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20年后将成标配 解读手机防水背后故事

发布时间:2017-03-21 09:40:42  来源:ZOL 邓旭  编辑:阳光不锈  背景:

  使用手机时意外总是在所难免,而在种种意外当中可以将其分为两类,一类为“外伤”,一类为“内伤”;手机由于外界物体的打击、碰撞或化学物质的侵蚀等造成的外部损坏可以称为“外伤”;手机由于遭受的外伤过重或液体侵入造成主板损坏可以成为“内伤”。根据笔者的所见所闻,手机最为常见外伤为“碎屏”,最为常见的内伤呢?答案应该是“手机进水造成的”。手机进水是“伤病”中最为棘手的状况,因为无法确定它是否能恢复如初,造成的损伤也无法估量,轻微进水无伤大碍,严重进水则会可能造成“心脏(电源IC)”骤停甚至是“脑(处理器)”死亡。

20年后将成标配解读手机防水背后故事

20年后将成标配解读手机防水背后故事

  如今,越来越多消费者的手机被水、油或其他液体损坏,统计送修的设备,液体侵入是继碎屏之后的第二大损坏原因,占比高达35%。据IDC调查数据显示,2015年全球约有3.28亿部智能手机因为液体侵入而受损,由于液体侵入而造城的损失则高达967亿美元。

  967亿美元是什么概念?967亿美元相当于全球GDP总量排名60多位的一个国家,可见液体侵入造成手机经济损失是极为惨重。另外,随着智能手机功能日趋强大,它们不仅日益融入消费者的生活,消费者也希望其能在更加恶劣的环境中使用。综上所述,手机具备防水功能尤为重要。

20年后将成标配解读手机防水背后故事

手机进水主板遭受腐蚀,出现“内伤”

  据IDC报告显示,目前全球只有不到10%的智能手机具备防水性能,据全球行动通讯系统协会(GSMA)公布报告指出,到2017年中,全球手机用户人数将突破50亿人;这意味着有45亿用户的手机不具备防水性能,随时可能遭受液体侵入造成“内伤”,那么为什么绝大多数的智能手机不具备防水性能?

  笔者认为,首先手机支持防水技术将要增加成本,预估成本要达到15-20美元,一些中低端智能手机不能负担起这个成本;其次,支持防水也将限制手机设计的自由度,这也是我们看到很多具备防水性能的手机都略显笨重;最后一方面则是手机采用防水设计,增加工序将影响到产品的生产良率;如果订单量较大,产能可能会出现问题。

  防水手机的鼻祖

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全球首款支持防水的手机——爱立信R250 PRO

  其实,早在18年前,爱立信就推出全球首款防水手机——爱立信R250 PRO,采用镁金属机身设计,缝隙中加入橡胶处理,此外还对诸多细节进行特殊处理,保证机身的防水性能,值得一提的是,爱立信R250 PRO在过后的几年成为防水手机的模仿对象。

  现在的防水手机什么样?

  不难理解,厚重刻板的三防手机是得不到消费者的“厚爱”,在2012年,索尼移动将防尘防水功能列入到手机设计的重点,从Xperia Acro S开始,到极致轻薄的Xperia Z L36h,再到Xperia Z3+在防水技术上带来新突破,Xperia Z3+在USB接口采用Capless无盖裸露的防水技术,防水级别达到IP65/IP68水准。

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三星Galaxy S7采用密封胶+橡胶圈+防水镀膜,从而具备防水性能

  除了索尼,另一大手机厂商很早也开始了防水技术的设计。从Galaxy S4 Active开始,三星开始把防水功能带到自家旗舰上。其中,三星Galaxy S5的IP防护等级为IP67,表示它可以完全防止外物及灰尘侵入,并且沉浸在1米深的水下在30分钟内可以确保产品不因浸水而造成损坏。而到了三星Galaxy S7,再次提高防水性能,达到IP68级防尘防水。苹果的iPhone 7支持IP68级防尘防水的性能。

  截止到目前,手机是咋防水的?

