CN114466094B - 中框组件、其制备方法及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种中框组件，包括中板和围设在所述中板外边缘的边框；所述中板包括第一碳纤维增强树脂复合材料基体和复合在所述基体表面的第一金属镀层。本申请实施例还提供了中框组件的制备方法以及包括该中框组件的电子设备。本申请实施例以碳纤维增强树脂复合材料，例如碳纤维增强环氧树脂复合材料、碳纤维增强酚醛树脂复合材料或碳纤维增强聚四氟乙烯树脂复合材料等作为中框组件的中板基体，显著降低了中框组件的重量，具有刚性好、强度高的优点。同时，在碳纤维增强树脂复合材料基体表面复合金属镀层，解决了碳纤维增强树脂复合材料自身的吸波效果和PIM问题，从而不会影响电子设备的天线功能。
Description
技术领域
本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种中框组件、其制备方法及电子设备。
背景技术
对于普通用户来说，手机重量在150g~200g左右，厚度在9mm以下，有较为舒适的手感，过重会使手感到不舒适，尤其是随着使用时间的增加，不舒适感会加重。影响手机重量的主要因素包括手机尺寸、机身材质、电池容量和功能模块，随着手机尺寸变大、电池容量变大、功能模块增加，手机的重量也会逐渐增加。因此，手机壳体材质的选择是目前手机轻量化的研究方向之一。
手机中框常用材料是镁合金、不锈钢、铝合金、锌合金等金属合金，使用高强度、高韧性的塑料，例如玻璃纤维增强的聚氨酯（PC+GF）代替金属合金，虽然能够降低手机重量，但是塑料会导致中框的介电常数和损耗角正切变大，影响天线的功能。
发明内容
本申请提供了一种中框组件、其制备方法及电子设备，解决了不能同时降低电子设备重量和保持天线功能的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种中框组件，包括中板和围设在所述中板外边缘的边框；所述中板包括第一碳纤维增强树脂复合材料基体和复合在所述基体表面的第一金属镀层。
本申请实施例以碳纤维增强树脂复合材料，例如碳纤维增强环氧树脂复合材料、碳纤维增强酚醛树脂复合材料或碳纤维增强聚四氟乙烯树脂复合材料等作为中框组件的中板基体，显著降低了中框组件的重量，具有刚性好、强度高的优点。同时，在碳纤维增强树脂复合材料基体表面复合金属镀层，解决了碳纤维增强树脂复合材料自身的吸波效果和PIM问题，从而不会影响电子设备的天线功能。
在一些可能的实现方式中，所述第一金属镀层的厚度大于等于其趋肤深度。进一步的，第一金属镀层的电阻率为1×10-4ohm·cm以下，甚至为1×10-5ohm·cm~1×10-8ohm·cm，较为接近金属中板例如铝合金中板的电阻率时，天线性能没有损失。
在一些实施例中，为了防止中板上的第一金属镀层脱落，所述中板还包括复合在所述第一金属镀层表面的保护层，保护层可以通过表面皮膜处理、钝化液处理、喷涂、阳极氧化、微弧氧化、电泳等方式形成在第一金属镀层表面，防止第一金属镀层在较大压力下脱落。
在一些实施例中，还可以通过在中板上的碳纤维增强树脂复合材料基体上部分复合第一金属镀层防止其脱落，如在碳纤维增强树脂复合材料基体不与边框连接的部分复合第一金属镀层，同时通过在碳纤维增强树脂复合材料基体上设置通孔，在通孔表面复合第二金属镀层实现碳纤维增强树脂复合材料基体上下表面的电连续性。或者在碳纤维增强树脂复合材料基体不与边框连接的部分复合第一金属镀层，在边框与中板相连接后再在碳纤维增强树脂复合材料基体与边框相连接的部分复合第二金属镀层实现电连续性，同时防止第一金属镀层脱落。
在一些可能的实现方式中，所述中框组件还包括天线辐射体，天线辐射体可以由金属化边框的至少部分框体形成（即天线辐射体设置在边框外表面），也可以设置在边框朝向中板的一侧（即天线辐射体设置在边框内表面）。所述天线辐射体可以通过导电层或导电辅料，例如金属弹片、金属垫片、导电布、导电胶或导电泡棉等与中板上的第一金属镀层进行电连接，实现天线辐射体的接地。
在其他可能的实现方式中，天线辐射体也可以不与中板电连接，而是在用于电子设备时，与电子设备的屏幕组件或印刷电路板进行电连接，实现天线辐射体的接地，与印刷电路板进行电连接时可以通过在印刷电路板上布置导线实现，能够节省结构成本。
在一些可能的实现方式中，中板和边框都由复合有金属镀层的碳纤维增强树脂复合材料形成，能够进一步减轻中框组件以及电子设备的重量。
本申请实施例还提供了一种中框组件的制备方法，包括以下步骤：
提供碳纤维增强树脂复合材料基体；
在所述碳纤维增强树脂复合材料基体表面复合第一金属镀层，得到中板；
提供边框材料，将所述边框材料与中板相连接，得到中框组件。
在一些可能的实现方式中，可以通过对碳纤维增强树脂复合材料基体进行金属化表面处理形成，所述金属化表面处理包括但不限于喷镀、金属熔喷（Metal Spray Pattern，MSP）、印刷直接成型（又称移印，printing direct structuring，PDS）、激光直接成型（Laser Direct Structuring，LDS）、激光化学活化金属镀（Laser-Activating-Plating，LAP）、化学镀等。
在一些可能的实现方式中，可以通过焊接、卡接等机械方式将中板的边框相连接，形成中框组件。在一些可能的实现方式中，为了简化工艺、提高性能，也可以通过一体化注塑成型，例如纳米注塑成型（Nano Molding Technology，NMT）或模内注塑压铸（MetalDevice Antenna，MDA）的方式使中板和边框材料相连接，形成中框组件。
