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苹果三星专利战拼疯了 光是橡胶才拯救不了那些

  ——“防水就能防止手机被淹死,每个进水手机的主人都有一颗欲哭无泪的心”。

  更多touch your heart的理由,欢迎在文章下面评论告知我们。

  当然,我们是智能内参,今天依然要为大家推荐棒棒的报告,而不是做用户调查。

  随着秋季发布会上,苹果一口气推出了防水的Apple Watch Series 2和iPhone 7/7 Plus,以及三星家新孩子,明明在水下用得好好的,但性格刚烈“炸”遍全球Note 7的问世,智能设备(尤其是移动端智能设备)全面拥抱防水功能,似乎成了必然的趋势。

  一个新的技术趋势,往往会带动来背后整个行业巨大的市场价值。本期的智能内参,我们推荐来自招商证券600999股吧)的防水产业链深度报告。

  如果想收藏本文的报告全文,可以在智东西(公众号:zhidxcom)回复关键词“防水”下载。

  就像对于自动驾驶有不同层级的自动化模式,我们也先来了解一下防水等级的划分。

  防水一般分为不同等级,最常用的是 IP等级。IP等级,是Ingress Protection的缩写,针对电气设备外壳对异物侵入的防护等级,源自国际电工委员会的标准 IEC 60529。IP等级的格式为 IPXX,其中 XX 是两个阿拉伯数字,第一位代表接触保护和外来物保护等级(防尘),第二位代表防水保护等级。IP 保护规则也是由日本工业标准 IPS 而来。其中, IPX1-IPX6级别的防水能日常生活防水,而一般来讲,能称作为“防水”手机的,都大多都在 IPX7以上。

  所以拿新发布的iPhone 7为例,发布会上的官方信息为IP67级防水,对照上表,即可以防止外物和灰尘,可于短时间内耐浸水(1m,30min)也就是不怕泡。所以我们就得出了结论,iPhone 7是不支持潜水玩的,玩坏了就不好办了。但是三星Note 7防水等级达到IP68,拿到泳池玩是没什么压力的。

  尽管现阶段的iPhone 7防水等级还没有那么神,但是从苹果持续布局防水专利来看,未来有望持续提升防水功能。

  苹果在过去五年中有多达 44 件有关防水的专利授权。以下列举了其中两件,从中我们可以看到苹果在不断深入布局不同手段的防水薄膜技术。在接下来的 iPhone8 中, 我们有望看到具有更高防水等级的苹果手机。

  内容:通过等离子体辅助化学气相沉积(PACVD)将高度集成的电路板(PCB)用一个疏水涂层覆盖和保护起来。

  内容:在电子设备潜在的水分进入的接口结构上面覆盖防水透气薄膜,包括按键,音频接口和数据连接接口以及结构件的空隙之间。

  与工业应用相比,手机的防水工艺的各个环节(设计、 制造、测试) 要求更加严格苛刻。从总体情况来看,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(纳米材料覆膜)等多种方式,以达到高等级的防水效果。

  事实上,从防水方案的层级角度来看,硅橡胶密封是第一层级,核心是LSR液体硅胶注射成型技术;智能终端产品的声学防水是第二层级;连接器的防水防尘是第三层级;电路板防水是智能终端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。此外,在防水性能的要求下,同样受到考验的还有OLED显示屏。最后,还要考量设备气密性的问题。

  从材料的角度整体来看,相比其他类型橡胶,硅胶突出体现在弹性优良、压缩率高、耐热耐寒耐化学溶剂、耐氧化、电绝缘、散热等等。硅胶是以从石英中获得的硅元素为基础,并由硅原子粘附诸如甲基、乙烯基等侧链而形成的饱和非极性橡胶。不同的侧链会导致硅橡胶具有不同的特性。甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)是应用较多的一种硅橡胶材料。硅胶原料一般为凝胶状,无色半透明,无味。主要特点是既耐高温(最高 300℃)又耐低温(最低-100℃),是目前最好耐寒、耐高温橡胶;同时电绝缘性优良,对热氧化和臭氧的稳定性很高,化学惰性大。缺点是机械强度较低,耐油、耐溶剂和耐酸碱性差,较难硫化,价格较贵。邵氏硬度有 20至90 度。

  在机身各处潜在进水口采用硅橡胶密封结构件(硅胶圈、硅胶垫)是保证消费电子产品外壳不漏水的基础手段。

  以防水智能机的代表三星 S7 为例,我们归纳总结了它 IP68 级防水的实现方案,主要是通过在 Mic口、耳机孔、侧键、Sim卡话&T card卡托、Micro-USB 接口等处添加了与机壳紧密结合的硅胶圈/硅胶垫,此外在 Cover Lens 和后盖使用了泡棉密封。

  未来防水技术将加速渗透到在智能手机,平板和可穿戴设备三大方面,硅胶密封结构件将会是采用了防水技术的设备的基础必备部件之一。依据这三大领域近三年的全球出货量以及防水技术的渗透率对防水技术的市场空间进行估算,到2020 年防水硅胶结构件市场规模预计将达到 30亿美金以上。

  除了橡胶结构件外,智能终端产品的声学防水也是技术关键点之一。与橡胶密封不同,声学防水要求保证防水的同时不影响声音透过,同时保证部分散热功能,因此其设计与橡胶密封有所不同。

