世界覆铜板产业发展之路的探讨(上)

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  一、七十载的发展历程及不同时期的发展特点
  覆铜箔层压板(Copper Clad Laminata ,简称为CCL)是制造承载电子元器件的印制电路板用的基板材料(Base Material)。覆铜板是电子整机和部件制造中不可缺少的重要基础电子材料。
  世界覆铜板产业已经历了七十年左右的发展历史。这是一个不断创新、不断追求的历程。作为PCB的重要基板材料,它的进步发展,同时受到电子整机产品、半导体制造技术、电子安装技术、印制电路板制造技术的革新发展所驱动。这也使得这项含有高新的多学科交叉的覆铜板工艺技术,得到不断的进步和发展。
  1.1世界覆铜板产业的三个发展时期及其特点
  世界CCL产业发展经历了三个发展时期:美国企业主宰世界CCL市场、技术、材料的时期(20世纪40年代末——20世纪80年代中期);日本企业主导市场的时期(20世纪80年代中后期——21世纪2010年代中期);美欧中日台韩企业多极化发展的时期(21世纪2000年代中后期——现今)。
  1.1.1美国主宰时期的发展时期
  在美国主宰时期(20世纪40年代末——20世纪80年代中期),许多种类的覆铜板品种的问世,以及CCL用关键原材料工业化的首创,都出自于美国人之手:
  △1936~1940年,被全世界誉称为“印制电路之父”的英国 Paul Eisler博士,首先提出了“印制电路”的概念。并完成了用化学药品溶解掉未被掩蔽的金属的成功实验,获得了世界上首块名副其实的印制电路板。其概念及产品的问世,为覆铜板的破土出芽提供了生存发展的条件。
  △1926年~1936年,美国科宁玻璃公司(Corning Glass)与欧文斯-伊里诺玻璃公司(Owense Hinois Glass)共同在美国普尔渡(Purduc)大学进行了连续玻璃纤维生产工艺的研究工作。经过长达十年的研试,两家企业合作的这项成果获得成功,成为在世界上最先开始工业化生产玻璃纤维丝的先驱者。之后几年,他们所建的玻纤企业使用玻璃纤维纱纺成的玻璃纤维布,并以玻纤布作为增强材料,连续浸渍法制造的聚酯树脂玻纤布基层压板。1939年,无碱玻璃纤维(即电子级玻璃纤维,E型玻璃纤维)的问世。迄今为止它仍是玻纤布基覆铜板制造中采用的最重要的一类玻璃纤维增强材料的品种。
  △1934年,德国的Schiack 用双酚A和环氧氯丙烷制成了环氧树脂。并且在1939年出现了第一个环氧树脂的发明专利。
  △1943年,欧、美采用电木(酚醛塑料)基材制作覆铜板,开始走向工业化。
  △ 1945~1947年,由于美国S.O.Greenlee对环氧树脂应用的一系列研究获得成功。在他的专利中包括酚醛树脂固化环氧树脂的工艺方法。当年,环氧树脂在美国的覆铜板制造中得到首次应用。
  △1947年,美国的Signal Corps解决了大面积铜箔与绝缘基板的粘接问题。
  △20世纪50年代初,在欧、美聚酰亚胺树脂层压板问世,它标志着PCB用基板材料所用树脂,开始向着高耐热方向发展。
  △1955年,美国Yares公司在世界上首次开始工业化生产电解铜箔。
  △1963年,美国 Western Elec-tric公司首次开发成功在世界上具有高散热性的金属芯 PCB。
  △1969年,荷兰菲利浦公司开发成功聚酰亚胺薄膜作基材的挠性PCB用基板材料。
  △20世纪70年代初,美国通用电气公司、Norplex公司等,开发复合基覆铜板——CEM-1和CEM-3产品,并迅速地打开了市场。
  △1961年,美国Hazeltine Corporation公司开发成功用金属化通孔工艺法的多层板制造技术。IBM公司并于同年所制造的计算机,在全世界首次采用多层板。不久,还有美国Rock Well 、Collins、Honeq Well、CDC等公司也先后开始生产以环氧玻纤布为基材的多层板。这些都标志着自1961年起覆铜板业作为多层板用基板材料的一类特有的品种(内芯薄型覆铜板和粘结片)在世界上出现并很快地得到迅速发展。
  20世纪50~70年代,美国占据了世界上很大比例的PCB市场,它的覆铜板及其关键材料(树脂、玻纤布、铜箔)也同样主宰世界CCL产业近三十年(50~70年代)。
  1.1.2日本企业主导市场的时期
