防止電子產(chǎn)品意外進(jìn)水是用戶(hù)的痛點(diǎn)。電量、進(jìn)水、碎屏是智能手機的三大痛點(diǎn)，進(jìn)水損失最大。

 

 

智能手機繼Type-C之后，轉向正在爆發(fā)的消費電子防水主題。防水能解決用戶(hù)多項痛點(diǎn)需求(防進(jìn)水增加壽命、多場(chǎng)景使用/水下拍攝、易清洗更衛生)，有望在蘋(píng)果(iPhone7/watch2)/三星(S7/Note7)等巨頭引領(lǐng)下，擴散其他品牌，以及跨領(lǐng)域到全部3C 及汽車(chē)、醫療領(lǐng)域，市場(chǎng)規模數百億。

 

 

防水手機概念最早是從功能機時(shí)代的三防機開(kāi)始的。三防機指的是實(shí)現防水防振防塵的手機：

 

1）防水：上下殼體防水，按鍵區域，電池倉，傳感器，SPK，MIC，受話(huà)器等；

 

2）防振：主要考慮外觀(guān)件的剛性，按鍵、蓋板保護，內部元器件保護；

 

3）防塵： 一般來(lái)講，若能達到防水，就能達到一定的防塵效果。

 

全球最早的防水手機是愛(ài)立信的全球首款三防機——愛(ài)立信 R250 PRO，R250 PRO 機 身采用了鎂金屬制成，縫隙處嵌入了橡膠材質(zhì)，在加上諸多特殊的細節處理，很好的保 證了該機的防水性能，同時(shí)該手機防水方面的技術(shù)工藝影響著(zhù)后來(lái)歷代三防手機的防水設計。

 

　　

 

 

 

 

 

三防機對外觀(guān)要求不高，因此外殼多采用軟+硬的雙料注塑工藝。為達到抗跌效果，手 機邊緣多為軟膠設計。在機身防護上面，首先考慮機殼上面潛在的進(jìn)水點(diǎn)，如前后殼、 側鍵、觸摸屏與前殼之間、耳機和 USB 口、聲學(xué)器件、光學(xué)器件、電池蓋、鎖緊件等。

 

前后殼殼體硬膠多采用通常采用 PC+20% 玻纖材料，代表產(chǎn)品是三星 CF3200HF F17003， CF3200HF K2115；殼體軟膠通常采用 TPU 材料，拜耳 TPU 80AP10，材 料硬度 80；硅膠密封圈材料通常采用信越 KE-931-UU，材料硬度 30；固定螺絲通常 采用經(jīng)耐腐蝕處理的碳鋼螺絲，常用的耐腐蝕處理有電泳黑，鍍鋅鎳合金及 PVD 工藝。

 

 

 

 

 

 

 

前殼與觸摸屏的防水主要采用熱熔膠，背膠等防水方式，類(lèi)型有結構熱熔膠、防水雙面 背膠、防水雙面背膠+ 密封膠、防水雙面背膠+ 結構熱熔膠、前殼和 TP 等，根據部 件形狀的不同采用不同的密封工藝。Sim 卡和側鍵防水同樣主要采用雙料注塑的方式， 另外防水粘膠也是提升防水可靠度手段之一。

 

 

 

 

 

 

 

 

　　

總結來(lái)講，三防機所代表的手機防水結構件由防水膠墊、O 型密封環(huán)、防水泡棉、背膠 組成，主要材料是以橡膠密封為主，不同的部件密封的塑料有所差異。

 

例如 O 型密封 圈是典型的擠壓型密封，采用彈性塑料，效果主要決定于 O 型圈截面直徑的壓縮率和 拉伸量。其他部位如手機屏幕普遍采用防水背膠和膠水貼合；按鍵用覆蓋膠膜；側鍵用 雙色注塑工藝；接口部分用軟硬膠和過(guò)盈配合；MIC 用覆膜和泡棉貼住。

