智能手機(jī)的防指紋、防水問題是業(yè)內(nèi)一直在解決的問題。那么是什么因素決定了物體表面的物體表面的防污、防水性能呢？又有什么方法來提高物體表面的防污、防水性能呢？我們整理了宇晶封裝在去年手機(jī)論壇上的報(bào)告，供大家參考；近期我們也建立有手機(jī)防水討論群，歡迎加入，記得備注“防水”
一、為何要防指紋防水？
為使手機(jī)更加美觀，會(huì)在手機(jī)表面做各種處理，例如PVD鍍膜處理（如TiN系列的PVD鍍層）后的高極親水表面、噴砂處理后的多孔洞表面以及鏡面處理等。但這些處理過的表面易沾臟污又不易清潔，并且十分影響產(chǎn)品的美觀與影響屏幕視覺觀賞，所以如何避免臟污一直是智能手機(jī)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的一大重點(diǎn)，業(yè)界一直在尋求如何使表面不沾臟污，不沾油，不沾水或臟污可輕易被清潔的技術(shù)。
圖 粘水與粘指紋物體表面圖
二、決定物體表面防污防水的關(guān)鍵因素
決定物體表面防污防水的關(guān)鍵因素物體的表面是否容易沾附臟污取決于物質(zhì)表面的表面能。
1. 物質(zhì)的表面能
物質(zhì)表面的表面能直接影響：表面物質(zhì)的粘附性（易沾臟污指紋的程度）；液體于表面的粘濕性，與滲透性。
物質(zhì)的表面能可由油水接觸角（θ）測(cè)試獲得。公式為：
圖 公式各參數(shù)示意圖
一滴水滴在某物體表面時(shí)，當(dāng)水接觸角θ越小時(shí)，表面能越大，物體表面越濕潤(rùn)；當(dāng)水接觸角θ越大時(shí)，表面能越小，物體表面越不濕潤(rùn)。也就是說，想要物體表面“不粘”，表面能越低越好。
圖 物體親水表面→疏水表面
2. 不同基底材質(zhì)表面能比較
表 不同基底材質(zhì)表面能比較
|
基底材質(zhì) |
表面能γc（mN/m） |
水接觸角(度) |
|
AFC 抗指紋鍍層 |
16 |
115 |
|
Poly(tetrafluoroethylene) 聚四氟乙烯 |
18.5 |
114 |
|
Polypropylene 聚丙烯 |
31.0 |
108 |
|
Aluminium (3003 H14) 鋁 |
49 |
60 |
|
Steel (A1008) 鋼 |
60 |
53 |
|
Glass玻璃 |
78 |
<15 |
|
TiO2氧化鈦 |
111 |
<5 |
由上表可知，在所列出來的常見材質(zhì)中，AFC抗指紋鍍層表面能為16最小，水接觸角度最大，也就是防污、防水性能最佳。而氧化鈦的表面能為111最大，水接觸角越小，防污、防水效果最差。手機(jī)上常用的材料鋁、鋼和玻璃表面能分別為49、60和78，表面能偏大，粘附性較強(qiáng)。
目前已知的低表面能材料有機(jī)硅、有機(jī)氟材料。其分子基團(tuán)的表面能依-CH2->-CH3>-CF2->C-F2H>-CF3的次序下降。其中，-CF3基團(tuán)的表面能小至6.17mJ/m2，經(jīng)過Dupre公式可計(jì)算為115.12度，此數(shù)值為最大分子排斥之水接觸角。
三、如何提高手機(jī)金屬表面的防污、防水性能？
為了使手機(jī)金屬表面可達(dá)到抗臟污易清潔，其最好的方法就是在手機(jī)金屬表面鍍上低表面能的鍍層以降低其表面能，以達(dá)到鈍化之效果。
鍍?cè)谑謾C(jī)金屬上的低表面能的材料，主要分為分為兩大類：
-
可固化樹酯類鍍層
-
自我限制表面反應(yīng)類鍍層
表 兩類材料性能對(duì)比
|
可固化樹酯類有機(jī)氟化物 |
自我限制類有機(jī)氟化物 |
|
|
鍍層結(jié)構(gòu) |
單層可UV固話或熱固化之樹酯覆蓋 |
雙層結(jié)構(gòu)：底層SiO2+上層自我限制氟化分子 |
|
鍍膜方法 |
噴涂于表面后UV或熱固化
|
SiO2：PVD或CVD真空鍍膜技術(shù) 自我限制氟化分子：噴涂或蒸鍍 |
|
薄膜厚度 |
0.5~10微米(um) |
5~20納米(nm) |
|
薄膜優(yōu)點(diǎn) |
薄膜較厚，對(duì)抗堅(jiān)硬物質(zhì)有較佳的機(jī)械強(qiáng)度 施工容易 成本低廉
|
薄膜極薄，不影響產(chǎn)品外觀、顏色、規(guī)格。保留金屬觸感 良品率極高 無脫膜問題，就算薄膜被磨掉也不影響產(chǎn)品外觀 表面能極低，最低可達(dá)到16(mN/m) |
|
薄膜缺點(diǎn) |
薄膜較厚，影響產(chǎn)品外觀、規(guī)格、觸感、散熱等特性 良品率不易控制 使用時(shí)間長(zhǎng)可能產(chǎn)生脫膜之問題，嚴(yán)重影響外觀 |