  通常手机容易进水部位:外壳与屏幕的缝隙、听筒开孔、扬声器开孔、USB数据接口、实体按键与外壳之间的缝隙等。手机防水其实并没有什么“黑科技”,早期防水手机普遍采用的方法就是密封胶+橡胶圈,现在的智能手机防水则有所升级,采用密封胶+橡胶圈+防水镀膜(纳米涂层)。

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目前智能手机防水常见的处理方案

  手机要达到高等级的防水技术(IPX6以上),需要多种工艺的配合,不同部位,防水的手段具有多样性。部分地方工艺与传统概念的防水方式差异较大,例如在麦克风和听筒部分,由于需要传导声音,必须使用只能允许空气分子通过,而不能让水分子通过的特殊工艺。

  总的来讲,智能手机的防水技术在不同的部位采用不同的隔离方案,首先在外壳上以硅橡胶(圈、垫)密封和防水粘胶、声学防水(防水透气隔膜),进一步采用电路板防水(纳米镀膜)等多种方式,以达到高等级的防水效果。

  未来防水手机怎么做?

  在上文已经说到,现在的智能手机没有具备防水功能的原因是成本高、限制设计以及影响生产良率;那么未来智能手机在防水性能上如何去做?防水性能会不会成为智能手机的标配?

  首先在手机防水技术上,笔者认为未来将会是纳米防水镀层的天下,纳米镀层不仅可防止液体进入或侵蚀,大大减少液体与手机内外部易损组件的接触;而且与机械物理密封相比,纳米防水镀层足以满足日常的防水需求,且价格更低、更有效,还能提高产品的散热性能。

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采用纳米镀膜防水技术的设备

  对希望设备有防水性能的用户而言,纳米镀层技术将是一个经济高效的完美解决方案。另外,随着三星旗舰手机、苹果iPhone 7具备防水性能之后,未来一段时间也会有更多支持防水的智能手机出现;但是需要注意的是,目前的纳米镀层防水技术仍不完善,没有达到防水技术(IPX6以上)的防水效果,还有待于进一步研究以及强化。不过根据目前的情况,未来两年纳米防水镀层技术有望迎来“质变”。

  目前很多手机主板使用的是纳米镀膜防水

  主板防水是手机防水的最后一道防线,主要技术方案是采用具有荷叶效应的高分子纳米材料技术。高分子纳米复合材料是指分散相尺寸至少有一维小于100 纳米的复合材料。纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质,可以使涂料获得的功能。其中一类的纳米材料具备荷叶效应(或叫莲花效应),可以实现荷叶一般的超强疏水性,作为防水材料,由于表面张力的作用,落到涂层表面上的水会变为水珠,不会破坏电子设备的内部材料。

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无防水技术的手机与采用防水镀层技术的手机主板对比

  为电子设备增加防水纳米涂层的方法是将电子设备放入到真空环境中,在低压状况下注入气态的防水纳米材料,使气体包围住电子设备,此时设备就会放出等离子体方便纳米材料附着到电子设备表面,进而凝固,电子设备的元件表面都会包含一层纳米材料。设计过程结束后,整个电子设备上的纳米涂层厚度约为头发直径的千分之一,同时表面比较光滑,具备了与荷叶相似的表面。

  目前做纳米涂层材料的公司:

  P2i纳米防水涂层技术公司

  P2i公司成立于2004年,起初是英国国防部国防科学技术实验室的下属机构,主要致力于各种防水技术的开发,在军方的高标准要求和雄厚背景支持下,一直在防水技术领域处于绝对国际领先水准,是军用科技转民用的成功典型之一。在转向民用市场后,P2i公司迅速在各个领域大放光芒,其招牌的子品牌Aridion主要针对手机、MP3播放器和助听器等电子设备,P2i曾在MWC2012年大会上将覆盖涂层的iPhone和iPod泡在水里运行,引发会场轰动,从而在在手机业界名声大噪。

