基于专利角度的全球压延铜箔关键技术分析

王艳妮 ，靳军宝 ，白光祖，吴新年 *，郑玉荣，王鑫

（1.中国科学院兰州文献情报中心，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省高级专家协会，甘肃 兰州 730000；3.中国科学院大学，北京 100049）

近年来电子信息技术快速发展，铜箔的市场需求随之增加。压延铜箔因其强度、延展性、抗弯曲性、导电性和致密度均优于电解铜箔，故被广泛应用于挠性印刷电路板(FPC)[1-4]、锂离子电池[5-7]、电磁屏蔽带[8]、软连接、TAB(带式自动键合)带载体、变压器[9]等诸多领域。

目前压延铜箔的核心技术主要掌握在日本、美国[10]等国家手中，我国印刷电路板(PCB)用压延铜箔主要从国外进口，价格较高，在一定程度上制约了下游产业的发展[11-12]，因此研究压延铜箔技术研发态势，寻找核心研发企业、关键技术、核心技术等显得尤为必要。专利情报研究有助于分析技术分布态势，掌握技术演化的历史起源、当前状况和未来趋势，从而为技术创新活动进行科学合理的定位[13]。本文通过对全球压延铜箔专利技术进行分析，为铜箔产品研发人员和技术人员进行技术创新提供科学依据。

选择Derwent Innovations Index(DII，德温特创新索引)数据库作为专利计量分析的数据来源，检索日期为2018年6月1日，但因专利数据滞后，2017和2018两年不全。通过关键词和专利分类号进行组合检索，共得到压延铜箔领域相关专利761项。利用Thomson Data Analyzer(TDA)、Thomson Innovation、Innography等国际主流情报分析工具，运用文献计量及可视化方法，对压延铜箔技术领域专利申请的整体态势、重点技术布局、主要研发国家与机构、核心专利技术等进行了分析。

1 整体研发态势

1.1 时间序列分析

一项技术的生命周期一般可划分为4个阶段：萌芽期、成长期、成熟期和衰退期[14]。基于专利家族的最早优先权年(注：不同国家申请的同一件专利作合并处理)，对压延铜箔全球专利申请年度分布情况进行了分析(见图1)。总的来看，压延铜箔技术研发经历了技术萌芽期(1973-1997年)、第一次高速成长期(1998-2005年)、第二次高速成长期(2007-2012年)和相对平稳发展期(2012-2017年)。这一结果也与产业发展相呼应。在20世纪末、21世纪初，日、美、韩等国的铜箔公司相继开发了超低粗糙度铜箔和超薄铜箔，另有新的后处理制程涌现，这段时期被认为在压延铜箔发展中具有里程碑意义[15]，正好与上述“第一次高速成长期”吻合。

图1 压延铜箔专利申请量的年度分布Figure 1 Annual number of patent applications for rolled copper foil

1.2 主要研发国家或地区

从全球压延铜箔专利技术的研发区域布局(如图2所示)可以看出，压延铜箔专利技术的研发国家或地区主要为日本、中国内地、韩国、中国台湾和美国。

图2 压延铜箔专利技术的全球布局Figure 2 Global distribution of patent technologies for rolled copper foil

通过对各主要研发国家或地区的专利优先申请年趋势进行分析得知：最早申请压延铜箔专利的国家为美国，随后是日本，而中国内地的有关专利申请始于2010年[16](由中铝上海铜业有限公司申请)，比日本和美国晚了将近36年。

1.3 主要研发机构

通过对压延铜箔专利技术的主要研发机构进行分析(见表1)得知，全球最主要的研发机构(专利量排名前五)是日矿金属、日立电缆(日立集团)、日高金箔(日高集团)、古河电工以及 SH铜业株式会社，它们均为日本企业。而中国的主要研发机构为广东生益科技股份有限公司、中色奥博特铜铝业有限公司、灵宝金源朝辉铜业有限公司和灵宝华鑫铜箔有限责任公司。

表1 压延铜箔专利的主要授权者Table 1 Major assignees of the patents relating to rolled copper foil