鍍膜工藝較復(fù)雜 價(jià)格稍高
|
由表格可以看出，自我限制表面反應(yīng)類鍍層因其薄膜極薄、無脫膜問題（就算膜被磨掉也不影響美觀）、表面能低等特點(diǎn)，比較適合運(yùn)用在手機(jī)行業(yè)上。
圖 已使用金屬抗指紋處理的部分手機(jī)
四、自我限制有機(jī)氟化物膜
在手機(jī)金屬表面鍍自我限制有機(jī)氟化物膜有利于提升其防污、防水性能。那么自我限制有機(jī)氟化物成膜機(jī)制是怎么樣的呢？
1. 自我限制有機(jī)氟化物成膜機(jī)制
自我限制有機(jī)氟化物是由低表面能氟化基團(tuán)和表面反應(yīng)基團(tuán)兩種官能基團(tuán)所組成。當(dāng)自我限制有機(jī)氟化物接觸到物質(zhì)表面后，表面反應(yīng)基團(tuán)將對(duì)對(duì)應(yīng)的表面官能基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使其間產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)（無化學(xué)鍵結(jié)之自我限制有機(jī)氟化物可輕易被移除），然后成膜。膜厚只有5~30納米，適用于手機(jī)等精密電子產(chǎn)品的表面上。
圖 自我限制有機(jī)氟化物成膜機(jī)制，綠色為低表面能氟化基團(tuán)（氟化長(zhǎng)鏈碳氧聚合物），藍(lán)色為表面反應(yīng)基團(tuán)（硅氧烷系列）
目前有大金、信越、道康寧等公司在生產(chǎn)低表面能自我限制有機(jī)氟化物。
2. 鍍自我限制有機(jī)氟化物膜的關(guān)鍵
自我限制有機(jī)氟化物的主要反應(yīng)基團(tuán)是與玻璃（二氧化硅）表面的羥基（Si-OH）進(jìn)行縮合反應(yīng)，但是手機(jī)金屬表面并無Si-OH，所以若要在金屬上使用此類的有機(jī)氟化物，必須先在金屬上鍍附一層 SiO2，再鍍低表面能的有機(jī)氟化物。如下圖所示：
現(xiàn)今SiO2鍍膜的主要方式有磁控濺射法和化學(xué)氣象沉積這兩種方法。
1) 磁控濺射法（物理氣象沉積PVD）
圖 磁控濺射法概念圖
磁控濺射法是利用離子轟及靶材，使靶材發(fā)生濺射，濺射的材料飛到產(chǎn)品上并鍍附在產(chǎn)品表面。
圖 物體表面PVD鍍膜概念圖
鍍膜材料如子彈一般高速呈直線飛到鍍到產(chǎn)品上，因此要靶材“看的到”的地方才鍍的到，要想鍍均勻，有時(shí)必須旋轉(zhuǎn)增加均勻度。
當(dāng)產(chǎn)品的表面比較復(fù)雜時(shí)，PVD鍍膜的方式在產(chǎn)品的凹凸面或邊角的位置會(huì)出現(xiàn)鍍不均勻的情況。
2) 化學(xué)氣象沉積（CVD）
化學(xué)氣象沉積利用兩種反應(yīng)性氣體（A、B反應(yīng)氣體），讓其于真空環(huán)境下流過產(chǎn)品的表面，兩種氣體產(chǎn)生反應(yīng)后于表面長(zhǎng)出化合物薄膜（C薄膜），如SiCl4與H2O反應(yīng)形成SiO2。
圖 物體表面CVD鍍膜概念圖
CVD鍍膜方法氣體碰的到即鍍的到，無特殊方向性。
由于SiO2為透明薄膜，厚度達(dá)到一定程度的透明薄膜將對(duì)光產(chǎn)生干涉作用，會(huì)使表面顏色產(chǎn)生偏差甚至出現(xiàn)彩虹紋的情況。
圖 出現(xiàn)彩虹紋的產(chǎn)品
而降低薄膜厚度，增加薄膜之均勻度將有效改善光學(xué)干涉所造成之色偏問題。因此，用化學(xué)氣象沉積法鍍二氧化硅膜效果較好。
素材來源：宇晶封裝，艾邦高分子整理編輯
宇晶封裝：
宇晶封裝是專注于智能手機(jī)金屬表面鍍抗指紋膜的公司，主要業(yè)務(wù)包括：手機(jī)金屬表面鍍抗指紋膜(AFC)、鈍化PVD表面，使其免于臟污污染、喇叭孔防潑水表面處理、SMT鋼網(wǎng)表面低表面能處理，增進(jìn)鋼網(wǎng)下錫性質(zhì)等。
推薦閱讀：#標(biāo)簽#工藝,手機(jī),表面處理#
閱讀原文也可以申請(qǐng)加入防水群，目前已經(jīng)在群里的有：
海信電子、華碩科技、青島海信通信、聯(lián)想、華為、天瓏移動(dòng)、寧波薩瑞通信、長(zhǎng)盈精密、馬鞍山恩澤納米材料、拓科達(dá)科技、潤(rùn)宜科技、大金氟化工、贏創(chuàng)特種化學(xué)、利勇安硅橡膠、宏凱鑫業(yè)、興科電子、富泰宏、大洋集團(tuán)、興通銘電子、蘇州優(yōu)格魯電子、南烽精密機(jī)械
↓↓↓
始發(fā)于微信公眾號(hào)：艾邦高分子