TWI573686B - 提供雙色表面之板材及其形成方法 - Google Patents

Description

提供雙色表面之板材及其形成方法

本發明關於一種板材尤指一種提供雙色外觀之板材。

電子產品逐漸成為現代生活中不可或缺的一環，除了不斷推陳出新的諸多功能，外觀也成為消費者選購的重要考量之一。常見的電子產品外殼包含有金屬外殼及陶瓷外殼等，而物理氣相沉積(以下簡稱PVD)技術已經廣泛應用於金屬表面裝飾領域，由於PVD鍍製的膜層具有良好的抗磨損，抗腐蝕等性能，因此在手機和手錶的外觀件上已經被大量採用。但是在上述產品上提供PVD鍍膜的同時，產品為突出其品牌，一般在外觀件表面都有很明顯的品牌標誌。目前比較通用的製作標誌方法有化學蝕刻法，鐳射法和絲印油墨法。

化學蝕刻法需要先利用到感光顯影技術產生圖案，再用很強的腐蝕性溶液腐蝕掉圖案部分的膜層或基材，但很強的腐蝕液也很容易出現側蝕的現象，這樣製作出的圖案邊緣不完整，而且失去原有的外觀效果。此外，化學蝕刻法所使用的蝕刻液通常是強酸或強鹼，對環境有極大的影響。

鐳射法很容易雕刻掉PVD鍍層，並得到邊緣很完美的圖案，但是由於鐳射所產生的高能量會使圖案區域的金屬層嚴重氧化發黃，同樣也會失去原有的外觀效果。

此外，以上兩種方法產生的圖案只能是金屬原來的顏色，視覺效果比較單一。使用絲印油墨法可以在PVD鍍層上印出各種顏色的圖案，但是其耐磨性很差。

以上三種方法都不能提供既可以保持PVD膜層的外觀效果，又產生不同顏色效果的標誌圖案，因此如何提供一雙色表面之板材，其不僅可以產生不同顏色之外觀效果，並可以防止PVD膜層被刮傷、腐蝕或蝕刻，成為本發明之重點。

本發明之一實施例提供一種可提供雙色表面之板材，包含：一金屬或陶瓷材質之基板；一犧牲層，其位於該基板之上方並相較於該基板更易於被化學溶液腐蝕；一第一顏色層，其位於該犧牲層之上方；及一過渡層，位於該第一顏色層之下方，以增強其上下兩層之結合力。

本發明之另一實施例提供一種於一板材上形成雙色表面之方法，包含：提供如上一個實施例之板材；以鐳射雕刻該板材，以刻掉該犧牲層上方之各層以及該犧牲層之部分厚度；及利用化學溶液將鐳射雕刻後剩餘之犧牲層部分去除。

本發明之一較佳實施例提供之板材另包含一第二顏色層，其係位於該犧牲層與該過渡層之間。

依據一較佳實施例，本發明所使用的第一及第二顏色層，其材質包含鉻(Cr)、氮化鉻(CrN)、碳化鉻(CrC)、碳化鈦(TiC)、氮化鈦(TiN)及碳氮化鈦(TiNC)其中一種金屬或金屬化合物。依據一較佳實施例，本發明所使用的過渡層為金屬層或硬質膜層，此外本發明使用的犧牲層之材質包含鈦(Ti)、鎢(W)、鉻(Cr)及鋯(Zr)其中之一金屬，犧牲層使用之金屬材質與其上下兩層不同，並可增加與上下兩層之結合力。

本發明所提供之板材不但可利用不同顏色形成背景和圖案、更可提供極細線寬之圖案，同時具有保持板材抗刮傷、抗磨損及抗腐蝕的性能。

為了使本發明的前述和其他目的、特徵和優點更易於理解，下文詳細描述伴有圖式的較佳實施例。

圖1a為本案之一實施例，其為一種可提供雙色表面之板材，其顯示之圖案為基板1之顏色，並且以第一顏色層4為背景顏色。在本實施例中，基板1可為金屬或陶瓷材質，犧牲層2係由純金屬所構成，其金屬可包含鈦(Ti)、鎢(W)、鉻(Cr)及鋯(Zr)等其中之一種金屬，形成該犧牲層2的金屬與其上下兩層不同，並具有與其上下兩層良好之結合力。犧牲層2的主要目的之一是在利用鐳射雕刻圖案時用來保護基板1。此外，犧牲層2相較於其上下層(例如基板)，更易於被化學溶液腐蝕。依據一較佳實施例，根據其上下層材質之不同，犧牲層2之厚度為0.2 um-0.5 um。過渡層3可為任意金屬層或者硬質膜層(hard coating layer)，其主要功能係用來增強其上下兩層之結合力，如果該過渡層3選擇硬質膜層當材料，還可以達到耐刮傷及耐磨損的功能。第一顏色層4可為金屬或金屬化合物所構成，其可包含鉻(Cr)、氮化鉻(CrN)、碳化鉻(CrC)、碳化鈦(TiC)、氮化鈦(TiN)及碳氮化鈦(TiNC)等其中一者，第一顏色層4主要是用來顯示該板材之背景顏色，因此第一顏色層4之材質挑選係以所欲表現之顏色為主。

