NEPCON電子展：材料的日新月異讓智能手機功能豐富多彩

上海2017年4月21日電 /美通社/ -- 手機從功能機向智能機的演進成就了一大批手機品牌，除了蘋果、三星，國內(nèi)的華為、小米、OPPO/VIVO也已經(jīng)聲名鵲起，這得益于智能手機具有龐大的用戶群。據(jù)全球市場研究機構(gòu)集邦咨詢的數(shù)據(jù)顯示，2016年全球智能手機出貨量為13.6億部，年成長率為4.7%。如今，通信已經(jīng)不再是手機的主要功能，伴隨用戶需求的改變，大屏幕、高清拍照、高速視頻播放等已經(jīng)成為衡量智能手機是否新潮的標(biāo)準(zhǔn)，在優(yōu)化各種手機應(yīng)用的道路上，手機制造材料的升級對其也起到了推波助瀾的作用。如：OLED讓手機屏幕實現(xiàn)可折疊；光學(xué)指紋傳感器可以穿透玻璃后蓋；散熱材料迭代滿足快速散熱需求，防水材料層出讓手機更加安全…

哪些手機制造材料的演進對手機功能完善起到推動作用？手機制造材料的快速發(fā)展讓未來手機具有哪些出乎意料的功能？讓我們一一來分析。

OLED：一場屏幕搶奪戰(zhàn)開始

對比LCD顯示屏，OLED屏幕的較大優(yōu)勢在于自發(fā)光與柔性曲面。在手機電源容量無法革新的前提下，手機廠商致力于降低能耗，提高手機續(xù)航能力，而OLED顯示屏是有機電激發(fā)光二極管，不需要背光源。而且柔性曲面屏延展性好，給予手機廠商更廣闊的手機ID設(shè)計空間。根據(jù)液晶市場咨詢機構(gòu)DSCC預(yù)估，2017年全球?qū)⒂?.25億部智能手機采用AMOLED面板，同比增長42%，2021年全球采用AMOLED的智能手機將達12億部，其中有超過半數(shù)為三星與蘋果。

去年，Galaxy S6 Edge的曲面屏設(shè)計不僅賺足了大眾的眼球，還給三星帶來了漂亮的銷量成績單，隨后國產(chǎn)手機廠商也陸續(xù)采用OLED顯示屏，例如OPPO的R系列、vivo的X系列、華為P9、小米note2等機型。預(yù)計從iPhone 8開始，OLED屏幕將成為高端手機的標(biāo)配。蘋果一向?qū)κ袌鲇辛己玫膶?dǎo)向作用，OLED顯示屏勢必也會受到更多青睞。但由于產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尚不成熟，中小尺寸的OLED屏幕三星一家獨大，必然發(fā)生供應(yīng)緊缺現(xiàn)象，蘋果的加入會讓僧多粥少的局面加劇。但據(jù)業(yè)內(nèi)人士觀察，這會倒逼中國的屏幕生產(chǎn)商加快研發(fā)速度，以適應(yīng)市場需求。

指紋識別：從電容器件到光學(xué)器件背后的意義

相對于密碼解鎖，指紋解鎖更加快捷、便利，如今已經(jīng)成為高端智能手機的標(biāo)配。據(jù)統(tǒng)計，2016年的指紋識別傳感器的出貨量已達6.89億顆。調(diào)研機構(gòu)Yole預(yù)測，未來5年，指紋識別市場的復(fù)合年增率將達到19%，市場規(guī)模有望從2016年的28億美元，增加到2022年的47億美元，市場前景被各界看好。

然而，隨著OLED屏幕的大范圍使用，以及未來智能手機對高屏占比的追求，智能手機的下一步極有可能是可折疊。在這樣的大背景下，金屬后殼極有可能被淘汰，轉(zhuǎn)而被玻璃所替代，原來的電容式指紋識別傳感器將無法應(yīng)用于新興手機上，于是傳感器廠商將目光投向了光學(xué)指紋識別。光學(xué)指紋識別器具有抗靜電能力強，耐刮，成本較低等優(yōu)勢，目前主流智能手機廠商已經(jīng)計劃采納，相信不久的將來會出現(xiàn)在用戶手中。

手機快速散熱，好材料是降溫的“冰床”

手機高頻運轉(zhuǎn)時會發(fā)熱，尤其是智能手機，應(yīng)用不斷增多，運行速度加快，發(fā)熱現(xiàn)象更加明顯。而如今，超薄是大部分智能手機的賣點，手機品牌產(chǎn)商為了贏得用戶青睞，極盡所能在有限的體積空間中緊密排列了大量的電子元器件，這就導(dǎo)致手機散熱出現(xiàn)困難。一般情況下，手機正常運營的溫度范圍是30度到50度，當(dāng)溫度超過50度以后，不僅手持舒適感會降低，而且手機性能會受到影響。如何在緊湊的空間中讓手機快速散熱？這成為所有手機品牌商面臨的一大挑戰(zhàn)。手機散熱主要是通過熱傳導(dǎo)和輻射散失到大氣中，因而良好的導(dǎo)熱材料成為手機降溫的首選。目前來看，手機散熱材料主要有石墨片、金屬背板、導(dǎo)熱凝膠、冰巢和熱管五大類，每種材料優(yōu)缺點兼而有之。

