解讀手機防水歷史背後的故事
2017年03月21日08:00

  使用手機時意外總是在所難免,而在種種意外當中可以將其分為兩類,一類為“外傷”,一類為“內傷”;手機由於外界物體的打擊、碰撞或化學物質的侵蝕等造成的外部損壞可以稱為“外傷”;手機由於遭受的外傷過重或液體侵入造成主板損壞可以成為“內傷”。根據筆者的所見所聞,手機最為常見外傷為“碎屏”,最為常見的內傷呢?答案應該是“手機進水造成的”。手機進水是“傷病”中最為棘手的狀況,因為無法確定它是否能恢復如初,造成的損傷也無法估量,輕微進水無傷大礙,嚴重進水則會可能造成“心臟(電源IC)”驟停甚至是“腦(處理器)”死亡。

20年後終成標配 解讀手機防水背後故事
20年後終成標配 解讀手機防水背後故事

  如今,越來越多消費者的手機被水、油或其他液體損壞,統計送修的設備,液體侵入是繼碎屏之後的第二大損壞原因,占比高達35%。據IDC調查數據顯示,2015年全球約有3.28億部智能手機因為液體侵入而受損,由於液體侵入而造城的損失則高達967億美元。

  967億美元是什麼概念?967億美元相當於全球GDP總量排名60多位的一個國家,可見液體侵入造成手機經濟損失是極為慘重。另外,隨著智能手機功能日趨強大,它們不僅日益融入消費者的生活,消費者也希望其能在更加惡劣的環境中使用。綜上所述,手機具備防水功能尤為重要。

手機進水主板遭受腐蝕,出現“內傷”
手機進水主板遭受腐蝕,出現“內傷”

  據IDC報告顯示,目前全球只有不到10%的智能手機具備防水性能,據全球行動通訊系統協會(GSMA)公佈報告指出,到2017年中,全球手機用戶人數將突破50億人;這意味著有45億用戶的手機不具備防水性能,隨時可能遭受液體侵入造成“內傷”,那麼為什麼絕大多數的智能手機不具備防水性能?

  筆者認為,首先手機支持防水技術將要增加成本,預估成本要達到15-20美元,一些中低端智能手機不能負擔起這個成本;其次,支持防水也將限製手機設計的自由度,這也是我們看到很多具備防水性能的手機都略顯笨重;最後一方面則是手機採用防水設計,增加工序將影響到產品的生產良率;如果訂單量較大,產能可能會出現問題。

  防水手機的鼻祖

全球首款支持防水的手機――愛立信R250 PRO
全球首款支持防水的手機――愛立信R250 PRO

  其實,早在18年前,愛立信就推出全球首款防水手機――愛立信R250 PRO,採用鎂金屬機身設計,縫隙中加入橡膠處理,此外還對諸多細節進行特殊處理,保證機身的防水性能,值得一提的是,愛立信R250 PRO在過後的幾年成為防水手機的模仿對象。

  現在的防水手機什麼樣?

  不難理解,厚重刻板的三防手機是得不到消費者的“厚愛”,在2012年,Sony移動將防塵防水功能列入到手機設計的重點,從Xperia Acro S開始,到極致輕薄的Xperia Z L36h,再到Xperia Z3+在防水技術上帶來新突破,Xperia Z3+在USB接口採用Capless無蓋裸露的防水技術,防水級別達到IP65/IP68水準。

SamsungGalaxy S7採用密封膠+橡膠圈+防水鍍膜,從而具備防水性能
SamsungGalaxy S7採用密封膠+橡膠圈+防水鍍膜,從而具備防水性能

  除了Sony,另一大手機廠商很早也開始了防水技術的設計。從Galaxy S4 Active開始,Samsung開始把防水功能帶到自家旗艦上。其中,SamsungGalaxy S5的IP防護等級為IP67,表示它可以完全防止外物及灰塵侵入,並且沉浸在1米深的水下在30分鍾內可以確保產品不因浸水而造成損壞。而到了SamsungGalaxy S7,再次提高防水性能,達到IP68級防塵防水。Apple的iPhone 7支持IP68級防塵防水的性能。

  截止到目前,手機是咋防水的?

