CN108286046A - 一种陶瓷移动终端壳体及其制备方法、移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷移动终端壳体及其制备方法、移动终端。陶瓷移动终端壳体的制备方法包括以下步骤：S1，制备陶瓷移动终端壳体；S2，采用激光按照预设轨迹照射所述陶瓷移动终端壳体上需设置移动终端线路的区域，其中，激光输出平均功率为4～10W，脉冲重复频率为50～400kHz，激光扫描速度为500～5000mm/s，光斑直径在20～40μm的范围内；S3，将步骤S2处理后的陶瓷移动终端壳体置于化学镀液中进行化学镀处理，在所述区域上沉积金属镀层，制得集电路于一体的陶瓷移动终端壳体。本发明制得的陶瓷移动终端壳体适于移动终端更轻、更薄的发展趋势，且移动终端的线路导电性能更优异。

Description

一种陶瓷移动终端壳体及其制备方法、移动终端

【技术领域】

本发明涉及移动终端壳体制作领域，特别是涉及一种陶瓷移动终端壳体及其制备方法、移动终端。

【背景技术】

随着智能手机的普及，功能改进越来越有限，逐渐进入微创新时代，机身材质作为消费者直接接触的部分，每一次改进都能吸引眼球。目前的主流机身主要是工程材料和金属材料。塑料外观件综合性能较好，且加工工艺成熟、成本较低，常见于中低端手机以及少量高端机。但和金属材质相比，塑料容易给人一种“廉价”感，因而在高端机型中，金属后盖渐成主流。与金属及塑料相比，氧化锆陶瓷具有耐磨、亲肤、不会屏蔽信号、介电常数高等特点，如果将其作为手机背板的话，比较耐刮。此外，氧化锆陶瓷通过调色可具备玉石的色泽和质感，颜色多变，可用在高端消费电子产品中，提高档次。目前氧化锆陶瓷已逐步取代工程材料和金属材料成为新型手机材料，但陶瓷手机壳和线路部分，例如天线模组等相互分离导致智能手机的机身相对较厚，不符合智能手机更轻、更薄化发展的趋势。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种陶瓷移动终端壳体及其制备方法、移动终端，制得的陶瓷移动终端壳体适于移动终端更轻、更薄的发展趋势，且移动终端的线路导电性能更优异。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种陶瓷移动终端壳体的制备方法，包括以下步骤：S1，制备陶瓷移动终端壳体；S2，采用激光按照预设轨迹照射所述陶瓷移动终端壳体上需设置移动终端线路的区域，其中，激光输出平均功率为4～10W，脉冲重复频率为50～400kHz，激光扫描速度为500～5000mm/s，光斑直径在20～40μm的范围内；S3，将步骤S2处理后的陶瓷移动终端壳体置于化学镀液中进行化学镀处理，在所述区域上沉积金属镀层，制得集电路于一体的陶瓷移动终端壳体。

一种根据如上所述的制备方法制得的陶瓷移动终端壳体。

一种移动终端，所述移动终端的壳体为如上所述的陶瓷移动终端壳体。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的陶瓷移动终端壳体的制备方法，对制得的陶瓷壳体在特定的激光能量照射下进行激光照射改性，控制激光的能量密度使陶瓷中的化学键断裂，析出活性物质单质锆或者单质铝，接着化学镀处理，从而在经过激光改性照射的区域上化镀形成金属线路，最终制得集三维电路于一体的陶瓷移动终端壳体。本发明提出了一种集三维电路于一体的陶瓷移动终端壳体的制作方法，不仅制作的线路精度、密度高，而且解决了传统工艺流程多、成本高、无法形成三维线路等问题。制作的陶瓷手机壳不仅外观新颖美观，且内部线路导电性能优异，具有很大的实用价值。本发明直接在陶瓷壳体上形成线路，制得的陶瓷移动终端壳体上集三维电路于一体，应用于移动终端时，陶瓷壳体和线路部分不再是分离的，而是一体化，这样得到的移动终端的机身更轻、更薄。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式的制备陶瓷移动终端壳体的流程图；