1. 石墨貼片散熱：石墨具有可塑性，我們可以把石墨做成一層貼紙的薄片，貼在手機內(nèi)部的電路板上，手機工作發(fā)熱時，熱量可以通過石墨貼片快速傳導(dǎo)到手機背板的外部和周邊，從而加快散熱速度。石墨又分為天然石墨片和人工石墨片，其中，天然石墨的導(dǎo)熱系數(shù)是800-1200w/m.k，容易獲得且成本較低，缺點是厚度只能達到0.1mm；人工石墨的導(dǎo)熱系數(shù)是1500w/m.k，厚度可以達到0.03mm，缺點是價格昂貴。
2. 金屬背板散熱：如今的智能手機大部分都采用了一體化機身設(shè)計，后殼選用金屬材質(zhì)，這在本質(zhì)上就實現(xiàn)了金屬背板散熱。目前普遍的方案是“石墨貼片+金屬背板”的方式，熱量可以通過石墨貼片傳導(dǎo)到金屬背板，用戶幾乎感受不到產(chǎn)品在發(fā)熱。這得益于金屬較高的導(dǎo)熱系數(shù)，以及后殼的大面積優(yōu)勢，而且金屬材質(zhì)質(zhì)感很好。缺點是金屬強度低，表面容易磕損，從而影響美觀。
3. 導(dǎo)熱凝膠散熱：導(dǎo)熱凝膠是由多種導(dǎo)熱粉體及導(dǎo)熱硅膠完全熟化后凝練而成的凝膠狀導(dǎo)熱材料。相對于導(dǎo)熱墊片，導(dǎo)熱凝膠更柔軟且具有更好的表面親和性，而且?guī)缀鯖]有硬度，使用后不會對設(shè)備產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。手機PCB設(shè)計非常緊湊，難免出現(xiàn)不平整或者不規(guī)則，導(dǎo)熱凝膠可以與電子元器件實現(xiàn)良好接觸。典型產(chǎn)品如華為榮耀6，就采用了這種散熱技術(shù)。缺點是接力較弱，不能用于固定散熱裝置。
4. 冰巢散熱：這是類液態(tài)金屬的變相材料，能傳導(dǎo)熱量也能吸收熱量，吸熱特性和導(dǎo)熱特性遠遠高于空氣。散熱原理是填充發(fā)熱點與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)之間的縫隙，以達到快速散熱的目的，典型產(chǎn)品如OPPO R5，缺點是成本較高。
5. 熱管散熱：在手機行業(yè)，也稱之為水冷散熱，就是將一個充滿液體的導(dǎo)熱銅管頂點覆蓋在手機處理器上，處理器運算產(chǎn)生熱量時，熱管中的液體就吸收熱量氣化，這些氣體會通過熱管到達手機頂端的散熱區(qū)域降溫凝結(jié)后再次回到處理器部分，周而復(fù)始從而進行有效散熱。典型產(chǎn)品如微軟Lumia 950/950 XL。缺點是手機散熱熱管的直徑比普通熱管直徑小。

這五種散熱方式屬于被動散熱，目前都已經(jīng)應(yīng)用于不同品牌的智能手機中，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

手機防水：各個環(huán)節(jié)都要通過特殊材料實現(xiàn)

幾乎所有手機用戶都希望自己的手機掉在水里拿出來擦擦還能正常使用，但是現(xiàn)實往往很殘酷，手機防水一直是用戶和廠商的大痛點，手機廠商也在盡力實現(xiàn)手機全面防水，從而幫助用戶解除“后顧之憂”。然而，手機防水無法通過簡單地增加一層保護外殼完成，需要在手機工藝的各個環(huán)節(jié)(設(shè)計、制造、測試)分別完成。在外殼上以硅橡膠密封和防水粘膠、聲學(xué)防水(防水透氣隔膜)，進一步采用電路板防水(納米材料覆膜)等多種方式，以達到高等級的防水效果。

