JP2015012298A

JP2015012298A - ハウジング及びその製造方法

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Publication number: JP2015012298A
Application number: JP2014132427A
Authority: JP
Inventors: 伝華姜; Chwan-Hwa Chiang; 傑祥王; Chieh-Hsiang Wang
Original assignee: FIH Hong Kong Ltd
Current assignee: FIH Hong Kong Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-01-19
Also published as: US9232659B2; US20150003028A1; CN104253884A; TWI548322B; TW201517734A

Abstract

【課題】優れた耐摩耗性を有し、無線信号の送受信に影響を与えないハウジング及びこのハウジングの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るハウジングは、互いに反対側に位置する内面及び外面を有するセラミック基材と、前記セラミック基材の内面に接合される緩衝層を備える。前記緩衝層は、樹脂材料からなり、前記セラミック基材の内部には、金属製の電子部品がさらに埋設されており、前記セラミック基材の焼結温度は、前記電子部品の融点より低い。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯情報端末に用いられるハウジング及び前記ハウジングの製造方法に関するものである。

近年、携帯電話機等の携帯情報端末のハウジングは、殆んど樹脂又は金属により製造されている。金属製ハウジングの場合、優れた機械強度を備えるが、電磁波を遮断する場合があり、携帯情報端末（例えば、携帯電話機や無線インターネットできるタブレットパソコン等）における無線信号の送受信に対して影響を与える可能性がある。一方、樹脂製ハウジングの場合、携帯情報端末における無線信号の送受信に影響は与えないが、摩損し易い。

上記の問題点に鑑みて、本発明は、優れた耐摩耗性を有し、無線信号の送受信に影響を与えないハウジング及びこのハウジングの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るハウジングは、互いに反対側に位置する内面及び外面を有するセラミック基材と、前記セラミック基材の内面に接合される緩衝層とを備える。前記緩衝層は、樹脂材料からなり、前記セラミック基材の内部には、金属製の電子部品がさらに埋設されており、前記セラミック基材の焼結温度は、前記電子部品の融点より低い。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係るハウジングの製造方法は、セラミック粉末、接着剤及び有機溶剤を混合して、セラミック懸濁液を調製する工程と、前記セラミック懸濁液によって複数のセラミックシートを成形する工程と、前記複数のセラミックシートのうちの少なくとも１つのセラミックシートの上面に、金属粉末及び有機接着クリームを含むパターン化された金属インキ層を印刷する工程と、前記金属インキ層が形成されたセラミックシートの上に少なくとも１つのセラミックシートを被覆して前記金属インキ層がセラミックシート間に介在するようにして、前記複数のセラミックシートを積み重ねて積層体を構成し、前記積層体に圧力を加える工程と、前記積層体に対して加圧成形を行って、前記積層体を所望の３次元形状に成形させた後、トリミングして、ハウジング予備成形体を獲得する工程と、前記ハウジング予備成形体の焼結温度より低い温度で、前記ハウジング予備成形体を加熱して、前記ハウジング予備成形体の中の接着剤及び前記金属インキ層の中の有機接着クリームをそれぞれ取り除き、前記金属インキ層の中の金属によって前記ハウジング予備成形体の中に電子部品を形成させる工程と、前記ハウジング予備成形体の焼結温度で前記ハウジング予備成形体を加熱焼結して、互いに反対側に位置する内面及び外面を含むセラミック基材を獲得する工程と、前記セラミック基材を射出成形金型の中に挿入して、前記射出成形金型のキャビティの中に溶融した樹脂を注入して、前記樹脂を前記セラミック基材の内面に接合させて、前記樹脂を冷却させて緩衝層を形成する工程と、を備える。

上記の実施形態によれば、本発明に係るハウジングの製造方法は、複数のセラミックシートを積み重ねた積層体を焼結することによりセラミック基材を得る。前記セラミック基材を製造する過程において、携帯情報端末のアンテナや印刷回路基板等の電子部品を前記セラミックシートに設置して、電子部品を前記セラミック基材の内部にパッケージする。これにより、携帯情報端末の内部空間を節約でき、携帯情報端末を小型化できる。また、本発明は、インモールド射出成形法によって、前記セラミック基材の内面に緩衝層を形成して、ハウジングの携帯情報端末の内部電子素子に対する衝撃力を弱めることができる。また、本発明の製造方法で得たハウジングの外側層はセラミック製であり、内側層は樹脂製であるので、前記ハウジングは耐摩耗性に優れているだけでなく、携帯情報端末における無線信号の送受信に影響を与えることもない。

