手機(jī)將步入5.Xmm厚度時(shí)代，哪些材料、工藝可實(shí)現(xiàn)手機(jī)超薄化？

當(dāng)我決定做手機(jī)外殼

我開始關(guān)注艾邦高分子

從大哥大到功能機(jī)，再到智能手機(jī)，手機(jī)變得越來越??！手機(jī)超薄化是手機(jī)主機(jī)廠的一個(gè)永恒話題，本文從全球知名手機(jī)厚度變化趨勢入手，以技術(shù)工藝角度來分析如何實(shí)現(xiàn)手機(jī)更薄。看完這篇文章，相信您能夠收獲頗多！本文篇幅較長，主要分為5個(gè)部分：

一、近幾年，手機(jī)變得越來越薄

二、5.Xmm時(shí)代，手機(jī)需要做哪些改變？

三、5.Xmm超薄手機(jī)時(shí)代，哪些制造工藝可能會流行？

四、5.Xmm時(shí)代，超薄手機(jī)如何保持良好的信號？

五、小結(jié)：厚度不是唯一選項(xiàng)，卻是永恒賣點(diǎn)

 一 近幾年，手機(jī)變得越來越薄

手機(jī)超薄化是一個(gè)永恒的主題，手機(jī)制造商恨不得一下推出像紙張一樣薄的手機(jī)來占領(lǐng)這個(gè)天天變化的市場。2016年6月9日，聯(lián)想公司在美國舊金山召開了新品發(fā)布會，展示的Moto Z智能手機(jī)，厚度5.2mm。

圖：Moto Z智能手機(jī)

 手機(jī)作為現(xiàn)代人的隨身四寶“伸手要錢”（身份證、手機(jī)、鑰匙、錢包）之一，早已成為日常生活不可離身的重要工具，未來，身份證、鑰匙、錢包極有可能被手機(jī)代替。更輕薄的手機(jī)，能夠節(jié)省隨身攜帶的重量和空間，不會成為拿在手中或放在包里的累贅，減少因?yàn)殚L時(shí)間打電話或玩游戲?qū)е碌氖直鬯嵬础?/span>

因此各大手機(jī)廠商也在不斷加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，試圖將手機(jī)做的更薄，比如將觸摸面板與液晶面板結(jié)合的In-cell技術(shù)、將觸摸面板與保護(hù)玻璃一體化的單玻璃觸控技術(shù)OGS、更薄的金屬材質(zhì)背板工藝、“護(hù)玻璃、觸控、液晶、中板，四合一”組裝技術(shù)等等。目前，手機(jī)界主流的幾個(gè)廠商之主流手機(jī)型號厚度在6mm時(shí)代，如下表：

表：代表性手機(jī)厚度趨勢

iPhone 7最早可能于2016年9月份發(fā)布，很可能只有6毫米厚，是迄今為止最薄的iPhone智能手機(jī)。 隨著材料、工藝技術(shù)的進(jìn)步，可以預(yù)見，智能手機(jī)厚度將步入5.Xmm時(shí)代，甚至一步跨入4.X時(shí)代。

 二 5.Xmm時(shí)代，手機(jī)需要做哪些改變？

1.有機(jī)屏取代玻璃液晶屏

蘋果將在未來的iPhone中配備AMOLED觸控屏的說法早有傳聞。按照網(wǎng)友在貼吧上的爆料稱，今年推出的iPhone 7確認(rèn)將搭載AMOLED觸控屏，并且蘋果還向供應(yīng)商提交了訂單，甚至已經(jīng)開始了生產(chǎn)。UBI Research分析師Lee Choong-hoon預(yù)測，曲面AMOLED屏iPhone將會在2018年發(fā)布，AMOLED版iPhone將占據(jù)當(dāng)年蘋果iPhone出貨量的30%，上述比例在2020年將增至80%。而到了2021年，AMOLED屏在蘋果iPhone上的應(yīng)用將會超過三星。

蘋果擬采用AMOLED液晶屏，這種屏除可以做成彎曲的側(cè)邊外，還一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是比現(xiàn)在普遍使用的玻璃屏要薄0.7mm。

圖：三星S7 OLED液晶屏

2.高比容的硅負(fù)極鋰電池已經(jīng)批量出貨

手機(jī)厚度的壓縮很大一部分程度來自于手機(jī)電池被壓縮的空間。在電池技術(shù)相比其他硬件發(fā)展幾乎止步不前的今天，手機(jī)不斷增加的屏幕尺寸和日益提升的硬件配置，對電池續(xù)航都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。然而超薄的機(jī)身縮減了電池的空間和容量，無形中也就成為了手機(jī)續(xù)航能力較差的首要原因。再加上越來越多手機(jī)廠商選擇電池不可拆卸的一體化設(shè)計(jì)。