圖1a-1c顯示形成該雙色表面之板材之方法，圖1a為第一步驟，利用物理氣相沉積法，依序形成基板1、犧牲層2、過渡層3及第一顏色層4，膜層的生成可以利用真空鍍膜的各種技術，也可以由其他之方法所形成。

本案之一較佳實施例中，膜層的生成係採用圓筒型磁控濺射鍍膜設備，靶材使用對濺射直接水冷孿生旋轉圓柱靶。電源採用中頻磁控濺射電源。在同一真空室內安裝不同的靶材，並按照設計好的膜層結構設定好工藝參數，即可依次沉積鍍膜。由於圓筒型磁控濺射鍍膜設備之操作並非本發明重點，故不於此贅述。

圖1b為形成該雙色表面之板材之第二步驟，亦即利用鐳射來雕刻所需顯示之圖案，鐳射之功率可調整成使其剛好可雕刻掉犧牲層2上方之各膜層及犧牲層的部分膜層，在本案之一實施例中，可雕刻掉犧牲層1/3-1/2的厚度。以表1之實施例為例，欲穿透厚度約2 um之顏色層4加過渡層3，所需使用的鐳射功率為4W。

圖1c為形成該雙色表面之板材之第三步驟，利用高選擇性的化學溶液將犧牲層2之剩餘膜層腐蝕掉，該高選擇性之化學溶液係針對該犧牲層2之材質做的選擇，該化學溶液對犧牲層2之腐蝕速度較其他膜層快速許多，因此可以在其他膜層未被腐蝕之前，快速的將犧牲層2之剩餘膜層腐蝕掉，卻又不會腐蝕犧牲層下方之基板。

在本案之一實施例中，化學溶液的主要配方可為10%~50%酸+0.1%~1.0%濕潤劑+0.1%~5%緩蝕劑。酸為硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸、醋酸、磷酸、氨基磺酸、氫氟酸、氟硼酸、氟矽酸等各種酸中的一種或幾種混合。濕潤劑為AE09、OP-10等非離子表面活性劑。緩蝕劑一般為磷酸(鹽)、硫脲、烏洛托品、苯並三唑等一種或幾種的混合。

圖2a為本案之另一實施例，利用第一顏色層4及第二顏色層5使其為一種可提供雙色表面之板材，其中該板材之第一顏色層4係為背景的顏色，而第二顏色層5則是圖案標誌顏色。圖2a中各層之選擇及特性皆與圖1a中同名元件相同但其排列順序由上至下為第一顏色層4、犧牲層2、第二顏色層5、過渡層3及基板1。圖2a與圖1a之板材的主要差別在於增加一第二顏色層5。第二顏色層5可為金屬或金屬化合物所構成，其可包含鉻(Cr)、氮化鉻(CrN)、碳化鉻(CrC)、碳化鈦(TiC)、氮化鈦(TiN)及碳氮化鈦(TiNC)等其中一者。由於第二顏色層5主要是用來顯示該板材之圖案標誌顏色，而第一顏色層4係用來顯示背景之顏色，因此該第一顏色層4及第二顏色層5之材質挑選係以所欲表現之顏色為主。

圖2a-2c顯示形成該雙色表面之板材之方法，圖2a為第一步驟，利用物理氣相沉積法，依序形成基板1、過渡層3、第二顏色層5、犧牲層2及第一顏色層4。膜層的生成可以利用真空鍍膜的各種技術，也可以由其他之方法所形成。

本實施例中，膜層的生成係採用圓筒型磁控濺射鍍膜設備，靶材使用對濺射直接水冷孿生旋轉圓柱靶。電源採用中頻磁控濺射電源。在同一真空室內安裝不同的靶材，並按照設計好的膜層結構，設定好工藝參數依次沉積鍍膜。

圖2b顯示形成該雙色表面之板材之第二步驟，利用鐳射來雕刻所需顯示之圖案，調整鐳射之功率，使其剛好可雕刻掉犧牲層2上方之第一顏色層4及犧牲層2的部分膜層，在本案之一較佳實施例中，可雕刻掉犧牲層1/3-1/2的厚度。

圖2c顯示形成該雙色表面之板材之第三步驟，利用高選擇性的化學溶液將犧牲層2之剩餘膜層腐蝕掉，該高選擇性之化學溶液係針對該犧牲層2之材質所做的選擇，該化學溶液對犧牲層2之腐蝕速度較其他膜層(例如第二顏色層5)快速許多，因此可以在其他膜層未被腐蝕之前，快速的將犧牲層2之剩餘膜層腐蝕掉，卻又不會腐蝕犧牲層下方之第二顏色層5。

