AF工作原理及制备工艺简述

在目前主流的工艺方案中，几乎所有的手机镜头镀膜都会涉及到AF。本节就AF的成分，工作原理及制备工艺进行讲述。

1. AF膜的直观作用

镀了AF的膜面通常会处于镜头的外侧，要经受各种考验：不同习惯动作的人手抚摸，指甲刮擦，油盐酱醋的腐蚀，日晒风吹雨淋，各种布料口袋的摩擦，钥匙等硬物的伤害等等。为了保持摄像头拍照质量始终不受影响，薄膜必须具有一定的硬度要求，必须可以防水防潮，必须可以耐摩擦，必须尽可能防污且易被清洁，而AF膜可以最大程度的提升常规薄膜的这些能力。   由于这些优点，手机外壳镀膜也会大量用到这种技术，且一直是智能手机产品外观设计的一大重点。加硬，耐摩擦，防水防潮，防污耐腐蚀，易被清洁，是手机业界一直在研究的技术。

2. AF膜的成分及工作原理

AF是Anti-Fingerprint的缩写，字面意思是抗指纹膜，表示的是一种能力，具备抗指纹效果，抗污能力强，且易清洁。在讲述原理之前，有必要先介绍下表面能。   决定物体表面防污防水的关键因素物体的表面能。直接影响着表面物质的粘附性（易沾脏污指纹的程度），液体与表面的粘湿性和渗透性。物质的表面能可以通过接触角计算得到。接触角θ越小，表面能越大，物体表面越湿润；接触角θ越大，表面能越小，物体表面越不湿润，表面“不粘”，从而易于清洁。

下表为常见基底材质的表面能。AF表面能最小，接触角度最大，也就是防污、防水性能最佳。而氧化钛膜的表面能为111最大，水接触角越小，防污防水效果最差。手机上常用的材料铝、钢和玻璃表面能偏大，粘附性较强。

表 不同基底材质表面能比较

基底材质	表面能γc（mN/m）	水接触角(度)
AFC 抗指纹镀层	16	115
Poly(tetrafluoroethylene) 聚四氟乙烯	18.5	114
Polypropylene 聚丙烯	31.0	108
Aluminium (3003 H14) 铝	49	60
Steel (A1008) 钢	60	53
Glass玻璃	78	<15
TiO2氧化钛	111	<5

 

目前已知的低表面能材料有机硅和有机氟材料，其分子集团的表面能从大到小依次为：

-CH2->-CH3>-CF2->C-F2H>-CF3。

其中，-CF3基团的表面能小至6.17mJ/m2，计算得到接触角为115.12°，为目前已知最大分子排斥之接触角。   业界普遍认为，氟材料是目前唯一能达到用户需求且长期使用的产品；短期内还是以氟材料为主，可以暂且将AF技术理解为氟技术。下表为某种AF材料的成分表。  

需要补充说明的是，自然界中存在的荷叶自洁效应，其本质是表面有一层超微纳米结构层，如下图所示。虽然都表现为大的水滴接触角，但其原理与AF膜不同。  

3. AF膜类别

目前氟材料在AF上面的应用，已接近一个材料的极限了，再做突破难度很大。从大类划分，低表面能的氟材料主要分为两大类：可固化树酯类膜和自我限制表面反应类膜层。下表对这两种膜层的特性进行了总结。对于手机摄像头，目前主流工艺是采用自我限制类有机氟化物。

