■耀德講堂 / 邱耀弘 博士
經典MIM零件
經典是指具有典範性、權威性且經久不衰的傳世之作，並經過歷史選擇出來的最有價值、最具代表性、最完美並最能表現本行業的精髓，相信大家都同意上述的說法，因此接下來的本文將為大家介紹經典3C產品用MIM零件。在有限的篇幅中，我們來投票選擇，呃，不，還是由Dr. Q指定好了，美國Apple公司的產品應該是當之無愧的經典3C產品代表，這可以從中古手機（二手）價格來觀察，尤其是經典的iPhone 4手機就算使用到最後，甚至被玩家拆解製作成樣品展示板，如圖1所展示。
圖1：簡單排列加文字敘述，墓誌銘的情景帶走的是曾經的你（引自淘寶網 Apple iPhone手機拆解裝裱相框）
人們會時常懷念且企圖重現的經典，Dr. Q認為Apple iPhone 12和13（作者撰寫本稿時甫將上市）堪稱兩代手機重現iPhone 4之經典一點也不為過。那我們就以Apple產品上的零件來說明MIM材料的演進。
經典MIM攝像頭保護後蓋材質──ASTM-F75
圖2的產品便是Apple iPhone 11/12的內部拆解，攝像頭保護後蓋使用ASTM-F75。ASTM-F75正確的名稱是鈷鉻鉬合金(Cobalt Chromium Molybdenum, CoCrMo)，此合金由美國人Elwood Hayness 於1907年發明，卻是在2017年被臺灣大學的黃坤祥(K.S. Huang)推薦給美國Apple iPhone團隊承認並使用至今。ASTM-F75屬於司太立合金(Stellite Alloy)，原本是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質合金，最早以鈷鉻鎢為主要成份，含有相當數量的鎳、鉻、鎢和少量的鉬、鈮、鉭、鈦、鑭等合金元素，偶而也還含有鐵的一類合金。根據合金中成分不同，它們可以製成焊絲，粉末用於硬面堆焊、熱噴塗、噴焊等工藝，也可以製成鑄鍛件和粉末冶金件。
圖2：ASTM-F75被應用到iPhone 11/12的攝像頭保護後蓋（照片取自ifixit網站）
事實上自ASTM-F75以粉末製品問世以來，大部分的粉末均由大陸製粉廠商供應（河北敬業立德、江西悅安新材料、鷹潭龍鼎新材料等）、製品廠商（包含常州精研科技、上海富馳高科、蘇州中耀科技、廈門通達精密四家）聯手完成，產品總數量更是橫貫iPhone 8~13代超過數億，這是MIM產業界的一個傳奇材料。
經典MIM連接器材質──17-4PH
電子產品少不了器件、電源與訊號之間的連接，必須經過人類的精確設計，才能夠保持器件之間的強度、電流安全的輸出入以及電子訊號的傳遞穩定，因此一種強大的MIM材質要能夠包含所有上述要求。而講到各種3C產品的連接器，包含電子訊號、電源輸入、機構零件等等的連接器，Apple使用了大中華地區MIM業界從未青睞（在2012年之前）的17-4PH，其正式的名稱為沉澱硬化型不鏽鋼(17Cr-4Cu Precipitation hardening)，在接下來連10年之久17-4PH成為全球MIM界最大使用量的霸主。
圖3：經典產品與MIM零件的搭配（左1）著名的閃電介面；（左2）經典Airpod耳機盒的轉軸；（左3）Airpod耳機盒的Type C充電口母端是MIM製品；(右)Macbook的轉軸（圖片由Dr. Q提供）
如圖3，Apple經典產品多將MIM零件設計並安裝其中使用，作為堅固牢靠的連結、經久耐用的品質是這些MIM零件最大的優勢，包含：電子訊號連接器的閃電介面(Lightning Connector)，具有最堅固且不分正反面的方便性；位於AirPod 耳機盒上的Type C母端連接器，堅固的MIM零件使Apple產品的充電穩定性呈現最佳狀態，在插入Type C公端時可聽到特有的卡入聲，以及耳機盒的翻蓋處轉軸也是17-4PH的產品；Macbook筆電已沿用數代的顯示幕轉軸，這些機構件都是採用能夠表現多種硬度和機械性能的17-4PH材料。當然還有更多的Apple 產品搭配17-4PH的MIM製品，可以說每一系列的產品（Mac、Mac book、Pad、AirPod、Watch等等）都有它的足跡。
以「麻雀變鳳凰」來形容17-4PH這支MIM材料是非常貼切的，Apple的設計總是讓許多3C產品甚至是擴及其他產業所學習與模仿，自然的對於Apple產品在材料的選型和應用依舊是大家關心的對象。
抗鏽蝕大師級材質──316L 與P.A.N.A.C.E.A.®
不鏽鋼由於有鉻與鎳的存在，因此可以使鐵系合金抵抗氧的侵襲不至於產生氧化生鏽，主要的考慮還是因為鐵系合金的價格低、強度高以及有可參考性的研究資料，在應用到講究產品壽命甚至考慮到人生安全的產品，不鏽鋼是人們最可靠的材料。
316L是眾多不鏽鋼中具有普遍的且高級的耐鏽蝕性能，尤其是代L等級表示其含碳量夠低(C<0.03%)，非常不容易發生晶間腐蝕效應。大部分製造手錶的各大名牌表廠便大量使用這種材料作為手錶零配件，Apple公司的設計工程師自然也不例外的想到這個材料，因此他們設計出用於手錶帶扣件(Lag)的MIM零件如圖4所示。Apple是當代的經典創造者，任何產品的出現都引領整個同業的關注，在智慧手錶設計的風潮，自然少不了模仿此機構與零件的設計。
圖4：使用MIM零件製作的手錶帶扣(Lag)是Apple Watch經典之作（圖片由Apple網站擷取）
但是鎳元素是一種人類無法避免的過敏原，自2006年之後歐洲即頒佈鎳禁止令，早期僅有禁止電鍍鎳的產品表面鍍層，然而後來也發現鎳系列不鏽鋼的合金化後之鎳元素仍舊會逐漸的釋放，因而影響人體，德國BASF早在1990年即買下瑞典皇家學院發明的高氮無鎳不鏽鋼並噴製成粉末作為特種MIM不鏽鋼並註冊成為商品P.A.N.A.C.E.A.® （靈丹妙藥的英文為Panacea，但不鏽鋼P.A.N.A.C.E.A.®系由以下幾個英文字的字首縮寫Protection Against Nickel Allergy, Corrosion, Erosion, and Abrasion）。在此材料推出的剛開始，因其具有特殊的防鏽以及無磁性且高磁導率，確實在Apple以及中國產手機中有被使用，價格也稍比F75來得便宜。然而，P.A.N.A.C.E.A.®熱處理的繁雜程式使得MIM製品廠的製造成本增加，當不慎有熱處理不良導致失效嚴重影響產品的抗蝕與帶磁性，已經逐漸減少使用於外觀件上而失去主角光環。
結論
本文介紹ASTM-F75、17-4PH、316L、P.A.N.A.C.E.A.®四支材料是當代經典3C產品經常使用MIM材料，他們四兄弟也適合使用於未來燒結法的增材製造──金屬黏結劑噴射成形(Metal Powder Binder Jetting)的3D列印技術，不過請各位讀者要注意到四支材料的後表面處理和熱處理條件，Apple公司選擇它們的原因是一個綜合評比與長時間的品質統計、產品超過億級數量的最後結果，這給予我們產業界一個應用上的捷徑，我們真誠感謝市間存在Apple這樣一家公司。
