CN112981351A

CN112981351A - 非金属吸收渐变薄膜的制备方法、具膜器件和电子产品

Info

Publication number: CN112981351A
Application number: CN202110488326.3A
Authority: CN
Inventors: 田兴波
Original assignee: Lens Technology Changsha Co Ltd
Current assignee: Lens Technology Changsha Co Ltd
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2041-05-06
Also published as: CN112981351B

Abstract

本申请提供一种非金属吸收渐变薄膜的制备方法、具膜器件和电子产品。非金属吸收渐变薄膜的制备方法，包括：根据目标图样设计膜系组成和镀膜挡板组成，然后在基材上进行镀膜；所述膜系组成包括依次叠置于基材上的单晶硅层、氮化硅层和二氧化硅层。具膜器件，使用所述的制备方法在所述基材上制备得到。电子产品，包括所述的具膜器件。本申请提供的非金属吸收渐变薄膜的制备方法，可以得到符合要求的黄白渐变色薄膜，同时能够满足手机对薄膜电阻值的要求。

Description

非金属吸收渐变薄膜的制备方法、具膜器件和电子产品

技术领域

本申请涉及电子产品后盖技术领域，尤其涉及一种非金属吸收渐变薄膜的制备方法、具膜器件和电子产品。

背景技术

随着5G时代的到来，智能手机、智能手表等电子产品的广泛普及，消费者对电子产品的要求不仅仅局限于性能、寿命，对视觉效果及外观的要求也越来越高，目前非金属材质的手机后盖已成为多数消费电子产品厂商中高端机型所追求的设计方向之一，采用非金属材料制备符合外观要求的手机后盖薄膜也是研究热点之一。仅采用传统的丝印、或者金属镀膜技术在陶瓷、玻璃或者宝石表面形成的外观效果、抗划伤性等已不能满足其信赖性要求，易对消费者造成审美疲劳的困扰，而且其电阻值也往往不能满足实际需求。

因此，具有强抗划伤性、高附着力、满足各严苛性能测试、赏心悦目令人心情愉悦的非金属吸收渐变薄膜制备工艺具有很大的应用价值。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本申请的目的在于提供一种非金属吸收渐变薄膜的制备方法、具膜器件和电子产品，以解决上述问题。

为实现以上目的，本申请特采用以下技术方案：

一种非金属吸收渐变薄膜的制备方法，包括：

根据目标图样设计膜系组成和镀膜挡板组成，然后在基材上进行镀膜；

所述膜系组成包括依次叠置于基材上的单晶硅层、氮化硅层和二氧化硅层。

优选地，所述单晶硅层的厚度为10.2-14.66nm，所述氮化硅层的厚度为13.81-19.85nm，所述二氧化硅层的厚度为52.43-75.37nm。

各个膜层的厚度均大于10nm，不存在薄层结构，薄膜稳定性好。

可选地，所述单晶硅层的厚度可以为10.2nm、11nm、12nm、13nm、14nm、14.66nm以及10.2-14.66nm之间的任一值，所述氮化硅层的厚度可以为13.81nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、19.85nm以及13.81-19.85nm之间的任一值，所述二氧化硅层的厚度可以为52.43nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、75.37nm以及52.43-75.37nm之间的任一值。

优选地，所述渐变薄膜的厚度为76.44-109.88nm。

膜层可波动范围大，颜色越不敏感，颜色越稳定，批量生产维护更容易，更适合批量生产。因此，此膜系结构不仅满足对颜色外观的需求，还集总膜厚较薄(一般总膜厚不大于300nm的膜系)、无电阻NG风险、颜色稳定于一身。

可选地，所述渐变薄膜的厚度可以为76.44nm、80nm、90nm、100nm、109.88nm以及76.44-109.88nm之间的任一值。

优选地，镀膜时，所述单晶硅层的镀膜速率为0.03-0.08nm/s，所述氮化硅层的镀膜速率为0.13-0.25nm/s，所述二氧化硅层的镀膜速率为0.08-0.24nm/s。

