TWI584713B - The structure of a metal housing of a radio wave communication device and a method of manufacturing the same - Google Patents

Description

無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造及其製造方法

本發明涉及一種無線電波通訊裝置的構造及其製造方法，特別是一種無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造及其製造方法。

具有無線電波通訊功能的電子產品，需要透過天線傳遞無線電信號，早期電子產品的天線通常為外露式設計，隨著電子產品愈來愈重視整體造型及美觀的設計趨勢，將天線設置於電子設備的殼體之中的隱藏式天線已成為目前的設計主流。由於金屬或是金屬網具有阻擋無線電波傳遞的特性，採用隱藏式天線之電子設備的殼體若是使用金屬材質，就必需克服金屬殼體會阻擋無線電波傳遞的問題。

具有無線電波通訊功能的電子產品例如但不限於包括行動電話、無線電對講機(Walkie-Talkie)和穿戴式裝置(Wearable electronics)：以行動電話為例，行動電話的殼體材質主要包括以下幾種：塑膠例如聚碳酸酯(polycarbonate)、金屬材質(包括鋁合金、鎂合金、鈦合金)，以及玻璃(鋁矽酸鹽玻璃與Gorilla玻璃)。其中塑膠的優點包括：價格便宜、材質輕、容易製造且不會干擾無線訊號，然而不利熱傳導(會熱集中)則是其缺點；以金屬材質製造之金屬殼體的優點包括：具有較佳的觸感、硬度高不易磨損、結構強度佳、抗壓能力好，以及熱傳導性佳，因此可以很好的保護內部的零件且容易散熱；金屬殼體雖有上述優點，但也有部份的缺點，若使用它 製造手機殼體，由於金屬材質會阻擋無線電波的傳遞，對於目前採用隱藏式天線的手機而言，也是許多手機製造商未採用金屬材質製造手機殼體的主要原因。

已知用於解決金屬殼體會阻擋無線電波傳遞之問題的一種技術，是使用不會阻擋無線電波傳遞的材質(例如塑膠和玻璃)在金屬殼體製造窗口，讓隱藏式天線的無線電信號能夠通過。因此，這種手機殼體的零件數量多、重量較重而且體積較大。另一方面，與全金屬材質製造的手機殼體相較，使用多種不同材質製造的手機殼體在外觀上較難獲得一致的外觀，例如不同金屬材質和塑膠材質的殼體在經過同色塗裝製程之後，仍然會存在些許的色差。

另一種已知用於解決金屬殼體會阻擋無線電波傳遞之問題的一種技術，例如已公開的美國專利US20140247188 A1「Antenna device and electronic apparatus including antenna device」，是透過在金屬殼體切割出狹縫並在狹縫周圍設置線圈的方式，使金屬殼體可充當天線用於傳遞無線電信號。另外，在已公開的美國專利US20140203981 A1「Antenna device and communication terminal device」公開了一種類似的技術，其中提出了一種無需狹縫即可使電波穿透金屬殼體的天線裝置，包括一金屬殼體以及一供電線圈(feed coil)，其中金屬殼體的側面具有一缺口部，供電線圈設在金屬殼體的內部與金屬殼體進行磁場耦合，而且供電線圈被配置在接近缺口部的位置。

另外在已公開的中國專利CN103633434 A「整合於金屬殼體的天線結構」，以及已公開的中國專利CN104584324 A「電子裝置金屬殼體 與天線的整合機構」，都揭露了在金屬殼體切割出狹縫，並且將天線結構和金屬殼體結合的技術。

上述幾種已知技術皆不可避免地在金屬殼體形成狹縫或是缺口，然而為了保持金屬殼體的外觀的美感及完整性，所述的狹縫或是缺口都需要再以塑膠或是其他不會阻擋無線電波傳遞的材質(例如塑膠)封閉，由於塑膠與金屬的物理特性不同，在兩者銜接處如何保持表面的平整則是製造商要解決的另一問題。