本発明の実施形態に係るハウジングの斜視図である。図１に示したハウジングのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。本発明の実施形態に係るハウジングの製造方法のフローチャート図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るハウジング１００は、携帯電話機やタブレットパソコン等の携帯情報端末のハウジングとして使用される。以下の実施形態において、携帯電話機のバックカバーを例として説明する。前記バックカバーは、セラミック基材１０及びセラミック基材１０の内面に接合された緩衝層２０を備える。

セラミック基材１０は、複数のセラミックシートを積み重ねた積層体を焼結することにより形成される。セラミック基材１０は、主にセラミック材料からなる。前記セラミック材料は、二酸化ジルコニウム、三酸化二イットリウム及び酸化アルミニウムの混合物である。その内、二酸化ジルコニウムの含有量は８５〜９１質量％であり、三酸化二イットリウムの含有量が８〜１３質量％であり、酸化アルミニウムの含有量が１〜２質量％である。尚、他の実施形態において、セラミック材料は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）又はチタン酸亜鉛マグネシウム（（Ｚｎ，Ｍｇ）ＴｉＯ_３）を主成分とするセラミック材料からなる誘電体セラミックスである。チタン酸亜鉛マグネシウムを主成分とするセラミック材料からなる誘電体セラミックスにおいて、チタン酸亜鉛マグネシウムの含有量は約６３〜６９質量％である。また、上記したセラミック材料の中には、そのセラミック材料の焼結温度を下げるための焼結助剤が添加されている。前記焼結助剤は、融点が前記セラミック材料の焼結温度より低い酸化物である。この酸化物の例として、酸化銅、酸化亜鉛、三酸化二ホウ素、亜鉛ホウ素ガラス等が挙げられる。本実施形態において、亜鉛ホウ素ガラスを焼結助剤として採用する。上記のような組成成分を有するセラミック材料からなるセラミック基材１０の耐衝撃性及び振動防止性能は優れている。

また、セラミック基材１０の厚さは、約０．０６ｍｍ〜２．０ｍｍである。セラミック基材１０は、携帯電話機の内部に対向して位置する内面１０１及び内面１０１の反対側に位置する外面１０２を含み、且つ所定の３次元形状を呈する。

セラミック基材１０の内部には、電子部品１２が埋設されており、この電子部品１２は、アンテナ、コンデンサのインナー電極及び印刷回路基板のうちの１種又は２種以上である。電子部品１２の材料は、銀、銀パラジウム合金及びパラジウムのうちの何れか１種である。

電子部品１２がコンデンサのインナー電極である場合、セラミック基材１０の全体又は一部は、前記インナー電極と共同でコンデンサを構成する。前記コンデンサは、前記インナー電極を介して携帯電話機の回路基板に電気的に接続され、且つ携帯電話機の電池と並列接続して使用される。これにより、電池の電圧がシステムのオフ電圧に近いレベルまで低下する時に、電流の過負荷によって、携帯電話機が早めにシャットダウンする問題を効果的に防止することができ、電池の利用性を高めることができる。

上記のように、電子部品１２がコンデンサのインナー電極として、セラミック基材１０と共同で１つのコンデンサを構成する時に、誘電性能の要求を満たすために、セラミック基材１０の材料は誘電セラミック材料である。電子部品１２が銀パラジウム合金からなる場合、銀とパラジウムの含有量の比率を調節することによって、電子部品１２に高い融点を持たせることができる。この際、セラミック基材１０の中に焼結助剤を添加しなくても良い。

また、電子部品１２が印刷回路基板である場合、電子部品１２は携帯電話機の隠れマザーボードとして使用できるため、携帯電話機の薄型化に有利であり、且つ放熱性能を高めることができる。