  “三十年河东,三十年河西”,之后几乎三十年(80~21世纪10年代),世界CCL产业演变成日本企业迅速兴起、壮大,成为日本企业主导市场的时期。
  这个时期,日本在本国的CCL企业不断扩产,它在海外(主要在亚洲、欧洲)投资的CCL企业纷纷建立,其规模、全世界市场占有迅速地扩大,以至在90年代的中期,它的刚性CCL产值达到占全世界总产值的一半左右。相反,欧美的CCL产值逐步减少、产量开始萎缩,尽管它们也在亚洲地区布设海外工厂,但是与日本相比规模不大,有的“好景不长”。
  日本CCL业初期的兴起、壮大,很大程度是靠与欧美合资、向其引进技术、以及兼并欧美企业完成的。同步发展起来的本国CCL原材料业也促进了它的覆铜板技术、规模的发展。迅速发展起的日本PCB业及终端电子产品业也是日本覆铜板大发展的根基。
  1.1.3 美欧中日台韩企业多极化发展的时期
  在美欧中日台韩企业多极化发展的时期(21世纪2000年代中后期——现今),中、台、韩的CCL业到了21世纪2000年代(即21世纪第一个十年代后期),已经成为“轻壮人”。 它们在生产、市场的规模以及产值方面的大发展,都可明显地看出这一时期的特点。表1表示了2006年以来(即进入此时期以来),美、欧、日、中、亚洲(台、韩、东南亚等)在刚性覆铜板产值上的市场份额变化。由表1可以看出:中、台、韩地区CCL企业的刚性CCL产值(包括在本地区的日、美欧的投资企业在刚性覆铜板产值)已经很大地超过欧美及日本。如2006年间,包括中、韩、台等的亚洲地区的刚性CCL产值,占整个世界的75.3%,而日、美、欧,只是分别为:11.5%、6.7%和6.5%。发展到2013年这个市场占有率又发生更大的差距变化:亚洲地区(不含日本)的刚性CCL产值的世界总产值占有率提升至86.8%,日、美、欧的占有率总计起来才有13.2%,只约是中国大陆世界总产值占有率的1/5。在中、韩、台等的亚洲地区(不含日本)低成本制造及速度扩大并看好的本国PCB市场,给了他们快速的产品规模化发展的沃土与催生养分。中、台、韩的内资CCL企业覆铜板产品可以与日、美、欧开展在中、低端的CCL市场上展开竞争,甚至把日、美、欧企业的刚性CCL产品的市场份额挤得很小。   在中、韩、台等的亚洲地区(不含日本),刚性覆铜板市场也是为数不多的10家左右大型企业占有很大的比例。Prismark统计,在2013年亚洲(不包括日本)刚性覆铜板的产值为82.28亿美元,其中建滔、南亚塑胶、生益科技、联茂电子、斗山、台光电子、松下电工、Isola(在亚洲厂)、三菱瓦斯(在亚洲厂)、日立化成(在亚洲厂)总共占亚洲刚性CCL产值的73.4%之多。
  另外,在这个时期,即使是强势的三方(中、韩、台)在变化上也有两点不同:其一,分别受到两次大的金融危机(2007年、2009年)的影响,台湾地区、韩国与中国大陆的市场份额的格局也有一定的变化(前者略降,后者略升)。其二,2011年以来,中国大陆的刚性CCL的产值的世界占有率已经基本停在60~59%,不再继续直升。亚洲的其他地区(包括台湾、韩国、东南亚等)的刚性覆铜板产值有逐年小幅上升的趋势。
  多极化发展的时期的另外一个特点,是美欧中日台韩企业在不同档次的产品市场上的份额分割,仍有较大的差异。在高端的CCL市场上,仍由日本、欧美企业产品所占。其中像IC封装用CCL、高阶汽车电子的PCB用CCL、通讯领域的高速CCL,高阶FPC用FCCL、高性能特殊树脂用CCL等的产品市场,还仍是欧美、日本的天下。这个发展时期,表现出美欧中日台韩企业的发展模式、市场开拓、产品品种的多极化特点。某一个国家或某一个企业不可能长时间垄断某一类应用领域、某一类产品市场。
  1.2 我国覆铜板工业初期的发展
  我国覆铜板业已有近六十年的发展历史。从1955年在我国四川成都的电子十所的试验室中诞生了我国第一块覆铜板到1978年全国覆铜板产量首次突破1000t;从20世纪80年代中期向国外全套引进技术、设备,到 2000年,我国刚性覆铜板产值约55亿美元,产量约 2.6亿m ,成为产量名列世界最前位,再到2013年产值约57亿美元,产量约3.4亿m ,占全世界总产量的68.4%的CCL生产、消费的“超级大国”。纵观我国CCL产业发展的整个历史,是一个不断创新、不断追求,高速发展的历史。这个发展历程可基本划分为四个时期,即:创业起步时期(1955~1978年);初步发展(1979~1985年)时期;规模化生产(1986~1994年)时期;大型企业主导市场(自1995年起到现今)时期。
