淺述5G手機(jī)塑料外殼加工工藝

陶永亮，黃登懿，歐陽婷

(1.重慶川儀工程塑料有限公司，重慶 400712；2.四川長虹模塑科技有限公司，綿陽 621000；3.深圳市奧德機(jī)械有限公司，深圳 518105)

隨著5G浪潮的到來，金屬手機(jī)后蓋市場進(jìn)一步萎縮，因?yàn)?G采用的大規(guī)模MⅠMO（Multiinput Multi-output，多輸入多輸出）技術(shù)，使得手機(jī)中需要新增大量的天線，而金屬材料對(duì)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生屏蔽及干擾，手機(jī)后蓋去金屬化將是5G時(shí)代的大勢所趨。目前手機(jī)后蓋材質(zhì)正在從金屬轉(zhuǎn)向玻璃、陶瓷和塑料，而在這三者中玻璃與陶瓷由于成本和工藝方面仍有些許的問題存在，而塑料憑借著易加工、成本低等優(yōu)勢成為各大手機(jī)廠商所中意的后蓋制作材料。外形兼具美觀和科技感3D復(fù)合板仿玻璃后蓋和注塑壓制后蓋，在加工工藝日趨成熟條件下，隨著良率提高和原材料價(jià)格的下降，有效緩解了5G手機(jī)蓋緊張需求，各種3D復(fù)合板材后蓋和注塑壓制后蓋的產(chǎn)能得到完全釋放，許多知名品牌在全球都已發(fā)布多款機(jī)型[1]。本文將3D復(fù)合板和PC注塑加工手機(jī)后蓋工藝做些介紹。

1 5G手機(jī)塑料外殼是發(fā)展趨勢

1.1 塑料外殼應(yīng)用重要性

2019年6月6日，工信部向中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照。我國正式進(jìn)入5G商用元年，5G大規(guī)模商用將開啟，5G應(yīng)用將給多個(gè)消費(fèi)和行業(yè)領(lǐng)域帶來巨大變革，智能汽車無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)⒅苯邮芤嬗?G。5G手機(jī)等智能終端作為重要載體有望快速普及，手機(jī)外殼材料作為5G手機(jī)關(guān)鍵材料之一將迎來新一輪發(fā)展[2]。

從目前市面上的多數(shù)手機(jī)后蓋材料來看，金屬后蓋正逐漸消失，金屬后蓋對(duì)耐久性和質(zhì)感是沒有什么問題，主要存在對(duì)電波有負(fù)面影響，而金屬材料對(duì)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生屏蔽及干擾，一般5G智能手機(jī)外殼應(yīng)盡可能減少金屬外殼的采用。

由于玻璃、陶瓷材質(zhì)后蓋易碎的特點(diǎn)，使得不少采用玻璃、陶瓷后蓋的手機(jī)在使用中都離不開保護(hù)套。保護(hù)套的材質(zhì)，不外乎如ABS、PC等硬質(zhì)塑料；TPU軟質(zhì)塑料，皮革以及一些如碳纖維、竹子的特殊材料，相對(duì)的提高了成本。

采用塑料的手機(jī)后蓋來說，后蓋則采用塑料材料有復(fù)合板材仿玻璃、ⅠMT注塑[3]、PC注塑仿3D玻璃等形式。塑料外殼在外觀質(zhì)感上的體驗(yàn)有了質(zhì)的飛躍的。同時(shí)塑料還有加工工藝成熟，成本低、易量產(chǎn)等特點(diǎn)，因而受到了各廠商的青睞。如圖1所示。