镀膜速率的控制，有利于提升膜层的稳定性，并使得色彩的渐变更加自然。

可选地，所述单晶硅层的镀膜速率可以为0.03nm/s、0.04nm/s、0.05nm/s、0.06nm/s、0.07nm/s、0.08nm/s以及0.03-0.08nm/s之间的任一值，所述氮化硅层的镀膜速率可以为0.13nm/s、0.15nm/s、0.20nm/s、0.25nm/s以及0.13-0.25nm/s之间的任一值，所述二氧化硅层的镀膜速率可以为0.08nm/s、0.10nm/s、0.15nm/s、0.20nm/s、0.24nm/s以及0.08-0.24nm/s之间的任一值。

优选地，所述镀膜挡板组成按照目标图样颜色由浅至深依次对应包括全遮挡区、长遮挡区和短遮挡区。

镀膜挡板的这种配置是为了满足由白色到黄色渐变的外观需求。全遮挡区为白色区域（浅色区），长遮挡区为浅黄色区域，短遮挡区为深黄色区域（深色区）。长遮挡区与全遮挡区交界的地方也会有一点点溅射，所以能制备出白色与很浅的浅白色之间（由于长遮挡区与全遮挡区交界处，存在绕镀，所以交界处的白不是纯白，而是掺杂一点淡黄的白，所以称之为浅白）的渐变。

需要说明的是，镀膜挡板的上述配置是为了达到颜色由浅至深的变化需求。对于不同的变化趋势，是可以对镀膜挡板的设计进行调整的。

优选地，所述“根据目标图样设计膜系组成”包括：

根据所述目标图样的颜色选择成膜材料，然后得到波长-反射率设计曲线；

依据所述波长-反射率设计曲线判断成膜材料的选择是否合适，然后确定所述膜系组成。

波长-反射率设计曲线的获得，实际上是从理论上证明所选择的成膜材料是否能够得到目标图样的颜色；获得能够得到目标图样颜色的成膜材料之后，还需要验证和修正其镀膜参数，最终得到膜系组成。

优选地，镀膜之后还包括：

在所述非金属吸收渐变薄膜的表面喷涂或者丝印白色油墨。

优选地，所述基材包括陶瓷、玻璃、宝石、PET中的任一种。

本申请还提供一种具膜器件，使用所述的制备方法在基材上制备得到。

该具膜器件可以是手机后盖、玩具壳、家用电器外壳等在其表面设置上述非金属吸收渐变薄膜的产品。

本申请还提供一种电子产品，包括所述的具膜器件。

本申请所指的电子产品，是指具有上述具膜器件的产品，例如手机、电动玩具、电脑、电子手表等相关产品。

与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

本申请提供的非金属吸收渐变薄膜的制备方法，使用单晶硅层、氮化硅层和二氧化硅层配合作为膜系组成，利用其折射率、消光系数等特性，获得符合外观要求的颜色；并进一步通过与镀膜挡板组成进行配合，获得从白到黄的符合目标图样色彩的非金属吸收渐变薄膜；所得非金属吸收渐变薄膜，稳定性好，耐热、耐冲击、耐紫外照射，而且基于膜系组成的选择，使用非金属材料制得的薄膜，其产品的电阻值符合手机后盖使用要求。

本申请提供的具膜器件和电子产品，具有黄白渐变色（类似于牛奶咖啡色），具有强抗划伤性、高附着力、信赖性好、外观赏心悦目，具有很好的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。

图1为实施例的目标图样；

图2为实施例1提供的波长-反射率设计曲线；

图3为实施例1提供的镀膜挡板组成和颜色效果图；

图4为常规的镀膜挡板组成和颜色效果图；

图5为实施例1得到的产品的外观示意图；

图6为对比例3提供的波长-反射率设计曲线；

图7为对比例3得到的产品的外观示意图；

图8为对比例4提供的波长-反射率设计曲线；

图9为对比例4得到的产品的外观示意图。

具体实施方式

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。

下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

图1为目标图样，是具有摄像孔位的手机后盖图样。目标图样的颜色为黄白渐变色，类似于牛奶咖啡的颜色。基于此需求以及表面覆盖白色油墨的要求，该薄膜需要设计为吸收膜。上部为白色区域（基材底色），无需镀膜，因此需要合理设计镀膜挡板，以保证其完全遮蔽。