手機(jī)中鋰電池經(jīng)歷了鋼殼鋰電池、鋁殼鋰電池、聚合物鋰電池三個(gè)時(shí)代，其共同特點(diǎn)是都采用石墨為負(fù)極，由于這種碳基材料的負(fù)極的可逆容量只有372mAh/g，最新的鋰電池技術(shù)是一種叫硅負(fù)極的鋰電池。硅碳材料代替石墨。研究員們發(fā)現(xiàn)一種硅元素（Li22Si5）的容量達(dá)到了4200mAh/g，是開發(fā)具有高容量電池極佳的材料。并且使用這種負(fù)極材料做成的電池在使用的過程中幾乎沒有容量衰減，更有利于提高電池的使用壽命。再加上硅在地球上儲量豐富，成本較低，因而是一種非常有發(fā)展前途的鋰離子電池負(fù)極材料。相對于目前石墨負(fù)極的鋰離子電池，硅負(fù)極電池可以使電池充電量相當(dāng)于前者的10倍，當(dāng)然，這種提高是理論上的，還需要正極材料的配套改進(jìn)，目前，在南京量產(chǎn)的硅負(fù)極鋰電池，容量提升了30%。

圖：紅米note3，來源于紅米手機(jī)微博 

比容是鋰電池容量與體積之比值，越高則相對體積的電池容量高，若提升了30%容量的鋰電池在手機(jī)中使用，則同樣的容量，體積可以縮小30%，折算到厚度方向，3000毫安時(shí)的鋰電池，厚度可以減少1mm左右。

3.音頻3.5mm毫米耳機(jī)接口將被取代

iPhone 7將取消3.5mm耳機(jī)接口，轉(zhuǎn)用Lightning接口耳機(jī)取代基本上已被確認(rèn)。而其他手機(jī)都會在不久的一年時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)用一種新的充電、數(shù)據(jù)傳輸、音頻傳輸?shù)慕涌凇?/span>

圖：手機(jī)中取消3.5mm音頻孔后，數(shù)字usb c接口將取代音頻、充電、數(shù)傳功能

Type-C，它是USB接口的一種連接介面，不分正反兩面均可插入，大小約為8.3mm×2.5mm，和其他介面一樣支持USB標(biāo)準(zhǔn)的充電、數(shù)據(jù)傳輸、顯示輸出等功能。Type-C由USB Implementers Forum 制定，在2014年獲得蘋果、谷歌、英特爾、微軟等廠商支持后開始普及。

第一個(gè)優(yōu)勢，就是最為人所知的無方向性，通俗說就是可以正反插，估計(jì)這也是蘋果放棄之前使用的Thunderbolt 2接口的重要原因；

第二個(gè)優(yōu)勢是Type-C非常淺薄，約8.3x2.5mm的大小放在移動設(shè)備上并不突兀，應(yīng)用在筆記本電腦之上更是節(jié)省空間了三分之二的空間；

第三個(gè)優(yōu)勢在于其完整支持USB 3.1的全部功能，由于供電標(biāo)準(zhǔn)提升至20V/5A、100W功率，、最高10Gbps的傳輸速率、傳輸影音信號等。特別的是，Type-C的功率傳輸是雙向的，這意味著它擁 有兩種發(fā)送功率方式，即用戶不僅可以用筆記本為移動設(shè)備充電，也可以利用其它設(shè)備或移動電源為筆記本充電。

另外，有傳聞?wù)f蘋果會在iPhone 6s上用Type-C取代Lightning接口，結(jié)合Type-C支持音頻信號傳輸?shù)奶匦?，早前蘋果要取消耳機(jī)接口的信息并非空穴來風(fēng)。所以得益于Type-C，今后的手機(jī)上很有可能只有一個(gè)接口。

從現(xiàn)在的趨勢看，Type-C取代Type-A/B介面是必然的結(jié)果，其擁有的纖薄性、便攜性、拓展性特點(diǎn)都助其在與眾多接口的競爭中勝出。

 三 5.Xmm超薄手機(jī)時(shí)代，哪些制造工藝可能會流行？

1.高剛性的鈦鋁合金用于手機(jī)中做結(jié)構(gòu)支撐件

2012年蘋果剛剛推出iPhone 5不久，人們還在津津樂道iPhone5更加纖薄的機(jī)身和金屬材質(zhì)質(zhì)感的時(shí)候，就有不少網(wǎng)友在論壇和微博發(fā)帖，稱自己坐到了新買的iPhone 5上，結(jié)果手機(jī)被坐彎了。iPhone 5為了做到更輕更薄，采用了全鋁材質(zhì)的外殼，另外為了增加顯示面積采用了更長的4吋屏幕（與iPhone 4/4S寬度一樣），才造成了這樣的后果。也就是說，面積大，厚度薄，相比面積小時(shí)更容易被彎曲，更需要提升手機(jī)的結(jié)構(gòu)件的硬度、強(qiáng)度。