1.2 塑料外殼知識(shí)拓展

圖1 5G塑殼手機(jī)與手機(jī)塑殼示意圖

在5G手機(jī)中采用3D的詞語比較多了，這里做些介紹。常用的3D是表示“三維”的意思，3D是“three dimensional”的縮寫。同樣的2D玻璃就是普通的純平面玻璃，沒有任何弧形設(shè)計(jì)；此前我們所使用手機(jī)的屏幕玻璃基本都是平的，玻璃上的所有的點(diǎn)都處在同一個(gè)平面上，這種手機(jī)屏幕的玻璃統(tǒng)稱為2D屏幕玻璃。2.5D玻璃則為中間是平面的，但邊緣是弧形設(shè)計(jì)；相對(duì)于2D玻璃，也就是在平面玻璃的基礎(chǔ)上對(duì)邊緣進(jìn)行了弧度處理。目前來看，2.5D玻璃已經(jīng)成為很多手機(jī)廠商的第一選擇。包括蘋果也在ⅠPhone上采用了這樣的設(shè)計(jì)，當(dāng)然，不單單只有蘋果、三星，包括國產(chǎn)的像vivo、小米的廠商都在使用2.5D玻璃。3D玻璃為三維玻璃，目前已經(jīng)明確引導(dǎo)3D 曲面玻璃發(fā)展為手機(jī)應(yīng)用方向[4]。

2 手機(jī)塑料外殼材料與外殼加工工藝

目前手機(jī)塑料外殼材料主要有3D復(fù)合板和PC注塑成型兩種居多。

2.1 3D復(fù)合板

3D（現(xiàn)有也稱為3.5D）復(fù)合板蓋的核心材料PC/PMMA復(fù)合板材，是將PC和PMMA通過共擠方法制得的復(fù)合板材，板材的結(jié)構(gòu)類似于復(fù)合共擠薄膜。復(fù)合板材綜合了PC材料的高沖擊強(qiáng)度、耐彎折性和PMMA材料良好的硬度和耐磨性，使材料整體韌性得到提高；3D復(fù)合板高清透明，光澤度高，可印刷性強(qiáng)，經(jīng)過紋理制作可得到很好的流光炫彩玻璃效果；加硬后耐摔性大大提升，且無信號(hào)屏蔽，可完美取代玻璃用于手機(jī)后蓋、觸摸視窗[5]。在加工過程中，具有較好的硬度和耐磨性的PMMA，一般用于外部，而具有良好韌性的PC，作為內(nèi)層。成型方法主要有三種，先后擠出復(fù)合，黏合性，共擠復(fù)合薄膜，各個(gè)廠家根據(jù)產(chǎn)品的（厚度、外觀、硬度、平整度等）需求選擇不同的成型方法。

2.2 PC注塑成型

在手機(jī)外殼去金屬化的演變歷程中，塑膠外殼憑借3D仿玻璃工藝華麗升級(jí)。其中PC注塑后蓋及中框一體化機(jī)身更是脫穎而出，即一體化成型機(jī)身Unibody。原料主要用三菱PC-KH3211UR材料（也可選用其他PC料），注塑機(jī)選用注塑壓制機(jī)，先注塑到一定位置95%，再進(jìn)行壓制成型，注塑機(jī)采用高速機(jī)800～1 200 mm/s（高速機(jī)利于薄壁件成型），成型后再進(jìn)行后面的處理。采用注塑壓制工藝主要以消除成型中的表面發(fā)霧、彩虹應(yīng)力紋和進(jìn)膠沖紋等缺陷[6]。PC注塑成型也稱為PC仿玻璃注塑（含壓制）。