图2是本发明具体实施方式的凝胶注射制备陶瓷移动终端壳体的流程图；

图3是本发明具体实施方式中制得的陶瓷移动终端壳体的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的构思是：常规陶瓷线路制作方法除不能制作三维立体线路外，还存在精度差、工艺环境苛刻、生产流程多等诸多问题，例如高温共烧陶瓷(HTCC)和低温共烧陶瓷(LTCC)都属于厚模印刷技术，不能制作曲面、立体线路。而直接结合铜基板(DBC)技术受工艺能力限制，制备的电路粗糙、分辨率相对较低(150-300μm)，不适合用于精密生产。此外，对于氧化锆陶瓷，其和铜板间存在微气孔，产能和良品率也较低。另外，直接镀铜基板(DPC)技术，是利用直接披覆技术，将铜沉积到陶瓷基板上，也就是直接在陶瓷手机壳基板上镀铜。这种工艺的制造精度受限于铜箔的厚度，最高也只能达到1-100μm的范围，且工艺需在真空中进行、工艺较苛刻。本发明不再从常规工艺上进行改进，而是采用激光对陶瓷基板进行改性处理，从而可实现直接在陶瓷基板上化学镀形成一层金属镀层，以直接形成具有一定宽度、厚度的金属线路。

如图1所示，为制备陶瓷移动终端壳体的流程图，包括以下步骤：

S1，制备陶瓷移动终端壳体；

该步骤为陶瓷移动终端壳体的成型、烧结。陶瓷的成型方法主要有注浆成型、凝胶注模成型、注射成型。尤其是凝胶注模成型，适用于制造单相的和复合的陶瓷部件，可成型复杂形状、准净尺寸的陶瓷部件，且其生坯强度高达20～30Mpa以上，可进行再加工。因此，本具体实施方式中优选凝胶注射技术成型陶瓷移动终端壳体。图2示出了凝胶注射制备陶瓷移动终端壳体的过程。

以制备手机壳为例，制作的陶瓷手机壳的材料可为高纯度的氧化锆粉末、氧化铝粉末或者氮化铝粉末。陶瓷基材在特定的激光能量照射下，陶瓷基材材料(氧化锆、氧化铝、氮化铝)的化学键能被激光光子能量打断，从化合物转变成活性金属单质(锆或者铝)，从而可作为进一步进行化学镀的基础。

S2，采用激光按照预设轨迹照射所述陶瓷移动终端壳体上需设置移动终端线路的区域，其中，激光输出平均功率为4～10W，脉冲重复频率为50～400kHz，激光扫描速度为500～5000mm/s，光斑直径在20～40μm的范围内。

该步骤中，按照移动终端中需在壳体上形成的金属线路的图形预设激光照射时的移动轨迹，对成型的陶瓷手机壳表面进行激光照射改性，改性过程中控制激光的能量密度使氧化锆化学键断裂，析出活性金属单质。改性过的陶瓷表面由于金属单质的存在，具有微弱的导电性，虽然该微弱导电性达不到使用要求，但可以作为化学镀催化源，通过如下第三步中的化学镀增强其导电性。

陶瓷表面通过激光照射改性时，激光输出平均功率为4～10W，脉冲重复频率为50～400kHz，扫描速度为500～5000mm/s，光斑直径在20～40μm，后续形成的线路的最小线宽即为光斑直径。上述激光参数中，激光功率和重复频率影响激光的能量密度，决定是否能得到改性析出金属单质的效果。当激光功率一定时，扫描速度过慢或者过快，激光的能量密度也随之发生改变，而陶瓷基材改性时，只有当能量密度达到一定阈值，陶瓷基材材料中的化学键才会断裂。因此经实验验证，扫描速度设置为500～5000mm/s。光斑直径会影响改性后形成的线路的宽度。光斑直径过大或者过小会影响化镀后形成的线宽精度，控制光斑直径在20～40μm的范围，从而经改性后电镀形成的金属镀层的宽度在合适范围，从而可满足使用要求。

优选地，陶瓷手机壳上电路高度集成，需开盲孔设置电路单元，盲孔直径一般为10～30μm，深度为10～40μm。由于盲孔尺寸小，加上陶瓷基材硬度高，CNC等传统方法不易实现精确切割，该步骤中可采用激光照射进行钻孔，其优势是切割头不与陶瓷材料表面接触，不会划伤陶瓷基材工件，且切割后基本无毛边，不需要二次加工。钻孔时，设置激光输出平均功率为6～15W，脉冲重复频率为80～150kHz，扫描速度为20～150mm/s。