  在创业起步时期(1955~1978年)中,于1955年下半年,我国电子工业第十研究所(又称:无线电技术研究所),担任我国PCB最早研制、开发的科技工作者王铁中等人,在试制PCB的同时,创造出一种制造覆铜板的工艺法。王铁中等成为我国CCL业最早开拓者。1958年间,基本按王铁中等所开发的覆铜箔酚醛纸板的工艺,在704厂(在济南的老厂)的500 t压机中,最先实现了我国覆铜板大面积工业化生产。1960年,四机部15所有关科技人员采用二次法加工工艺,研制出以酸酐为固化剂的环氧玻纤布基覆铜板(性能相当于G10板)。1961~1962年,西安绝缘材料厂开发成功环氧一己二胺作粘合剂,“沃兰”处理玻纤布作增强材料的覆铜板。1962年起,上海化工厂、北京绝缘材料厂、704厂、西安绝缘材料厂等纸基为主的“复合基”覆铜板,得到一定工业化生产。1963年10月,冶金部本溪合金厂(现为本溪铜加工厂)首次制造出50μm厚的电解铜箔。1974年,中科院计算所、704厂最早在国内研发成功以双氰胺为固化剂的环氧-玻纤布基覆铜板(相当于NEMA中G-10板)。七十年代中期,北京造纸三厂实现漂白棉浆纸工业化生产,开始为我国纸基覆铜板提供了新的增强纤维材料。
  在20世纪70年代末,我国黑白电视机、收录机、音响、通讯设备等得到了一个较大的发展。彩色电视机生产也在本阶段后期开始迅速兴起。同时,这段时期,我国PCB业,开始从国外引进不少先进设备。在 PCB设计和加工上也采取、鉴借、吸收了许多国外先进技术。整机厂引进了像波峰焊接机、计算机控制自动元器件组件机,多层板技术与生产在国内逐渐兴起。这些都对覆铜板产量的增长,水平的提高,有很大的促进。在这个背景下,我国年轻的CCL业也迈入了初步发展(1979~1985年)时期。
  在1982年至1983年,由北京绝缘材料厂开发的阻燃型复合基覆铜板开始大批量在黑白电视机的PCB中得到应用。纸基覆铜板技术得到一定的发展。在1982~1985年,704厂在环氧一双氰胺玻纤基覆铜板(704厂牌号:THAB-67)在技术水平、市场规模上都获得较大的提升。在1983年11月中科院计算所采用多层板的千万次人的向量计算机系统通过国家鉴定。同年12月国防科大采用6~8层多层板的银河1亿次巨型计算机研究成功。这些成果标志着我国多层板的研究、生产水平有质的飞跃。这一发展变化又从侧面说明了我国覆铜板业的多层板用基板材料市场由此开始建立。
  随着1985~1987年期间我国几家覆铜板企业对国外的覆铜板的设备、技术引进工作趋于完成,标志着我国覆铜板业迈入了一个新的发展阶段——规模化生产发展时期(1986~1994年)。在这个时期,通过引进国外技术及自主创新的推动,我国CCL制造技术也出现了一个质的飞跃。
  八十年代初中期,北京绝缘材料厂和704厂引进国外设备、技术,使我国纸基覆铜板产品跃上新台阶。1987年1月20日,在东莞生益公司诞生了我国具有一定水平的FR-4覆铜板产品。八十年代末,第一家在中国大陆覆铜板业的台资企业江苏联鑫铜面基板有限公司建立。1990年,珠海玻璃纤维股份有限公司从日本引进年产4000t无碱玻纤池窑拉丝及年产800万米电子玻纤布的全套技术,建立生产线并投产。它在国内率先生产的7628型布,开创了国产正宗7628型电子玻纤布的先河。
  由于国家实行改革开放的政策,整个八十年代成为我国覆铜板引进技术、引进外资的重要时期。这一时期,在我国各地先后出现了与美资、港资等合资或外资独资建立起的一批CCL企业,像东莞生益、珠海海港、南海南美、深圳太平洋、杭州国际、杭州华立达、建滔化工等多家环氧-玻纤布基覆铜板专业制造公司纷纷问世。1993年,在我国的深圳太平洋等企业中独自开发出CEM-1和CEM-3复合基覆铜板,其生产量逐年迅速提高。到1994年时,我国纸基覆铜板年产量达到 1.5万t(约合 600万 m )、产值约4.2亿元人民币。环氧玻纤布基覆铜板年产量约达到 480万m 。比 1984年 FR-4产量提高了近 10倍。其中有60%左右出口(以上数据来自CCLA)。   1995年起我国覆铜板产业进入了第四发展时期——大型企业主导市场时期。在这个时期初期,又有日本及我国台湾、香港投资的大型玻纤布基覆铜板生产厂在我国广东、华东、辽宁等地区建立。我国国内为覆铜板生产配套的环氧树脂、固化剂(双氰胺、酚醛树脂等)、玻纤布、漂白浸渍木浆纸、阻燃剂、无机填料、专用溶剂、铜箔、铜箔胶粘剂等原材料,都得到迅速发展。在专用设备上(浸胶机、真空压机、废气治理设备等),其技术水平也有很大的提高。到21世纪初,我国除刚性覆铜板大发展以外,还在挠性覆铜板(FCCL)、金属基覆铜板、陶瓷基覆铜板、特殊树脂基高频性覆铜板等品种方面,也都得到了不同程度的技术进步、工业化生产规模的扩大。