本發明的目的之一在解決傳統金屬殼體的上述問題，提出了一種無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造及其製造方法，本發明不需要在金屬殼體切割出狹縫，就能解決無線電波無法通過金屬殼體的問題；因此本發明金屬殼體的無線電波穿透窗可適用於包括但不限於行動電話、無線電對講機和穿戴式裝置使用的金屬殼體。

本發明無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造的一實施例包括：一金屬殼體，在金屬殼體對應天線之幅射體的位置具有一改質區域，改質區域形成具有足夠小的金屬材料厚度，可以透過微弧氧化製程將金屬殼體的改質區域完全陶瓷化，進而在改質區域形成一種無礙無線電波傳遞的全瓷化無線電波穿透窗。

本發明方法的一實施例，包括：在金屬殼體對應天線之幅射體的位置定義一改質區域，進行一薄化步驟在改質區域形成形成具有足夠小的金屬材料厚度，以及透過微弧氧化(Micro-arc Oxidation；MAO)製程將金屬殼體的改質區域完全陶瓷化，就可以在改質區域形成一種無礙無線電 波傳遞的全瓷化無線電波穿透窗。

在本發明的一實施例，改質區域的一實施例構造是一種平直的薄化殼體，其厚度介於10~800微米(um)。

在本發明的一實施例，改質區域的一實施例構造是一種平直的薄化殼體，較佳的厚度為介於200~600微米(um)。

在本發明的一實施例，改質區域的另一實施例構造，是一種具有複數個孔穴的蜂巢結構，透過微弧氧化製程將蜂巢結構完全陶瓷化，使得全瓷化無線電波穿透窗能夠具有較大的縱深，可以提高全瓷化無線電波穿透窗的結構強度。

在本發明的一實施例，蜂巢結構的孔穴未貫穿金屬殼體。

在本發明的一實施例，蜂巢結構的孔穴係貫穿金屬殼體。

在本發明的一實施例，在本發明的一實施例，蜂巢結構孔穴中填充有低介電系數的介電材料粉末，因此，金屬殼體可以在外觀上保有完整性，而且無礙無線電波的傳遞。

在本發明的一實施例，所述介電材料可為氧化矽(SiO2)、氧化鎂(MgO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO)和氮化硼(NB)其中的任一種。

由上述發明內容可以瞭解，本發明提出了一種無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造及其製造方法，不需要在金屬殼體切割出狹縫，就能解決無線電波無法通過金屬殼體的問題；另一方面，依據本發明方製造完成的金屬殼體在外觀上仍然保有金屬殼體的完整性及美觀，另一方面也可簡化金屬殼體的構造和製程。

有關本發明的具體實施方式及其技術特點和功效，下文將配 合圖式說明如下。

10‧‧‧金屬殼體

20‧‧‧天線

11‧‧‧孔穴

12‧‧‧介電材料粉末

A‧‧‧改質區域

D‧‧‧縱深

F1‧‧‧第一表面

F2‧‧‧第二表面

T‧‧‧足夠小的金屬材料厚度

T1、T2‧‧‧蜂巢結構的壁厚

第1圖，為本發明的一實施例構造圖，繪示無線電波穿透窗在金屬殼體的位置。

第2圖，為第1圖在II-II位置的斷面圖，繪示全瓷化無線電波穿透窗在金屬殼體的斷面構造。

第3圖，為本發明的另一實施例構造圖，繪示全瓷化無線電波穿透窗在金屬殼體的斷面構造。

第4圖，為第3圖在IV-IV位置的斷面圖，繪示全瓷化無線電波穿透窗在金屬殼體的斷面構造。

第5圖，為本發明的另一實施例構造圖，繪示蜂巢結構之孔穴的另一種實施例的構造。

第6圖，為本發明的另一實施例構造圖，繪示全瓷化無線電波穿透窗在金屬殼體的斷面構造。

第7圖，為本發明的另一實施例構造圖，繪示全瓷化無線電波穿透窗在金屬殼體的斷面構造。

首先請參閱第1圖，為本發明的一實施例構造圖；圖中繪示的是一種具有無線電波通訊功能的電子產品的金屬殼體10，所述電子產品具有隱藏式的一天線20設置於金屬殼體10之中。在本發明的一較佳實施例，金屬殼體10的材質包括鋁合金、鎂合金和鈦合金其中的任一種。