密封防水：硅橡膠密封是防水的第一層級，在機身各處潛在進水口采用硅橡膠密封結(jié)構(gòu)件(硅膠圈、硅膠墊)是保證消費電子產(chǎn)品外殼不漏水的基礎(chǔ)手段。目前結(jié)構(gòu)件選擇使用的橡膠材料一般考慮硅橡膠或者三元乙丙橡膠，選擇必須綜合考慮橡膠的性能。其中邵氏硬度、粘接要求、抗拉強度、伸長率、工作溫度、耐寒度、耐老化等是主要考慮的指標(biāo)，硅橡膠盡管價格高于三元乙丙橡膠，但各方面性能均優(yōu)于三元乙丙橡膠，因此成為電子產(chǎn)品防水首選材料。

與金屬嵌件和塑料復(fù)合成型的特殊能力，使液態(tài)硅膠LSR 成為防水硅膠結(jié)構(gòu)首選材料。LSR 具有優(yōu)異的電氣絕緣性能、耐老化性能，機械強度高、彈性好、成型快速方便，反應(yīng)無副產(chǎn)物、無毒無味，使用溫度較寬，且安全衛(wèi)生、產(chǎn)品可延伸性強等優(yōu)點，可制成不同形態(tài)、不同用途的系列化、差別化產(chǎn)品。如今手機機身各處的零組件，包括SIM卡托、聽筒、Micro USB 接口、耳機孔等，都添加了LSR 與金屬件復(fù)合成型，保證了這些部位的防水可靠性。

聲學(xué)防水：與橡膠密封不同，聲學(xué)防水要求保證防水的同時不影響聲音穿透。以三星S7 智能手機為例，其聲學(xué)部件采用了硅膠和泡棉防水結(jié)構(gòu)件，在底部揚聲器開孔和揚聲器之間采用了防水透氣膜。高分子材料GORE-TEX和粘合劑組成的薄膜產(chǎn)品可以實現(xiàn)IP67/68 級別的防水效果。GORE-TEX面料是美國戈爾公司獨家發(fā)明和生產(chǎn)的一種輕、薄、堅固和耐用的薄膜。它具有防水、透氣和防風(fēng)功能，代表產(chǎn)品是GORE-TEX(R) 膨體聚四氟乙烯(ePTFE)，目前膨體聚四氟乙烯主要運用在醫(yī)療植入體、含氟聚合纖維、墊圈和密封劑、工業(yè)電子設(shè)備的高級介質(zhì)材料中。

電路板防水：電路板防水是智能終端防水的最后一道防線，主要采用具有荷葉效應(yīng)的高分子納米材料技術(shù)。納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子尺寸效應(yīng)等特殊性質(zhì)，通過涂料就能獲得的功能。為電子設(shè)備增加防水納米涂層的方法是將電子設(shè)備放入到真空環(huán)境中，在低壓狀況下注入氣態(tài)的防水納米材料，使氣體包圍住電子設(shè)備，此時設(shè)備就會放出等離子體納米材料附著到電子設(shè)備表面，進而凝固。設(shè)計過程結(jié)束后，整個電子設(shè)備上的納米涂層厚度約為頭發(fā)直徑的千分之一，表面光滑且具備了與荷葉相似的表面。由于表面張力的作用，落到涂層表面上的水會變?yōu)樗?，不會破壞電子設(shè)備的內(nèi)部材料。

該技術(shù)可以加入到手機的各個層面及元件上，這樣即使有液體流入到設(shè)備中，也不會對元件造成任何影響?？床灰姷目挂和繉拥谋Ｗo效果非常持久，可在相當(dāng)程度上減少故障保修和修理成本，它較大的特點就是在不影響外觀以及使用的情況下對機身進行保護。典型應(yīng)用如：華為P9已經(jīng)采用P2i 納米防水涂層技術(shù)。

手機市場競爭日益積累，各大手機品牌商也想在防水問題上推出差異化解決方案，從而提高品牌競爭力。蘋果透露了“通過孔口排出液體”、“隱藏式接口的電子器件”和“耐液聲學(xué)設(shè)備”三項“黑科技”,用于揚聲器、耳機和充電的防水，吊足用戶的胃口。隨著手機廠商的不斷創(chuàng)新，未來會有更多新的防水材料涌現(xiàn)出來。

從智能手機的演進歷程來看，屏幕尺寸越來越大，材質(zhì)逐步走向曲面設(shè)計，傳感器功能越來越全，使得用戶體驗大大進步。對于散熱和防水，手機廠商也在不斷探求對新材料、新技術(shù)的創(chuàng)新，從而給用戶帶來更完美的體驗。NEPCON China 2017主辦方勵展博覽集團及其子公司上海勵擴展覽有限公司聯(lián)合Counterpoint Research、深圳市手機行業(yè)協(xié)會傾力打造2017手機產(chǎn)業(yè)鏈峰會 – 材料、元器件同期活動。兩大主題緊密貼合行業(yè)熱點，共同展示智能手機產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展最新成果、引領(lǐng)未來智能手機關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新相結(jié)合。4月25日-4月27日，NEPCON China 2017與你相約上海世博展覽館。

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