  例如三星 S7 的声学的防水设计,一方面S7 的声学部件采用了硅胶和泡棉,(双色成型、超声线、Nano-coating)防水结构件,另一方面在底部扬声器开孔和扬声器之间采用了防水透气膜。代表产品是三星 S7/edge 采用的高分子材料—GORE-TEX和粘合剂组成的薄膜产品,可以实现 IP67/68 级别的防水效果。除了 Gore-Tex 之外,防水透气膜的供应商还包括日东化学等。

  防水和立体声驱动 16-18 年声学部件大升级,声学结构复杂度提升单个产品价值量。声学构件的防水在原有结构上增添了防水透气膜,同时还包括相关的橡胶结构件和粘胶等,加工复杂度大幅提升。预计今明两年苹果产品将持续升级和换代声学部件,新增防水功能,并提升音效。据新一代iPhone7已经实现扬声器防水,明年防水等级会更高此外结合扬声器立体声的实现,声学器件有望在 16-18 年实现持续升级,声学零部件的价格也有望大幅提升(双扬声器增加 40~50%单价,耳机增加 30%左右) 。相关受益标的主要包括歌尔股份、瑞声科技,以及新加入的立讯精密002475股吧)和信维通信300136股吧)。

  相对于消费电子终端防水,连接器防水的概念已经大范围应用在工业、通信、消费、汽车、军工等多种领域。很多特殊领域的连接器需要达到 IP68 级别,甚至要求在10 米深的水中连续工作数天到数月。IP68 级别的防水连接器可分为电源类和数据类两种。电源类主要用于水下照明、城市照明等;数据类连接器包括网线、USB 连接器、蓝牙等。

  典型的连接器防水方案也是通过在接口部分加装 O 型圈,密封圈等结构件完成防水功能。近年来,以金属注射成型(MIM)为代表的制造工艺被使用于连接器,例如 Tyc的 IP68 级Micro USB 2.0连接器,使用MIM(金属注射成型)结构的不锈钢外壳,实现了 IP68等级的防尘防水性能。

  电路板防水是智能终端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。(意思就是纳米材料本身的微小表面结构使得,水珠滚来滚去,无法浸入电路板。)所以这种做法的核心在于器件表面的纳米级图层。

  相关的公司包括国内的矽时代科技、易能纳米、英国的P2i、李嘉诚投过的HzO、获得千万投资的美国公司Liquipel等。

  OLED 器件的基本原理是通过正负载流子注入有机半导体薄膜后复合产生发光。 寿命相对较短是目前制约 OLED 商业化的重要因素之一。研究表明,空气中的水汽和氧气等成分对 OLED 的寿命影响很大,其原因主要是:OLED器件工作时要从阴极注入电子,这就要求阴极功函数越低越好,但做阴极的这些金属如铝、镁、钙等,一般比较活波,易与渗透进来的水汽发生反应。另外,水汽还会与空穴传输层以及电子传输层(ETL)发生化学反应,这些反应都会引起器件失效。

  OLED 显示(包括柔性 OLED 显示)涉及的膜材料包括阻隔膜、ITO 导电膜、PI 膜、COP 偏光膜、反射膜、增亮膜等等,其中在(柔性)基板和盖板表面沉积多层堆叠结构和粘贴阻隔膜是主要的防水实现形式。 沉积的方式与电路板沉积纳米防水材料相接近,主要有磁控溅射法、电子束蒸镀法或等离子体增强化学气相沉积法等等。同时,硬屏OLED 和柔性 OLED 都需要用到水汽阻隔膜,柔性 OLED 更是两面都需要用到。目前最先发展阻隔膜的公司是3M,国内京东方等企业用的膜都来自 3M,单价较高。

  对于手机防水技术,后期的检测是比较特殊的一环,全检、气压检查法都是其特征之一,同时,为了保证防水的可靠性,手机必须逐个检测,这对防水检测设备的便利性也提出了更高的要求。有一种说法是,三星Note 7因为需要做到防水,所以密封性较好,电池出问题时,烟尘无法涌出,聚集大量热量,造成爆炸。 可见相关气密性的要求之高。

  甚至防水检测设备需求量预计到 2020 年都将达到 15 万台以上。按照平均每台手机检测时间20 分钟,一台设备一天有效工作时间10小时,每台设备每年可检测约6000部防水终端。我们根据 IDC 和 Gartner 对未来智能手机和可穿戴设备出货量预估,2016 年全球需求量在 4.3 万台左右,而到2020 年将达到16.28 万台。

  从苹果三星等巨头旗舰级手机向其他中高端普及,手机防水有望普及到迅速提升渗透率,行业爆发在即。目前防水已经成为三星旗舰手机的标配,今年苹果也把 IP67 防水功能加入新款iPhone7,17年在新品(iPhone8)中进一步实现IP68 等级。据供应链了解 ,国内手机品牌华为、OPPO、VIVO、小米等也将会跟随行业趋势把防水作为卖点之一加入新款手机中,防水技术有望复制指纹识别等技术的普及路径,从三星、苹果的旗舰手机首先向其他品牌中高端机型(两千元以上)普及,预计 2017 年苹果发布防水等级更高的机型后进一步刺激市场需求,到 2018 年实现中高端机型标配(渗透率 50%),然后进一步往两千元以下乃至一千元手机市场渗透。

  其实,其意义远不止于此。当机遇用户痛点的这项性能得到提升后,智能设备开始拥抱水的环境,未来有可能衍生出更多的创新产品。除了手机、穿戴设备等显而易见的品类之外,消费级的水下无人机、水下机器人等等也将应运而生。立足现有技术,创造出更多的应用型创新,也是值得鼓励的做法。

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