目前手機(jī)中鋁合金是采用硬度高的航空鋁合金，應(yīng)對厚度在6.Xmm的手機(jī)還勉強(qiáng)合適。但是手機(jī)厚度再變薄，金屬材料用得少了，相應(yīng)的則需要考慮采用鈦鋁合金、不銹鋼或者液態(tài)金屬了來增強(qiáng)材料的強(qiáng)度了。

圖：液體金屬BMG、不銹鋼、鋁合金、塑料等強(qiáng)度、剛性、成型、量產(chǎn)性對比

圖：不同種類金屬，其材料強(qiáng)度對比（來源：富士康張平）

鈦鋁合金、液態(tài)金屬，都適合做外觀和結(jié)構(gòu)一體化的支撐件，如手機(jī)邊框和底蓋、后蓋等。

2.納米注塑技術(shù)，使得手機(jī)結(jié)構(gòu)可靠

納米注塑是一種異種金屬材質(zhì)通過注塑連接在一起的技術(shù)，先把金屬在藥水中處理，界面形成微納米孔洞結(jié)構(gòu)，再通過注塑，把金屬和塑膠在模內(nèi)注塑在一起。納米注塑的鈦鋁合金剪切強(qiáng)度與采用不銹鋼、鋁合金差別不大，但是其拉伸強(qiáng)度提高了20%以上，這種材質(zhì)是用于超薄手機(jī)最佳選擇。

圖：不同材質(zhì)材料納米注塑后力學(xué)指標(biāo)對比（來源：富士康張平）

圖：納米注塑做手機(jī)金屬-塑膠組件流程，先CNC，再注塑 

金發(fā)科技、華力興等企業(yè)都推出了系列納米注塑高分子材料，尤其是能“納米注塑+LDS”雙功能材料，使得納米注塑再往后延伸到天線制造環(huán)節(jié)，制成“塑膠-金屬-天線電路”完美的組件。

 四 5.Xmm時(shí)代，超薄手機(jī)如何保持良好的信號？

手機(jī)厚度這幾年一直在變薄，天線頻段一直在增加，可是手機(jī)射頻指標(biāo)確沒有降低要求，天線信號是一個(gè)“場”，需要空間支撐，俗話說“站得高，看得遠(yuǎn)”，手機(jī)天線也一樣，凈空、天線與地線有一定距離，天線圖案向3D方向延伸，這是做好指標(biāo)的要點(diǎn)。手機(jī)超薄化，把天線圖案壓迫到一個(gè)近似平面的空間，再用傳統(tǒng)的FPC（柔性線路板）來做天線，有一定難度。

1.FPC天線，將終止于5.X厚度時(shí)代，LDS技術(shù)將是主流工藝

手機(jī)塑膠溝道復(fù)雜，F(xiàn)PC不能共形貼合；FPC粘貼時(shí)侯，用到大量人力資源；FPC粘貼在塑膠上，有兩個(gè)長期得不到解決的“癌癥”：

其一是FPC基材邊角容易翹起，尤其是過一段時(shí)間就有這個(gè)毛病，使得手機(jī)存在質(zhì)量隱患。在厚機(jī)身時(shí)代，手機(jī)天線信號有裕量，即使少面積翹起來還不至于性能惡化，但是，超薄手機(jī)天線指標(biāo)，多是接近出貨及格線，一旦售出后，天線指標(biāo)惡化，用戶明顯感覺信號不行。要解決FPC這個(gè)“癌癥”，需用到一些價(jià)錢貴的膠和熱壓工藝，會大幅提升手機(jī)制造成本；

其二是人工粘貼時(shí)，耗費(fèi)大量人力資源同時(shí)，粘貼誤差輕易在200微米以上，使得天線指標(biāo)也輕易惡化。目前華為等企業(yè)，手機(jī)天線圖案在手機(jī)中空間定位精度都在50微米內(nèi)，用FPC去做天線設(shè)計(jì)已經(jīng)變得不可以觸及一線品牌商了。

因此，LDS技術(shù)（激光直接成型電路結(jié)構(gòu)技術(shù)，立體電路制造的一種技術(shù)，天線直接做在塑膠殼體上），為何這么快就替換了FPC天線市場，既省組裝的人工，又提升了天線指標(biāo)的一致性。

