注塑壓縮成型工藝（ICM）及其在手機後蓋上的應用

2022年10月15日01:05:49 熱門 1583

隨着5G、無線充電等時代的到來，對信號傳輸的要求將會更高，金屬後蓋對信號屏蔽的缺陷將被放大，成為其發展的重大瓶頸。5G時代金屬外殼逐漸被非金屬外殼取代，玻璃、陶瓷、塑膠這三大非金屬材料中，塑膠質感最差，但成本最低；而陶瓷暫時良率低，價格貴，只有個別高端機型使用；玻璃憑藉價格適中，質感優異，是大部分品牌旗艦機的首選材質。

玻璃從2016年開始成為主流旗艦手機的選擇。玻璃在手機後蓋中的應用主要有2.5D和3D。2.5D由於工藝簡單，良率高，首先成為旗艦手機的選擇。而3D玻璃（曲面玻璃）由於產能，良率，價格等因素，遲遲未能爆發。

目前主流的3D玻璃加工工序如下：

圖：主流3D玻璃加工工序

注塑PC背蓋可以省掉紅色虛線框中的工序，製程極大簡化，成本大幅下降。

圖：注塑PC背蓋工序

不同材料的手機後蓋的良率和成本差異：

在手機發展的每個階段，塑膠材料都扮演着重要的角色，由於塑膠材料由於價格低廉、可塑性好、可設計性強等優點，並且通過合適的表面處理，可製得視覺上玻璃化/金屬化的效果。比如前些年流行的全金屬一體化手機機身，塑膠後殼通過金屬化表面處理後同樣能取得很好的仿金屬效果，這對於當時中低端手機的大量普及具有重大意義。同樣，在玻璃後蓋流行的今天，為了達到玻璃的外觀，同時又能夠讓成本降低，行業內提出了塑膠取代玻璃的方案。

這裡面首先需要找到一種塑膠材料，成型後可以做到接近玻璃的視覺效果，首先，這種塑膠材料是透明的，可以作為手機外殼使用的透明材料一般有PMMA、普通PC、改性PMMA+PC、高性能PC，目前只有高性能PC最適合，高性能PC比普通PC具有更高的透光率、更高的表面硬度。

採用高性能PC透明注塑成型的手機後蓋經表面硬化及後段貼膜/噴塗等表面裝飾處理後，外觀效果可媲美3D玻璃，它的優勢有：

1. 厚度對標3D玻璃、曲面自由度比3D玻璃更大；

2. 有助於降低CNC加工時間，成本顯著降低；

3. 成型率較高，易於起量；

4. 高透明度等。

圖: 左圖塑料IMT的漸變效果，右圖華為P20 PRO 3D玻璃後蓋漸變效果

目前通過普通注塑透明PC的手機後蓋，厚度一般在0.8mm至1.0mm，相比主流的玻璃後蓋（0.50mm/0.55mm）要厚很多，注塑透明PC後蓋的厚度需盡量往0.5mm至0.6mm靠攏，否則將限制其在輕薄機型上的應用。所以需要一種新型的注塑工藝來解決薄壁外殼的注塑問題。

注塑壓縮工藝

所謂的注射壓縮成型工藝就是當注入模腔的樹脂由於冷卻而收縮時，從外部加一個強制的力使模腔的尺寸變小，從而使收縮的部分得到補償的成型方法。

注射壓縮成型（ICM）是傳統注射成型的延伸，結合了射出成型和壓縮成型兩種技術。它通過引入模具壓縮動作使聚合物材料壓實，用以生產具有高尺寸穩定性和表面精確性的產品。

在這一工藝中，首先將設定好的塑料熔體注入不完全閉合的模具，之後再進行合模壓縮動作，並一直持續到成型過程結束。模具壓縮動作可以在模腔內形成更均勻的壓力分布，從而獲得更均勻的物理性質，使得產品的收縮、翹曲和成型應力均明顯低於傳統注射成型工藝，特別適合於厚度小透明度要求高的製品。

圖：傳統注塑與注塑壓縮工藝

圖：注塑壓塑工藝流程

傳統注射成型的缺點：

傳統注塑在成型大面積薄壁製品（如光學鏡片、異形導光條、裝飾條等）時往往力不從心，導致的結果往往是設計師的妥協：增加產品厚度，降低產品顏值以滿足普通生產。這樣的結果是普通注塑的不足之處導致的：