激光改性和钻孔的激光源可为中心波长157～1064nm波段的光源。进一步优选地，激光源出射的激光为波长355纳米、高输出功率和高脉冲重复频率的紫外激光。紫外激光单光子能量大，可直接打破陶瓷材料的分子化学键产生冷蚀，加工出来的部件具有光滑的边缘和最低限度的炭化，激光处理后材料不用二次加工。即使在不高的脉冲能量水平下，也能得到很高的能量密度，有效地进行材料加工。其他颜色激光例如红外激光也能达到要求，但红外激光单光子能量小，改性时主要是红外激光振动材料分子产生热作用，使材料先溶解再挥发，容易产生热痕。因此，在激光源中优选紫外激光进行照射改性，其改性后的加工质量较好。

S3，将步骤S2处理后的陶瓷移动终端壳体置于化学镀液中进行化学镀处理，在所述区域上沉积金属镀层，制得集电路于一体的陶瓷移动终端壳体。

陶瓷手机壳在经过上一步激光改性后，表面生成具有显著催化活性效果的金属单质(例如)。这些金属单质可以促进化学镀液中的金属离子发生还原反应，生成金属颗粒沉积到陶瓷手机壳表面。以包含铜离子与甲醛的化学镀铜液为例进行说明，在金属单质的催化促进作用下，铜离子与甲醛发生氧化还原反应Cu²⁺+2HCHO+4OH^－→Cu+2HCOO^－+2H₂O+H₂↑，但激光改性生成的金属单质并不参与反应。生成的铜原子间紧密结合后包裹改性后得到的活性金属粒子(Zr粒子或者Al粒子)，并相互连接形成一层致密的Cu镀层。为了防止镀Cu层被氧化，可采用类似工艺在其表面继续镀Ni，形成Cu+Ni的金属镀层，或者镀Ni和Au，形成Cu+Ni+Au的金属镀层。

该步骤中，先经过激光改性后再化学镀，使得形成的镀层与陶瓷基体活性物质是化学冶金结合，结合性较好。而直接在陶瓷壳体上化学镀形成金属线路的难度系数较大，形成的线路与基体间的结合性较差，容易剥落。另外，先经过激光改性，激光表面改性后得到的区域的最小线宽约为20μm，因此经过化镀后陶瓷上的线路精度能达到20μm。通过激光照射改性可引导线路的宽度和精度，控制过程简单，工艺易于实现。以往通过DPC技术采用薄膜制程制作线路时，需涉及到真空镀膜、黄光微影制程制作线路，制作过程较繁琐、工艺环境要求在真空中。

采用本具体实施方式的制备方法，总体上只需三大步就能制作出集三维电路于一体的陶瓷手机壳：第一步，凝胶注射成型陶瓷手机壳；第二步，陶瓷表面激光改性；第三步，化学镀形成金属线路层。第二步中激光照射实现改性，克服了以往难将陶瓷与金属线路一体化的问题。具体是对陶瓷壳体表面进行激光改性，控制激光的能量密度使材料中化学键断裂，析出活性物质金属单质，接着在陶瓷改性区域化镀形成金属线路。采用本具体实施方式的制备方法，解决了以往金属线路与陶瓷基体难以结合、一体化的难题，可快速、大批量制作内部精密、三维形状复杂及具有特殊性能要求(例如天线)的陶瓷移动终端壳体。制作的陶瓷壳体不仅外观新颖美观，且内部线路通过激光工艺以及化学镀工艺的控制可实现较高的精度和密度，且能形成具有一定厚度和宽度的三维线路，导电性能优异，具有很大的实用价值，可用于移动终端，例如手机、平板电脑等的壳体。

如下为一个具体的实验例：

1)陶瓷材料为纯度99.9％的氧化锆陶瓷粉末，经凝胶注射成型陶瓷手机壳，制作流程如图2所示。

2)采用波长355nm的紫外脉冲激光，按照各天线对应的区域(参见图3中最终制得的陶瓷手机壳体中的网格区域所示意的天线区域)预设激光照射时的移动轨迹，对陶瓷手机壳表面进行激光改性和钻孔。紫外激光由于单光子能量大可直接打断材料分子化学键直接形成金属单质而被用于陶瓷材料表面改性，改性时紫外激光输出平均功率约10W，脉冲重复频率为200kHz，扫描速度为2000mm/s。在此工艺参数下，控制紫外激光的能量密度使氧化锆陶瓷化学键断裂，析出活性物质单质锆，形成化学镀催化源。激光钻孔时采用聚焦式，激光输出平均功率为15W，脉冲重复频率为150kHz，扫描速度为150mm/s，激光聚焦高度随着钻孔深度下降而下降，扫描多次直到钻穿或者钻出直径20μm、深度20μm的盲孔为止。

