銅，不夠用了

一米多高的銅線圈在車間里緩緩移動(dòng)，而在芯片內(nèi)部，銅導(dǎo)線則細(xì)到僅有發(fā)絲的數(shù)萬分之一。從宏觀到微觀，這種古老的金屬已成為現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不可或缺的生命線。

全球AI算力競(jìng)賽已進(jìn)入白熱化階段，而在鮮少被關(guān)注的角落，金屬銅正帶動(dòng)一場(chǎng)資源革命。7月，特朗普宣布考慮對(duì)進(jìn)口銅征收50%關(guān)稅，引發(fā)美國(guó)銅期貨價(jià)格一度飆升近10%。同月，普華永道發(fā)布報(bào)告警告：到2035年，全球約32%的半導(dǎo)體生產(chǎn)可能因氣候變化導(dǎo)致的銅供應(yīng)中斷而受到嚴(yán)重影響，這一比例是當(dāng)前水平的四倍。

銅，作為能源轉(zhuǎn)型中不可替代的核心金屬，正在悄然逼近“系統(tǒng)性短缺”的邊緣。它不是“可能”出問題，而是“極有可能”成為2030年代清潔能源發(fā)展的關(guān)鍵約束。在AI芯片性能以每?jī)赡攴环乃俣仍鲩L(zhǎng)的同時(shí)，支撐其制造的銅資源正面臨日益嚴(yán)重的供應(yīng)危機(jī)。

來源：IEA《2025年關(guān)鍵礦產(chǎn)展望》

風(fēng)電的輸變電系統(tǒng)、光伏電站的匯流箱、全球電網(wǎng)的升級(jí)改造、電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池與布線，每一項(xiàng)綠色能源領(lǐng)域的核心應(yīng)用，都離不開銅的支撐。可以說，銅正逐漸成為制約全球綠色能源轉(zhuǎn)型速度的“共同瓶頸”。

01

銅的不可替代性

在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，銅主要被用于制造互連線路，即芯片內(nèi)部數(shù)十億根微型導(dǎo)線。這些納米級(jí)的銅線如同芯片的“血管系統(tǒng)”，負(fù)責(zé)連接各個(gè)晶體管，確保電子信號(hào)在芯片內(nèi)部高效流通。

銅之所以難以被替代，源于其獨(dú)特的物理特性：相較于傳統(tǒng)的鋁導(dǎo)線，銅線具有更高的導(dǎo)電性、低電阻、低絲狀息和可接受的失配效應(yīng)。

在室溫環(huán)境下，銅的電阻率約為1.72×10^-8Ω?m，遠(yuǎn)低于鋁的 2.65×10^-8Ω?m，這意味著電子在銅導(dǎo)線中傳輸時(shí)的能量損耗更低。對(duì)于 7 納米及以下先進(jìn)制程芯片而言，銅導(dǎo)線可使信號(hào)傳輸延遲降低 15%-20%，這對(duì)追求極致算力的 AI 芯片至關(guān)重要，畢竟在每秒數(shù)十億次的運(yùn)算中，微小的延遲積累也會(huì)顯著影響整體性能。同時(shí)，銅的抗電遷移能力是鋁的 5 倍以上，電遷移是電流通過金屬導(dǎo)線時(shí)電子與金屬原子碰撞導(dǎo)致的原子位移現(xiàn)象，長(zhǎng)期會(huì)造成導(dǎo)線斷裂或短路，銅的這一特性可將芯片使用壽命從鋁互連時(shí)代的 3-5 年延長(zhǎng)至 8-10 年。此外，銅的高熔點(diǎn)（1083℃）與良好熱穩(wěn)定性，使其在電流密度達(dá)到 1×10^6A/cm2 時(shí)仍能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而鋁導(dǎo)線在相同條件下僅需 3000 小時(shí)就可能出現(xiàn)絲狀熔斷，這對(duì)高功率芯片的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行尤為關(guān)鍵。

銅在半導(dǎo)體領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用，離不開“大馬士革工藝”（Damascene Process）的技術(shù)突破。這一借鑒古代敘利亞大馬士革鋼刀鍛造技術(shù)的工藝，徹底解決了銅難以通過傳統(tǒng)光刻工藝成型的難題。其流程首先是在硅晶圓表面沉積二氧化硅（SiO?）或低介電常數(shù)材料（Low-k），形成絕緣層以防止不同導(dǎo)線間的信號(hào)干擾；接著使用等離子體刻蝕技術(shù)，在絕緣層上刻出用于容納導(dǎo)線的溝槽與通孔，溝槽寬度根據(jù)制程節(jié)點(diǎn)不同，可從先進(jìn)制程的 3 納米到成熟制程的 100 納米不等；隨后通過物理氣相沉積（PVD）技術(shù)，在溝槽底部與側(cè)壁沉積一層厚度約 5-10 納米的銅籽晶層，為后續(xù)銅填充提供附著基礎(chǔ)；再將晶圓浸入硫酸銅電解液中，通過施加電流使銅離子在溝槽內(nèi)沉積，直至完全填滿溝槽，形成初步的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)；最后使用含有研磨顆粒的拋光液，通過化學(xué)腐蝕與機(jī)械研磨的協(xié)同作用，去除晶圓表面多余的銅層，使銅導(dǎo)線頂部與絕緣層表面齊平，最終形成嵌入式的銅互連結(jié)構(gòu)。