在本案之一實施例中，化學溶液的主要配方可為10%~50%酸+0.1%~1.0%濕潤劑+0.1%~5%緩蝕劑。酸為硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸、醋酸、磷酸、氨基磺酸、氫氟酸、氟硼酸、氟矽酸等各種酸中的一種或幾種混合。濕潤劑為AE09、OP-10等非離子表面活性劑。緩蝕劑一般為磷酸(鹽)、硫脲、烏洛托品、苯並三唑等一種或幾種的混合。

本發明先使用雷射雕刻法刻去基板或第二顏色層以上之各層，僅留下部分易於被化學溶液蝕刻之犧牲層，然後再以腐蝕性較一般化學蝕刻所用溶液弱的化學溶液來蝕刻犧牲層。如此一來，所使用之化學溶液較不致造成環境污染，也較不會產生傳統化學蝕刻法的側蝕問題。此外，由於基板或第二顏色層受到犧牲層的保護不受雷射照射，因此也不會產生氧化發黃之現象。如此一來，藉由本發明之所產生之雙色板才可利用不同顏色形成背景和圖案、更可提供極細線寬之圖案，同時具有保持板材抗刮傷、抗磨損及抗腐蝕的性能。

雖然本發明之技術內容與特徵係如上所述，然於本發明之技術領域具有通常知識者仍可在不悖離本發明之教導與揭露下進行許多變化與修改。因此，本發明之範疇並非限定於已揭露之實施例而係包含不悖離本發明之其他變化與修改，其係如下列申請專利範圍所涵蓋之範疇。

1．．．基板

2．．．犧牲層

3．．．過渡層

4．．．第一顏色層

5．．．第二顏色層

圖1a顯示形成雙色表面之板材之第一步驟，利用物理氣相沉積生成各膜層，其中該板材具有一顏色層。

圖1b顯示形成雙色表面之板材之第二步驟，利用鐳射雕刻所欲得到之圖案。

圖1c顯示形成雙色表面之板材之第三步驟，利用化學溶液將犧牲層剩餘膜層去除。

圖2a顯示形成雙色表面之板材之第一步驟，利用物理氣相沉積生成各膜層，其中該板材具有兩層顏色層。

圖2b顯示形成雙色表面之板材之第二步驟，利用鐳射雕刻所欲得到之圖案。

圖2c顯示形成雙色表面之板材之第三步驟，利用化學溶液將犧牲層剩餘膜層去除。

1．．．基板

2．．．犧牲層

3．．．過渡層

4．．．第一顏色層

Claims (11)

1. 一種可提供雙色表面之板材，包含：一金屬或陶瓷材質之基板；一犧牲層，其位於該基板之上方；一第一顏色層，其位於該犧牲層之上方；一過渡層，位於該第一顏色層之下方，以增強其上下兩層之結合力；及一第二顏色層，其係位該犧牲層與該過渡層之間，其中該犧牲層相較於該基板及該第二顏色層更易於被化學溶液腐蝕。
2. 如請求項1之板材，其中該第一及第二顏色層之材質包含金屬或金屬化合物。
3. 如請求項1之板材，其中該第一及第二顏色層之材質包含鉻(Cr)、氮化鉻(CrN)、碳化鉻(CrC)、碳化鈦(TiC)、 氮化鈦(TiN)及碳氮化鈦(TiNC)其中一者。
4. 一種於一板 材上形成雙色表面之方法，包含：提供如請求項1-3中任一項之板材；以鐳射雕刻該板材，以刻掉該犧牲層上方之各層以及該犧牲層之部分厚度；及利用化學溶液將鐳射雕刻後剩餘之犧牲層部分去除。
5. 如請求項4之方法，其中提供該板材之步驟包含利用物理氣相沉積或真空鍍膜技術於該基板上形成該過渡層、該第一顏色層、該第二顏色層及該犧牲層之至少一者。
6. 如請求項5之方法，其中該真空鍍膜技術係利用磁控濺 射渡膜設備。
7. 如請求項4之方法，其中該化學溶液可快速腐蝕該犧牲層但不易腐蝕該犧牲層之上下層。
8. 如請求項4之方法，其中該化學溶液包含10%-50%酸、0.1%-1.0%濕潤劑及0.1%-5%緩蝕劑。
9. 如請求項8之方法，其中該酸包含：硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸、醋酸、磷酸、氨基磺酸、氫氟酸、氟硼酸、氟矽酸之一者或其組合。
10. 如請求項8之方法，其中該濕潤劑包含AE09或OP-10或其他非離子表面活性劑。
11. 如請求項8之方法，其中該緩蝕劑包含磷酸(鹽)、硫脲、烏洛托品、苯並三唑之一者或其組合。