通过试验设计由单晶硅、氮化硅和二氧化硅三种材料作为镀膜材料。基于这三种材料得到波长-反射率设计曲线，如图2所示。由图2可知，该材料设计上可以满足颜色需求。

鉴于该颜色效果需作成黄白渐变，且黄色膜系已定，为非金属材料组合而成的非金属吸收膜，按常规渐变方式非金属吸收膜是无法实现黄白渐变的。原因在于：吸收膜只要镀上膜层，不管其或多或少都会呈现出色相，达不到刷白油为白色的效果。所以得按非常规思维考虑，将白色部分对应的镀膜挡板完全挡死，保证其不镀膜，刷白油后直接呈现出白色效果。

为了更好的说明上述情况，特进行对比试验。图3为本申请设计的镀膜挡板组成和颜色效果图，由上至下分为全遮挡区、长遮挡区和短遮挡区，长遮挡区和短遮挡区均各自独立的包括对称设置的多组镀膜挡板（全遮挡区可以使用多个单块镀膜挡板，也可以使用对称设置的多组镀膜挡板，保证全遮挡区被全部遮蔽即可）。图4为常规渐变色对应的镀膜挡板和颜色效果图。由图3和图4对比可知，常规镀膜挡板设计没有白色区域，且整体颜色较深，不符合要求；而本申请设计的镀膜挡板组成，颜色符合目标图样要求。

在此基础上，按照如下工艺，使用尺寸为156.22±0.08*72.94±0.08mm的手机后盖平片PET作为基材，调整各个膜层的厚度，确定各层厚度。具体如下：

1. 将干净无瑕疵的菲林PET割膜备至伞具上；

2. 将备有菲林的伞具放入磁控溅射镀膜机宏大1800H腔室内，抽真空至5.0E-3Pa后开始运行事先设计好的膜系程序，具体如下表1所示：

表1 膜系程序

3. ION离子源清洁，具体工艺参数如下表2所示：

表2 ION离子源清洁参数

其中，ION表示离子源，MF1表示单晶硅靶位，MF4表示氮化硅靶位。

4.镀膜

第一层单晶硅(Si)，速率：约0.05nm/s ，参数如下表3所示：

表3 单晶硅镀膜参数

第二层氮化硅(Si₃N₄)，速率：0.19nm/s，参数如下表4所示：

表4 氮化硅镀膜参数

第三层二氧化硅(SiO₂)，速率：0.14nm/s，参数如下表5所示：

表5 二氧化硅镀膜参数

5. 将镀膜后产品喷涂或丝印白色油墨。

所得产品如图5所示。由图5可知，通过以上方法可以得到黄白渐变的非金属吸收渐变色(牛奶咖啡)效果产品。

实施例2-5

在实施例1的基础上，调整各膜层的厚度制备产品，具体如表6所示。

需要说明的是，各层膜厚度和镀膜速率可在以下范围内根据实际情况进行选择：

单晶硅层的厚度为10.2-14.66nm，氮化硅层的厚度为13.81-19.85nm，二氧化硅层的厚度为52.43-75.37nm；渐变薄膜的总厚度为76.44-109.88nm；镀膜时，单晶硅层的镀膜速率为0.03-0.08nm/s，氮化硅层的镀膜速率为0.13-0.25nm/s，二氧化硅层的镀膜速率为0.08-0.24nm/s。

对比例1-4

测试实施例1-5和对比例1-4得到的产品的颜色和电阻值，结果如表6所示。

表6 膜层参数及测试结果

由表6可知，膜层过薄或者过厚，会造成颜色无法达标。

按照实施例1-5提供的方法进行生产，对各批次产品进行信赖性测试，结果汇总如下表7所示：

表7 信赖性测试

由上表7可知，本申请实施例获得的手机后盖，具有强抗划伤性、高附着力、信赖性好的特点。

膜层采用非金属材料，最直观的好处是：不存在电阻问题，手机后盖对电阻的性能管控要求极高，因为电阻直接影响的是手机天线接收信号的能力，其次，膜层采用非金属吸收材料既能达到金属吸收材料所呈现的外观效果又能解决介质膜膜层太厚的问题（膜层太厚膜裂的风险性越大）。采用本申请提供的膜系组成，由于硅的含量减小，所以能够制备出颜色更加透亮的渐变色。

为了进一步说明膜系组成的重要性，特进行对照试验如下：

对比例5

现有技术中一般吸收膜采用介质膜掺杂金属铟，本对比例采用的具体膜系组成为Nb₂O₅、SiO₂、In、SiO₂、Nb₂O₅。其波长-反射率设计曲线如图6所示，设计符合目标图样颜色要求。

