高端铜合金材料,是指通过特殊合金化、微观结构调控及先进制备工艺,在保持铜基体优异导电性、导热性的基础上,显著提升强度、耐高温性、耐磨性等综合性能的特种铜基材料,广泛应用于航空航天、新能源汽车、5G通信、半导体等领域。
图:主要铜合金产品
来源:博威合金
2025年2月12日《铜产业高质量发展实施方案》落地,提出2027年前实现再生铜利用率45%、突破10种高端铜合金技术,政策倾斜高强高端合金国产替代。
高端铜合金,中国产率较低的是半导体引线框架,国产率仅约10%。
参考高端半导体领域的代工企业台积电的月度营收数据来看,先进制程景气度旺盛。台积电发布2月实现营业收入2600.09亿新台币,同比增长43.1%。台积电还显著上调收入预测,在已经翻三倍增长的2024年AI收入基础上,预计未来五年AI收入CAGR中值达45%。
图:台积电收入预测上调
来源:国盛证券
从近期行业情况来看,铜合金产业上的龙头企业业绩出现分化,其中24Q3金田股份、楚江新材增收不增利,而博威合金则是毛利率同环比均有所提升,超出预期。
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博威合金——
24年前三季度实现营业收入145.9亿元,同比+16.5%;实现归母净利润11亿元,同比+38.8%。
金田股份——
24年前三季度实现营业收入918.44亿元,同比+11.78%;实现归母净利润2.88亿元,同比-24.95%。
楚江新材——
24年前三季度实现营业收入390.07亿元,同比+15.15%;实现归母净利润0.54亿元,同比-86.28%。
一、
传统铜合金阶段(20世纪初期-1970年代)
——这一阶段以基础合金研发为主,注重材料基本性能优化,应用领域集中在电力、机械等传统工业。
1906年德国科学家维尔姆(A.Wilm)发现铝铜镁合金的时效硬化现象,奠定了硬铝合金研发基础;真空熔炼技术初步应用,减少铜合金杂质含量,提升纯度(如纯度达99.99%的电子铜合金);
开发了黄铜(Cu-Zn)、青铜(Cu-Sn)等传统合金,满足早期机械部件、电力导体的需求。
二、
高性能铜合金阶段(1980年代-2010年代)
——聚焦高强高导、耐腐蚀等综合性能提升,突破高端制造领域应用瓶颈。
1)
高强高导合金研发——Cu-Cr-Zr系合金,
通过纳米级析出相强化(如Cr、Zr颗粒),实现抗拉强度>500 MPa、导电率>80% IACS,应用于高铁接触网线、引线框架材料
。
Cu-Ni-Si系合金,
采用双重协同强化技术(镍硅比优化+纳米析出相控制),抗软化温度达500℃,用于新能源汽车电机转子。
2)
精密加工技术——
连续挤压、精密拉丝工艺突破,实现超微细铜丝(直径<0.02mm)稳定生产
,解决电子线材卡脖子问题。
3)
环保冶炼技术——
氧气底吹炼铜、“双侧吹”连续炼铜技术降低能耗(单位能耗下降27%),推动绿色制造。
三、
现代高端铜合金阶段(2010年代-至今)
——面向新能源、半导体、AI等新兴领域,材料设计向功能化、复合化发展。
1)
增材制造技术——
激光粉末床熔融(L-PBF)
,
解决铜粉高反射率难题,成功制备近全致密纯铜部件(密度>99.8%),用于航空航天散热结构。
铜铁合金复合强化,开发“超级铜”(Cu-Fe合金,铁含量>10%),抗拉强度>800 MPa、导电率>80% IACS,应用于新能源汽车高压连接器。
2)
纳米复合技术——
通过稀土微合金化(如添加La、Ce),细化晶粒并提升铜银、铜锡合金的抗拉强度(如Cu-2%Ag-0.04%La合金线材抗拉强度达542.7 MPa)。
3)
智能化生产——
数字光处理(DLP)技术实现铜合金复杂结构一体化成型,满足5G基站散热器、AI服务器连接器的定制化需求
图:铜产业链
来源:国信证券
上游——铜(电解铜、阴极铜)、锌、镍、锡等有色金属。其中,全球铜矿约50%主要集中在智利、刚果(金)、秘鲁三国,被必和必拓、力拓、自由港等垄断。
注意,中国是全球排名居首的精炼铜生产国,但高端铜合金原料(如高纯铜、稀有金属添加剂)仍依赖进口。
图:全球主要铜矿产地
来源:USGS
中游——铜合金产品可分为线材、棒材、板带材、箔材、管材等。其中,国内铜加工材以普通铜线(占
57%)、铜管(占出口50%以上)为主,竞争激烈。高强高导铜合金(如Cu-Cr-Zr系)、超细铜丝(直径<0.015mm)、铜基复合材料(如碳纳米管增强铜)依赖进口,国产替代率不足30%,高端铜合金产品的代表公司为:博威合金、楚江新材等。
下游——传统领域为电力与建筑、家电与交通,其中电力与建筑占铜消费量
60%以上
。新兴应用领域例如:光伏/风电、半导体/AI、高端装备等。
图:一致性预测
来源:Choice,并购优塾
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【引用资料】
本报告写作中参考了以下材料,特此鸣谢。[1]
铜合金是以铜为主,添加锌、锡、镍等金属形成的材料,主要分为黄铜(铜锌合金)、青铜(铜锡合金)和白铜(铜镍合金)。
其特性包括高导电/导热性、耐腐蚀、易加工及可调机械强度,广泛应用于建筑管道、电力设备、汽车零件、电子元件及航天散热结构。
按照产品形态铜合金可分为:带材(板材)、线材、棒材、精密细丝等。
以博威合金为例,
高端铜合金带材的主要下游应用领域为半导体芯片(38%)、智能终端(35%)、汽车电子(15%)、智能互联网设备(12%)。
半导体芯片
——
引线框架原材料中铜带占比达46%,是其关键原材料。
作为集成电路封装的“骨架”,引线框架承担电信号传输
(连接芯片与外部电路)、散热
(导热率≥
380 W/m·K)及机械支撑
(抗拉强度>500 MPa)三大使命,占据半导体封装材料成本的15%-20%
。
随着芯片制程进入3nm时代,引线框架向微细化
(引脚间距<0.15mm)、多脚化(>500引脚)演进。
根据生产工艺不同,引线框架可分为冲压型和蚀刻型,冲压型引线框架生产效率高,但产品精度低、机械性能较差,蚀刻型产品精度高且适合超薄引线框架生产。
图:引线框架的类型和特点
连接器
——连接器在智能终端与汽车电子中扮演“血管”角色,2025年中国市场规模将突破2400亿元,其中新能源汽车连接器增速领跑(规模超200亿元),拉动耐高温(>150℃)、抗震动型产品需求。
高速连接器(如PCIe 5.0)传输速率达100Gbps+,支撑AI服务器算力爆发,例如英伟达的GB200 NVL72架构中采用了大量的铜连接方案,实现了设备内部的高速互联。
图:连接器下游主要应用
来源:Bishop&Associate
以博威合金为例,
线材产品的主要终端应用为智能终端(38%)、汽车电子(20%)、增材制造(19%)以及智能互联网设备(11%)等。
铜合金线材主要是加工消费电子中的插针引脚接线、弹性端子元件、方针母线等的原材料。
以博威合金为例,
合金棒材产品的主要终端应用为汽车工业(30%)、通讯工程(25%)、家电(15%)以及卫浴水暖(11%)等。
棒材主要应用于传统领域。