 

橡膠密封圈（O 型圈）是指截面為 O 型的橡膠圈。目前在液壓和氣壓傳動(dòng)系統中應用 廣泛，用于機械部件在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調節下防止液體和氣體介質(zhì)的泄露。O 型密封圈結構 簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低、易維修、材質(zhì)多樣，根據不同的條件可以選擇不同的材料與 之適應。

 

 

 

 

 

 

 

 

智能手機同質(zhì)化競爭下，手機廠(chǎng)商想方設法提升產(chǎn)品可識別度和區分度，建立核心賣(mài)點(diǎn)。 建立有區分度核心賣(mài)點(diǎn)是中高端智能手機提升產(chǎn)品單價(jià)，增強盈利能力的主要手段，也 是新技術(shù)被不斷采用的核心動(dòng)力。

 

各大手機廠(chǎng)商必須在手機產(chǎn)品上競爭性的采用新技術(shù) 來(lái)體現產(chǎn)品的可辨識度，而這也是爆款產(chǎn)品的特征之一。因此我們認為在 B 端，手機廠(chǎng) 商提升產(chǎn)品區分度也是其采用防水技術(shù)的驅動(dòng)力之一，有望在接下來(lái)逐漸成為手機標配。

三星已經(jīng)開(kāi)始將防水作為產(chǎn)品核心賣(mài)點(diǎn)加以宣傳推廣，同時(shí)產(chǎn)品防水功力也在持續提升。 我們注意到，今年三星利用奧運會(huì )這一契機，將三星 S7 edge 的防水大加宣傳，以“不 一樣的看法，不一樣的奧運”為口號，暗示三星 S7 edge 的多元使用場(chǎng)景，其廣告在 央視奧運節目中異常引人注目。

 

此外，三星新旗艦機型 Galaxy Note 7 主打安全牌，將 虹膜識別和 IP68 等級的防水作為核心賣(mài)點(diǎn)，Galaxy Note 7 已經(jīng)在水深 15m 處測試 30 分鐘而且并沒(méi)有造成故障。預期防水將作為未來(lái)三星手機差異化的核心賣(mài)點(diǎn)持續出現在 其品牌各種機型中。

 

 

 

 

1）Apple Watch Series 2

 

Apple Watch Series 2 支持 50 米深度防水，游泳時(shí)也可以佩戴。新款的蘋(píng)果手表使用 的是比一代更加高級防水技術(shù) IPX8，并且其防水性能經(jīng)過(guò)各種方法測試。新款 Apple watch 的深度防水功能超出我們預期。

 

 

 

 

 

2）iPhone 7 實(shí)現 IP67 防水等級

 

除了手表之外，新發(fā)布的 iPhone 7 值得注意的新特性之一是 IP67 防水等級，能在水下 1 米處堅持 30 分鐘。發(fā)布會(huì )現場(chǎng)，在蘋(píng)果講到這個(gè)功能時(shí)，觀(guān)眾的反應非常熱烈，證 明消費者對防水功能的期待。

 

 

　　

 

 

蘋(píng)果持續布局防水專(zhuān)利，未來(lái)有望持續提升防水功能。我們梳理發(fā)現，蘋(píng)果在過(guò)去五年 中有多達 44 件有關(guān)防水的專(zhuān)利授權。以下列舉了其中兩件，從中我們可以看到蘋(píng)果在不斷深入布局不同手段的防水薄膜技術(shù)。在接下來(lái)的 iPhone8 中，我們有望看到具有更 高防水等級的蘋(píng)果手機。

 

 

時(shí)間：10/13/2015

 

內容：通過(guò)等離子體輔助化學(xué)氣相沉積（PACVD）將高度集成的電路板（PCB）用一個(gè)疏水涂層覆蓋和保護起來(lái)。

 

 

 

 

 

 

時(shí)間：09/09/2014

 

