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海林投资:3D手机盖板玻璃渐成主流 制造装备或迎来井喷

2018-10-29 17:36 · 稿源:站长之家用户投稿

北京海林投资股份有限公司投资总监宋磊

与芯片、存储等技术的不断推陈出新局面呈鲜明对比的是,国内外手机背板领域一直比较沉闷,塑料材质长期唱主角,直到2012年iPhone5率先推出金属机壳设计,玻璃后盖板出现,尤其是iPhone8/8+/iPhoneX双玻璃方案,才让这个领域展现出了活力。玻璃盖板可视性更好,但真的能取代金属盖板,独领风骚吗?

金属盖板昙花一现,玻璃材质将胜出

Wi-Fi、蜂窝移动通信等信号都是射频信号,波长短,衍射能力弱。当信号射入金属屏蔽体中时,会在金属表面产生感应电流,又因为金属导体表面有一定电阻存在,信号在金属屏蔽层中会产生热损耗,最终表现为金属对射频信号的屏蔽。

同时,多天线(MIMO)将会演进成为大规模天线技术,通过在基站侧安装大量天线,实现空间复用,同频服务更多用户,从而同时提高无线通信系统的有效性和可靠性。同样,手机接收端也需要有多天线组合接收信号,天线数量的增多必将需要更多的空间保障信号的有效传输,由于金属背板对信号的屏蔽,非金属材料的使用才能保障信号的有效传输。

为满足5G时代超高的通信速率需求,更多的频率资源(5G包括6GHz以下低频技术和6GHz以上高频技术)将被开发利用,比如毫米波段(30-300GHZ)的应用,毫米波通信在频率上具有大带宽,可以实现高速信号传输,但其损耗大,易阻挡,必须使用非金属材料才能减少电磁屏蔽。

而无线充电技术也在迫使手机背板采用非金属材料。无线充电需要在手机与底座之间进行电磁波信号传输,目前主要应用感应耦合技术。非金属背板对电磁波的吸收较弱,可以提高无线充电效率。金属材料对电磁波的吸收较强,发射线圈产生的交变磁场通过金属背板后强度变弱,导致充电效率降低。据IHS预测,2025年全球无线充电装置(Rx)和无线充电板(Tx)总出货量有望超过28亿台,其中,无线充电装置出货量有望超过20亿台,大部分将来自于智能手机。

此外,全面屏设计也在加速手机背板非金属化趋势。手机天线是全向天线,横截面各个方向的信号辐射强度必须相同,以保证最佳通讯效果,要为天线开辟出一个开阔的空间即净空区域,此空间内无任何电磁屏蔽和干扰,一般为5mm。金属会对电磁波形成屏蔽作用,电池、振荡器、摄像头及显示屏模组等零部件则会造成电磁干扰。全面屏带来手机屏占比提升,导致屏幕模组向四周扩展,上下天线净空区域减小。以小米Mix2为例,屏幕到整机底端的距离已被缩短至3.7mm,无法满足主净空要求,必须使用非金属背板保障的天线。

玻璃手机盖板快速迭代,3D渐成主角

尽管玻璃用于手机盖板只有短短数年,但其更新换代速度惊人,从2D玻璃+金属、2D玻璃+2D玻璃、2.5D玻璃+2.5D玻璃、2.5D玻璃+3D玻璃到3D玻璃+3D玻璃,令人眼花缭乱,3D玻璃正在成为手机盖板的主角。

为了避免同质化,刺激消费者购机需求,智能手机厂商开始尝试外观上的创新,3D玻璃是提高手机外观美观性的重要利器之一。3D前盖玻璃有更好的屏幕显示效果,3D后盖玻璃有更好的握感。在前盖使用3D玻璃的趋势下,后盖如果也使用3D玻璃,整体的一致性效果会比较好,同时,玻璃颜色不单调,贴膜、丝印或者UV转印都可以在玻璃上实现,相对于陶瓷或者塑料材料,玻璃具有更好的外观效果。