  通常手機容易進水部位:外殼與屏幕的縫隙、聽筒開孔、揚聲器開孔、USB數據接口、實體按鍵與外殼之間的縫隙等。手機防水其實並沒有什麼“黑科技”,早期防水手機普遍採用的方法就是密封膠+橡膠圈,現在的智能手機防水則有所升級,採用密封膠+橡膠圈+防水鍍膜(納米塗層)。

目前智能手機防水常見的處理方案
目前智能手機防水常見的處理方案

  手機要達到高等級的防水技術(IPX6以上),需要多種工藝的配合,不同部位,防水的手段具有多樣性。部分地方工藝與傳統概念的防水方式差異較大,例如在麥克風和聽筒部分,由於需要傳導聲音,必須使用只能允許空氣分子通過,而不能讓水分子通過的特殊工藝。

  總的來講,智能手機的防水技術在不同的部位採用不同的隔離方案,首先在外殼上以矽橡膠(圈、墊)密封和防水粘膠、聲學防水(防水透氣隔膜),進一步採用電路板防水(納米鍍膜)等多種方式,以達到高等級的防水效果。

  未來防水手機怎麼做?

  在上文已經說到,現在的智能手機沒有具備防水功能的原因是成本高、限製設計以及影響生產良率;那麼未來智能手機在防水性能上如何去做?防水性能會不會成為智能手機的標配?

  首先在手機防水技術上,筆者認為未來將會是納米防水鍍層的天下,納米鍍層不僅可防止液體進入或侵蝕,大大減少液體與手機內外部易損組件的接觸;而且與機械物理密封相比,納米防水鍍層足以滿足日常的防水需求,且價格更低、更有效,還能提高產品的散熱性能。

採用納米鍍膜防水技術的設備
採用納米鍍膜防水技術的設備

  對希望設備有防水性能的用戶而言,納米鍍層技術將是一個經濟高效的完美解決方案。另外,隨著Samsung旗艦手機、AppleiPhone 7具備防水性能之後,未來一段時間也會有更多支持防水的智能手機出現;但是需要注意的是,目前的納米鍍層防水技術仍不完善,沒有達到防水技術(IPX6以上)的防水效果,還有待於進一步研究以及強化。不過根據目前的情況,未來兩年納米防水鍍層技術有望迎來“質變”。

  目前很多手機主板使用的是納米鍍膜防水

  主板防水是手機防水的最後一道防線,主要技術方案是採用具有荷葉效應的高分子納米材料技術。高分子納米復合材料是指分散相尺寸至少有一維小於100 納米的復合材料。納米材料具有表面效應、小尺寸效應、光學效應、量子尺寸效應、宏觀量子尺寸效應等特殊性質,可以使塗料獲得的功能。其中一類的納米材料具備荷葉效應(或叫蓮花效應),可以實現荷葉一般的超強疏水性,作為防水材料,由於表面張力的作用,落到塗層表面上的水會變為水珠,不會破壞電子設備的內部材料。

無防水技術的手機與採用防水鍍層技術的手機主板對比
無防水技術的手機與採用防水鍍層技術的手機主板對比

  為電子設備增加防水納米塗層的方法是將電子設備放入到真空環境中,在低壓狀況下注入氣態的防水納米材料,使氣體包圍住電子設備,此時設備就會放出等離子體方便納米材料附著到電子設備表面,進而凝固,電子設備的元件表面都會包含一層納米材料。設計過程結束後,整個電子設備上的納米塗層厚度約為頭髮直徑的千分之一,同時表面比較光滑,具備了與荷葉相似的表面。

  目前做納米塗層材料的公司:

  P2i納米防水塗層技術公司

  P2i公司成立於2004年,起初是英國國防部國防科學技術實驗室的下屬機構,主要致力於各種防水技術的開發,在軍方的高標準要求和雄厚背景支持下,一直在防水技術領域處於絕對國際領先水準,是軍用科技轉民用的成功典型之一。在轉向民用市場後,P2i公司迅速在各個領域大放光芒,其招牌的子品牌Aridion主要針對手機、MP3播放器和助聽器等電子設備,P2i曾在MWC2012年大會上將覆蓋塗層的iPhone和iPod泡在水裡運行,引發會場轟動,從而在在手機業界名聲大噪。

