手机从诞生以来,不管是大哥大时代还是功能机时代,作为消费电子产品其外观一直是不同厂家及消费者非常重视的一个因素。自苹果手机开启大屏幕智能手机的潮流,各大手机厂商及供应商通过不断地努力研究新的外壳材质,并一次次推动行业发展。
陶瓷材质的手机背板被大众所熟知是由小米公司Mix系列开始,之后小米又在Mix2系列将铝合金中框与陶瓷结合发挥到了极致,从此,陶瓷材料成为了手机机身背后备受瞩目的新材料。
然而,目前来看,陶瓷背板并没有大范围推广开来,甚至慢慢成为了可有可无的点缀,这到底是怎么回事?
01
陶瓷背板是怎么生产出来的?
陶瓷背板的工艺复杂,生产难度大,良品率不高。目前陶瓷背板技术主要在成型环节存在技术路线的差异,市场上主要采用存在注射成型、模压成型、流延成型以及等静压成型四种技术,四种技术路线各有千秋。
陶瓷成型可以得到高密度、内部均匀的陶瓷坯体,是陶瓷背板制备中的关键环节,直接影响到陶瓷背板的可靠性以及最终的成本,目前市场上主要采用注射成型、模压成型、流延成型以及等静压成型四种技术,四种技术路线各有千秋。
1、注射成型
注射成型技术是一种制备陶瓷背板的新工艺,通过在粉体中添加流动助剂,充模得到所需形状胚体。主要生产形状复杂,精确要求高的陶瓷部件。
注射成型可以近净尺寸成型,对于背板之类形状复杂且要求特殊的部件,可以在其烧结后的有效减少对 CNC 加工的依赖,进而降低加工成本;注射成型的自动化程度较高、成形周期较短、得到的坯件强度高,而且生产过程较为容易管理和控制,适合量产;此外由于粘结剂的流动性较好、粉末间隙小,粉末与粘结剂容易混合均匀,烧结时的收缩性较为接近,因此成形坯件的致密度比较均匀,背板的精度高而且表面光泽度高。
虽然注射成型优势明显,但是其在喂料配方、混炼以及模具开发方面都存在一定的困难,而且成型坯体的质量受到模具设计以及注射熔体充模流动状态地影响较大,因而胚体的尺寸越大,注射成型越不占优势。
2、模压成型
模压成型又叫干压成型,是手机陶瓷背板的主流成型方法之一,也是小米 MIX 手机陶瓷背板所采用的制作工艺。其是把流动性好、粒配合适的粉料倒入金属磨具中,使用压机施加外力将粉体颗粒压重排变形,从而制成所需的陶瓷胚体。此法多用在生产扁平状的高刚性陶瓷产品,能够达到成本低、材料利用率高、剪切性以及回收性良好的效果。
干压成型法具有工艺相对简单、操作较为方便、加工周期短但效率高,有利于实行自动化生产的优点。此外成型的坯体密度较大、精确度高、强度高,电性能好。但是该工艺在大型坯体的生产上存在一定难度,主要表现为模具易磨损、加工流程复杂且成本较高;而且由于粉料的颗粒细、质量轻、流动性差,上下加压过程中由于压力分布不均产品易出现开裂、分层的现象。但随着陶瓷背板成型方法的逐渐发展,这一缺点逐渐为等静压成型所克服。此外该法生产的毛坯厚重,对于 CNC 加工依赖性高,增加了加工成本。
3、流延成型
流延成型工艺是把陶瓷粉料和添加剂在溶剂中混合制成具有黏性的浆料,并用刮刀将其以刮压涂敷在专用基带上。待浆料干燥、固化后,将其从基带上取下,成为生胚的薄膜。最后按照成品的要求对生胚做冲切、层合等处理,制成待烧结的毛坯。流延成型法适用于生产 0.2mm-3mm 厚度的陶瓷薄片材料,对于陶瓷背板的生产效果良好。
流延成型且具有工艺稳定、设备简单、自动化程度高、生产效率高、产品质量好的优点,因此是目前制造陶瓷薄片材料最重要、最有效的工艺。但也存在制造过程中粘结剂使用量较高,导致产品收缩率约为 20% 的缺点,此外还难以生产具有 3D 结构的背板产品。
4、等静压成型
等静压成型工艺是将粉料颗粒放入装有液体的高压容器内,利用液体介质的不可压缩性以及均匀传递力,对颗粒进行施加外力,由于各方向所受压力均匀,因此该法制备的产品均匀一致、密度高且胚体内应力小,对于粘结剂依赖较少。
目前在干压的基础上进行的等静压成型,可避免干压时易出现的分层现象,因此该法是生产氧化锆粉料的常用方法之一,能压制具有复杂形状的零件,且所用模具成本低。但用该法制造的坯体需要加工,造成一部分原料的浪费,而且由于坯体较硬,加工麻烦、速度缓慢。此外还存在压坯的形状与尺寸不易精确控制,生产率较低,难以自动化生产等缺点。
02
陶瓷背板在智能手机行业度过了哪几个阶段?