按照下表8所列参数进行试验：

表8 试验参数及结果

由上表8和图7可知，虽然该膜系组成设计曲线符合预期，但是实际成膜后颜色效果偏深黄，无法满足目标需求。

另外，In层稍厚也出现电阻NG的情况，存在信赖性风险。即使此膜系能满足颜色效果，存在信赖性风险也不具备量产性。

对比例6

采用非金属材料(单晶硅Si、二氧化硅SiO₂)进行设计，曲线设计如图8所示，设计曲线符合预期。

按照下表9所列参数进行试验：

表9 试验参数及结果

因该膜系为非金属材料单晶硅与二氧化硅交替而成，所以不存在电阻问题，该膜系不存在影响天线信号的风险。但是，该膜系存在两点不足：一是，颜色效果不达标（如图9所示）；二是，膜系当中含一层或一层以上的薄层（薄层：一般膜厚小于10nm的膜层），形如这种膜系自身存在不稳定性，曲线与颜色都很容易变化漂移，不利于量产维护。

颜色效果不达标的原因主要是因为Si属于高折射率材料，吸收较大；如果仅仅降低Si含量，提高SiO₂含量，则曲线设计上就无法满足(颜色曲线的设计是通过高、低折射率材料的相互交替、叠加的效果)，实际生产更无法满足需要。另外，现有Si/SiO₂膜系结构中，Si的厚度本身就比较小，即使降低其含量也比较有限，所以降低其含量不仅不能改善吸收问题，还会造成膜厚偏薄导致膜层不稳定的风险。因此，才考虑找一种折射率适中的材料，让其不仅设计上满足需求，实际效果也满足需求，而恰好引入Si₃N₄的掺杂使吸收问题得以解决(Si₃N₄折射率约1.95，基本没有吸收)。

对比例7

与实施例1不同的是，更换膜系组成叠置于基材上的顺序，依次为单晶硅Si、二氧化硅SiO₂、Si₃N₄。多次试验发现颜色无法达到预期。数据及结果如表10所示：

表10 对比例7数据与结果

对比例8

与实施例1不同的是，更换膜系组成叠置于基材上的顺序，依次为二氧化硅SiO₂、Si₃N₄、单晶硅Si，多次试验发现颜色无法达到预期，信赖性也不达标(掉电镀)。数据及结果如表11所示：

表11 对比例8数据与结果

综合对比例7-8的实验结果可知，膜系结构的膜层顺序（单晶硅层、氮化硅层和二氧化硅层）极为重要，不能够随意打乱。

需要说明的是，本申请所提供的薄膜材料组成所用的材料的折射率、消光系数如下表12所示：

表12 材料性能参数

消光系数与吸收是正相关的，消光系数越大，说明材料的吸收率越大。基于这种考虑，以及上述研究，最终确定本申请提供的薄膜材料组成。

本申请提供的非金属吸收渐变薄膜的制备方法，用以解决现有透明陶瓷材质、透明玻璃、透明PET或者宝石金属膜颜色单一、电阻、膜裂等信赖性存在风险问题，以满足客户对陶瓷、玻璃、PET或者宝石（3D、2.5D、平片）等基材上所镀膜层的信赖性需求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims

1.一种非金属吸收渐变薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单晶硅层的厚度为10.2-14.66nm，所述氮化硅层的厚度为13.81-19.85nm，所述二氧化硅层的厚度为52.43-75.37nm。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述渐变薄膜的厚度为76.44-109.88nm。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，镀膜时，所述单晶硅层的镀膜速率为0.03-0.08nm/s，所述氮化硅层的镀膜速率为0.13-0.25nm/s，所述二氧化硅层的镀膜速率为0.08-0.24nm/s。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镀膜挡板组成按照目标图样颜色由浅至深依次对应包括全遮挡区、长遮挡区和短遮挡区。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述“根据目标图样设计膜系组成”包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，镀膜之后还包括：

在所述非金属吸收渐变薄膜的表面喷涂或者丝印白色油墨。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基材包括陶瓷、玻璃、宝石、PET中的任一种。

9.一种具膜器件，其特征在于，使用权利要求1-8任一项所述的制备方法在基材上制备得到。

10.一种电子产品，其特征在于，包括权利要求9所述的具膜器件。