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述技术方案所述的中框组件，所述电子设备不仅重量轻、而且天线性能不受影响。
在一些可能的实施例中，电子设备中，天线辐射体与中板电连接。在其他一些可能的实施例中，天线辐射体可以与屏幕组件或印刷电路板电连接，节省结构成本。
本申请实施例以表面复合有金属镀层的碳纤维增强树脂复合材料作为中框组件的主要材料，不仅实现了电子设备的轻量化，而且不会影响电子设备的天线功能。
附图说明
图1为手机的立体结构示意图；
图2为手机的爆炸结构示意图；
图3为本申请实施例提供的中框组件的立体结构示意图；
图4为本申请实施例提供的中框组件的爆炸结构示意图；
图5为镁合金微动耐磨测试的衰减寿命曲线波形图；
图6为铝镁合金微动耐磨测试的衰减寿命曲线波形图；
图7为本申请实施例提供的中板的叠层结构示意图；
图8为金属镀层与金属材料在1~3GHz下的系统复合效率曲线；
图9为金属镀层与金属材料在3~6GHz下的系统复合效率曲线；
图10为银镀层与金属材料在0.6~4GHz下的S-参数曲线；
图11为银镀层与金属材料在0.6~4GHz下的系统复合效率曲线；
图12为本申请实施例提供的边框的结构示意图；
图13为本申请实施例提供的中框组件的制备工艺流程图；
图14为本申请实施例提供的中框组件的连接结构示意图；
图15为本申请第二实施例提供的中框组件的剖面结构示意图；
图16为本申请第三实施例提供的中框组件的剖面结构示意图；
图17为本申请实施例提供的天线辐射体与PCB板的连接示意图；
图18为本申请实施例提供的天线辐射体与屏幕组件的连接示意图
图19为本申请第四实施例提供的中框组件的剖面结构示意图；
图20为本申请第五实施例提供的中框组件的剖面结构示意图；
图21为本申请实施例提供的中板的第一种电连接的结构示意图；
图22为本申请实施例提供的中板的第二种电连接的结构示意图；
图23为本申请实施例提供的中板的第三种电连接的结构示意图
图24为本申请实施例提供的中板的第四种电连接的结构示意图；
图25为本申请第六实施例提供的中框组件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请实施例中，“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请实施例以手机100为上述电子设备之例进行说明，如图1和图2所示，图1为手机的立体结构示意图，图2为手机的爆炸结构示意图。手机100主要包括显示模组10、中框组件20和后壳50，中框组件20位于显示模组10和后壳50之间。其中，显示模组10用于显示图像，后壳50与中框组件20相连接形成用于容纳印刷电路板、摄像头、电池等电子器件的容纳腔。中框组件20上还可以设置印刷电路板30和电池40，例如，印刷电路板30和电池40设置在中框20朝向后壳50的一面上，或者印刷电路板30和电池40设置在中框20朝向显示模组10的一面上。其中，印刷电路板30在中框20上设置时，中框20上可以开设开口，用于将印刷电路板30上的元件置于中框20的开口处。
可以理解的是，本申请实施例示意的结构并不构成对手机100的具体限定，在本申请另一些实施例中，手机100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。例如，手机100还可以包括摄像头，包括前置摄像头和后置摄像头以及闪光灯等器件。
本申请第一实施例中，中框组件20包括中板201和围设在所述中板外边缘的边框202，如图3和图4所示，图3为本申请实施例提供的中框组件的立体结构示意图，图4为本申请实施例提供的中框组件的爆炸结构示意图。为了降低手机重量，中板201可以采用高强度、高韧性的塑料代替铝合金等金属，例如碳纤维增强树脂复合材料。
碳纤维增强树脂复合材料具有高强度、高韧性、比重小等优点，其中，碳纤维是由碳构成的特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软，可加工成各种织物。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸等材料，一般作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合结构材料。碳纤维增强树脂复合材料，具有较高的比强度、比模量等综合指标，且因为具有比重小、刚性好和强度高等优点而成为航空航天领域常用的材料，参见表1，表1为碳纤维增强树脂复合材料与其他材料的性能对比。
表1 碳纤维增强树脂复合材料与其他材料的性能对比
镁合金虽然也具有较低的密度，能够实现电子设备的轻量化，但是，镁合金不稳定，常温下就会发生电化学腐蚀，导致功能失效，且不耐磨损，如图5和图6所示，图5为镁合金微动耐磨测试的衰减寿命曲线波形图（测试次数为14427次），图6为铝镁合金微动耐磨测试的衰减寿命曲线波形图（测试次数为14379次）。镁合金大约微动1000次左右，阻抗开始上升，从1ohm上升到20ohm左右，随着镭雕表面磨损，粉末继续堆积，到2000次左右，阻抗增加到45ohm左右，6000~9000次，随着粉末被球头划开，阻抗逐步下降。随着摩擦继续，新的粉末生成，9000次后，阻抗回到40ohm+。与常规铝合金相比，阻抗上升时间短，阻抗绝对值大一倍。