內容：在電子設備潛在的水分進(jìn)入的接口結構上面覆蓋防水透氣薄膜，包括按鍵，音頻 接口和數據連接接口以及結構件的空隙之間。

 

 

 

 

 

 

與工業(yè)應用相比，手機的防水工藝的各個(gè)環(huán)節（設計、制造、測試）要求更加嚴格苛刻。 從總體情況來(lái)看，要達到高等級的防水技術(shù)（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(fēng)和聽(tīng)筒部分，由于需要傳導聲音，必須使用只能允許空氣分子通過(guò)，而不能讓水 分子通過(guò)的特殊工藝。

 

總的來(lái)講，智能手機的防水技術(shù)在不同的部位采用不同的隔離方 案，首先在外殼上以硅橡膠（圈、墊）密封和防水粘膠、聲學(xué)防水（防水透氣隔膜）， 進(jìn)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。

 

 

 

從蘋(píng)果三星等巨頭旗艦級手機向其他中高端普及，手機防水有望普及到迅速提升滲透率， 行業(yè)爆發(fā)在即。目前防水已經(jīng)成為三星旗艦手機的標配，今年蘋(píng)果也把 IP67 防水功能 加入新款 iPhone7，17 年在新品（iPhone8）中進(jìn)一步實(shí)現 IP68 等級。

 

據供應鏈了解， 國內手機品牌華為、OPPO、VIVO、小米等也將會(huì )跟隨行業(yè)趨勢把防水作為賣(mài)點(diǎn)之一 加入新款手機中，防水技術(shù)有望復制指紋識別等技術(shù)的普及路徑，從三星、蘋(píng)果的旗艦 手機首先向其他品牌中高端機型（兩千元以上）普及，預計 2017 年蘋(píng)果發(fā)布防水等級 更高的機型后進(jìn)一步刺激市場(chǎng)需求，到 2018 年實(shí)現中高端機型標配（滲透率 50%）， 然后進(jìn)一步往兩千元以下乃至一千元手機市場(chǎng)滲透。

 

 

 

 

　　

 

相比其他類(lèi)型橡膠，硅膠突出體現在彈性?xún)?yōu)良、壓縮率高、耐熱耐寒耐化學(xué)溶劑、耐氧 化、電絕緣、散熱等等。

 

硅橡膠是目前防水結構件最佳選擇。目前結構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(cháng)率、工作溫度、耐寒度、耐老化等是主要考慮的指標，硅橡膠盡管價(jià)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。而液態(tài)硅橡膠加工又是其中的前沿技術(shù)。

 

除了襯墊以外，槽的設計也是關(guān)鍵點(diǎn)之一。槽的尺寸，橫截面積必需和襯墊變形量相適 應，設計原則是，槽的截面積是襯墊的截面積。這樣才能使得襯墊壓縮后完全容乃在槽 內，使得槽的邊沿和蓋板緊密接觸，達到防水的效果。

 

在機身各處潛在進(jìn)水口采用硅橡膠密封結構件（硅膠圈、硅膠墊）是保證消費電子產(chǎn)品 外殼不漏水的基礎手段。

 

以防水智能機的代表三星 S7 為例，我們歸納總結了它 IP68 級防水的實(shí)現方案，主要 是通過(guò)在 Mic 口、耳機孔、側鍵、Sim 卡話(huà)&T card 卡托、Micro-USB 接口等處添加了 與機殼緊密結合的硅膠圈/硅膠墊，此外在 Cover Lens 和后蓋使用了泡棉密封。

 

 

 

 

 

 

 

三星新款 Note7 進(jìn)一步驗證了硅膠密封的防水技術(shù)路線(xiàn)。我們從三星 16 年發(fā)布的新款 Note7 的拆機照片分析，與 Galaxy S7 類(lèi)似，在耳機孔、Type-C 連接器、音量按鍵、 Sim 卡卡托、針孔等部位都加入了硅膠結構件。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

