日礦)：產(chǎn)能4000噸每月，其中錫青銅1700噸每月，洋白銅100噸每月，鍍錫黃銅200-300噸每月(準備放棄)，科森合金300噸每月，鈦銅300噸每月;另有NKC164、NKC388、高強度NKT322和高導電NKT180。
四、有色行業(yè)歷史PE Band和PB Band