而碳纤维增强树脂复合材料密度仅为不锈钢的22%、铝合金的63%，强度接近不锈钢的3倍、铝合金的4倍，而且具有较低的线膨胀系数，尺寸精度高；具有良好的耐腐蚀性，在碱性环境下呈惰性，对有机溶剂、酸、碱等都具有良好的耐腐蚀性，适宜代替金属材料实现电子设备的轻量化。但是碳纤维增强树脂复合材料本身具有磁滞特性，直接以其作为中框材料会激发出较为严重的无源交调（PIM）问题，参见表2，表2为碳纤维增强树脂复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，CFRP）的等效介电常数和磁导率。
表2 横向CFRP的等效介电常数ε和磁导率μ
| f/GHz | ε' | ε'' | μ' | μ'' |
| 8 | 11.32 | 14.88 | 1.29 | 0 |
| 9 | 11.42 | 14.36 | 1.16 | 0 |
| 10 | 11.33 | 12.88 | 1.02 | 0 |
| 11 | 11.28 | 11.86 | 1.00 | 0 |
| 12 | 11.00 | 11.66 | 0.93 | 0 |
本申请以碳纤维增强树脂复合材料作为中框的主体材料，同时对其表面进行金属化处理形成金属镀层，以解决碳纤维增强树脂复合材料自身的吸波效果和PIM问题。参见表3，表3为碳纤维增强树脂复合材料和表面镀镍的碳纤维增强树脂复合材料在相同场景下，2次和3次谐波的功率值。
表3 表面金属化的碳纤维增强树脂复合材料和未金属化的复合材料的性能参数
表3中，未镀镍样品1为连续碳纤维酚醛树脂复合材料，未镀镍样品2与样品1相同，镀镍样品1为未镀镍样品1上复合有1μm后的镍层，镀镍样品2为未镀镍样品2上复合有1μm后的镍层。
基于此，本申请实施例提供的中板201包括碳纤维增强树脂复合材料基体211和复合在所述基体表面的金属镀层212，如图7所示，图7为本申请实施例提供的中板的叠层结构示意图。碳纤维增强树脂复合材料基体211具有高强度、高韧性、比重小等特点，能够显著降低电子设备重量，金属镀层212能够解决基体211自身的吸波效果和PIM问题，从而不会影响电子设备的天线功能。中板201上可以设有开口，用于将电路板上的元件置于中板201的开口处。
碳纤维增强树脂复合材料基体211由碳纤维增强树脂复合材料形成，碳纤维增强树脂复合材料包括但不限于碳纤维增强环氧树脂复合材料、碳纤维增强酚醛树脂复合材料或碳纤维增强聚四氟乙烯树脂复合材料等，其中，碳纤维增强环氧树脂复合材料具有更高的比强度和比模量等综合性能指标，作为基体使得中框组件具有更轻的重量和更好的强度。
碳纤维增强树脂复合材料中，碳纤维包括但不限于连续纤维或短纤维，其中，短纤维增强树脂复合材料又称为锻造碳纤维复合材料，具有强度高、生产周期短、可用于A级表面、具有多样化的表面处理工艺等优势。短纤维增强树脂复合材料中，短纤维的添加量不超过50%，一般为10wt%~30wt%。连续纤维又称长纤维，连续纤维增强树脂复合材料一般采用干纤维布浸润树脂然后热压的方式制备，其中，连续纤维直径一般在2~5μm，每束纤维束为10000~20000根。
在一种可能的实现方式中，碳纤维增强树脂复合材料基体211上可以设有开口，用于放置电路板上的元件和电池等。
在一种可能的实现方式中，为了增大边框202与中板201之间的结合力，碳纤维增强树脂复合材料基体211的外周上可以开设缺口结构或者咬合结构。或者在其他可能的实现方式中，碳纤维增强树脂复合材料基体211的部分外周，例如中板201与电池靠近的外周上形成碳纤维增强树脂复合材料侧壁，增加边框202和中板201之间的结合力。
碳纤维增强树脂复合材料作为中板201的基体，其表面复合有金属镀层212，复合金属镀层212后，中板201等效于金属中板，当电流流过中框组件参考地时，根据电磁波的趋肤效应，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体外部的薄层（即“皮肤”部分），越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。也就是说，金属镀层212的厚度大于频率对应的趋肤深度时，且电阻率与金属近似的话，金属镀层212的效果和普通金属中框效果相近，天线性能没有损失。
例如，以磷铜作为金属镀层212时，其厚度达到趋肤深度后，性能恶化＜0.4dB，对天线性能几乎无影响，参见图8和图9，图8为金属镀层与金属材料在1~3GHz下的系统复合效率曲线，图9为金属镀层与金属材料在3~6GHz下的系统复合效率曲线，其中，曲线2为铝合金（Al含量占80%以上，电阻率约为3×10-7ohm·cm）的系统复合效率（System RadiationEfficency in dB[Magnitude]）曲线，曲线1为磷铜镀层（电阻率约为2×10-7ohm·cm）的系统复合效率曲线。由图8和图9可知，金属镀层厚度满足趋肤深度，电阻率与金属材料电阻率相当时，性能几乎无恶化。
又例如，以银浆形成银镀层作为金属镀层212时，其厚度达到趋肤深度后，由于银浆电阻率高于金属材料，其性能会有所恶化，但是恶化程度较低，约为0.1~0.2dB，参见图10和图11，图10为银镀层与金属材料在0.6~4GHz下的S-参数（S-parameters [Magnitude indB]）曲线，图11为银镀层与金属材料在0.6~4GHz下的系统复合效率曲线，其中，曲线1为铝合金（Al含量占80%以上，电阻率约为3×10-7ohm·cm）的相关曲线，曲线2为银镀层（由银浆形成，银浆包括银和硅树脂，其电阻率约为10-4~10-5ohm·cm）的相关曲线。由图10和图11可知，金属镀层厚度满足趋肤深度，电阻率高于金属材料电阻率时，性能有所恶化，但该恶化程度较低，在可接受的范围之内。