2.3 3D復(fù)合板高壓成型制作外殼工藝

3D復(fù)合板制作外殼工藝路線如圖2所示：

圖2 3D復(fù)合板制作外殼工藝

先從現(xiàn)成的PC/PMMA復(fù)合板材劃成一定尺寸，原則上比實(shí)用部分的尺寸要大些，留足一些加工余量和一些損耗等，裁剪板材尺寸（1×4或1×6）；絲印圖案主要印刷手機(jī)的LOGO，采用絲印方法在板材上印刷LOGO圖案，有薄板對(duì)卷絲印機(jī)，有烘干與在線視覺檢測等，絲印工序簡單也可手工操作；轉(zhuǎn)印光學(xué)紋理在UV轉(zhuǎn)印機(jī)完成，先在PMMA、PC板材上涂上一層UV轉(zhuǎn)印膠水，透明UV油墨將模具上的光學(xué)紋理轉(zhuǎn)印到膜片上，使用UV轉(zhuǎn)印機(jī)在膠水表層印刷出紋理所需的圖案，再經(jīng)UV爐將膠水固化；鍍膜處理，將UV轉(zhuǎn)印后的半成品表面覆膜，達(dá)到精美色彩效果。目前復(fù)合板的表面處理是真空鍍膜、浸染工藝共存。在光學(xué)層背面形成高金屬質(zhì)感的不導(dǎo)電鍍層NCVM（Non conductive vacuum metallization），NCVM 又稱不連續(xù)鍍膜技術(shù)或不導(dǎo)電電鍍技術(shù)，是一種起緣普通真空電鍍的高新技術(shù)。采用鍍出金屬及絕緣化合物等薄膜，利用相互不連續(xù)之特性，得到最終外觀有金屬質(zhì)感且不影響到無線通訊傳輸之效果，用在手機(jī)外殼上比較多[7]；第二次絲印圖案是通過半自動(dòng)絲印機(jī)、卷對(duì)卷絲印機(jī)采用絲印方式印刷遮蔽油墨層，在半成品表面印刷出所需的圖案，然后經(jīng)ⅠR爐、烤箱等烘干固化（ⅠR爐就是里面裝ⅠR燈管，用于紅外線干燥）；高壓成型是整個(gè)復(fù)合板加工工藝中的關(guān)鍵，主要是將UV轉(zhuǎn)印處理完成的PC/PMMA復(fù)合板材料，通過超高壓氣體，在一定溫度和壓力下，將經(jīng)過處理的復(fù)合板經(jīng)過高熱高壓，在模具里面形成一定的薄片，這時(shí)基本已經(jīng)成型的手機(jī)外殼；表面硬化就是上UV硬化涂裝線，通過UV硬化涂料淋涂高硬度涂料，使得手機(jī)外殼表面（3～5 H）硬度，涂料和油漆的硬度是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)硬度鉛筆來衡量的，3～5 H硬度值泛指中華繪圖鉛筆的硬度在3H～5 H之間；CNC或激光切割是用加工中心設(shè)備或激光加工機(jī)，將成型后的薄片通過激光機(jī)進(jìn)行雕刻條紋或者裁斷， CNC（Computerized Numerical Control 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制加工中心）數(shù)控機(jī)床對(duì)半成品進(jìn)行鉆孔修邊等加工，這樣出來的手機(jī)外殼是成品。包裝中也包括外殼的檢查工作，檢查外殼的表面質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量，質(zhì)量合格的按要求進(jìn)行包裝，便于下工序的裝配。部分工序如圖3所示。

圖3 3D復(fù)合板法中中部分工序示意圖

2.4 PC注塑壓制成型制作外殼工藝

采用PC材料，注塑壓制機(jī)上進(jìn)行加工后，在對(duì)塑料件進(jìn)行深加工，在加工過程中比3D復(fù)合板加工少了高壓成型環(huán)節(jié)，注塑壓制出來的產(chǎn)品是成型加工好的。其他加工工藝3D復(fù)合板加工大同小異。如圖4所示。

圖4 PC注塑壓制法制作外殼工藝

PC注塑壓制先在注塑壓制機(jī)上先加工出毛坯，在加工中要克服彩虹應(yīng)力紋等問題；絲印（移?。﹫D案就是絲印或移印，以鏡面油墨為主加工字符、LOGO印刷；外觀裝飾是對(duì)外殼進(jìn)行噴涂油漆處理，基本上形成外殼的底色；鍍膜處理（NCVM）不導(dǎo)電鍍膜加工，這與3D復(fù)合板加工工藝中情況基本一樣，不需詳解；表面硬化是淋涂硬化過程，這與3D復(fù)合板加工工藝中情況基本一樣，不需詳解；CNC用加工中心對(duì)手機(jī)外殼進(jìn)行外形加工及孔加工等，包括去除成型加工中留下的工藝邊緣部分，基本上手機(jī)外殼成型；組裝/包裝是兩個(gè)環(huán)節(jié)，組裝輔材，附件貼裝，包裝有貼保護(hù)膜和裝箱等，部分工序如圖5所示。

