成果名称: 单晶铜箔的研究与开发
完成单位: 松山湖材料实验室,北京大学,华南师范大学,中科晶益(东莞)材料科技有限责任公司
主要人员: 徐小志,王恩哥,刘开辉,高鹏,刘磊,唐志列,范晓星,刘科海,吴慕鸿,寇金宗,于文韬,周旭,刘灿,马超杰,洪浩 等98人
介绍:     1.课题来源与背景:随着物联网的兴起和移动互联网内容的日渐丰富,人们对移动通信网络的传输速率以及服务质量提出了更高的要求,第五代(5G)无线移动通信技术应运而生并得到快速发展。目前全球范围内高性能 PCB 板制备技术仍被外资厂垄断,所以中国大陆地区亟需突破外资厂对高性能 PCB 板的技术垄断。通过降低介质损耗来降低高频信号的总体损耗是当前的主要技术创新途径,但技术迭代缓慢。迫切需要发展有效降低电导损耗的方法,即降低铜箔电阻率和表面粗糙度来实现降低损耗的目标。单晶铜箔具有低电阻率、低粗糙度的特点,能满足高频高速通讯信号传输的要求,助力突破目前 5G 高速通讯技术材料受国外限制的现状。单晶铜箔在电力能源系统中也有着重要的应用前景。利用单晶铜箔的高导电性能,将有效降低电能传输损耗,为绿色能源发展助力。
    2.技术原理及性能指标。技术原理:调控单晶铜箔的生长动力学过程,实现高质量大面积单晶铜箔的批量化可控制备,是本项目研究的重点。本项目利用高温热源退火技术使多晶铜箔发生再结晶反应,利用独特的温度梯度驱动退火工艺,使铜箔晶核异常长大,通过对温度和时间的控制将铜箔尺寸扩大到米量级。性能指标:(1)搭建单晶铜箔大规模工业化制备设备,产能达10000片/年;(2)单晶铜箔尺寸达到30cm × 25cm,单晶率达到99.9%;(3)单晶铜箔电阻率小于1.55 μΩ·cm。
    3.技术的创造性与先进性:单晶铜箔高导电,低高频损耗在电力系统及高频信号传输领域具有广阔的应用前景。目前,国内外单晶铜箔的制备存在方法繁冗、 制备单晶面积小、设备要求高等问题,很难实现大规模大面积单晶铜箔的制备。本项目围绕单晶铜箔的制备与应用开展研究,主要创新点如下:(1)已成功实现25 cm × 30 cm级单晶铜箔制备,为单晶铜箔在输电电缆、信号传输、印刷电路板制造以及5G高速通讯等领域的应用奠定了坚实的材料基础。(2)完成25 cm × 30 cm级单晶铜箔设备的研发、 搭建。实现批量化制造大尺寸单晶铜箔,年产量达到每台每年10000片。单晶铜箔批量化制备技术的成功开发为单晶铜箔产业化应用铺平了道路, 能够满足各行业对单晶铜箔样品的需求。(3)基于单晶铜箔高导电、低粗糙度的特点,单晶铜箔已成功在 5G 通信领域中获得示范性应用,产生了良好的经济效益。
    4.技术的成熟程度,适用范围和安全性:按照技术就绪度(TRL)评价标准,项目已搭建单晶铜箔大规模工业化制备设备,目标成果大尺寸单晶铜箔已完成开发,技术状态固化,其功能、性能指标已通过第三方测试,产品已批量生产,并批量供货,已交付用户应用于实际生产任务,完成规模化推广应用,技术就绪度达到9 级。单晶铜箔技术已可广泛应用于电力传输、高频高速信号传输、新能源等领域,具有较高的技术安全性。
    5.应用情况及存在的问题:基于单晶铜箔具有高电导率和低高频插损的特性,且市场上无同类产品。大尺寸单晶铜箔被苏州众能医疗科技有限公司应用于其核磁共振机用高压电源产品(产品型: GA60X-8) 的 5G 高频通讯控制模块,提升了整体通讯控制系统的稳定性,并降低了通讯控制模块的能耗。该产品具有很高的技术赋能效果,具有良好的经济效益。虽然单晶铜箔已实现了一定规模的产业化应用,但也存在亟待解决的问题,比如应用推广方面的问题。这些问题主要体现在:(1)如何进一步拓展单晶铜箔的应用;(2)如何与具有潜在合作的前景的企业合作开发适用其产品的新技术;(3)如何加强与有单晶铜箔需求企业的合作交流。
    6.历年获奖情况:(1)成果“大尺寸高指数晶面单晶铜箔库的成功制备”入选“2020年度中国半导体十大研究进展 ”;(2)成果“大尺寸高指数晶面单晶铜箔库的成功制备”入选“2020年中国重大技术进展”;(3)产品“大尺寸单晶铜箔”入选“第二十三届高交会优秀创新产品”;(4)成果“高纯单晶铜材制备关键技术及产业化应用”荣获“2024年中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖”;(5)成果“米级单晶铜箔库制造技术”荣获“第49届日内瓦国际发明展金奖”。
批准登记号:
登记日期: 2024-10-12
研究起止时间: 2020-01-01至2024-01-01
所属行业: 制造业
所属高新技术类别: 新材料
评价单位名称: 广东省科学技术厅
评价日期: 2024-07-16