金属镀层212的厚度在达到趋肤深度后，电阻率低于10-4 ohm·cm时，其对天线性能基本无影响或者影响不大。具体而言，金属镀层212可以为锌、铜、镍、金、银、锡、铝等金属中的一种或多种金属的合金，本申请实施例并无特殊限制。金属镀层212可以为单层镀层，单层镀层可以为单金属层，可以为金属合金层；金属镀层212也可以为多层金属镀层，多层金属镀层的每层可以相同也可以不同，多层金属镀层的每层镀层可以为单金属层，也可以为金属合金层。在一个可能的实施例中，金属镀层212为单层镀层，例如锌铜镀层或铜镀层，其厚度为30~40μm；例如铜镀层，其厚度为6~18μm；例如镍镀层，其厚度为2~8μm。在一个可能的实施例中，金属镀层212为多层金属镀层，例如包括依次复合的铜镀层和镍镀层，或者依次复合的铜镀层、镍镀层和金镀层，其中，铜镀层的厚度可以为6~18μm，镍镀层的厚度可以为2~8μm，金镀层的厚度可以为0.2~0.4μm。在一个可能的实施例中，金属镀层的厚度为12~20μm。
金属镀层212的目的在于将碳纤维增强树脂复合材料基体211与金属等效，因此，可以在碳纤维增强树脂复合材料基体211的全部表面形成金属镀层212，也可以在碳纤维增强树脂复合材料基体211的部分表面形成金属镀层212，如在不与边框22相连接的部分表面形成金属镀层212。但是，需要注意的是，碳纤维增强树脂复合材料基体211的部分表面形成金属镀层212时，需要在与边框202相连接部分的边缘通过打孔或开槽等方式，将碳纤维增强树脂复合材料基体211上表面和下表面的金属镀层相连通，保证金属镀层212的电连接连续性。
边框202围设在所述中板201外边缘，在一种可能的实现方式中，边框202包括塑胶边框221和通过塑胶边框221与所述中板201相连的金属化边框222，参见图12，图12为本申请实施例提供的边框的结构示意图。其中，塑胶边框221一方面能够减电子设备的重量，一方面有利于金属化边框222与中板201的连接。边框202与中板201之间的连接方式包括但不限于为焊接、卡接、锁接和一体注塑成型。本领域技术人员可以理解的是，边框202与中板201之间的连接方式为焊接、卡接或锁接时，中板201和边框202上设置有用于实现焊接、锁接或卡接的区域或孔槽。
塑胶边框221由塑胶材料制成，例如聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、玻璃纤维增强的聚碳酸酯（PC+GF）、ABS增强的聚碳酸酯（ABS+PC）或者碳纤维增强树脂复合材料等。塑胶边框221为碳纤维增强树脂复合材料时，其可以与中板21的碳纤维增强树脂复合材料主体相同，也可以不同。塑胶边框221可以为封闭的环形结构，也可以为半封闭的环形结构，或者说，塑胶边框221为半框结构。在本实施例中，塑胶边框221为封闭的环形结构。在一个可能的实施例中，塑胶边框221为半框结构，其位于天线辐射体的净空区内。
金属化边框222围设在塑胶边框221外边缘，可以由一段框体首尾相连构成，即金属化边框为整体式框体，也可以由多段框体首尾依次相连构成，也可以由不连续的多段框体构成。在一个可能的实施例中，金属化边框222可以为金属边框，包括但不限于铝、铝镁合金等。在其他可能的实施例中，金属化边框222可以为表面复合有金属镀层的塑胶边框，例如表面复合有金属镀层的玻璃纤维增强的聚碳酸酯、表面复合有金属镀层的碳纤维增强树脂复合材料等。
在其他可能的实现方式中，边框202为塑胶边框；或者包括塑胶边框和陶瓷边框或者玻璃边框，陶瓷边框或玻璃边框通过塑胶边框与所述中板201相连。本领域技术人员可以理解的是，陶瓷边框和玻璃边框与上文所述的金属化边框222与塑胶边框的连接方式、设置方式相似，本申请在此不再赘述。
在一个可能的实现方式中，电子设备中，边框202背向中板201的一面可以为竖直面，例如，金属化边框222朝外的一面可以与显示屏垂直。或者，电子设备中，金属化边框222朝外的一面为向外凸起的弧面，一方面便于用于手握电子设备，另一方面使得金属化边框222的外边更美观。
如图13所示，图13为本申请实施例提供的中框组件的制备工艺流程图，本申请实施例中所述的中框组件按照以下步骤制备得到：
步骤1）：将碳纤维增强树脂复合材料进行加工，得到可以作为中框的中板201的基体211。
其中，碳纤维增强树脂复合材料与上文所述相同，本申请在此不再赘述。将碳纤维增强树脂复合材料通过冲压或者计算机数字控制机床（Computer number control，CNC）加工形成基体211，基体上可形成用于放置电路板上的元件的开口以及可供电池设置的电池仓。在一个可能的实现方式中，基体211边缘设置有缺口结构或咬合结构。或者，在其他可能的实现方式中，碳纤维增强树脂复合材料基体211的部分外周形成碳纤维增强树脂复合材料侧壁，增加边框202和中板201之间的结合力。
步骤2）：在碳纤维增强树脂复合材料基体表面形成金属镀层212，得到中板；
金属镀层212可以通过对碳纤维增强树脂复合材料基体211进行金属化表面处理形成，所述金属化表面处理包括但不限于喷镀、金属熔喷（Metal Spray Pattern，MSP）、印刷直接成型（又称移印，printing direct structuring，PDS）、激光直接成型（LaserDirect Structuring，LDS）、激光化学活化金属镀（Laser-Activating-Plating，LAP）、化学镀等方式，金属化表面处理方式不同，采用的金属及形成的金属镀层也有所不同。
