智能手機的防指紋、防水問題是業(yè)內(nèi)一直在解決的問題。那么是什么因素決定了物體表面的物體表面的防污、防水性能呢？又有什么方法來提高物體表面的防污、防水性能呢？我們整理了宇晶封裝在去年手機論壇上的報告，供大家參考；近期我們也建立有手機防水討論群，歡迎加入，記得備注“防水”
一、為何要防指紋防水？
為使手機更加美觀，會在手機表面做各種處理，例如PVD鍍膜處理（如TiN系列的PVD鍍層）后的高極親水表面、噴砂處理后的多孔洞表面以及鏡面處理等。但這些處理過的表面易沾臟污又不易清潔，并且十分影響產(chǎn)品的美觀與影響屏幕視覺觀賞，所以如何避免臟污一直是智能手機產(chǎn)品外觀設(shè)計的一大重點，業(yè)界一直在尋求如何使表面不沾臟污，不沾油，不沾水或臟污可輕易被清潔的技術(shù)。
圖 粘水與粘指紋物體表面圖
二、決定物體表面防污防水的關(guān)鍵因素
決定物體表面防污防水的關(guān)鍵因素物體的表面是否容易沾附臟污取決于物質(zhì)表面的表面能。
1. 物質(zhì)的表面能
物質(zhì)表面的表面能直接影響：表面物質(zhì)的粘附性（易沾臟污指紋的程度）；液體于表面的粘濕性，與滲透性。
物質(zhì)的表面能可由油水接觸角（θ）測試獲得。公式為：
圖 公式各參數(shù)示意圖
一滴水滴在某物體表面時，當(dāng)水接觸角θ越小時，表面能越大，物體表面越濕潤；當(dāng)水接觸角θ越大時，表面能越小，物體表面越不濕潤。也就是說，想要物體表面“不粘”，表面能越低越好。
圖 物體親水表面→疏水表面
2. 不同基底材質(zhì)表面能比較
表 不同基底材質(zhì)表面能比較
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基底材質(zhì) |
表面能γc（mN/m） |
水接觸角(度) |
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AFC 抗指紋鍍層 |
16 |
115 |
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Poly(tetrafluoroethylene) 聚四氟乙烯 |
18.5 |
114 |
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Polypropylene 聚丙烯 |
31.0 |
108 |
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Aluminium (3003 H14) 鋁 |
49 |
60 |
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Steel (A1008) 鋼 |
60 |
53 |
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Glass玻璃 |
78 |
<15 |
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TiO2氧化鈦 |
111 |
<5 |
由上表可知，在所列出來的常見材質(zhì)中，AFC抗指紋鍍層表面能為16最小，水接觸角度最大，也就是防污、防水性能最佳。而氧化鈦的表面能為111最大，水接觸角越小，防污、防水效果最差。手機上常用的材料鋁、鋼和玻璃表面能分別為49、60和78，表面能偏大，粘附性較強。
目前已知的低表面能材料有機硅、有機氟材料。其分子基團的表面能依-CH2->-CH3>-CF2->C-F2H>-CF3的次序下降。其中，-CF3基團的表面能小至6.17mJ/m2，經(jīng)過Dupre公式可計算為115.12度，此數(shù)值為最大分子排斥之水接觸角。
三、如何提高手機金屬表面的防污、防水性能？
為了使手機金屬表面可達到抗臟污易清潔，其最好的方法就是在手機金屬表面鍍上低表面能的鍍層以降低其表面能，以達到鈍化之效果。
鍍在手機金屬上的低表面能的材料，主要分為分為兩大類：
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可固化樹酯類鍍層
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自我限制表面反應(yīng)類鍍層
表 兩類材料性能對比
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可固化樹酯類有機氟化物 |
自我限制類有機氟化物 |
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鍍層結(jié)構(gòu) |
單層可UV固話或熱固化之樹酯覆蓋 |
雙層結(jié)構(gòu)：底層SiO2+上層自我限制氟化分子 |
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鍍膜方法 |