2 专利研发技术点分析

2.1 技术研发的总体方向

从压延铜箔的年际研发技术点变化情况分析(见图3)得知：压延铜箔专利技术的主要集中在印刷电路板用压延铜箔的制备(其相关专利数量占总专利数量的47.3%，下同)，在20世纪70年代就出现了这方面的专利技术；其余技术点按专利数量从多到少依次为覆铜板的制备(占 35.2%)，铜合金箔的制备(占21.8%)，以及用热处理法或用热加工或冷加工法改变轧制铜箔的物理结构(占21.68%)。有关轧制铜箔的方法和设备的相关专利最早出现在20世纪80年代。中国的主要研发企业在印刷电路板用压延铜箔方面均无专利产出，而在锂电池用压延铜箔技术领域，主要的专利权人也是日矿金属、日立集团和古河电工这3家日本企业。

图3 压延铜箔主要研发技术点专利产出的年际变化情况Figure 3 Interannual variation of patent applications relating to the main technical directions for rolled copper foil

通过对压延铜箔的研发技术点分析得知，有关压延铜箔制备的研发技术点主要包括覆铜板的制备，压延铜箔与其他金属箔层状物的制备，用热处理法或用热加工或冷加工法改变轧制铜箔的物理结构，以及轧制铜箔的方法和设备。其中覆铜板的制备方法主要有两种：一是借助于粘结剂，即铜箔和基材叠层后通过热处理使粘结剂固化而令两者紧密连接；二是不使用粘结剂，将进行了表面处理的铜箔直接贴合在基材上之后，经加热、加压处理而形成一体的二层铜包层。由表2可知，压延铜箔主要应用于FPC、PCB、锂离子电池等方面。

表2 压延铜箔专利研发技术点的分类分析Table 2 Classification analysis of patents relating to different research and development directions for rolled copper foil

涉及压延铜箔表面处理的专利技术主要是黑化处理技术。该技术主要是在粗化层上形成保护层，防止铜的扩散氧化，提高柔性覆铜板的剥离强度。最早的铜箔黑化处理技术大都来源于日本，例如日矿金属株式会社通过在铜箔表面电镀Co、Ni-Cu、Co-Cu或Ni-Co-Cu(通常采用弱酸性硫酸盐体系溶液)，制得具有优异屏蔽特性的黑化处理层，对电磁波、近红外线、杂散光、外部光等均有效[17]。近几年我国也逐渐出现了铜箔黑化处理的相关专利，例如中铝上海铜业有限公司通过黑化处理技术制得了具有良好耐酸性、耐碱性、耐焊性和蚀刻性的FPC用黑化铜箔，但该方法在镀Ni-Co的过程中使用了有毒的含SCN-的黑化剂[18]。与之相比，上海理工大学通过镀铜处理、黑化镀Zn-Ni处理和钝化处理3步，实现了铜箔表面的黑化，不但未采用任何含有SCN-的黑化剂，而且过程较为简单，然而钝化过程中所使用的铬酸盐还是会受到严格的环境监管[19]。

通过对压延铜箔专利技术研发方向预期值(unexpectedly high/low terms)分析(见表3)得知，目前已经发展得相对成熟的技术点主要有印刷电路用压延铜箔的制备，传统合成树脂覆铜板的制备，用热处理法或用热加工或冷加工法改变轧制铜箔的物理结构，以及铜合金压延箔的制备。而近几年专利增长较快的技术点主要有压延铜箔层状产品的层压方法和设备，新型合成树脂覆铜板的制备，加热法制备压延铜箔层状产品，以及柔性双面封装基板用压延铜箔的制备。

2.2 中日主要企业研发态势的对比

选取日本和中国的主要研发企业作为分析对象，包括日矿金属、日立集团、日高金箔、广东生益科技股份有限公司和中色奥博铜铝业有限公司，考察其研发技术方向的相似度(介于0～1之间，越接近1表示技术研发技术点越接近)。结果表明，3家日本企业的技术相似度为0.918～0.937，表明三大日本企业的研发很接近。两家中国公司的研发技术点也接近，但与三家日本公司的技术相似度分别介于0.064～0.129和0.289～0.302之间，表明中国企业与日本企业在该领域的研发技术点有比较大的差别。

表3 压延铜箔领域已成熟的和增长较快的专利技术点Table 3 Mature and fast-growing technologies in the field of rolled copper foil