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采用P2i纳米镀层的面巾纸与普通面巾纸防水对比

  P2i纳米防水技术是指在产品整个表面涂上一层厚度仅以纳米计的聚合物,这层薄膜可以分子形式附着在产品表面,密不可分。该工艺可将表面能量降低至极低的水平--低至PTFE(聚四氟乙烯)的三分之一,一旦与涂层接触,液体就会凝结成水珠滚落,材料外观保持不变,因而具有极佳的防油防水性能。

  HzO防水技术企业

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采用HzO防水技术的终端

  HzO是一家总部位于美国犹他州的高科技公司,拥有消费者和工业电子组件方面的WaterBlock 技术。WaterBlock 技术是HzO表面处理技术的商标名称,该技术可以在电子元件表面形成纳米级的覆盖物,从而防止电子元件遭受潮湿空气,汗液和水分的腐蚀,可令手机、媒体播放器、笔记本等免受水及其他液体的腐蚀,属于分子级的保护。HzO的纳米薄膜技术能够为电子产品实现IPX7或者IP67的防水标准,在一米深的水域实现至少30 分钟的保护。

  Liquipel防水技术公司

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采用Liquipel防水技术的设备(图片引自Engadget)

  Liquipel是美国加州一家高科技公司,在CES 2012中Liquipel展示了其纳米保护涂层技术,通过采用该技术可使手机泡在水里,不会对手机造成损害。Liquipel防水方案是将纳米材料在真空环境下以气态形式喷在电子设备外表,形成“防水外衣”,以实现原本不具备三防能力的产品增加防水功能,据该公司主管介绍,新一代的防水技术可以达到IPX7 级别,也就是说采用该技术的设备可正常在一米的水下停留30分钟。

  Liquipel镀膜的方式是把机体放在一个罐状物中,然后通过制造接近真空的低压环境,将注入的液体防水物质变成气态,同时机器内部有扇风的膜瓣,使气体能覆盖到该设备内部的每一个角落(只要机身有一丁点缝隙就能进入),气体冷却之后就是防水涂层。

20年后将成标配解读手机防水背后故事

未来防水性能将成为智能手机的标配

  写在最后

  相信随着时间的推移,防水性能经过近20年的发展,将会成为高端智能手机的标配功能,因此对于我们消费者来说,未来将有更多优秀的产品可以选择,其使用场景更加丰富,使用体验会更加出色。至少你不会再担心手机掉在厕所里,因为你可以用洗手液把它洗干净。最后提醒大家,现在如果你的手机进水了,你还是需要点开这个链接,或许对你有所帮助。关于手机防水技术的故事,欢迎大家在下方评论区留下你的想法。

  IPXX防护等级概念

揭秘手机防水原理防水设计真的很难吗?

防护标准等级(图片引自新浪微博)

  这里的“IP”是国际防护标准等级;简而言之,IPXX中“XX”两位数字分别代表防尘和防水等级,其中防尘等级从0~6,防水等级则从0~8。

  第一个“X”指的是防止外物和灰尘侵入的等级,用0-6的标数来判断其防护能力:

揭秘手机防水原理防水设计真的很难吗?

防尘能力等级(图片引自新浪微博)

  对于手机设备而言,防尘5级意味着设备已经有了较好的防尘效果,虽不能完全防止灰尘侵入,但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作;6级则是完全防止灰尘侵入,所有接口等部位都密封完全,是与内部元器件完全隔绝。

  第二个“X”是指防水等级,是由国际工业防水等级标准IPX和日本工业防水标准的JIS等级的统一制定标准,用0-8的标数将将防水能力分为9级:

揭秘手机防水原理防水设计真的很难吗?

防水能力等级(图片引自百度贴吧)

  简单来说,对于一些防水性能一般的手机,只要做到6级及以下的防溅水能力,就能够防止一些生活洒水和雨水入侵到手机内,7级意味着设备在1米以内的水中,可以承受长达30分钟的浸泡而内部不进水,8级标准则更进一步,可以保证设备在1.5米以下的水中进浸泡30分钟内安然无恙。

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