緩衝層２０は、樹脂からなり、インモールド射出成形によってセラミック基材１０と一体になる。緩衝層２０は、セラミック基材１０の内面１０１の全体と接合されるか又はセラミック基材１０の内面１０１の一部のエリアと接合される。緩衝層２０には、ハウジング１００の組立構造２２が形成されている。組立構造２２は、フック、尾錠、固定ピン、ネジ等のうちの何れか１種又は２種以上である。緩衝層２０を構成する樹脂は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン及びポリプロピレン共重合体のうちの１種又は２種以上である。

また、ハウジング１００のセラミック基材１０の外面１０２に、ペンキやインク等からなる装飾層３０を形成しても良い。

本発明のハウジング１００のセラミック基材１０は、優れた耐衝撃性及び振動防止性能を有する。また、本発明は、射出成形法によって、セラミック基材１０の内面に緩衝層２０を形成するが、その過程において、緩衝層２０にフック等の組立構造２２を容易に形成できるため、ハウジング１００と携帯式電子装置とを組み立てることができる。

図３に示すように、本発明の実施形態に係るハウジング１００の製造方法は、以下の工程を備える。

第一工程（Ｓ１）において、セラミック懸濁液を調製する。具体的には、セラミック粉末、焼結助剤、接着剤及び有機溶剤を均一に混合して、前記セラミック懸濁液を得る。前記セラミック粉末は、二酸化ジルコニウム、三酸化二イットリウム及び酸化アルミニウムの混合物である。この中で、二酸化ジルコニウムの含有量は８５〜９１質量％であり、三酸化二イットリウムの含有量は８〜１３質量％であり、酸化アルミニウムの含有量は１〜２質量％である。また、前記セラミック粉末は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）又はチタン酸亜鉛マグネシウム（（Ｚｎ，Ｍｇ）ＴｉＯ_３）を主成分とするセラミック材料であっても良い。チタン酸亜鉛マグネシウムを主成分とするセラミック材料からなる誘電体セラミックスにおいて、チタン酸亜鉛マグネシウムの含有量は約６３〜６９質量％である。前記接着剤は、ポリエチレングリコール又はポリビニルブチラール（ＰＶＢ）である。前記セラミック粉末と前記接着剤との質量の比率は、６：４〜９：１である。前記焼結助剤は、融点が前記セラミック材料より低い酸化物であり、例えば、酸化銅、酸化亜鉛、三酸化二ホウ素、亜鉛ホウ素ガラス等が挙げられる。前記焼結助剤は、セラミック材料の焼結温度を下げて、セラミック材料の焼結温度を電子部品１２の融点より低くして、電子部品１２が後続の焼結過程において溶融されるのを防止する。前記有機溶剤は、セラミック粉末の粒子を均一に分散させることに用いられる。また、前記有機溶剤は、イソプロピルアルコールとキシレンの混合液を用いてもよい。

第二工程（Ｓ２）において、セラミックシートを成形する。具体的には、シート成形機又はスクレーパーを利用して、前記セラミック懸濁液によって、厚さが約１０μｍ〜３０μｍである複数のセラミックシートを成形する。

第三工程（Ｓ３）において、上記複数のセラミックシートのうちの少なくとも１つのセラミックシートの上面において、パターン化された金属インキ層を印刷する。前記金属インキ層は、所望の形状を有する。また、前記金属インキ層の中には、金属粉末及び有機接着クリームを含む。前記金属粉末は、銀、銀パラジウム合金及びパラジウムのうちの１種である。

第四工程（Ｓ４）において、複数の前記セラミックシートを積み重ねて積層体を形成する。積み重ねる過程において、金属インキ層が形成されたセラミック層の上に、少なくとも１つのセラミックシートを被覆して、金属インキ層がセラミックシート間に介在するようにして前記金属インキ層を保護する。次に、水圧機関を用いて、前記積層体に対して圧力を加えることによって、複数の前記セラミック層を互いに緊密に接合させる。前記水圧機関は、積層体の各部分に対して均一な圧力を加えることができる。前記水圧機関の前記積層体に加えた圧力は、３０ＭＰａ〜１００ＭＰａである。圧合時間は、５分〜１５分である。本実施形態において、前記セラミックシートの数は、２個〜５０個である。