例如，冷喷涂采用压缩空气加速金属粒子到临界速度，经喷嘴喷出，金属粒子打击到基体表面后发生物理形变，金属粒子撞击后形变并牢固附着在基体表面，整个过程高度且低温，对基体的热影响小，且涂层致密。在一个可能的实施例中，采用冷喷涂法在基体211上形成金属镀层212，所述金属镀层212可以为锌、铜、镍、金、银、锡的单种金属镀层或多种金属形成的合金镀层。在一个可能的实施例中，金属镀层212为单层镀层，例如锌铜镀层或铜镀层，其厚度为30~40μm；例如铜镀层，其厚度为6~18μm；例如镍镀层，其厚度为2~8μm。在一个可能的实施例中，金属镀层212为多层金属镀层，例如包括依次复合的铜镀层和镍镀层，或者依次复合的铜镀层、镍镀层和金镀层，其中，铜镀层的厚度可以为6~18μm，镍镀层的厚度可以为2~8μm，金镀层的厚度可以为0.2~0.4μm。
例如，PDS是指应用凹版印刷的原理，由移印设备将包含银粉、铜粉、铝粉、镍粉等金属粉末的导电油墨通过胶头直接转移在基体，热固化后形成金属镀层。导电油墨除了包括金属粉末，还包括硅树脂、环氧树脂等。在一个可能的实施例中，导电油墨的电阻率为10-4~10-5ohm·cm。在一个可能的实施例中，金属镀层的厚度为12~20μm。在一个可能的实施例中，金属镀层的厚度为30~40μm。
例如，化学镀是在金属的催化作用下，通过氧化还原反应使金属沉积形成金属镀层的过程。在一个可能的实施例中，采用化学镀法在基体211上形成金属镀层212，所述金属镀层212可以为锌、铜、镍、金的单种金属镀层或多种金属形成的合金镀层。在一个可能的实施例中，金属镀层212为单层镀层，例如锌铜镀层或铜镀层，其厚度为30~40μm；例如铜镀层，其厚度为6~18μm；例如镍镀层，其厚度为2~8μm。在一个可能的实施例中，金属镀层212为多层金属镀层，例如包括依次复合的铜镀层和镍镀层，或者依次复合的铜镀层、镍镀层和金镀层，其中，铜镀层的厚度可以为6~18μm，镍镀层的厚度可以为2~8μm，金镀层的厚度可以为0.2~0.4μm。
步骤3）：将中板201与边框202相连接。
具体而言，可以通过焊接、卡接等机械方式将中板201与边框202相连接，也可以通过一体注塑成型将中板201与边框202相连接。
在一个可能的实现方式中，通过螺丝紧固的方式将上述中板201与边框202相连接，如图14所示，图14为本申请实施例提供的中框组件的连接结构示意图。分别在中板201和边框202设置相应的螺丝孔，通过螺母91实现中板201与边框202的紧固连接。此时，边框202可以为预先成型的金属边框。在一个可能的实施例中，螺母91为热熔螺母，与碳纤维增强树脂复合材料基体211通过热熔胶92等结合，从而实现中板201和边框202之间较高的锁接强度。在其他可能的实施例中，可以在碳纤维增强树脂复合材料基体211上直接攻牙，或者在碳纤维增强树脂复合材料基体211上攻牙后进行金属化处理。
通过一体注塑成型将中板201与边框202相连接时，边框202可以为塑胶边框或者包括塑胶边框和金属化边框或者玻璃边框或者陶瓷边框的复合边框。一体注塑成型可以包括纳米注塑成型（Nano Molding Technology，NMT）或模内注塑压铸（Metal DeviceAntenna，MDA）。
NMT的一个典型流程为：
将包括金属镀层和碳纤维增强树脂复合材料基体的中板201进行处理，在金属镀层表面刻蚀出尺寸较小的蜂窝状纳米孔，然后与塑胶粒子和金属边框、玻璃边框或陶瓷边框注塑成型，得到中框组件。
与直接以金属中板进行NMT处理相比，以包括金属镀层和碳纤维增强树脂复合材料基体的中板进行NMT无需进行冲压处理（即造型处理），直接通过T处理、E处理等在金属镀层表面刻蚀出尺寸较小的蜂窝状纳米孔后进行注塑成型。边框为塑胶边框时，中板直接与塑胶粒子进行注塑成型即可；边框为包括塑胶边框和金属化边框或者玻璃边框或者陶瓷边框的复合边框时，注塑成型时采用塑胶粒子将金属化边框、玻璃边框或陶瓷边框注塑成为一体结构。
MDA的一个典型流程为：
将包括金属镀层和碳纤维增强树脂复合材料基体的中板201直接与塑胶粒子和金属边框、玻璃边框或陶瓷边框注塑成型，保压射压后得到中框组件。
与直接以金属中板进行MDA处理相比，以包括金属镀层和碳纤维增强树脂复合材料基体的中板进行MDA无需进行压铸和冲切处理，直接进行注塑成型。边框为塑胶边框时，中板直接与塑胶粒子进行注塑成型即可；边框为包括塑胶边框和金属化边框或者玻璃边框或者陶瓷边框的复合边框时，注塑成型时采用塑胶粒子将金属化边框、玻璃边框或陶瓷边框注塑成为一体结构。
在一个可能的实现方式中，注塑成型采用的塑胶粒子包括但不限于聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、玻璃纤维增强的聚碳酸酯（PC+GF）、ABS增强的聚碳酸酯（ABS+PC）或者碳纤维增强树脂复合材料等。
为了实现信号发射和接收，电子设备内设置至少一个天线组件，天线组件包括天线辐射体以及与天线辐射体电连接的馈电点和接地点。本申请实施例在中框组件上设置天线辐射体，如图15所示，图15为本申请第二实施例提供的中框组件的剖面结构示意图，中板301通过塑胶边框321与金属化边框322连接，金属化边框322至少部分框体作为天线辐射体324，金属化边框322上具有若干缝隙323作为天线缝隙，用于将相邻两个天线辐射体间隔开。