陶瓷背板在智能手机行业的发展可以概括为以下几个阶段:
初期阶段:陶瓷背板在智能手机领域的应用可以追溯到2012年,当时夏普公司推出了一款陶瓷背板的智能手机。这种背板材质当时被认为具有高端、耐用的特性,但由于制造难度和成本等问题,这种材质的应用范围相对较小,只被少数高端品牌采用。
发展阶段:随着技术的不断发展,陶瓷背板在智能手机领域逐渐得到了更广泛的应用。2016年,小米公司推出了一款采用陶瓷背板的高端智能手机,这款手机在市场上取得了一定的成功,引起了其他手机厂商的关注。随后,华为、OPPO、Vivo等品牌也相继推出了采用陶瓷背板的产品,并在市场上获得了不俗的表现。
衰退阶段:由于陶瓷背板的成本、重量等问题,以及其他材质的不断发展,陶瓷背板在智能手机领域的优势逐渐被其他材质所超越。随着市场对轻薄、美观等特性的需求不断增加,陶瓷背板的应用逐渐减少,目前只有少数手机品牌仍在采用这种材质。
03
为什么陶瓷背板在智能手机领域优势不再明显?
陶瓷背板在智能手机领域曾经具有一定的优势,主要体现在以下几个方面:
耐磨性强:相比于普通的玻璃或塑料材质,陶瓷背板更加坚固,具有更好的耐磨性能,能够有效地防止刮痕和损坏。
高温抗性好:陶瓷材质具有较高的耐高温性能,能够在高温环境下保持稳定的性能和外观。
质感佳:陶瓷材质具有光泽度高、手感舒适等特点,能够提升手机的整体质感和品位。
然而,随着手机技术的不断发展,手机陶瓷背板的优势逐渐被其他材质所超越,主要原因包括:
成本较高:相比于其他常见的材质,如玻璃和塑料,陶瓷材质的生产成本较高,导致手机厂商在成本控制方面面临一定的压力。
重量较重:陶瓷材质相比于其他轻量材质,如塑料和金属,更为重量,会让手机整体重量增加,不利于携带和使用。
制造难度大:由于陶瓷材质的硬度和脆性,制造过程要求更加严格和复杂,需要更高的技术和设备支持,增加了制造成本和周期。
因此,手机厂商在选择材质时需要考虑多种因素,包括成本、重量、外观质感等,陶瓷背板并不是一种完美的选择。
04
工信部发布无线充电相关政策,利好陶瓷背板
无线充电方面,无线充电技术主要通过磁共振、电场耦合、磁感应和微波天线传输技术实现。由于目前金属机壳对电磁场有屏蔽和吸收作用,会影响无线充电的传输效率,所以无线充电功能不能用在金属后盖手机和智能手表中。但是电磁波可以顺利穿过陶瓷、玻璃、塑料等非金属材料,所以智能手机和手表要实现无线充电功能,就须采用陶瓷和玻璃后盖,塑料虽然也可使用,但易老化,质感差。
由此可见,无论是5G通信还是无线充电,陶瓷材料可以较好地解决信号传输问题。
不过,如果你没有使用过无线充电,或许就很难体会到这项技术的便利。
与传统的有线充电不同,无线充电不受线材的束缚,只需要轻轻一放,就能开启手机的电量补给,整个过程就像我们在地铁上刷交通卡,在商场购物时刷信用卡,不必费事掏出钱包,而是用集成NFC的手机来完成。
2021年,国产手机厂商正在紧锣密鼓地筹划高功率无线充电产品,在这项技术上研发最卖力的小米,已经拿出了支持67W无线充电的小米11Pro和小米11Ultra,以及适配的80W无线充电器,支持100W无线充电的MIX4也已蓄势待发。
谁知工信部的一纸新规下来,所有准备飙无线充电功率的厂商都被浇了一盆冷水:已经发布或在售的手机不受影响,但是2022年之后发售的无线充电手机,都不能突破50W的限制。
这次限制,导致的直接后果就是国产厂商不再着重宣传无线充电了,反正大家都是50W,充电速度都差不多,没有了竞争意识也没有内卷,隐隐有了摆烂的趋势,以各家手机品牌+无线充电的关键词在电商平台中搜索,会发现这些产品一般都是两三年前推出的旧款,部分厂商甚至官网都下架了无线充电器,仅在第三方平台有售。
就这样,刚开始热闹起来的无线充电市场转瞬就冷清了起来。
但目前,无线充电行业又有了转机。
近日,工业和信息化部印发了《无线充电(电力传输)设备无线电管理暂行规定》,该规定将于2024年9月1日起正式施行。
其中最重要的是第四条:移动、便携式无线充电设备的工作频率范围为100-148.5kHz、6765-6795kHz、13553-13567kHz频段,且额定传输功率不超过80W,工作频率等相关技术参数应当满足《无线充电(电力传输)设备技术要求》。
这就意味着包括智能手机、移动电源、家用无线充电器、车载无线充电器在内的这些产品,无线充电功率放开到80W,比起之前快了不少。
虽然这个两年前就轻松实现的功率,要到2024年9月之后才能再次用上,或许让大家提不起多少兴趣。不过,这对于国内几家专注于无线充电的半导体企业是一个非常大的利好消息,当标准放宽之后,手机厂商必然会对硬件和充电外设进行迭代升级,届时或许对无线充电的相关需求会再次旺盛。
需要注意的是,随着技术的进步,纳米陶瓷粉料、成型烧结、特别是后续的精密加工的成本都显著下降。
目前,良率低的问题也正得到解决,良率由最初的30%左右现已提升到70%以上。这是因为氧化锆陶瓷外观件从原料到成型烧结和CNC等精密加工技术,通过近几年的不断积累与改进已逐渐成熟和完善。特别是针对手机陶瓷背板和智能手表外观陶瓷件的专用CNC和研磨设备的开发应用,显著提高了加工效率和良率,大幅降低了陶瓷精加工的周期和成本。
那这次,极其适配无线充电的陶瓷背板会不会再次走入人们的视野呢?
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