除芯片內(nèi)部的互連線路外，銅在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的多個(gè)環(huán)節(jié)均發(fā)揮著不可替代的作用。在芯片封裝環(huán)節(jié)，直徑25-50 微米的銅鍵合絲用于連接芯片裸片與引線框架，相較于傳統(tǒng)的金絲，銅鍵合絲成本降低 60% 以上，且導(dǎo)電性更優(yōu)，目前已占據(jù)全球鍵合絲市場(chǎng) 70% 的份額，成為中低端芯片封裝的主流選擇，即便在高端領(lǐng)域，也有部分廠商開始嘗試銅鍵合絲替代金絲以控制成本。作為芯片與外部電路連接橋梁的引線框架，通常采用銅合金（如 Cu-Fe-P 合金）制造，其導(dǎo)熱系數(shù)達(dá) 380W/(m?K)，可快速將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至散熱結(jié)構(gòu)，避免芯片因過熱導(dǎo)致性能下降。而對(duì)于高功率芯片（如 AI GPU），其熱設(shè)計(jì)功率（TDP）已突破 1000W，散熱底座與熱導(dǎo)管需采用高純度無氧銅（純度 99.995% 以上）制造，利用銅的高導(dǎo)熱性實(shí)現(xiàn)高效熱管理，確保芯片在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)溫度控制在安全范圍。

02

AI浪潮與能源轉(zhuǎn)型的雙重?cái)D壓

進(jìn)入2020 年代，全球銅需求格局發(fā)生根本性變化，傳統(tǒng)電力、建筑領(lǐng)域的需求保持穩(wěn)步增長(zhǎng)，而 AI 算力與新能源產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式發(fā)展，正在形成對(duì)銅資源的 “雙重?cái)D壓”，徹底改寫銅的需求邏輯，使得銅從傳統(tǒng)工業(yè)金屬向 “科技 + 能源” 雙驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)略金屬轉(zhuǎn)變。

以英偉達(dá)H100芯片為例，其內(nèi)部銅線連接長(zhǎng)度已超過2公里，單顆芯片銅消耗量相當(dāng)于傳統(tǒng)電子設(shè)備的百倍。更顛覆性的是，英偉達(dá)GB200芯片已全面采用銅纜替代光模塊，“銅進(jìn)光退”成為行業(yè)新趨勢(shì)。

GB200 NVL72在一個(gè)機(jī)架中配置了72個(gè)GPU，使用5000根NVLink銅纜進(jìn)行交換機(jī)和GPU之間的連接，單臺(tái)服務(wù)器中銅纜總長(zhǎng)度接近2英里。使用銅而不是光學(xué)器件，可以為每個(gè)服務(wù)器機(jī)架節(jié)省20千瓦的電力。

據(jù)測(cè)算，一個(gè)10MW的中型AI數(shù)據(jù)中心僅電力線纜的銅消耗量就達(dá)上百噸，相當(dāng)于數(shù)百輛新能源汽車的用量。

新能源汽車是推高銅需求的另一重要因素。從混合電動(dòng)汽車到純電動(dòng)汽車，每一款車型的銅用量都在不斷增加。

據(jù)行業(yè)估算，混合電動(dòng)汽車的銅用量約為40公斤至60公斤，插電式混合電動(dòng)汽車約為60公斤，而純電動(dòng)汽車的銅用量高達(dá)80公斤至83公斤。大型車輛如純電動(dòng)大巴的銅用量更是高達(dá)224至369公斤。

制表：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

03

最大威脅，是什么？

與需求爆發(fā)形成鮮明對(duì)比的是，全球銅供應(yīng)體系正面臨“擴(kuò)產(chǎn)難、運(yùn)輸險(xiǎn)、氣候擾” 的多重困境，這種供需失衡的局面并非短期現(xiàn)象，而是由產(chǎn)業(yè)規(guī)律、地理格局與環(huán)境變化共同決定的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，短期內(nèi)難以得到有效緩解。

銅與鋰、鈷等“新興金屬” 的最大差異在于，其全球市場(chǎng)體系已高度成熟，這意味著新產(chǎn)能的釋放需要更長(zhǎng)的周期。從產(chǎn)業(yè)規(guī)律來看，一個(gè)大型銅礦從規(guī)劃、勘探到正式投產(chǎn)，通常需要 15 年以上的時(shí)間，整個(gè)過程可分為四個(gè)關(guān)鍵階段。勘探階段需 2-3 年，可行性研究階段需 3-4 年，礦山建設(shè)階段需 5-6 年，投產(chǎn)與達(dá)產(chǎn)階段需 2-3 年，礦山投產(chǎn)后需逐步提升產(chǎn)能，通常需要 2-3 年才能達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的 80% 以上。