分析上述5家主要研发企业的研发技术点(见表4)得知：日矿金属和日立集团这两家公司在PCB用压延铜箔的制备，热处理法对轧制铜箔物理结构的改变，以及铜合金箔的制备这3个方向上具有较高的技术相似度；而中国企业的主要专利技术是在覆铜板的制备和轧制铜箔的表面处理这两个方面。

综上所述，中日企业的技术相似度很小，技术研发技术点相差甚远。中国企业主要致力于覆铜板基底材料制备的研发，日本企业则侧重于压延铜箔生产工艺和技术的研发。

表4 中日重点企业的主要研发技术点Table 4 Main research and development direction of major assignee companies in China and Japan

3 核心专利技术

核心专利是指在某一技术领域中处于关键地位，对技术发展具有突出贡献，对其他专利或者技术具有重大影响，且具有重要经济价值的专利[20-21]。核心专利在一个专利群中处于节点和纽带的地位，是产业经济的核心[22]。核心专利是派生新的经济效益之源，以其为中心会产生单核或多核技术群，进而衍生出产品群和服务群，最终形成产业集聚。压延铜箔核心专利的产出时间主要集中在2000-2016年，该时间段内的核心专利有40项，占核心专利总数的83%。

3.1 产出核心专利技术的国家或地区

由表5可知，掌握压延铜箔核心专利技术的只有日本、中国内地、中国台湾和美国。日本核心专利的技术点主要集中在印刷电路板用压延铜箔的制备、铜合金箔的轧制方法等方面。中国的核心专利主要集中在制造覆铜板所需合成树脂材料制备和压延铜箔轧制油的制备，而有关压延铜箔轧制方法的仅有北京科技大学的一项专利[23]，即以双合轧制为主要技术手段，在室温下对中间均匀涂覆双合油的两张铜带同时进行轧制，并利用叠合摩擦条件，提高晶粒择优取向的集中程度，提高压延铜箔的耐挠曲疲劳寿命。该方法解决了目前单张轧制铜箔生产效率低、成形难度大的问题。

表5 压延铜箔核心专利技术产出国或地区分析Table 5 Main countries or areas having core technologies in the field of rolled copper foil

从中日核心专利技术研发技术点对比分析得知：中国在压延铜箔轧制方法和设备方面的专利布局较少，而主要集中在了覆铜板制备所用的合成树脂材料方面，日本核心专利的研发技术点则主要布局在PCB用铜箔的轧制方法和设备领域。

中国核心专利的市场保护布局主要在中国，而日本核心专利的市场保护布局除了在日本之外，还包括了中国、韩国、美国、欧洲等地。

3.2 核心专利技术研发机构

由表6可知，在压延铜箔核心专利产出机构中，日本企业占据前5位，北京科技大学和广东生益科技股份有限公司与SH铜业株式会社紧随其后，这8家机构拥有的核心专利数量占了全球总数的95.85%。

表6 压延铜箔核心专利技术研发机构Table 6 Assignees of core patents relating to rolled copper foil

3.3 核心专利技术研发技术点

通过分析核心专利研发技术点(见表7)可以看出，压延铜箔的核心技术点主要集中在PCB用压延铜箔和铜合金压延箔的制备，用热处理法或用热加工或冷加工法改变轧制铜箔晶粒取向及物理结构，以及轧制压延铜箔的方法和设备等方面。

表7 压延铜箔核心专利主要研发技术点Table 7 Main directions with core technology of rolled copper foil

4 结论

通过专利技术分析对比发现，我国压延铜箔专利技术与国外相比存在较大差距，对此提出以下建议：

(1) 加大技术工艺研发力量，以市场为导向，重视专利布局。目前我国核心专利的技术研发技术点较少涉及到铜箔轧制工艺和方法，并且核心专利的市场布局范围较窄，很少在国外申请公开。由于目前压延铜箔的许多技术专利和关键技术被日本和美国所垄断，因此我国在国外进行专利布局相对较难。企业应以市场为导向，加强我国专利技术的布局，改善国内压延铜箔依赖进口的现状。

(2) 促进产学研协同创新，加强成果产业化。与国外核心专利掌握在企业手中不同，北京科技大学申请的轧制铜箔制备方法专利是我国核心专利中唯一与压延铜箔生产方法和工艺有关的专利，因此建议大学和科研机构与企业开展多元化的创新合作，促进科技成果转化为现实生产力，从而提升我国压延铜箔的生产技术，打破国外市场垄断的局面。