天线组件的馈电点（未在图中示出）可以位于电路板（未在图中示出）上，通过馈源与电路板上的射频芯片或主芯片（未在图中示出）电连接，馈源通过馈电点向各个天线辐射体324馈入高频电流，高频电流在天线辐射体上以电磁波方式向外发射。由于电路板的接地点与中板301电连接，所以，天线组件的接地点一端与天线辐射体电连接，另一端与中板301电连接实现接地。
在一个可能的实现方式中，天线辐射体324通过导电层325与中板301的金属镀层实现电连接，导电层325将天线辐射体324与中板301的金属镀层电连接，实现天线辐射体324的接地。导电层325可以通过超声焊接、银浆印刷或喷涂等方式形成，本申请实施例对其并无特殊限制。在一个可能的实现方式中，金属边框322和塑胶边框321通过注塑的方式与中板301相连接，将金属边框322进行加工，形成天线缝隙323和天线辐射体324，再通过银浆印刷的方式在中板301的金属镀层和天线辐射体324上形成导电层325，实现天线辐射体324的接地。
在其他可能的实现方式中，天线辐射体424通过导电辅料，例如金属弹片等与中板401的金属镀层412电连接，实现天线辐射体424的接地，如图16所示，图16为本申请第三实施例提供的中框组件的剖面结构示意图。分别在中板401和边框402设置相应的螺丝孔，通过螺母131实现中板401与边框402的紧固连接。在天线辐射体424和中板401的金属镀层之间设置金属弹片425，实现天线辐射体与中板401的电连接。金属弹片425可以是一个，也可以是两个或多个，金属弹片为多个时，多个金属弹片之间电连接。
在一些可能的实现方式中，金属弹片425可以是点焊的方式实现电连接，焊接区设置在天线辐射体424上。在一些可能的实现方式中，金属弹片425可以是双面凸包垫片的形式，例如，4个凸包为一组，两个凸包面向天线辐射体424与天线辐射体424相接触，另外两个凸包面向金属镀层412与金属镀层412相连接，实现天线辐射体424与中板401的电连接。
采用金属弹片425实现电连接时，为了减小金属弹片425的收缩电阻，中板401和边框402之间的夹紧力需要在100N以上，当接触压力增加时，两接触表面相互移近，接触斑点数随之增加，从而使真实的接触面积增加，使收缩电阻降低。另外，一些接触斑点的变形从弹性变形变成塑性变形，使接触表面发生永久变平，也能够减少金属弹片的收缩电阻，参见表4，表4为金属弹片接触形式导致的收缩电阻变化。
表4 金属弹片接触形式导致的收缩电阻变化
在其他可能的实现方式中，天线辐射体424还可以通过凸包、导电布、导电胶、泡棉等与中板401的金属镀层电连接。
在其他可能的实现方式中，参见图17，图17为本申请实施例提供的天线辐射体与PCB板的连接示意图；天线辐射体1701可以通过弹片1702与PCB板1703实现电连接。弹片1702可以是一个、两个或多个，通过PCB板实现电连接可以节省结构成本。或者，参见图18，图18为本申请实施例提供的天线辐射体与屏幕组件的连接示意图；天线辐射体1801可以通过泡棉1802与屏幕1803的金属框或铜箔实现电连接。
在本申请实施例中，天线组件的个数为多个，包括主天线和寄生天线；或者包括低频天线（700~960MHz）、中频天线（1.71~2.2GHz）、中高频天线（1.805~2.69GHz）和高频天线（2.3~2.69GHz），还可以包括3300~3600MHz频段天线和4800~5000MHz频段。天线组件还可以包括WIFI天线、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）天线、蓝牙天线等。
金属化边框至少部分框体作为天线辐射体时，天线辐射体可以在包括金属边框和塑胶边框的边框和中板注塑后经过加工形成，也可以首先将塑胶边框和中板相连后通过电镀、镭雕、印刷等方式形成。在本申请实施例中，天线辐射体的材料包括但不限于银、金、镍、不锈钢等。
在其他可能的实现方式中，天线组件中的天线辐射体设置在塑胶边框朝向中板的一侧，即天线辐射体设置在塑胶边框内侧。此时，天线辐射体可以与塑胶边框和中板一体注塑形成。
在将边框与包括金属镀层和碳纤维增强树脂复合材料基体的中板采用一体注塑成型的方式进行连接时，注塑压力接近50~100MPa，中板上的金属镀层和塑胶粒子的结合面在注塑过程中会受到较大的压力，导致中板上的金属镀层剥落，影响电子设备的天线性能或者导电性能。
为了避免中板上的金属镀层脱落，本申请实施例提供的中框组件可以增加保护层，如图19所示，图19为本申请第四实施例提供的中框组件的剖面结构示意图。碳纤维增强树脂复合材料基体511、复合在其表面的金属镀层512和复合在金属镀层表面的保护层513构成中板501，边框502与中板501相连接。在金属镀层512表面设置保护层513能够防止将中板501与边框502进行连接时，金属镀层512的脱落。
在本实施例中，碳纤维增强树脂复合材料基体511、复合在其表面的金属镀层512以及边框502参见上文所述，本申请在此不再赘述。保护层513可以为金属氧化物保护层、油漆保护层、涂料保护层等，作用在于使金属镀层512钝化，防止金属镀层512的脱落。
金属镀层512的全部表面可以设置保护层513，也可以部分表面设置保护层513，例如在与边框502相连接的部分设置保护层513，在部分表面设置保护层513对于不设保护层的金属镀层的厚度没有要求，有利于电子设备减重。
一般而言，保护层513可以通过采用表面皮膜处理、钝化液处理、喷涂、阳极氧化、微弧氧化、电泳等方式形成。具体而言，表面皮膜处理是指将包含金属镀层512和碳纤维增强树脂复合材料基体511的中板501进行化学浸泡处理，在金属镀层512表面形成抗氧化保护层，其中，化学浸泡处理可以为磷酸处理、锰酸盐处理或钒酸盐处理，本申请对此并无特殊限制。
