銅箔的製程與應用-薄到只有岡本001的一半

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近一年多來5G、IoT(物聯網)、車用電子及電動車市場快速成長,基板(CCL)、PCB、鋰電池負極材料所使用的銅箔金屬也同樣供不應求,倫敦銅價由2020年低點不到5,000美元/公噸飛漲到2021年最高點超過10,000美元/公噸,預估至2030年5G基地台市場可望成長8倍以上,帶動高頻高速銅箔基板材料市場成長10倍以上,同時因應減碳政策,全球電動汽車銷量將超過4,500萬輛(含電動巴士),其鋰電池用負極銅箔需求量將以倍數成長,創造2018年以來的最強榮景。

純銅(又名紅銅)熔點為1,083℃,比重8.9g/cm3,具面心立方晶格結構,無同素異形變態,退火強度約196~245MPa,塑性成形性僅次於鋁;而銅合金元素主要有鋅、錫、鉛、鎳、矽、錳、鋁、鈹、鐵和鉻來提高強度,添加鋅元素的銅合金稱為『黃銅』,添加錫、鋁、矽、鈹元素稱為『青銅』,添加鎳元素則稱為『白銅』,原則上除了黃銅和白銅外,其他銅合金皆稱為青銅。

銅箔是指厚度在 200μm 以下的銅片,依生產方式分為『電解銅箔』(Electro-Deposited copper foil)及『壓延銅箔』(Rolled Annealed copper foil)。

#電解銅箔,依應用產品又分為『鋰電池銅箔』及『標準銅箔』(PCB銅箔),電解銅箔簡單來說是一種電鍍的概念,將高純度的硫酸銅沉積在鍍鈦滾輪上再剝離,並反覆鍍上銅、鋅、鉻強化剝離強度、蝕刻性、熱電阻值及抗氧化性,最後捲圓裁切,因為製程精細、特性優良、生產成本低(這是重點)、厚度與尺寸調整彈性、易於蝕刻,全球90%左右的銅箔廠以生產電解銅箔為主。

#壓延銅箔,則是透過反覆輥軋將銅板延伸至銅片,厚度約在5μm~135μm之間,對於設備精度要求很高,越薄越寬就越難生產(寬度極限一般在600mm)左右,但因壓延長軸晶粒特性,抗彎曲性約電解銅箔2~3倍,純度可達99%(電解銅箔約98%),且表面粗糙度光滑可達0.1μm,非常適合用於5G導體表面傳輸的毫米波頻率(集膚效應),為影響高頻傳輸品質重要的因子。

台灣長春石化集團以人造樹脂起家,1987年投入電解銅箔技術開發,2008年跨入鋰電池銅箔生產,2021年全球市佔超越20%,年產標準銅箔8.6萬多噸、鋰電池銅箔約4.8萬噸,並成功量產厚度6μm以下銅箔,供給特斯拉(TESLA)6成以上鋰電池需求,而南亞集團總年產亦達11萬噸以上,以標準銅箔為主;適用於細線、軟板、5G高頻的壓延銅箔關鍵生產技術與設備,則掌握日本JX日礦金屬及福田金屬箔粉等少數廠商。

#2021年三大市場應該跑不了5G通信與電動車

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鑒於多數產品開發屬於連續製程,常需串連各類成形工法達成客戶要求,當前成形技術研究大都著重單點項目,以鍛造、沖壓、加工為主;因此將整合各項固態金屬成形技術與資源(涵蓋鍛造、擠型、軋延、抽製、旋壓/鍛、沖壓、液壓鼓脹、CAE),協助在職者或有興趣的朋友一同深入討論。
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