铝合金於3C机壳发展趋势.PDFVIP

1 ITIS 智網 .tw 經濟部技術處 ITIS 計畫成果，未經同意不得轉載 鋁合金於3C機殼發展趨勢 金屬中心 MII-ITIS 計畫 王瓈詩 2015 年 6 月 一、3C 機殼材料發展趨勢 近年來隨著科技的演進及市場的需求，3C 產品、可攜式及穿戴裝置皆朝輕薄化發展。在 此發展下，機體內部空間壓縮，結構件亦變得更輕薄，其保護力及支撐力變得非常重要。機殼 為保護電子產品內部零件之主要結構件，應用於筆記型電腦、平板電腦、手機、數位相機、 MP3 等 3C 及可攜式裝置；此外，穿戴式智慧裝置於近期萌芽，產品如智慧手錶等，對於輕薄 且高強度外殼有迫切需求。 機殼外觀件材料可以分為三大類。第一類為塑膠，常見的有 ABS、PC、PC/ABS 合成材 料等；第二類為金屬，如鋁、鎂、鈦合金及不銹鋼；第三類為新興特殊材質如碳纖維、高玻纖， 及液態金屬等。而 3C 機殼為了同時具備輕薄、強度高、成本合理、加工容易、防水防塵度佳， 及質感優良等特性，目前以塑膠及鋁合金材料為主流。 二、鋁合金於 3C 機殼應用趨勢 除了塑膠之外，目前最普遍採用的機殼材料就是金屬，其中又以鋁合金應用最廣，鋁合金 材料除了有金屬的強度，且重量輕、質感佳、觸感優，也具散熱佳、防震、環保可回收、抗電 磁波干擾等特性。根據南韓 HI Investment Securities 提出的數據(2015/01)，金屬機殼佔全球 智慧型手機出貨量將由 2014 年的約 1/5 增長到 2015 年的 1/3。鋁合金於電子產品外殼應用之 風潮主要由 Apple 公司帶動，其主力產品 iPad 及 Macbook 已全面採用鋁合金機殼；iPhone 除 了 iPhone 5C 外均已採鋁合金機殼；2015 年上市之 Apple Watch 運動版則採用較高等級的 7000 系鋁合金(Al-Zn-Mg)。值得注意的是，Samsung 改變旗艦機種 S 系列長期以來之塑膠機殼策略， 2015 年推出之 Galaxy S6 及 Galaxy S6 edge 使用美國鋁業(Alcoa)提供之 6013 Power Plate?航空 等級鋁合金(Al-Mg-Si-Cu)。在此之前，鋁合金機殼以 6063 及 6061 應用較多，目前趨勢則漸漸 朝向應用更高強度之鋁合金。【表 1】為常用的鋁合金手機機殼用料。 2 ITIS 智網 .tw 經濟部技術處 ITIS 計畫成果，未經同意不得轉載 表 1 常用鋁合金手機機殼用料 資料來源：台灣輕金屬協會「車輛、手機及自行車加工技術研討會」 (2015/05/06)/ 金屬中心 MII-ITIS 整理 三、鋁合金機殼製程及挑戰 過去電子產品多由零件拼裝後，加上上殼與下殼組合而成，零件數量較多，體積大且重量 較重。近年來為使筆記型電腦、平板電腦及手機等產品更加輕薄，機殼逐漸朝向一體成型 (Unibody)製程，以增加空間使用效率。主流一體成型製程運用鋁擠型厚板及 CNC 機台加工， 將一整塊鋁合金切削出無縫隙外殼；接著進行注塑成型、雷射雕刻、噴砂等加工程序，最後再 執行噴漆、陽極、電鍍等多樣化表面處理。 金屬手機殼雖然有高電磁波遮蔽的優點，不過此一特色於另一方面造成內部收發無線訊號 的各式天線性能降低，布置天線機構變得困難。而現階段最普遍的解決方法是異質材料接合(鋁 金屬與塑膠接合)，於金屬外殼小型局部開孔作為天線配置區域。異質材料接合考驗著原本一 體成型金屬機殼的防水防塵能力，亦使產品外觀受到影響，因此廠商皆致力於接合微小化、平 整化、密合化，在一定的通訊效果下達到最理想的一體成型外觀。傳統金屬塑膠異質材料接合 方法如鉚接、卡溝、螺絲、黏膠接合等，皆有密合度不佳使防水防塵功能下降，或是體積過大 不符合輕薄化需求的缺點。 四、奈米成型接合技術 金屬機殼搭配塑膠附件之複合式外觀處理難度頗高，針對上述傳統金屬塑膠接合方法的缺 點，日本大成 PLAS 開發出「奈米成型技術（Nano Molding Technology，NMT）」，已漸漸進入 產業化收成階段，爭取成為異材質接合的主流。其接合方法分為兩步驟，首先用獨特化學藥品 處理金屬表面(T 處理)，形成肉眼看不出來的奈米級細微凹凸孔洞。第二步驟將處理後的金屬 3 ITIS 智網 .tw 經濟部技術處 ITIS 計畫成果，未經同意不得轉載 放入模具，在加熱金屬部件的狀態下，將塑膠直接射出成型在金屬表面(嵌入成型），塑膠進入 金屬部件的孔洞中牢固黏接，成為金屬塑膠一體成型部件。【圖 1】為顯微鏡下鋁金屬與塑膠 之接合面，可以看見塑膠進入鋁金屬中緊密結合。以 NMT 接合之部件，經過拉伸測試(測試片 接合面積 10mm×5m