從曝光的 iPhone7 SIM 卡托諜照來(lái)看，在 SIM 卡托上面加入了硅膠結構，也側面反應 了 iPhone 7 的防水設計思路與我們總結的路線(xiàn)相一致。

 

從密封原理來(lái)講，橡膠密封是一種擠壓式密封?；驹硎且揽棵芊饧l(fā)生彈性形變， 在密封接觸面上面形成接觸壓力，只要接觸壓力大于密封介質(zhì)的內壓，就不會(huì )發(fā)生泄露。

 

智能手機采用的防水硅膠結構件與傳統三防機防水技術(shù)相比差異巨大。智能手機對外觀(guān) 要求高，導致其防水硅膠結構件體積更小，精密度更高，并且要求與金屬嵌件或塑料緊 密結合以實(shí)現可靠的防水效果。

 

 

與金屬嵌件和塑料復合成型的特殊能力，使液態(tài)硅膠 LSR 作為防水硅膠結構首選材料。 LSR 具有眾多優(yōu)勢和特點(diǎn)，例如優(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，反應無(wú)副產(chǎn)物、無(wú)毒無(wú)味，使用溫度較寬，且安全衛生、產(chǎn)品可 延伸性強等優(yōu)點(diǎn)，可制成不同形態(tài)、不同用途的系列化、差別化產(chǎn)品。目前 LSR 的主 要應用領(lǐng)域包括消費電子、汽車(chē)、醫療器械和醫療用品等。對比三星 S7 的機身各處的 零組件（包括 Sim 卡托、聽(tīng)筒、Micro USB 接口、耳機孔等），與以往組件的不同在于 添加了 LSR 與金屬件復合成型，保證了這些部位的防水可靠性。

 

 

 

 

 

目前硅膠密封圈（硅膠結構件）的核心加工生產(chǎn)技術(shù)是液體硅橡膠注射成型技術(shù) （LSR/LIM）。LSR 是 Liquid Silicone Rubber 的縮寫(xiě)，即液體硅橡膠，而 LIM 是 Injection moding liquid silicone rubber 的縮寫(xiě)，即注射成型液體硅橡膠。

 

注射成型是一種制造工 藝，是指有一定形狀的模型，通過(guò)壓力將融溶狀態(tài)的膠體（液體硅膠）注入摸腔而成型， 工藝原理是：將固態(tài)的硅膠，通過(guò)注射機器的壓力，用一定的速度注入模具內，模具通 過(guò)水道冷卻將硅膠固化而得到與設計模腔一樣的產(chǎn)品。

 

注射成型是液體硅膠的一種加工 方式，除注射成型外，液體硅橡膠還可以澆注成型和涂布成型，而大多數時(shí)候 LSR 采 用的是注射成型方式加工，因此 LSR 也可稱(chēng)為 LIM。

 

智能手機的防水硅膠圈多是在原有的金屬配件上進(jìn)行二次成型，同時(shí)體型比一般使用的 硅膠圈更小，與機殼/配件配合程度要求更高，需要采用更加精密（微量）的注射成型 技術(shù)，進(jìn)一步提升難度。精密注射成型關(guān)鍵在于模具制造、溫度控制、上料壓力控制等 方面。

 

模具制造難度在于毫米和微米級尺寸控制，進(jìn)料等，溫度控制要求保證進(jìn)料，脫 模的溫度適宜穩定，上料壓力控制會(huì )影響產(chǎn)品是否會(huì )產(chǎn)生氣孔、缺陷率等方面，直接影 響最終防水功能的可靠性。

 

基于我們的分析，用于消費電子領(lǐng)域的防水硅膠結構件精密度和工藝控制要求高，單品 價(jià)值量是一般用于機械液壓領(lǐng)域和三防機的硅膠結構件的數倍。我們預計未來(lái)防水技術(shù) 將加速滲透到在智能手機，平板和可穿戴設備三大方面，硅膠密封結構件將會(huì )是采用了 防水技術(shù)的設備的基礎必備部件之一。