採用P2i納米鍍層的面巾紙與普通面巾紙防水對比
採用P2i納米鍍層的面巾紙與普通面巾紙防水對比

  P2i納米防水技術是指在產品整個表面塗上一層厚度僅以納米計的聚合物,這層薄膜可以分子形式附著在產品表面,密不可分。該工藝可將表面能量降低至極低的水平--低至PTFE(聚四氟乙烯)的三分之一,一旦與塗層接觸,液體就會凝結成水珠滾落,材料外觀保持不變,因而具有極佳的防油防水性能。

  HzO防水技術企業

採用HzO防水技術的終端
採用HzO防水技術的終端

  HzO是一家總部位於美國猶他州的高科技公司,擁有消費者和工業電子組件方面的WaterBlock 技術。WaterBlock 技術是HzO表面處理技術的商標名稱,該技術可以在電子元件表面形成納米級的覆蓋物,從而防止電子元件遭受潮濕空氣,汗液和水分的腐蝕,可令手機、媒體播放器、筆記本等免受水及其他液體的腐蝕,屬於分子級的保護。HzO的納米薄膜技術能夠為電子產品實現IPX7或者IP67的防水標準,在一米深的水域實現至少30 分鍾的保護。

  Liquipel防水技術公司

採用Liquipel防水技術的設備(圖片引自Engadget)
採用Liquipel防水技術的設備(圖片引自Engadget)

  Liquipel是美國加州一家高科技公司,在CES 2012中Liquipel展示了其納米保護塗層技術,通過採用該技術可使手機泡在水裡,不會對手機造成損害。Liquipel防水方案是將納米材料在真空環境下以氣態形式噴在電子設備外表,形成“防水外衣”,以實現原本不具備三防能力的產品增加防水功能,據該公司主管介紹,新一代的防水技術可以達到IPX7 級別,也就是說採用該技術的設備可正常在一米的水下停留30分鍾。

  Liquipel鍍膜的方式是把機體放在一個罐狀物中,然後通過製造接近真空的低壓環境,將注入的液體防水物質變成氣態,同時機器內部有搧風的膜瓣,使氣體能覆蓋到該設備內部的每一個角落(只要機身有一丁點縫隙就能進入),氣體冷卻之後就是防水塗層。

未來防水性能將成為智能手機的標配
未來防水性能將成為智能手機的標配

  寫在最後

  相信隨著時間的推移,手機防水性能經過近20年的發展,將會成為高端智能手機的標配功能,因此對於我們消費者來說,未來將有更多優秀的產品可以選擇,其使用場景更加豐富,使用體驗會更加出色。至少你不會再擔心手機掉在廁所里,因為你可以用洗手液把它洗乾淨。最後提醒大家,現在如果你的手機進水了,你還是需要點開這個鏈接,或許對你有所幫助。關於手機防水技術的故事,歡迎大家在下方評論區留下你的想法。

  下頁附:IPXX防護等級概念

  第2頁:IPXX防護等級概念

  IPXX防護等級概念

防護標準等級(圖片引自新浪微博)
防護標準等級(圖片引自新浪微博)

  這裏的“IP”是國際防護標準等級;簡而言之,IPXX中“XX”兩位數字分別代表防塵和防水等級,其中防塵等級從0~6,防水等級則從0~8。

  第一個“X”指的是防止外物和灰塵侵入的等級,用0-6的標數來判斷其防護能力:

防塵能力等級(圖片引自新浪微博)
防塵能力等級(圖片引自新浪微博)

  對於手機設備而言,防塵5級意味著設備已經有了較好的防塵效果,雖不能完全防止灰塵侵入,但灰塵的侵入量不會影響電器的正常運作;6級則是完全防止灰塵侵入,所有接口等部位都密封完全,是與內部元器件完全隔絕。

  第二個“X”是指防水等級,是由國際工業防水等級標準IPX和日本工業防水標準的JIS等級的統一製定標準,用0-8的標數將將防水能力分為9級:

防水能力等級(圖片引自百度貼吧)
防水能力等級(圖片引自百度貼吧)

  簡單來說,對於一些防水性能一般的手機,只要做到6級及以下的防濺水能力,就能夠防止一些生活灑水和雨水入侵到手機內,7級意味著設備在1米以內的水中,可以承受長達30分鍾的浸泡而內部不進水,8級標準則更進一步,可以保證設備在1.5米以下的水中進浸泡30分鍾內安然無恙。

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