钝化液处理与表面皮膜处理类似，区别在于将包含金属镀层512和碳纤维增强树脂复合材料基体511的中板501在钝化液中进行钝化处理，在金属镀层512表面形成薄的保护膜使金属镀层与外界介质隔绝，避免金属镀层受到腐蚀的同时防止金属镀层脱落。
喷涂处理是通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，将油漆或其他覆盖物分散成均匀而微细的雾滴，施涂于金属镀层512表面形成一层保护层。
阳极氧化是以包含金属镀层512和碳纤维增强树脂复合材料基体511的中板501为阳极，在电解液中进行电解，使金属镀层512表面形成氧化物薄膜，实现对金属镀层512的保护。
微弧氧化，也称为等离子体电解氧化（PEO），在电解液中，在弧光放电产生的瞬时高温高压作用下，在金属镀层512表面生长出以金属氧化物为主并辅以电解液组分的改性陶瓷涂层作为保护层，实现对金属镀层512的保护。
电泳是以包含金属镀层512和碳纤维增强树脂复合材料基体511的中板501作为阴极，电泳涂料在电压作用下，与金属镀层512的表面发生反应形成不溶解物，沉积于金属镀层512表面，实现对金属镀层512的保护。
在一个可能的实现方式中，本申请还可以通过在中板与边框结合的部分不复合金属镀层的方法避免金属镀层的脱落，影响中框性能，如图20所示，图20为本申请第五实施例提供的中框组件的剖面结构示意图。中板601包括碳纤维增强树脂复合材料基体611和金属镀层612，金属镀层612复合在不与边框602接触的碳纤维增强树脂复合材料基体611的表面，边框602直接与碳纤维增强树脂复合材料基体611相连接。也就是说，在中板601与边框602接触的部分，碳纤维增强树脂复合材料基体611表面不复合金属镀层612，只在不与边框602接触的部分复合金属镀层612。为了实现碳纤维增强树脂复合材料基体611上表面和下表面金属镀层的电连接连续性，在金属镀层612边缘，即边框602直接与碳纤维增强树脂复合材料基体611相连接部分的边缘，在碳纤维增强树脂复合材料基体611上开设通孔613并通过复合金属镀层并使该金属镀层与金属镀层612相连接等方式，使碳纤维增强树脂复合材料基体611上表面的金属镀层和下表面的金属镀层实现电连接连续性。通孔613的数量可以是多个，如图21所示，也可以是一个，如图22所示。在其他可能的实现方式中，也可以通过在通孔613上连接导电材料与金属镀层612相连接，例如金属片或导电油墨等方式实现电连接连续性。
在一个其他可能的实现方式中，还可以通过直接复合金属镀层714的方式在边框702直接与碳纤维增强树脂复合材料基体711相连接部分的边缘使碳纤维增强树脂复合材料基体711上表面的金属镀层和下表面的金属镀层实现电连接连续性，如图23所示。中板701包括碳纤维增强树脂复合材料基体711和金属镀层712，金属镀层712复合在不与边框702接触的碳纤维增强树脂复合材料基体711的表面，边框702直接与碳纤维增强树脂复合材料基体711相连接。也就是说，在中板701与边框702接触的部分，碳纤维增强树脂复合材料基体711表面不复合金属镀层712，只在不与边框702接触的部分复合金属镀层712。为了实现碳纤维增强树脂复合材料基体711上表面和下表面金属镀层712的电连接连续性，直接在边框702与碳纤维增强树脂复合材料基体711相连接部分复合金属镀层714，使碳纤维增强树脂复合材料基体711上表面的金属镀层和下表面的金属镀层实现电连接连续性。在其他可能的实现方式中，也可以直接连接导电片等实现碳纤维增强树脂复合材料基体711上表面的金属镀层和下表面的金属镀层实现电连接连续性。
在一个可能的实现方式中，在天线组件需要金属参考地耦合时，本申请还可以进一步在中板与边框结合的部分复合第二金属镀层，如图24所示。中板801包括碳纤维增强树脂复合材料基体811和金属镀层812，金属镀层812复合在不与边框802接触的碳纤维增强树脂复合材料基体811的表面，边框802直接与碳纤维增强树脂复合材料基体811相连接。也就是说，在中板801与边框802接触的部分，碳纤维增强树脂复合材料基体811表面不复合金属镀层812，只在不与边框802接触的部分复合金属镀层812，避免后续注塑过程中相接触部分金属镀层812的脱落。在金属镀层812边缘，即边框802直接与碳纤维增强树脂复合材料基体811相连接部分的边缘，在碳纤维增强树脂复合材料基体811上开设通孔813并通过复合金属镀层等方式，使碳纤维增强树脂复合材料基体811上表面的金属镀层和下表面的金属镀层实现电连接连续性。通孔813的数量可以是多个，也可以是一个。在边框802与中板801相连接部分的边缘复合第二金属镀层814，便于实现天线组件金属参考地耦合。
为了进一步减轻电子设备重量，在本申请第五实施例中，参见图25，图25为本申请第六实施例提供的中框组件的结构示意图。中框组件包括中板901和边框902，所述中板901包括第一碳纤维增强树脂复合材料基体和复合在所述第一碳纤维增强树脂复合材料基体上的第一金属镀层；所述边框902包括塑胶边框921和通过塑胶边框921与中板901相连接的金属化边框922，金属化边框包括第二碳纤维增强树脂复合材料基体和复合在所述第二碳纤维增强树脂复合材料基体上的第二金属镀层，即中板901和边框902都由复合有金属镀层的碳纤维增强树脂复合材料形成，具有高强度的同时具有低重量。金属化边框922的至少部分框体形成天线辐射体，天线辐射体通过导电层与中板901相连接。天线辐射体以及导电层的设置可参见上文所述，本发明在此不再赘述。