1）普通注塑成型薄壁製品時，必然提高注塑壓力來達到塑膠流程要求，否則填充不滿型腔（短射）。高的注塑壓力，導致產品內應力大，製品翹曲尺寸超差或靜置後應力開裂變形，不能滿足製品的組裝尺寸精度要求或耐久使用性。

2）普通注塑的熔膠從狹小的流道系統填充型腔，澆口附近注塑壓力大，容易在澆口附近產生外觀缺陷（尤其是透明PC料），不能滿足光學性能及外觀件製品的要求。

3）透明PC手機後蓋，普通注塑製品表面很大幾率出現彩虹紋，不能滿足外觀要求。而採用不產生彩虹紋的原料，又將面對成本劇增的難題。

4）普通注塑的保壓模式存在缺陷，遠離澆口部分的熔膠表面最早凝固，得不到充分保壓，難以複製模具精細的外觀效果，導致薄壁製品遠離澆口位置外觀並不完美。

圖：不同ICM成型技術的比較（來自碩貝德）

注射壓縮成型的優缺點：

注塑壓縮成型融合了普通注塑及壓合成型的優勢，並在專有機台上實現自動化、高精度重複性生產，在薄壁透明PC手機後蓋成型上具有優勢，其優缺點如下：

優點：

1）需要更小的注塑壓力，降低產品外觀缺陷；

2）由於熔體中僅有微小的剪切應力，產品內應力很小，保壓壓力更均勻，提高產品的表面質量，降低彩虹紋；

3）可以設計更大的流長比，因此可以採用更小的鎖模力和注射壓力，減少零件內應力變形風險和虎皮紋產生風險，同時不需要設計更多的澆口，減少了熔接痕產生的可能性，保證了零件尺寸穩定性和外觀美觀度；

4）需要更小的鎖模力，小機台有機會實現多模穴生產，提高效率；

5）可以用標機改制，減少設備投資。

缺點：

1. 需要購買專用的注塑設備。

2. 需要開發專用的模具。

3. 只適合外形比較平坦的零件，不適合結構複雜的零件。

注射壓縮成型後的手機後蓋為透明的，需要經過後續貼膜/噴塗等表面裝飾處理後才能呈現最終效果。

目前注塑壓縮PC手機背蓋有以下幾種外觀裝飾工藝路線：

1. 模內裝飾技術 IMR工藝（又稱模內轉印）：

主要原理是將裝飾圖案及功能性圖案通過高精度印刷機印刷在薄膜上，之後像貼標籤一樣，將箔膜上的圖案轉寫至塑膠產品的表面，是一種能夠實現裝飾圖案與塑膠一體成型的技術。IMR工藝產能高、質量穩定，適合較少品種大批量生產，但是產品表面無防護，不耐刮擦及腐蝕，更適合平面或 2.5D 手機後蓋。

2. 模內鑲嵌注塑 IML工藝（又稱IMF）：

IML 工藝的產品是一種夾層結構，表面是一層硬化的透明薄膜，中間是印刷圖案層，背面是塑膠層。相比於 IMR工藝，IML 工藝由於油墨夾在中間，可使產品防止表面被刮花和耐磨擦，並可長期保持顏色的鮮明不易褪色，更適合 3D 手機後蓋，缺點是IML膜層存在剝離脫落風險，背蓋最外層是PET或PC IML 片材，外觀視覺通透性不夠，高檔感不足。

3. 模內注塑轉印 IMT工藝：

IMT是模內鑲件注塑（IML）技術及模內轉印（IMR）技術的綜合併延伸而成的新工藝。IMT 工藝結合目前最流行的 3D 光學紋理+PVD 的裝飾工法，與傳統相比顏值更高，弧度更大。IMT 工藝除了耐刮擦、耐腐蝕之外，最大的亮點在於其雙面 3D 光學紋理上，能產生離層光學 3D 效果，使產品色彩豐富美觀，更具科技感、時尚感。IMT工藝是結合了 IMR及 IML工藝的優缺點，解決了 IMR 膜片結構單一、耐腐蝕性差、外觀效果單一、模具及膜片無自主開發權等問題；又解決了 IML 產能不足、易變性、良率低等難點。