請參閱第2圖，是第1圖在II-II位置的斷面圖，繪示本發明全瓷化無線電波穿透窗在金屬殼體10的斷面構造；如第1圖及第2圖所示，在本發明的一實施例，在金屬殼體10對應天線20之幅射體的位置具有一改質區域A，改質區域A形成具有足夠小的金屬材料厚度T，具體而言，所述足夠小的金屬材料厚度T是指可以透過微弧氧化(Micro-arc Oxidation；MAO)製程將改質區域A完全陶瓷化的厚度，金屬殼體10的改質區域A可以透過微弧氧化製程將金屬材質完全改質成為一種金屬氧化物，例如將鋁合金材質改質成為氧化鋁(Al2O3)、將鎂合金材質改質成為氧化鎂(MgO)，以及將鈦合金改質成為氧化鈦(TiO2)，進而在改質區域A形成一種無礙無線電波傳遞的全瓷化無線電波穿透窗。

在本發明的一實施例，其中無線電波通訊裝置的金屬殼體的製造方法，包括下列步驟：在金屬殼體10對應天線20之幅射體的位置定義一改質區域A；進行一薄化步驟在改質區域A形成形成具有足夠小的金屬材料厚度；以及在金屬殼體10的改質區域A進行透過微弧氧化(MAO)製程，將改質區域A的金屬材質完全改質成為一種金屬氧化物，進而在改質區域A形成一種無礙無線電波傳遞的全瓷化無線電波穿透窗。

在本發明方法的一實施例，薄化步驟具體而言是透過金屬殼體10的成型製程，在改質區域A形成具有足夠小的金屬材料厚度T，具體而言，所述足夠小的金屬材料厚度T是指可以透過微弧氧化(MAO)製程將改質 區域A完全改質成為一種金屬氧化物的厚度。

請參閱第2圖，在本發明的一實施例，改質區域A的構造是一種平直的薄化殼體，其厚度介於10~800微米(um)，在一較佳的實施例，平直的薄化殼體的厚度介於200~600微米(um)，在進行微弧氧化製程的過程中，可以在平直的薄化殼體的兩側表面往金屬材質的內部逐漸形成金屬氧化層，直至平直的薄化殼體完全成為陶瓷化的金屬氧化物，就可以在改質區域A形成一種無礙無線電波傳遞的全瓷化無線電波穿透窗。在本發明的一較佳實施例，平直的薄化殼體的厚度為500微米(um)，透過微弧氧化製程在平直的薄化殼體的兩側表面分別往金屬材質的內部逐漸形成厚度為250微米(um)的金屬氧化層，就可將改質區域A完全改質成為一種金屬氧化物。

請參閱第3圖，在本發明的另一實施例，改質區域的構造包括複數個形成於金屬殼體10的孔穴11，藉由孔穴11在金屬殼體10的改質區域A形成一種薄壁的蜂巢結構，其中蜂巢結構的壁厚(包括T1和T2)符合所述足夠小的金屬材料厚度T，再透過微弧氧化製程將蜂巢結構完全改質成為一種金屬氧化物(完全陶瓷化)，就可形成一種無礙無線電波傳遞的全瓷化無線電波穿透窗。在本發明的一實施例，其中蜂巢結構的壁厚(包括T1和T2)介於10~800微米(um)；在一較佳實施例，蜂巢結構的壁厚(包括T1和T2)介於200~600微米(um)。在本發明的一實施例，蜂巢結構的孔穴11未貫穿金屬殼體10；在本發明的一實施例，其中孔穴11的斷面形狀可以是圓形(如第4圖所示)和矩形(如第5圖所示)；在本發明的一實施例，其中任二個相鄰孔穴11之間的壁厚介於10~800微米(um)。