在技术上,柔性AMOLED显示技术也要求使用3D玻璃。与LCD显示屏相比,AMOLED更轻薄,更节能,亮度更高且可弯曲,为了发挥全部特点,AMOLED显示屏盖板势必被做成弯曲形状。3D曲面玻璃具有更好的抗摔打及抗划痕能力,可以保护弯曲的AMOLED屏幕,而且3D玻璃可以与柔性AMOLED屏更好地贴合。

与2D和2.5D玻璃相比,3D玻璃的制备引入热弯工艺,具备轻薄,抗指纹,抗眩光,耐刮伤等诸多特质,使用3D玻璃的智能手机,不仅拥有区别同质化的创新,还能增强触控手感和握感。

未来几年,3D盖板玻璃市场年复合增长率有望达到78.4%,2019年市场规模达到289亿元,盖板玻璃总体市场今年有望达到515亿元。2D和2.5D玻璃工艺相对成熟,3D玻璃目前良率较低,随着工艺逐渐成熟,良率将有所提高。目前,2D、2.5D和3D玻璃的平均价格分别在9元、23元和80元左右,未来两年均将呈下降趋势,其中,2D和2.5D的下降趋势维持稳定,3D则逐渐放缓。

3D玻璃受追捧,正在引爆制造装备市场

3D和2D部分设备和工艺是通用的,从加工流程来看,3D玻璃最大的不同在于新增热弯成型工艺,该工艺是将玻璃放入曲面模具中,在800℃左右软化成型。完成热弯之后,对3D曲面进行抛光,丝印和镀膜等工序。由于3D玻璃存在曲面,玻璃精雕机设备需要从传统的四轴升级到五轴,热弯设备和3D模具可以说相当关键,自身的稳定性直接影响到3D玻璃的产品稳定性。

以11站的设备为例,1-4站是预热站,对置入的玻璃进行温度加温,前4站保证平整度在5条之内;中间3站是成型站,热弯已经结束,玻璃已经压成曲面玻璃,成型站保证平整度在4条之内;后面4站就是冷却站,保证平整度在5条之内。如果平整度相差过高,做出来的玻璃会出现不对称、弯曲、变形等问题。同一批玻璃进入热弯机加工使用相同的熔点,高精度的热弯机可以减少整个加工过程中的温度变化,而精度不够会造成热熔不到位,玻璃出现没有压弯的情况。例如,康宁出厂的每一批玻璃的熔点都不一样,针对不同熔点浮动的温度控制显得尤为重要。如果温度无法准确地控制在一定范围,产品良率将难以保障。

热弯工艺引入在增加3D玻璃工艺复杂度,提升其价值的同时,工艺难度也增加了:热弯步骤时,需要精确控制温度,受热不均将影响3D玻璃的良率;模具在高温热弯过程中有可能出现氧化和塌陷,继而影响3D玻璃平整度;对3D曲面进行抛光、丝印和镀膜比平面玻璃更加困难,不仅增加加工时长,同时增加了加工难度。不过,这些挑战在科研人员的努力下,正逐一被攻克。

今天,三星、华为、小米等安卓阵营品牌已推出了基于3D玻璃的手机,3D玻璃提升了产品的新颖性和显著的外观差异性,增加了产品卖点和售价。5G、无线充电等新技术应用和AMOLED显示屏技术的应用将进一步促进3D玻璃在手机上的应用,3D玻璃普及已成大势所趋。

作为国内领先的创新型产业投资机构,成立于2005年的海林投资在基金投资领域及光电与创新科技领域具有丰富的经验,旗下中国光电与创新科技产业基金作为国内最早亦是最大的专注于光电领域的基金之一,总规模为100亿元人民币,发起人包括京东方科技集团、英飞尼迪等国内外极具实力的大型企业,并得到中以政府、工业与信息化部及中国光学光电子行业协会的有力支持,一直扎根于泛半导体装备制造业,坚信3D玻璃的快速发展,正在引爆包括热弯机在内的制造装备市场。

2018年,全球柔性AMOLED总产能仍然短缺,前盖3D玻璃的出货量会受此因素的制约,而单独使用后盖3D玻璃则不受此影响,预计今年将是3D玻璃爆发元年,而3D曲面玻璃手机的风起将直接催生相关设备行业的爆发。

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