噴涂于表面后UV或熱固化
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SiO2：PVD或CVD真空鍍膜技術(shù) 自我限制氟化分子：噴涂或蒸鍍 |
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薄膜厚度 |
0.5~10微米(um) |
5~20納米(nm) |
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薄膜優(yōu)點 |
薄膜較厚，對抗堅硬物質(zhì)有較佳的機械強度 施工容易 成本低廉
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薄膜極薄，不影響產(chǎn)品外觀、顏色、規(guī)格。保留金屬觸感 良品率極高 無脫膜問題，就算薄膜被磨掉也不影響產(chǎn)品外觀 表面能極低，最低可達到16(mN/m) |
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薄膜缺點 |
薄膜較厚，影響產(chǎn)品外觀、規(guī)格、觸感、散熱等特性 良品率不易控制 使用時間長可能產(chǎn)生脫膜之問題，嚴重影響外觀 |
鍍膜工藝較復(fù)雜 價格稍高
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由表格可以看出，自我限制表面反應(yīng)類鍍層因其薄膜極薄、無脫膜問題（就算膜被磨掉也不影響美觀）、表面能低等特點，比較適合運用在手機行業(yè)上。
圖 已使用金屬抗指紋處理的部分手機
四、自我限制有機氟化物膜
在手機金屬表面鍍自我限制有機氟化物膜有利于提升其防污、防水性能。那么自我限制有機氟化物成膜機制是怎么樣的呢？
1. 自我限制有機氟化物成膜機制
自我限制有機氟化物是由低表面能氟化基團和表面反應(yīng)基團兩種官能基團所組成。當(dāng)自我限制有機氟化物接觸到物質(zhì)表面后，表面反應(yīng)基團將對對應(yīng)的表面官能基進行化學(xué)反應(yīng)，使其間產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)（無化學(xué)鍵結(jié)之自我限制有機氟化物可輕易被移除），然后成膜。膜厚只有5~30納米，適用于手機等精密電子產(chǎn)品的表面上。
圖 自我限制有機氟化物成膜機制，綠色為低表面能氟化基團（氟化長鏈碳氧聚合物），藍色為表面反應(yīng)基團（硅氧烷系列）
目前有大金、信越、道康寧等公司在生產(chǎn)低表面能自我限制有機氟化物。
2. 鍍自我限制有機氟化物膜的關(guān)鍵
自我限制有機氟化物的主要反應(yīng)基團是與玻璃（二氧化硅）表面的羥基（Si-OH）進行縮合反應(yīng)，但是手機金屬表面并無Si-OH，所以若要在金屬上使用此類的有機氟化物，必須先在金屬上鍍附一層 SiO2，再鍍低表面能的有機氟化物。如下圖所示：
現(xiàn)今SiO2鍍膜的主要方式有磁控濺射法和化學(xué)氣象沉積這兩種方法。
1) 磁控濺射法（物理氣象沉積PVD）
圖 磁控濺射法概念圖
磁控濺射法是利用離子轟及靶材，使靶材發(fā)生濺射，濺射的材料飛到產(chǎn)品上并鍍附在產(chǎn)品表面。
圖 物體表面PVD鍍膜概念圖
鍍膜材料如子彈一般高速呈直線飛到鍍到產(chǎn)品上，因此要靶材“看的到”的地方才鍍的到，要想鍍均勻，有時必須旋轉(zhuǎn)增加均勻度。
當(dāng)產(chǎn)品的表面比較復(fù)雜時，PVD鍍膜的方式在產(chǎn)品的凹凸面或邊角的位置會出現(xiàn)鍍不均勻的情況。
2) 化學(xué)氣象沉積（CVD）
化學(xué)氣象沉積利用兩種反應(yīng)性氣體（A、B反應(yīng)氣體），讓其于真空環(huán)境下流過產(chǎn)品的表面，兩種氣體產(chǎn)生反應(yīng)后于表面長出化合物薄膜（C薄膜），如SiCl4與H2O反應(yīng)形成SiO2。
圖 物體表面CVD鍍膜概念圖
CVD鍍膜方法氣體碰的到即鍍的到，無特殊方向性。
由于SiO2為透明薄膜，厚度達到一定程度的透明薄膜將對光產(chǎn)生干涉作用，會使表面顏色產(chǎn)生偏差甚至出現(xiàn)彩虹紋的情況。
圖 出現(xiàn)彩虹紋的產(chǎn)品
而降低薄膜厚度，增加薄膜之均勻度將有效改善光學(xué)干涉所造成之色偏問題。因此，用化學(xué)氣象沉積法鍍二氧化硅膜效果較好。
素材來源：宇晶封裝，艾邦高分子整理編輯
宇晶封裝：
宇晶封裝是專注于智能手機金屬表面鍍抗指紋膜的公司，主要業(yè)務(wù)包括：手機金屬表面鍍抗指紋膜(AFC)、鈍化PVD表面，使其免于臟污污染、喇叭孔防潑水表面處理、SMT鋼網(wǎng)表面低表面能處理，增進鋼網(wǎng)下錫性質(zhì)等。
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