 

依據這三大領(lǐng)域近三年的全球出貨量以及防水技 術(shù)的滲透率對防水技術(shù)的市場(chǎng)空間進(jìn)行估算，到 2020 年防水硅膠結構件市場(chǎng)規模預計 將達到 30 億美金以上。

 

 

 

 

 

 

 

智能終端防水之外，LSR/LIM 精密加工技術(shù)在汽車(chē)和醫療健康領(lǐng)域的潛在市場(chǎng)空間更 大。據 Markets&Markets 估計，汽車(chē)用橡膠零部件受到輕質(zhì)材料使用增加和排放標準 提高、安全性和燃油經(jīng)濟性的推動(dòng)，到 2020 年預計將達到 405 億美元的市場(chǎng)規模，其 中在汽車(chē)領(lǐng)域 LSR 主要運用于汽車(chē)動(dòng)力系統和電子系統的密封件、O 型環(huán)和一些部件 的表面加工等。

 

醫療健康領(lǐng)域是由于 LSR 具有良好的生物惰性，因此廣泛應用在醫療 器械、器官、醫療用品、整容等領(lǐng)域。汽車(chē)和醫療市場(chǎng)的廣闊空間為行業(yè)企業(yè)提供了足 夠高的延展空間。

 

 

 

 

 

 

除了橡膠結構件外，智能終端產(chǎn)品的聲學(xué)防水也是技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)之一。與橡膠密封不同， 聲學(xué)防水要求保證防水的同時(shí)不影響聲音透過(guò)，同時(shí)保證部分散熱功能，因此其設計與橡膠密封有所不同。

 

我們仍然以三星 S7 的聲學(xué)防水設計為例，一方面，S7 的聲學(xué)部件采用了硅膠和泡棉（雙色成型、超聲線(xiàn)、Nano-coating）防水結構件，另一方面在底部揚聲器開(kāi)孔和揚聲器之間采用了防水透氣膜。代表產(chǎn)品是三星 S7/edge 采用的高分子材料—GORE-TEX 和粘合劑組成的薄膜產(chǎn)品，可以實(shí)現 IP67/68 級別的防水效果。除了 Gore-Tex 之外， 防水透氣膜的供應商還包括日東化學(xué)等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

戈爾特斯（GORE-TEX）面料是美國 W.L.Gore & Associates, Inc.（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 GORE-TEX。 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 在醫療植入體、含氟聚合纖維、墊圈和密封劑、工業(yè)電子設備的高級介質(zhì)材料中。

 

另外，聲學(xué) SPK BOX 的外殼塑料也需要用專(zhuān)用的防水塑料，價(jià)格提升明顯。此外，在生產(chǎn)過(guò)程中，SPK BOX 結構的壓合也需要用專(zhuān)用的日本超聲波設備。

 

防水和立體聲驅動(dòng) 16-18 年聲學(xué)部件大升級，聲學(xué)結構復雜度提升單個(gè)產(chǎn)品價(jià)值量。 聲學(xué)構件的防水在原有結構上增添了防水透氣膜，同時(shí)還包括相關(guān)的橡膠結構件和粘膠等，加工復雜度大幅提升。

 

預計今明兩年蘋(píng)果產(chǎn)品將持續升級和換代聲學(xué)部件，新增防水功能，并提升音效。據新一代 iPhone7 已經(jīng)實(shí)現揚聲器防水，明年防水等級會(huì )更高。 此外結合揚聲器立體聲的實(shí)現，聲學(xué)器件有望在 16-18 年實(shí)現持續升級，聲學(xué)零部件的 價(jià)格也有望大幅提升（雙揚聲器增加 40~50%單價(jià)，耳機增加 30%左右）。

 

本文來(lái)源于傳感器技術(shù)。