手機后蓋材質的發展研究

林協源

（維沃移動通信有限公司，東莞 523859）

隨著科學技術的高速發展，手機在短短的20年間從軟件到硬件、從電子到結構，已升級換代多次。在手機正面幾乎千篇一律的情況下，手機后蓋早已從最開始的手機功能保護傘轉變為影響品牌形象、企業形象、吸引消費者購買和提升消費者產品體驗等的重要內容。

手機后蓋材質需要具有良好的導熱性、較高的強度硬度、對電磁信號影響小以及尺寸穩定性等物理性能，滿足外觀工藝豐富且效果美觀的美學需求，提高了手機的可靠性，并兼具藝術性。它基本可以分為塑膠材質、金屬材質和無機非金屬材質。按出現的先后順序，文章主要介紹各材質的優劣點和主要成型工藝。

1 塑膠材質

根據塑膠材質，手機后蓋主要分為注塑成型類后蓋、復合板材類后蓋和素皮類后蓋。

1.1 注塑成型類后蓋

功能機和早期的智能機后蓋以塑膠居多，主要由熔融狀的塑膠經由模具注塑成型。注塑成型可以一次成型出形狀復雜、尺寸精確和帶有嵌件的塑膠制品，生產效率高，易于實現自動化[1]。相比金屬材料和無機非金屬材料，模具成型的塑膠后蓋造型復雜多樣。除了造型多樣性，塑膠后蓋外觀面可以通過模具曬紋形成效果迥異的外觀紋路。通常塑膠后蓋的外觀面可以通過噴涂上色給手機帶來更多外觀效果，如iPhone 3G后蓋便采用“PC注塑成型+噴涂”工藝。

手機后蓋常用材質可分為PC（聚碳酸酯）、PC+ABS（聚碳酸酯+丙烯腈）、PC+GF（聚碳酸酯+玻璃纖維）和ABS（丙烯腈）等。它的優缺點總結如表1所示[2]。

1.2 復合板材類后蓋

隨著技術的迭代進步，塑膠材質在外觀上的成型工藝愈發豐富，如復合板材后蓋（PMMA+PC）。由于IMD類后蓋（一種通過注塑成型的類板材后蓋）現在應用較少，這里不再展開介紹。板材后蓋對天線信號具有無遮蔽性，使得其在5G時代廣泛應用于中低端機型。復合板材后蓋的優點是成本低、紋理效果好，可做到與玻璃后蓋一樣的外觀效果。它的缺點是工藝復雜，受力后容易出現開裂（內、外裂穿）和油裂（內部紋理受損呈開裂狀）等問題，對手機內部結構件的順滑過渡要求較高。

復合板材后蓋按結構形式可分為2.5D后蓋和3D后蓋。2.5D后蓋的成型工藝大致為“印刷Logo—印刷光油—膠印—UV紋理加工—電鍍（不同外觀工藝不同）—印刷蓋底油漆（通常5道）—計算機數字控制機床（Computer Numerical Control，CNC）落料”；3D后蓋的成型工藝大致為“印刷Logo—印刷光油—膠印—UV紋理加工—電鍍—印刷蓋底油漆（通常5道）—高壓3D成型—淋涂加硬層—CNC落料”?？梢?，相比2.5D板材后蓋，3D板材后蓋的成型工藝主要引入了高壓成型和淋涂工藝。其中，高壓成型是先將片材加熱到一定溫度，之后吹氣加壓將片料壓入凹模中。此過程中板料外觀面帶硬化層必然會開裂，因此高壓成型后需要淋涂增加硬化層，以提升后蓋表面硬度。

板材后蓋疊層主要包括硬化層、PMMA+PC、Logo+光油層、腳印層、UV膠+紋理層、鍍層以及5層油漆。其中，片材（PMMA+PC層）常用厚度為0.50 mm、0.65 mm和0.80 mm，相對應的成品厚度分別約為0.55 mm、0.72 mm和0.86 mm。

1.3 素皮類后蓋

近年來，傳統塑膠后蓋煥發新生機，與PU（聚氨酯）皮料組合后，頻頻出現在中高端機型上。此類組合的后蓋通常稱為素皮后蓋，結構疊層示意圖，如圖1所示。由上往下疊層依次為“PU皮料（厚度約0.50 mm）—熱熔膠（厚度約0.05 mm）—塑膠后蓋（注塑成型，厚度約0.75 mm）”；皮料邊緣由一圈塑膠圍骨包住。它的成型工藝大致為“皮料覆膜（用于皮料定位）—皮料備膠（熱熔膠）—沖切皮料—皮料預定在塑膠件上—修復邊緣皮料—熱壓后蓋—冷壓后蓋—沖切裝飾圈開孔”。

素皮后蓋具有幾乎不影響信號收發、手感細膩、不沾指紋以及耐摔等優點，但存在不耐磨、易臟污及導熱性差等缺點。此外，它自身結構疊層較厚（設計厚度為1.3 mm，是目前最厚的后蓋方案），因此帶素皮后蓋手機通常比較厚。

2 金屬材質

相比早期塑膠后蓋，智能手機快速步入金屬后蓋時代。蘋果公司開創先河，將鋁合金作為手機后蓋，隨后刮起了國內廠家的一股金屬后蓋熱潮。2012—2016年，大量手機公司都采用此方案。金屬后蓋的成型工藝大致為“型材沖壓—粗銑—注塑—精銑—落料—拋光—噴砂—高光—氧化—焊接—鐳雕”。