圖5 注塑壓制法中部分工序示意圖

無論是3D復(fù)合板加工，還是PC注塑壓制法加工，都有對(duì)加工環(huán)境有要求的。都必須在恒溫凈化車間達(dá)到萬級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（10萬級(jí)凈化車間是指工作車間里面每立方米的微粒控制在10 W以內(nèi)），同時(shí)凈化車間與非凈化車間之間要5～10 Pa等要求，其目的是控制生產(chǎn)現(xiàn)場微粒[8]。

2.5 3D復(fù)合板高壓成型與PC注塑壓制成型比較

目前來看，這兩種工藝在外觀質(zhì)感方面并無太大差異，決定使用何種工藝的核心在成本上面。單從后蓋加工成本來看，復(fù)合板材優(yōu)于注塑：

（1） 復(fù)合板材工藝發(fā)展更早（早在2017年便已開發(fā)），加工流程更為成熟，整體良率更高，可達(dá)98～99%。

（2） 復(fù)合板使用高壓成型，設(shè)備成本遠(yuǎn)低于目前PC注塑所需要的電動(dòng)壓縮注塑機(jī)，模具費(fèi)用也更低，因此均攤到每片上的成本很低。

（3） 而在大家比較關(guān)注的塑膠耐刮檫性能上面，復(fù)合板一般可以做到3～5 H，但注塑PC只有2 H，且復(fù)合板加硬良率還高。

在整體手機(jī)配件及大批量生產(chǎn)時(shí)，PC注塑優(yōu)勢體現(xiàn)出來了：

（1） 注塑加工可以做到超大R角，比如說現(xiàn)在流行的大曲面后蓋、攝像頭火山口處的凸起結(jié)構(gòu)，使用注塑能輕易實(shí)現(xiàn)。

（2） 更重要的地方在于，一體注塑可以實(shí)現(xiàn)后蓋和中框結(jié)合的復(fù)雜卡扣結(jié)構(gòu)，能降低整體加工成本。

（3） 雖然注塑PC在加硬上面是劣勢，但是2H的硬度也基本能夠滿足量產(chǎn)需求。另外注塑后蓋的材料選擇多樣化，可以換用光學(xué)級(jí)PMMA、尼龍等，到時(shí)候硬度也就不再是問題。

（4） 在紋理上面，注塑還可以選擇噴涂油墨，雖然在效果上面有一定妥協(xié)，但成本卻大大減少。

（5） 注塑最大的優(yōu)勢在于大批量生產(chǎn)。

（6） 穩(wěn)定性更好的注塑件在大批量生產(chǎn)均攤時(shí)成本會(huì)有著大幅下降[9]。

3 結(jié)束語

在5G智能手機(jī)外殼應(yīng)盡可能減少金屬外殼的使用，給手機(jī)塑料外殼提供了廣闊地應(yīng)用前景。無論采用3D復(fù)合板加工和PC注塑壓制法加工，還是ⅠMT注塑等其他加工方式，都顯示出塑料加工外殼的魅力。塑料外殼在外觀質(zhì)感上的體驗(yàn)有了質(zhì)的飛躍的。同時(shí)塑料還有加工工藝成熟，成本低、易量產(chǎn)等特點(diǎn)，將會(huì)是未來手機(jī)外殼材料主要趨勢。今后發(fā)展方向?qū)?huì)在制造工藝有新的創(chuàng)新，更大地降低生產(chǎn)成本，提高效益和提升表面質(zhì)量。