對於某些電子產品而言，金屬殼體10的厚度對於微弧氧化製 程而言，要將金屬殼體10的改質區域A完全陶瓷化可能需要更長的處理時間與更高的處理成本，因此，在本發明第2圖繪示的一種實施例，透過本發明方法的薄化步驟可以將改質區域A形成一種平直的薄化殼體，透過微弧氧化製程就可以較容易地將改質區域A的金屬材質完全改質成為一種金屬氧化物。相對於第2圖之實施例的平直的薄化殼體，第3圖之實施例的蜂巢結構使得全瓷化無線電波穿透窗能夠具有較大的縱深D，可以提高全瓷化無線電波穿透窗的結構強度；所述縱深D可視為第一表面F1和第二表面F2間的最短距離，其中第一表面F1為金屬殼體10的一側表面，而第二表面F2為第一表面F1的相對側的表面。

請參閱第6圖，在本發明的另一實施例，蜂巢結構的孔穴11可以是貫穿金屬殼體10。這種結構除了使得全瓷化無線電波穿透窗能夠具有較大的縱深D，可以提高全瓷化無線電波穿透窗的結構強度，也可以更容易地透過微弧氧化製程將蜂巢結構完全改質成為一種金屬氧化物。

請參閱第7圖，為本發明的另一實施例構造圖，繪示全瓷化無線電波穿透窗在金屬殼體的斷面構造。其中第7圖的蜂巢結構和第6圖的實施例相同，差異之處在於第7圖之實施例的蜂巢結構的孔穴11中填充有低介電系數的介電材料粉末12，所述介電材料可為氧化矽(SiO2)、氧化鎂(MgO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO)和氮化硼(NB)其中的任一種。因此，第7圖之實施例的金屬殼體10在外觀上仍然保有金屬殼體10的完整性及美觀，而且無礙無線電波的傳遞，另一方面也可簡化金屬殼體的構造和製程。

雖然本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可 作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

10‧‧‧金屬殼體

A‧‧‧改質區域

Claims (10)

1. 一種無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造，可以無礙天線的無線電波傳遞，包括：一金屬殼體，在金屬殼體對應該天線的位置具有一改質區域，該改質區域是一種具有複數個孔穴的蜂巢結構，其中該蜂巢結構的壁厚介於10~800微米，該改質區域的厚度可以透過微弧氧製程將該改質區域完全陶瓷化，該改質區域的金屬材料係為一種藉由微弧氧化製程製成的金屬氧化物。
2. 如請求項1所述無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造，其中該金屬殼體的材質包括：鋁合金、鎂合金和鈦合金其中的任一種。
3. 如請求項1所述無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造，該蜂巢結構的壁厚介於200~600微米。
4. 如請求項1所述無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造，該蜂巢結構的該孔穴未貫穿該金屬殼體。
5. 如請求項1所述無線電波通訊裝置的金屬殼體的構造，該蜂巢結構的該孔穴貫穿該金屬殼體，在該孔穴中填充有低介電系數的介電材料粉末，該介電材料包括：氧化矽、氧化鎂、氧化鋁、氧化鈦和氮化硼其中的任一種。
6. 一種無線電波通訊裝置的金屬殼體的製造方法，用以製造一種無礙天線的無線電波傳遞的無線電波穿透窗，該方法包括：在該金屬殼體對應該天線的位置定義一改質區域；進行一薄化步驟，使該改質區域的厚度可以透過微弧氧製程將該改質區域完全陶瓷化； 該薄化步驟包括在該改質區域形成一種具有複數個孔穴的蜂巢結構，其中該蜂巢結構的壁厚介於10~800微米；以及在該金屬殼體的該改質區域進行微弧氧化製程，將該改質區域的金屬材質完全改質成為一種金屬氧化物。
7. 如請求項6所述之方法，其中該金屬殼體的材質包括：鋁合金、鎂合金和鈦合金其中的任一種。
8. 如請求項6所述之方法，其中該蜂巢結構的壁厚介於200~600微米。
9. 如請求項6所述之方法’其中該蜂巢結構的該孔穴未貫穿該金屬殼體。
10. 如請求項6所述之方法，其中該蜂巢結構的該孔穴貫穿該金屬殼體，在該孔穴中填充有低介電系數的介電材料粉末，該介電材料包括：氧化矽、氧化鎂、氧化鋁、氧化鈦和氮化硼其中的任一種。