表 两类材料性能对比

	可固化树酯类有机氟化物	自我限制类有机氟化物
镀层结构	单层可UV固话或热固化之树酯覆盖	双层结构：底层SiO2+上层自我限制氟化分子
镀膜方法	喷涂于表面后UV或热固化	SiO2：PVD或CVD真空镀膜技术 自我限制氟化分子：喷涂或蒸镀
薄膜厚度	0.5~10微米(um)	5~20纳米(nm)
薄膜优点	薄膜较厚，对抗坚硬物质有较佳的机械强度 施工容易 成本低廉	薄膜极薄，不影响产品外观、颜色、规格。保留金属触感 良品率极高 无脱膜问题，就算薄膜被磨掉也不影响产品外观 表面能极低，最低可达到16(mN/m)
薄膜缺点	薄膜较厚，影响产品外观、规格、触感、散热等特性 良品率不易控制 使用时间长可能产生脱膜之问题，严重影响外观	镀膜工艺较复杂 价格稍高

 

自我限制表面反应类膜层按产品应用通常分为两大类。一类是硅表面的氟，水滴角大于115°，动摩擦系数小于0.03。硅表面的氟材料通常会用在玻璃、阳极氧化、金属等材质。以现在技术发展来看，常见的固体表面都能做上去。另外一类是塑料表面的氟化物，比如PC、PMMA、ABS等水滴角通常大于105°。   在全球范围内，比利时Solvay和大金是AF技术的顶级厂家，其他如度恩、PPG、信越、富士康、旭硝子、巴斯夫等也有能力生产。

 4. AF膜检测标准

对于AF膜，目前主要有三种评价测试方法。 a.  接触角测试：可以很快判定是否具备AF效果以及是否失效。 b.  动摩擦测试：水滴角及感官体验。 c.  耐摩擦测试。虽有测试方法，但具体实施标准比较混乱。   华为，苹果、三星等各有标准。苹果认为产品表面的摩擦是刚性的，接触的都是刚性物品，如钥匙和纽扣等，因此测试方法倾向于用钢丝绒。三星讲究感官体验。认为软的东西如手指和布料等是AF表面的重要接触物，所以倾向于用工业橡皮来测试；并希望做到表面触感顺滑。

 5. AF膜制备工艺

目前最常用的是硅表面氟材料，它由低表面能氟化基团和表面反应基团两种官能基团所组成。当有机氟化物接触到物质表面后，表面反应基团将对对应的表面官能基进行化学反应，产生化学键结，然后成膜。自我限制有机氟化物的主要反应基团是与沉积玻璃（主要成分是SiO2）表面的羟基（Si-OH）进行缩合反应，但是手机金属表面并无Si-OH，所以若要在金属或其他材料上使用此类的有机氟化物，必须先在镀一层 SiO2，再镀低表面能的有机氟化物，如下图所示。  

市场有多种型号的AF药丸，不同型号的性能有明显差异，装药量也会有明显区别。实际应用时也要依据最终客户的判定标准进行慎重选择。蒸发AF通常有两种方法，一种是石墨坩埚，一种是蒸发舟。对于石墨坩埚， 度恩官方曾给出了石墨坩埚电子束蒸发时的注意事项，详见下图所示。

须注意电子束轰击位置，并控制束流，束流一般在50mA左右，过大的束流或位置不对很容易造成AF受热分解，导致镀膜失效。除此外，还要注意以下事项。

a.   AF药丸拆开包装后须立即使用。拆开长久放置药性会挥发失效；

b.   结合层SiO2的厚度以15-20nm为宜，建议不能太致密，便于AF药化学键结成型；

c.   结合层结束后镀AF，建议速率0.8nm/S。为保证AF充分发挥其效果，实际镀膜中可能需要适当增加膜层厚度，不一定局限于厂家给出的15~20nm的参考厚度；

d.   成膜后取出镜片，常温静置120min以上，让薄膜充分老化。

6. 总结

补充一下，硬度也是手机薄膜很重要的一个指标。硬度与基板本身材质特性有很大关系。一般情况下，同样工艺镀膜条件下，较硬的基板表面，可以得到硬度更高的测试结果。市场上专用的加硬液，可以涂在基板表面，进行表面改性，提高硬度，通常称为HC膜。与AF配合使用，可以大幅度提高薄膜的测量硬度。  

编辑：黄飞