  进入21世纪2000年代,这种大型企业主导市场的特点更为明显。据Prismark公司统计,2013年中国大陆刚性覆铜板产值达到57.23亿美元(占全世界总产值的60.3%),其中在中国大陆内的建滔化工、南亚塑胶、生益科技、联茂电子、Isola、台光、松下电工的刚性CCL企业所创产值总共占中国大陆总产值的72.3%。如果再加上四家大型内资CCL厂(金宝电子、上海南亚、华正新材料、广东超华科技)的刚性CCL产值,十四家的产值占中国大陆的90%以上。
  二、世界覆铜板生产现况
  根据prismark公司的统计,2013年全球刚性覆铜板市场规模已达到 94.86亿美元(见表2),在2006~2013年的八年中其平均年增长率达7.9%(见图1)。在近三年中(2011~2013年)世界刚性覆铜板产值的年增长只有小幅的微正增长或小幅的微正增长(2012年、2013年分别为-1.6%和-0.7%)。在2013年全球刚性覆铜板总产值中,中国大陆57.23亿美元(占60.3%),日本为6.54亿美元(占6.9%),亚洲其它(包括台湾、韩国、东南亚等)为25.05亿美元(占26.4%),欧美产值总共占全世界总产值的6.3%(见图2)。刚性覆铜板已成为亚洲的产业。中国大陆由2015年产值占全世界总产值的38.8%增加到2013年占60.4%(见图1)。
  2013年全球刚性覆铜板按面积统计为4.995亿平方米,整个亚洲4.801亿平方米,占96.1%。中国大陆3.414亿平方米占68.4%(见图3),中国台湾0.562亿平方米,韩国0.331亿平方米,日本0.199亿平方米,全球其他地区0.489亿平方米,见表3。中国大陆2013年刚性覆铜板的产值上只增了1.5%,而在产量上增加了7.1%,属在世界上增长最快的国家/地区。
  三、世界覆铜板主要企业生产现况
  3.1 世界大、中型刚性覆铜板企业产值排名
  据Prismark公司调查统计的2013年刚性覆铜板产值的企业排名(见图4)情况,建滔化工集团以13.45亿美元继续排名全球第一,占全球份额为14.2%,南亚塑胶以9.60亿美元排名退到全球第三,生益科技由2007年的第5名、2008~2010年的第4名、2012年的第3名,在2013年以9.89亿美元攀升到第二名(图5)。
  3.2 世界30家大、中型覆铜板企业的2013年刚性CCL产值及其经营模式
  可以将世界刚性覆铜板企业经营、发展的模式,划分为三类:即高技术-品牌型、垂直产业链型、综合-规模型。世界三十家大、中型刚性CCL企业(刚性CCL的年产值在4000万美元以上的企业)在2013年销售收入排名及企业经营模式情况见表4(表4中的全世界刚性总产值比Prismark的当年统计数据有小差异。比Pris-mark的数据略有增加的原因,主要是笔者考虑到中国大陆的一些中型企业的产值规模,Pris-mark估计、统计得过于保守)。表4中所示的30家大、中型刚性覆铜板生产企业中,在中国大陆设厂的企业,除了有8家中国内地企业(内资,或内资控股)外,还有11家境外的外资CCL企业(囊括了产值排名在前17位的世界全部的刚性CCL境外外资企业)在中国大陆独立设厂,它们包括:建滔化工、南亚塑胶、松下电工、联茂电子、台光电子、Isola(依索拉)、斗山电子、日立化成、台耀、长春、ROGERS(罗杰斯)。
  世界30家刚性覆铜板生产企业的2013年刚性CCL产值占全世界总产值的98.7%。中国内地企业有9家(内资,或内资控股),其2013年的产值达21.71亿美元,占全世界刚性CCL总产值的22.53%。所占市场份额居台湾之后,列世界第二(表5)。在三种经营模式的刚性覆铜板生产企业中,综合-规模型CCL企业数量最多、2013年的刚性CCL产值最高,达42.64亿美元,占世界刚性CCL总产值的比例44%(表6)。
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