3)第2)步激光改性后，陶瓷表面析出的活性物质单质锆已具有微弱的导电性，但仍需进一步化镀提高其导电性，具体是将改性的陶瓷手机壳浸入镀铜化学液3h，接着浸入镀镍的化学液10min。其中，化学镀铜液采用硫酸铜作主盐，以甲醛为还原剂，EDTA二钠盐和酒石酸钾组成的双络合剂体系，稳定剂主要由亚铁氢化钾和α’联吡啶组成。较优镀铜液工艺参数为：CuSO₄·5H₂O 14g/L，EDTA·2Na 22g/L，酒石酸钾钠40g/L，甲醛5.3mlg/L，亚铁氰化钾60mg/L，α’联吡啶8mg/L，添加剂NiCl₂ 4g/L(镍离子降低铜沉积速度，但可提高镀层的结合力)，Na₂CO₃ 42g/L(缓冲剂，维持镀液的pH值，防止化学镀过程中由于大量析氢引起pH值下降)，NaOH 9g/L(缓冲剂，调节镀液的pH值，防止化学镀过程中由于大量析氢引起pH值下降)，pH＝12～13，温度60℃，搅拌模式为电磁搅拌。化学镀镍液选用碱性镀镍液，具有非常好的均镀能力，镀层结合力也高，优化后的化学镀镍液参数为NiSO₄·7H₂O 20g/l，NaH₂PO₂·H₂O 30g/l，Na₃C₆H₅O₇·2H₂O 10g/l，NH₄Cl 30g/l，pH＝8.5～9.5。

氧化锆陶瓷手机壳依次经过镀铜和镀镍工艺后，最终形成均匀致密的铜-镍天线，如图3所示。本实施例可制得集三维天线电路于一体的陶瓷手机壳。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种陶瓷移动终端壳体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，制备陶瓷移动终端壳体；S2，采用激光按照预设轨迹照射所述陶瓷移动终端壳体上需设置移动终端线路的区域，其中，激光输出平均功率为4～10W，脉冲重复频率为50～400kHz，激光扫描速度为500～5000mm/s，光斑直径在20～40μm的范围内；S3，将步骤S2处理后的陶瓷移动终端壳体置于化学镀液中进行化学镀处理，在所述区域上沉积金属镀层，制得集电路于一体的陶瓷移动终端壳体。

2.根据权利要求1所述的陶瓷移动终端壳体的制备方法，其特征在于：步骤S2中还包括激光钻孔步骤：采用激光照射所述陶瓷移动终端壳体上需设置电路单元的区域，在所述区域上开孔；其中，激光输出平均功率为6～15W，脉冲重复频率为80～150kHz，扫描速度为20～150mm/s。

3.根据权利要求1所述的陶瓷移动终端壳体的制备方法，其特征在于：步骤S2中，采用紫外激光进行照射。

4.根据权利要求1所述的陶瓷移动终端壳体的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述移动终端线路为天线线路。

5.根据权利要求1所述的陶瓷移动终端壳体的制备方法，其特征在于：步骤S3中，将所述陶瓷移动终端壳体置于化学镀铜液中进行镀铜处理，在所述区域上沉积铜镀层。

6.根据权利要求5所述的陶瓷移动终端壳体的制备方法，其特征在于：所述化学镀铜液以硫酸铜为主盐，以甲醛为还原剂，以EDTA二钠盐和酒石酸钾组成双络合剂体系，稳定剂由亚铁氢化钾和α’联吡啶组成。

7.根据权利要求5所述的陶瓷移动终端壳体的制备方法，其特征在于：还包括在铜镀层上镀Ni或者依次镀Ni和Au的步骤。

8.根据权利要求1所述的陶瓷移动终端壳体的制备方法，其特征在于：步骤S1中通过注浆成型、凝胶注模成型或注射成型工艺制备陶瓷移动终端壳体。

9.一种根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的陶瓷移动终端壳体。

10.一种移动终端，其特征在于：所述移动终端的壳体为如权利要求9所述的陶瓷移动终端壳体。