第五工程（Ｓ５）において、第四工程（Ｓ４）で得た積層体に対して加圧（高圧）成形を行ってハウジング予備成形体を得る。具体的には、熱プレス金型を用いて、高圧成形を行って、前記積層体を所望の３次元形状に成形させた後、余分な部分を除去するトリミングを行って、ハウジング１００の予備成形体を得る。前記高圧成形処理の前記積層体に加えた圧力は、３０Ｋｇ／ｃｍ^２〜７０Ｋｇ／ｃｍ^２である。高圧成形の時間は１分〜２分である。高圧成形の時に、前記熱プレス金型を６０℃〜２００℃まで加熱する。

第六工程（Ｓ６）において、ハウジング予備成形体を低温焼結する。所謂低温焼結とは、ハウジング予備成形体の焼結温度より低い温度で、前記ハウジング予備成形体を加熱して、前記ハウジング予備成形体の中の接着剤及び前記金属インキ層の中の有機接着クリームを取り除くことである。具体的には、１００℃／ｈの加熱速度で、前記ハウジング予備成形体を６００℃まで加熱して、前記ハウジング予備成形体を６００℃の条件下で６時間放置した後、自然冷却する。低温焼結は、前記ハウジング予備成形体内の接着剤及び残留した溶剤を取り除いて、セラミック材料の内部に空間を空けておくことを目的とする。これにより、セラミック結晶体の粒界は、高温焼結する時に移動して、セラミックの密度を増加し、セラミックの物理特性を改善することができる。また、低温焼結は、前記パターン化された金属インキ層の中の有機接着クリームも同時に取り除く。この中の金属は、セラミックの内部に残留して、電子部品１２を形成する。

第七工程（Ｓ７）において、低温焼結されたハウジング予備成形体を高温焼結してセラミック基材１０を得る。所謂高温焼結とは、前記ハウジング予備成形体の焼結温度で前記ハウジング予備成形体を焼結して、元々が粉末であるセラミック材料を機械性能を有するセラミック焼結体に転換させることにより、セラミック基材１０を得ることである。具体的には、６．５℃／分の加熱温度で、低温焼結された後のハウジング予備成形体を７００℃まで加熱した後、０．３℃／分〜０．５℃／分の加熱温度に変えて、前記ハウジング予備成形体を、前記ハウジング予備成形体の焼結温度まで加熱し、且つ前記焼結温度の中で２時間放置する。

焼結助剤が添加されない場合、チタン酸亜鉛マグネシウムを主成分とするセラミック材料の焼結温度は、９５０℃〜１３５０℃である。二酸化ジルコニウムと三酸化二イットリウムと酸化アルミニウムとの混合物からなるセラミック材料の焼結温度は、１３５０℃〜１７５０℃である。一方、セラミック粉末材料の中に焼結助剤が添加された場合、前記ハウジング予備成形体の焼結温度は、８００℃〜１０００℃まで下がる。

上記の高温焼結過程において、７００℃からセラミック材料の焼結温度までの加熱段階において、加熱速度を下げることによって、セラミック粒子の結合速度を緩めて、セラミック基材１０の曲角等の３次元構造の割れを効果的に防止することができる。セラミック基材１０は、内面１０１及び外面１０２を含む。

第八工程（Ｓ８）において、インモールド射出成形によって、緩衝層２０を形成する。具体的には、セラミック基材１０を金型の中に挿入して、キャビティの中に溶融した樹脂を注入して、前記樹脂をセラミック基材１０の内面に被覆させ、且つ前記樹脂を冷却して緩衝層２０を形成する。上記の過程において、金型の内部構造によって、前記緩衝層２０においてフック等の組立構造２２を成形する。前記樹脂は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン及びポリプロピレンのうちの１種又は２種以上である。

変形例として、上記の製造方法は、塗装又は印刷によって、セラミック基材１０の外面１０２に装飾層を形成する工程をさらに備えても良い。

また、製造して得た前記ハウジング予備成形体の焼結温度が、電子部品１２を構成する金属粉末の融点より低いならば、セラミック懸濁液を調製する時に焼結助剤は添加しなくてもよい。