应当理解的是，本申请提及的电子设备可以是任何具备通信和存储功能的设备，例如智能手机、蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议（Session Initiation Protocol，SIP）电话、平板电脑、个人数字处理（Personal Digital Assistant,PAD）、笔记本电脑、数码相机、电子书籍阅读器、便携多媒体播放器、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其他处理设备、车载设备、可穿戴设备、5G终端设备等，本申请实施例对此并不限定。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (23)
1.一种中框组件，包括中板和围设在所述中板外边缘的边框；所述中板包括第一碳纤维增强树脂复合材料基体和复合在所述基体表面的第一金属镀层；
所述第一金属镀层的厚度大于等于其趋肤深度；
其中，所述第一碳纤维增强树脂复合材料基体不与边框连接的部分复合有第一金属镀层；所述碳纤维增强树脂复合材料基体上设置有通孔，所述通孔表面复合有第二金属镀层，所述第二金属镀层与所述第一金属镀层相连接；
或者，所述第一碳纤维增强树脂复合材料基体不与边框连接的部分复合有第一金属镀层；所述碳纤维增强树脂复合材料基体与边框相连接的部分复合有第二金属镀层，所述第二金属镀层与所述第一金属镀层相连接；
或者，所述中板还包括复合在所述第一金属镀层表面的保护层。
2.根据权利要求1所述的中框组件，其特征在于，所述第一金属镀层的电阻率为1×10- 4ohm·cm以下。
3.根据权利要求2所述的中框组件，其特征在于，所述第一金属镀层的电阻率为1×10- 5ohm·cm~1×10-8ohm·cm。
4.根据权利要求3所述的中框组件，其特征在于，所述第一金属镀层选自锌、铜、镍、金、银、锡和铝中的一种或其合金。
5.根据权利要求1所述的中框组件，其特征在于，还包括设置在所述边框上的天线辐射体。
6.根据权利要求5所述的中框组件，其特征在于，所述边框包括塑胶边框和通过塑胶边框与所述中板相连的金属化边框。
7.根据权利要求5所述的中框组件，其特征在于，所述边框包括塑胶边框和通过塑胶边框与中板相连接的金属化边框，所述金属化边框包括第三碳纤维增强树脂复合材料基体和复合在所述第三碳纤维增强树脂复合材料基体上的第三金属镀层。
8.根据权利要求6或7所述的中框组件，其特征在于，所述金属化边框至少部分框体作为天线辐射体。
9.根据权利要求8所述的中框组件，其特征在于，所述天线辐射体通过导电层与所述中板电连接。
10.根据权利要求8所述的中框组件，其特征在于，所述天线辐射体通过导电辅料与所述中板电连接。
11.根据权利要求10所述的中框组件，其特征在于，所述导电辅料为金属弹片、金属垫片、导电布、导电胶或导电泡棉。
12.根据权利要求6或7所述的中框组件，其特征在于，所述天线辐射体设置在所述边框朝向中板的一侧。
13.根据权利要求12所述的中框组件，其特征在于，所述天线辐射体通过导电层与所述中板电连接。
14.根据权利要求12所述的中框组件，其特征在于，所述天线辐射体通过导电辅料与所述中板电连接。
15.根据权利要求1所述的中框组件，其特征在于，所述第一碳纤维增强树脂复合材料基体为碳纤维增强环氧树脂复合材料基体、碳纤维增强酚醛树脂复合材料基体或碳纤维增强聚四氟乙烯树脂复合材料基体。
16.一种中框组件的制备方法，包括以下步骤：
提供碳纤维增强树脂复合材料基体；
在所述碳纤维增强树脂复合材料基体表面复合第一金属镀层，得到中板；
提供边框材料，将所述边框材料与中板相连接，得到中框组件；
其中，第一碳纤维增强树脂复合材料基体不与边框连接的部分复合有第一金属镀层；所述碳纤维增强树脂复合材料基体上设置有通孔，所述通孔表面复合有第二金属镀层，所述第二金属镀层与所述第一金属镀层相连接；
或者，所述第一碳纤维增强树脂复合材料基体不与边框连接的部分复合有第一金属镀层；所述碳纤维增强树脂复合材料基体与边框相连接的部分复合有第二金属镀层，所述第二金属镀层与所述第一金属镀层相连接；
或者，所述中板还包括复合在所述第一金属镀层表面的保护层。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，将所述边框材料与中板进行注塑。
18.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，将所述边框材料与中板进行机械连接。
19.根据权利要求16~18任意一项所述的制备方法，其特征在于，还包括：在所述边框上形成天线辐射体。
20.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，还包括将所述天线辐射体与所述中板电连接。
21.一种电子设备，包括权利要求1~15任意一项所述的中框组件。
22.一种电子设备，至少包括屏幕组件、印刷电路板和权利要求1~4任意一项所述的中框组件，所述边框上设置有天线辐射体，所述天线辐射体与所述屏幕组件或所述印刷电路板电连接。
23.一种电子设备，至少包括屏幕组件、印刷电路板和权利要求5~8、12任意一项所述的中框组件，所述天线辐射体与所述屏幕组件或所述印刷电路板电连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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