随着5G、无线充电等时代的到来,对信号传输的要求将会更高,金属后盖对信号屏蔽的缺陷将被放大,成为其发展的重大瓶颈。5G时代金属外壳逐渐被非金属外壳取代,玻璃、陶瓷、塑胶这三大非金属材料中,塑胶质感最差,但成本最低;而陶瓷暂时良率低,价格贵,只有个别高端机型使用;玻璃凭借价格适中,质感优异,是大部分品牌旗舰机的首选材质。
玻璃从2016年开始成为主流旗舰手机的选择。玻璃在手机后盖中的应用主要有2.5D和3D。2.5D由于工艺简单,良率高,首先成为旗舰手机的选择。而3D玻璃(曲面玻璃)由于产能,良率,价格等因素,迟迟未能爆发。
目前主流的3D玻璃加工工序如下:
图 :主流3D玻璃加工工序
注塑PC背盖可以省掉红色虚线框中的工序,制程极大简化,成本大幅下降。
图 :注塑PC背盖工序
不同材料的手机后盖的良率和成本差异:
在手机发展的每个阶段,塑胶材料都扮演着重要的角色,由于塑胶材料由于价格低廉、可塑性好、可设计性强等优点,并且通过合适的表面处理,可制得视觉上玻璃化/金属化的效果。比如前些年流行的全金属一体化手机机身,塑胶后壳通过金属化表面处理后同样能取得很好的仿金属效果,这对于当时中低端手机的大量普及具有重大意义。同样,在玻璃后盖流行的今天,为了达到玻璃的外观,同时又能够让成本降低,行业内提出了塑胶取代玻璃的方案。
这里面首先需要找到一种塑胶材料,成型后可以做到接近玻璃的视觉效果,首先,这种塑胶材料要是透明的,可以作为手机外壳使用的透明材料一般有PMMA、普通PC、改性PMMA+PC、高性能PC,目前只有高性能PC最适合,高性能PC比普通PC具有更高的透光率、更高的表面硬度。
采用高性能PC透明注塑成型的手机后盖经表面硬化及后段贴膜/喷涂等表面装饰处理后,外观效果可媲美3D玻璃,它的优势有:
1. 厚度对标3D玻璃、曲面自由度比3D玻璃更大;
图: 左图塑料IMT的渐变效果,右图华为P20 PRO 3D玻璃后盖渐变效果
目前通过普通注塑透明PC的手机后盖,厚度一般在0.8mm至1.0mm,相比主流的玻璃后盖(0.50mm/0.55mm)要厚很多,注塑透明PC后盖的厚度需尽量往0.5mm至0.6mm靠拢,否则将限制其在轻薄机型上的应用。所以需要一种新型的注塑工艺来解决薄壁外壳的注塑问题。
注塑压缩工艺
所谓的注射压缩成型工艺就是当注入模腔的树脂由于冷却而收缩时,从外部加一个强制的力使模腔的尺寸变小,从而使收缩的部分得到补偿的成型方法。
注射压缩成型(ICM)是传统注射成型的延伸,结合了射出成型和压缩成型两种技术。它通过引入模具压缩动作使聚合物材料压实,用以生产具有高尺寸稳定性和表面精确性的产品。
在这一工艺中,首先将设定好的塑料熔体注入不完全闭合的模具,之后再进行合模压缩动作,并一直持续到成型过程结束。模具压缩动作可以在模腔内形成更均匀的压力分布,从而获得更均匀的物理性质,使得产品的收缩、翘曲和成型应力均明显低于传统注射成型工艺,特别适合于厚度小透明度要求高的制品。
图:传统注塑与注塑压缩工艺
图:注塑压塑工艺流程
传统注射成型的缺点:
传统注塑在成型大面积薄壁制品(如光学镜片、异形导光条、装饰条等)时往往力不从心,导致的结果往往是设计师的妥协:增加产品厚度,降低产品颜值以满足普通生产。这样的结果是普通注塑的不足之处导致的:1)普通注塑成型薄壁制品时,必然提高注塑压力来达到塑胶流程要求,否者填充不满型腔(短射)。高的注塑压力,导致产品内应力大,制品翘曲尺寸超差或静置后应力开裂变形,不能满足制品的组装尺寸精度要求或耐久使用性。2)普通注塑的熔胶从狭小的流道系统填充型腔,浇口附近注塑压力大,容易在浇口附近产生外观缺陷(尤其是透明PC料),不能满足光学性能及外观件制品的要求。3)透明PC手机后盖,普通注塑制品表面很大几率出现彩虹纹,不能满足外观要求。而采用不产生彩虹纹原料,又将面对成本剧增的难题。4)普通注塑的保压模式存在缺陷,远离浇口部分的熔胶表面最早凝固,得不到充分保压,难以复制模具精细的外观效果,导致薄壁制品远离浇口位置外观并不完美。
图:不同ICM成型技术的比较(来自硕贝德)
注射压缩成型的优缺点:
注塑压缩成型融合了普通注塑及压合成型的优势,并在专有机台上实现自动化、高精度重复性生产,在薄壁透明PC手机后盖成型上具有优势,其优缺点如下:2)由于融体中仅有微小的剪切应力,产品内应力很小,保压压力更均匀,提高产品的表面质量,降低彩虹纹;3)可以设计更大的流长比,因此可以采用更小的锁模力和注射压力,减少零件内应力变形风险和虎皮纹产生风险,同时不需要设计更多的浇口,减少了熔接痕产生的可能性,保证了零件尺寸稳定性和外观美观度;4)需要更小的锁模力,小机台有机会实现多模穴生产,提高效率;
缺点:
3. 只适合外形比较平坦的零件,不适合结构复杂的零件。
注射压缩成型后的手机后盖为透明的,需要经过后续贴膜/喷涂等表面装饰处理后才能呈现最终效果。
视频:透明注塑后盖工艺在手机领域的相关应用(来自艾邦智造)
目前注塑压缩PC手机背盖有以下几种外观装饰工艺路线:
主要原理是是将装饰 图案及功能性图案通过高精度印刷机印刷在薄膜上,之后像贴标签一样,将箔膜上的图案转写至塑胶产品的表面,是一种能够实现装饰图案与塑胶一体成型的技术。IMR工艺产能高、质量稳定,适合较少品种大批量生产,但是产品表面无防护,不耐刮擦及腐蚀,更适合平面或 2.5D 手机后盖。IML 工艺的产品是一种夹层结构,表面是一层硬化的透明薄膜,中间是印刷图案层,背面是塑胶层。相比于 IMR工艺,IML 工艺由于油墨夹在中间,可使产品防止表面被刮花和耐磨擦,并可长期保持颜色的鲜明不易褪色, 更适合 3D 手机后盖,缺点是IML膜层存在剥离脱落风险,背盖最外层是PET或PC IML 片材,外观视觉通透性不够,高档感不足。IMT是模内镶件注塑(IML)技术及模 内转印(IMR)技术的综合并延伸而成的新工艺。IMT 工艺结合目前最流行的 3D 光学纹理+PVD 的装饰工法,与传统相比颜值更高,弧度更大。IMT 工艺除了耐刮擦、耐腐蚀之外,最大的亮点在 于其双面 3D 光学纹理上,能产生离层光学 3D 效果,使产品色彩丰富美观,更具科技感、时尚感。IMT工艺是结合了 IMR及 IML工艺的优缺点,解决了 IMR 膜片结构单一、耐腐蚀性差、外观效果 单一、模具及膜片无自主开发权等问题;又解决了 IML 产能不足、易变性、良率低等难点。缺点在于增加了硬化工序,良率下降,成本提升。然而在突破了加硬及CNC技术瓶颈后,其表面硬度可做到媲美玻璃,且可以复用玻璃/复合板的后段贴膜装饰工艺,产业链完备,满足终端外观要求难度小。