上記の実施形態によれば、本発明に係るハウジング１００の製造方法は、複数のセラミックシートを積み重ねた積層体を焼結することによりセラミック基材１０を得る。この過程において、携帯情報端末のアンテナや印刷回路基板等の電子部品１２を前記セラミックシートに設置して、電子部品１２をセラミック基材１０の内部にパッケージする。これにより、携帯情報端末の内部空間を節約でき、携帯情報端末を小型化できる。また、本発明は、インモールド射出成形法によって、セラミック基材１０の内面１０１に緩衝層２０を形成して、ハウジング１００の携帯情報端末の内部電子素子に対する衝撃力を弱めることができる。また、本発明の製造方法で得たハウジング１００の外側層はセラミック製であり、内側層は樹脂製であるので、ハウジング１００は耐摩耗性に優れているだけでなく、携帯情報端末における無線信号の送受信に影響を与えることもない。

１０セラミック基材
１００ハウジング
１０１内面
１０２外面
１２電子部品
２０緩衝層
２２組立構造
３０装飾層

Claims

互いに反対側に位置する内面及び外面を有するセラミック基材を備えるハウジングであって、
前記ハウジングは、前記セラミック基材の内面に接合される緩衝層をさらに備え、前記緩衝層は、樹脂材料からなり、前記セラミック基材の内部には、金属製の電子部品がさらに埋設されており、前記セラミック基材の焼結温度は、前記電子部品の融点より低いことを特徴とするハウジング。
前記セラミック基材は、チタン酸バリウム又はチタン酸亜鉛マグネシウムを主成分とするセラミック材料からなる誘電体セラミックスであることを特徴とする請求項１に記載のハウジング。
前記セラミック基材は、主に二酸化ジルコニウム、三酸化二イットリウム及び酸化アルミニウムの混合物であるセラミック材料からなり、二酸化ジルコニウムの含有量は８５〜９１質量％であり、三酸化二イットリウムの含有量は８〜１３質量％であり、酸化アルミニウムの含有量は１〜２質量％であることを特徴とする請求項１に記載のハウジング。
前記セラミック材料の中には、融点がセラミック材料の焼結温度より低い酸化物である焼結助剤がさらに添加されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のハウジング。
前記セラミック基材は、複数のセラミックシートを積み重ねた積層体を焼結することにより形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のハウジング。
前記緩衝層には、前記ハウジングを携帯情報端末に取り付けるための組立構造が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のハウジング。
前記電子部品は、アンテナ、コンデンサのインナー電極及び印刷回路基板のうちの１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のハウジング。
セラミック粉末、接着剤及び有機溶剤を混合して、セラミック懸濁液を調製する工程と、
前記セラミック懸濁液によって複数のセラミックシートを成形する工程と、
前記複数のセラミックシートのうちの少なくとも１つのセラミックシートの上面に、金属粉末及び有機接着クリームを含むパターン化された金属インキ層を印刷する工程と、
前記金属インキ層が形成されたセラミックシートの上に少なくとも１つのセラミックシートを被覆して前記金属インキ層がセラミックシート間に介在するようにして、前記複数のセラミックシートを積み重ねて積層体を構成し、前記積層体に圧力を加える工程と、
前記積層体に対して加圧成形を行って、前記積層体を所望の３次元形状に成形させた後、トリミングして、ハウジング予備成形体を獲得する工程と、
前記ハウジング予備成形体の焼結温度より低い温度で、前記ハウジング予備成形体を加熱して、前記ハウジング予備成形体の中の接着剤及び前記金属インキ層の中の有機接着クリームをそれぞれ取り除き、前記金属インキ層の中の金属によって前記ハウジング予備成形体の中に電子部品を形成させる工程と、
前記ハウジング予備成形体の焼結温度で前記ハウジング予備成形体を加熱焼結して、互いに反対側に位置する内面及び外面を含むセラミック基材を獲得する工程と、
前記セラミック基材を射出成形金型の中に挿入して、前記射出成形金型のキャビティの中に溶融した樹脂を注入して、前記樹脂を前記セラミック基材の内面に接合させて、前記樹脂を冷却させて緩衝層を形成する工程と、
を備えることを特徴とするハウジングの製造方法。
前記金属インキ層の中の金属粉末は、銀、銀パラジウム合金及びパラジウムのうちの何れか１種であることを特徴とする請求項８に記載のハウジングの製造方法。