國(guó)際銅業(yè)研究組織（ICSG）的數(shù)據(jù)顯示，2025 年全球處于建設(shè)階段的大型銅礦僅有 12 個(gè)，預(yù)計(jì)到 2030 年新增產(chǎn)能約 300 萬噸，而同期全球銅需求的增量預(yù)計(jì)達(dá) 800 萬噸，新增產(chǎn)能僅能滿足 37.5% 的需求增量。這意味著如果當(dāng)前不加速銅礦勘探與建設(shè)，到 2030 年代，全球銅市場(chǎng)將面臨每年 500 萬噸以上的供需缺口，相當(dāng)于 2025 年全球銅總產(chǎn)量的 20%，缺口規(guī)模將隨著需求增長(zhǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大。

全球銅產(chǎn)業(yè)鏈還存在顯著的“地理錯(cuò)位” 現(xiàn)象，上游礦產(chǎn)資源高度集中于南美地區(qū)，而中游冶煉加工能力則向中國(guó)高度集聚，這種上下游的空間割裂，使得全球銅產(chǎn)業(yè)鏈的抗風(fēng)險(xiǎn)能力變得異常脆弱，。

從資源分布來看，南美地區(qū)是全球銅資源的“核心產(chǎn)區(qū)”。智利的銅儲(chǔ)量約為 2.9 億噸，占全球總儲(chǔ)量的 23.8%，其 Escondida 銅礦、Collahuasi 銅礦是全球產(chǎn)量前兩位的銅礦，2025 年智利銅產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá) 580 萬噸，占全球總產(chǎn)量的 23.2%；秘魯?shù)你~儲(chǔ)量約為 1.2 億噸，占全球總儲(chǔ)量的 9.8%，2025 年銅產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá) 240 萬噸，占全球總產(chǎn)量的 9.6%；此外，墨西哥、阿根廷等南美國(guó)家的銅儲(chǔ)量合計(jì)占全球總儲(chǔ)量的 10% 以上。也就是說，南美地區(qū)的銅儲(chǔ)量與產(chǎn)量均占全球的 40% 以上。

而從冶煉加工來看，中國(guó)已成為全球銅加工的“中心”。2024年中國(guó)精煉銅消費(fèi)量為1595萬噸，占全球消費(fèi)量的58%，同比增速-1.1%。2025年預(yù)計(jì)中國(guó)精煉銅需求量將增長(zhǎng)至1537萬噸左右。

此外，氣候變化正成為威脅全球銅供應(yīng)的“頭號(hào)風(fēng)險(xiǎn)”，其核心影響在于，銅礦開采與冶煉是典型的 “水資源密集型” 產(chǎn)業(yè)，而全球主要產(chǎn)銅國(guó)正面臨日益嚴(yán)重的水資源短缺問題，這一矛盾在南美核心產(chǎn)銅區(qū)尤為突出。

根據(jù)普華永道的研究，全球17 個(gè)主要產(chǎn)銅國(guó)中，有 12 個(gè)將在 2035 年面臨 “嚴(yán)重干旱風(fēng)險(xiǎn)”，其中包括智利、秘魯、澳大利亞等核心產(chǎn)銅國(guó)。以智利阿塔卡馬沙漠為例，該地區(qū)是全球最干旱的地區(qū)之一，年降水量不足 10 毫米，但卻集中了智利 70% 的銅礦資源，包括 Escondida、El Teniente 等世界級(jí)銅礦。這些銅礦的生產(chǎn)高度依賴地下水與淡化海水，Escondida 銅礦每天的耗水量達(dá) 16 萬立方米，其中 80% 來自地下水；而淡化海水的成本高達(dá)每立方米 2 美元，是地下水成本的 5 倍，高成本已對(duì)部分中小銅礦的盈利能力構(gòu)成壓力。

地緣政治因素同樣在加劇銅供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。7 月，特朗普宣布考慮對(duì)進(jìn)口銅征收 50% 關(guān)稅，這一稅率遠(yuǎn)超市場(chǎng)預(yù)期，直接引發(fā)全球銅貿(mào)易格局的動(dòng)蕩。國(guó)投期貨有色金屬首席分析師肖靜表示，美國(guó)對(duì)銅產(chǎn)品加征關(guān)稅，本質(zhì)上是希望通過拉高進(jìn)口銅價(jià)格，吸引資金重新啟動(dòng)該國(guó)銅礦開采及冶煉產(chǎn)能，降低對(duì)進(jìn)口銅的依賴，保證銅產(chǎn)業(yè)鏈自給率。但美國(guó)建立銅產(chǎn)業(yè)鏈自給的難度較大，銅礦開采不是一個(gè)快速實(shí)現(xiàn)的過程，美國(guó)本土已探明的大型銅礦儲(chǔ)量有限，且開采成本較高，即便政策推動(dòng)，短期內(nèi)也難以形成有效產(chǎn)能。

從全球范圍來看，部分國(guó)家開始通過資源國(guó)有化、出口限制等政策控制本土銅資源，這使得全球銅供應(yīng)鏈的不確定性進(jìn)一步增加。在需求持續(xù)增長(zhǎng)而供應(yīng)約束不斷加劇的背景下，銅已成為全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的核心戰(zhàn)略資源。