2.手機(jī)天線在5.Xmm厚度時(shí)代的空間位置

手機(jī)進(jìn)入5.X厚度時(shí)代，天線制造位置前蓋板、底蓋中、中框上（中板）：前蓋中即手機(jī)“TP觸摸屏+玻璃蓋板+塑膠五金結(jié)構(gòu)件”上，這種一體化組裝TP蓋板技術(shù)，是群創(chuàng)2016年6月推出的工藝，提高了貼合速度20倍，良率也進(jìn)一步提升到99.9%，而在這種一體化TP蓋板上制造好GPS、wifi、藍(lán)牙天線，更是一種創(chuàng)新的制程，其又省了組裝成本和改善了手機(jī)行業(yè)另一個(gè)老大難問題：GPS天線信號難調(diào)到滿意效果。很多型號手機(jī)，在給運(yùn)營商測試時(shí)候，GPS定位時(shí)間長，因?yàn)樘炀€增益低。GPS天線需要“見天”，最佳安裝位置在面板聽筒附近，而把GPS天線做在TP蓋板上是最佳方案。

而底蓋若是金屬機(jī)身的話，手機(jī)天線制造在“納米注塑結(jié)構(gòu)件的塑膠上”，如下圖中紅圈所示：

圖：納米注塑的鋁合金底殼上的塑膠部位，用于制造天線，來源于深圳市微航公司

若手機(jī)底蓋采用非金屬材料，則中框是金屬的材質(zhì)，天線制造在“金屬包塑膠”結(jié)構(gòu)的塑膠上，見下圖：

圖：鈦鋁合金、鎂鋁合金、鋁合金中板包塑膠模內(nèi)注塑件，塑膠上制造天線，深圳市微航公司供稿，深圳拓頻通訊（天線設(shè)計(jì)商）提供該天線設(shè)計(jì)

3. 超薄手機(jī)天線制造工藝

無論是一體化TP前蓋板還是后蓋板、中框，其有限露出的塑膠上制造天線，采用“增強(qiáng)型LDS工藝”，及E-LDS，這種工藝在含“金屬-塑膠”結(jié)構(gòu)上制造天線，金屬是含鋁、銅、鋅、鎂、鈦等元素的合金。這種制程還有一個(gè)特點(diǎn)：

手機(jī)外邊款中被分段的金屬，可以直接與天線連接在一起，不需要通過螺絲或者導(dǎo)電泡棉連接，省了組裝工序。因?yàn)?，在后期化學(xué)鍍藥水中，金屬饋電點(diǎn)可以與塑膠上天線線路在藥水中“長”在一起。而特殊的保護(hù)工藝，使其它金屬部分不被腐蝕。

這類天線制造工藝流程是：

先用“納米注塑+LDS雙功能塑膠”注塑或者用LDS塑膠包覆金屬件模內(nèi)注塑，再通過E-LDS制造流程在塑膠上做天線，E-LDS與所采用金屬種類無關(guān)。

 五 小結(jié)：厚度不是唯一選項(xiàng)，卻是永恒賣點(diǎn)

手機(jī)歸根結(jié)底是一種通信工具，用戶更加需要均衡而具有特色的產(chǎn)品，舒適、方便、耐用才是首要考慮的因素。厚度不是唯一的選項(xiàng)，也不是最優(yōu)選項(xiàng)，但確是一個(gè)永恒的賣點(diǎn)。 手機(jī)中排隊(duì)選用的技術(shù)還有：

1.無線充電功能內(nèi)置

尤其是10W（5V2A）的內(nèi)置無線充電技術(shù)，需要占據(jù)0.3mm厚度（具體方案，請加作者QQ：630142418）。

圖：安卓無線充電接收背貼，來源于深圳市微航公司

2. 高速近距離秒傳視頻技術(shù)，及UWB技術(shù)

目前芯片已經(jīng)成熟，很多手機(jī)設(shè)計(jì)公司在測試中。閃傳視頻，可以與電視、車輛中顯示屏同步動態(tài)共享視頻節(jié)目。視頻播放，可類似微信中共享導(dǎo)航位置功能一樣使用。

以上這些功能，都需要新增加天線和或增加手機(jī)厚度。時(shí)使得手機(jī)天線制造技術(shù)進(jìn)一步“被逼迫”做到有限空間的塑膠上去。

總之新材料、新器件、新工藝不久將推動主流的手機(jī)演化到超薄的5.X時(shí)代。

作者簡介：周紅衛(wèi)先生，深圳市微航磁電技術(shù)有限公司CTO，長期從事手機(jī)中新材料、新工藝創(chuàng)新應(yīng)用和制造集成。

致謝：本文由深圳市微航磁電技術(shù)有限公司的周紅衛(wèi)先生投稿，艾邦高分子編輯整理。感謝周紅衛(wèi)先生無私的技術(shù)分享，周紅衛(wèi)先生也在艾邦高分子手機(jī)外殼產(chǎn)業(yè)鏈群里，欲加群討論，請長按二維碼，備注“手機(jī)”添加群主微信：18319055312

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