手機后蓋常采用鋁合金。鋁合金可分為變形鋁合金和壓鑄鋁合金兩大類[3]。其中，壓鑄鋁致密性較差，故后蓋主要采用變形鋁。

鋁合金密度為2.7 g·cm-3，密度較?。ù蟾攀卿摰?/3），滿足機械強度的要求，使得實現手機足夠輕薄成為可能。相比玻璃和陶瓷等非金屬無機材質，鋁合金韌性優良；相比塑料材質，鋁合金硬度、強度及剛度遙遙領先。鋁合金具有剛柔相濟、密度小及綜合成本可控特性，決定了鋁合金在手機結構框架方案中具有重要地位。

鋁合金材質的最大劣勢是對電磁信號的干擾或屏蔽，對無線技術提出了極大挑戰。3段式金屬后蓋設計為了解決電磁信號傳輸問題，使得手機背部的一體性大打折扣，也是采用金屬后蓋時外觀需要妥協的地方。

近年來，隨著5G技術的應用和推廣，金屬后蓋已不再出現在5G手機上，取而代之的是無機非金屬材質后蓋。

3 無機非金屬材質

3.1 玻璃后蓋

這里提及的無機非金屬材質主要指玻璃和陶瓷。由于電磁信號傳輸和全面屏時代對手機外觀一體化的極致追求等，玻璃后蓋基本成為中高端機型（甚至部分低端機型）最主流的選擇。陶瓷因成本等應用相對較少，主要出現在部分高端機型上。

手機的應用結構形態主要有兩種，分別為2.5D玻璃后蓋和3D玻璃后蓋。2.5D玻璃后蓋的成型工藝大致為“開料—CNC—平磨—弧邊拋光—強化—絲印Logo—貼膜—自動對焦（Automatic Focus，AF）”。3D玻璃后蓋（一次CNC）成型工藝大致為“開料—CNC—熱彎—正反面拋光/掃邊—強化—絲印Logo—貼膜—AF—噴邊”。需要注意，二次CNC成型后蓋在熱彎后多一次CNC。

拋光和掃邊是為了去除單體上的微裂紋，提升表面光潔度和透明度。

強化改變了玻璃的表面化學組成，提升了單體的機械性能，一般通過離子交換實現。單體的強化性能可以通過 CS（表面應力）、DOL（鉀離子深度）、CSK（鈉離子深度）、DOC（應力層深度）及CT（內部拉應力）等參數測量獲得，也可通過落球和四點彎等方式抽測檢驗其加工質量。

貼膜是為了實現玻璃后蓋最終的紋理和顏色效果。通常膜片顏色和紋理可通過打印、轉印、浸染、濺射及蒸鍍等方式實現。因為膜片貼合后很難保證其到后蓋邊緣距離的均勻性和玻璃材質的透明特性，所以3D玻璃后蓋需要在邊緣噴涂油墨（即噴邊）來提升玻璃后蓋的一體性。

除了上述表面光潔的玻璃后蓋，有一種防眩光（Anti-glare Glass，AG）玻璃后蓋，又稱抗反射玻璃或防眩暈玻璃后蓋。它的顯著特點是表面啞光無反射表面。相比常規后蓋，它的成型工藝在拋光掃邊后和強化前增加了蒙砂相關工藝。

3.2 陶瓷后蓋

陶瓷材料是用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料，具有高熔點、高硬度、高耐磨性以及耐氧化等優點[4-5]，機械性能完全滿足手機的需求。

手機陶瓷后蓋的成型工藝大致為“粉體加工—制胚—燒結—CNC加工—拋光—表面處理”。其中，制胚主要分為干壓、注塑和流延3種方式。

（1）干壓是指粉料用模具壓制成胚料。干壓后的胚料需水冷靜壓（冷等靜壓），利用液體中各向等壓原理二次成型胚料，使胚體更加致密均勻，性能更加優異。手機陶瓷后蓋多采用此方案。該工藝操作簡單、成型尺寸大、成型效率高，但尺寸精度控制較差，適用于結構簡單的產品，而復雜的結構特征需要通過后加工實現。

（2）注塑是指熔融狀（約200 ℃）粉料注塑成型。此工藝適用于結構復雜的中小件產品，可以做到小產品一模多穴，尺寸精度高，后加工余量少。大件產品的效率低于干壓，產品強度較差。

（3）流延是指漿料變成平板胚片。胚片成型后需要溫等靜壓（二次成型）。此工藝適合各種殼體，尤其是較薄產品，工藝成型的產品強度大且密度高。

3.3 無機非金屬后蓋的優缺點

3.3.1 無機非金屬后蓋的優點

玻璃和陶瓷不會影響電磁信號，為手機提供了應用各種無線技術的可能性，尤其是5G信號傳輸。玻璃和陶瓷的硬度和剛度較大，抗刮性能優異。制膜技術的日益發展使得手機玻璃后蓋在顏色和紋理上具有無限可能。

3.3.2 無機非金屬后蓋的缺點

脆性問題是手機后蓋永遠繞不開的話題，如摔落和碰撞都可能導致產品開裂。無機材料的密度相對較大，如陶瓷后蓋密度在3.0 g·cm-3以上，與手機追求輕薄的需求相悖。材料的脆性問題導致后期加工難度較大，生產工藝相對復雜，尤其是陶瓷（成本更高），是其無法大面積應用于各價位機型的主要原因。

4 結語

手機后蓋材質還包括凱夫拉、竹纖維和木材等，并未大面積應用和推廣，這里不再展開介紹。手機后蓋的顏色、材質和工藝（Color Material Finishing，CMF）呈輪回交替發展。例如，原本要被淘汰的塑膠后蓋在搭配皮料后成功應用于高端機型，板材后蓋的大量應用使得塑膠后蓋煥發新的生機。材質是主要變革元素之一，預計未來手機后蓋會出現更多可應用的材質。但是，目前玻璃后蓋（陶瓷體量小忽略不計）和塑膠后蓋二分天下的局面將持續一段時間。