5G時代的帶來,對智能手機通信技術要求也愈發的高,同時,其機身材質也有著更高的要求。陶瓷材料凸顯出過硬的優勢,精細陶瓷材料由于具有硬度高、耐磨性好、手感細膩致密、對無線信號無屏障、散熱性好等優點已成為新一代智能手機的選擇。
耐磨強者——氧化鋯陶瓷
手機背板材料主要為塑料、金屬、玻璃和陶瓷,主要性能對比如下:
常用手機背板材料的性能比較
氧化鋯是手機背板中應用最為廣泛的陶瓷材料,也是讓手機背板成為“顏值擔當”的頭號種子選手。提到陶瓷背板不得不提起小米,旗艦機小米5尊享版就大膽使用氧化鋯陶瓷背板,引發萬千關注。
氧化鋯陶瓷除了具有高強度、高硬度、耐酸堿耐腐蝕及高化學穩定性等優點,同時具有抗刮耐磨、無信號屏蔽、散熱性能優良、外觀效果好等特點,使其成為了呼聲最高的手機機身材質,更重要的是氧化鋯韌性大,耐摔,除了耐摔,其質感溫潤如玉,手感細膩親膚,受到大眾喜愛。
在2019年2月,陶瓷手機小米MIX35G的發布,打消了業內對5G時代手機是否能用陶瓷后蓋的質疑,就此5G陶瓷時代正式開啟。
指紋識別也有氧化鋯的身影,隨著2013年,蘋果iPhone5S引入指紋技術以后,手機的開機模式由數字密碼、圖形解鎖演變成了現在的指紋識別。目前為止,幾乎大部分手機都已搭載指紋識別功能,小到解鎖,大到支付等,可以說,指紋識別已經是手機的必不可少的功能。
指紋解鎖的速度取決于指紋識別蓋板的材料,介電常數越高,信號越好,穿透能力越強,識別也就越靈敏。顯而易見具備這些特點的氧化鋯材料實力出群,OPPO R9使用鋯寶石作為指紋按鍵材質,具備具備8.5莫氏硬度,擁有高于藍寶石的介電常數,這讓它的指紋識別更靈敏,在黑屏或者亮屏狀態下指紋解鎖僅需0.2s——這約等于人類的眨眼速度,快到感受不到指紋識別的過程。
由于氧化鋯陶瓷在手機市場的潛力巨大,不少頭部企業也紛紛加入戰場。拿大名鼎鼎的圣戈班來講,早在2018年圣戈班西普推出陶瓷手機殼及裝飾陶瓷注塑成型的氧化鋯喂料產品——ZIRPOUND。此外,日本東曹還研制出33種彩色氧化鋯粉體,以滿足市場需求。到國內市場,手機背板已被國瓷材料作為氧化鋯材料未來的主要發展領域,并與藍思科技、順絡電子維持良好的合作關系;恒博已經建設一條完整的氧化鋯陶瓷手機背板/外殼毛坯生產線。
屏幕忍者——玻璃陶瓷
華為Mate50系列使用的是“昆侖玻璃”,Mate50昆侖版整機耐摔抗跌落能力相比普通玻璃提升10倍,某些性能甚至高于康寧超瓷晶,同時昆侖玻璃也獲得了業界首個瑞士SGS五星抗跌耐摔認證。
納米微晶玻璃擁有億億顆納米晶體,結構非常穩定,在手機跌落時,普通的手機屏幕會受地面撞擊形成微裂紋,而用了納米微晶體的手機屏幕會阻隔裂紋的擴散,真正實現跌落無損。
納米微晶玻璃的主要特點是:高強度、高硬度、耐磨;優良的電學性,介電損耗低,強介電性透明;更加穩定的化學性能,耐腐蝕;更高的機械性能;良好的熱學性能,熱膨脹系數低;光學性能好。
必不可少——MLCC
在說到MLCC之前,先了解MLCC在手機中作用是什么?近年來,為迎合大屏和大容量需求,手機尺寸逐漸增大。此時,隨著手機尺寸達到便于操作的上限,市場上出現了小型化的聲音。那么,為了制造附加值更高、易用性佳的終端,需要使用超高密度貼合技術,從而在維持現有的尺寸基礎上配置更多電子回路,使電子回路按照技術規格穩定運行就需要使用電子元件——MLCC,所以日常所見的MLCC尺寸很小。
每部智能手機約使用800-1000個MLCC,終端配置的功能越多??梢哉f,MLCC是對終端小型化影響較大的一種元件,要在維持易操作尺寸的同時增加終端功能,MLCC小型化是不可或缺的一環。
MLCC小型化、大容量化并非易事,在制備周期上,實現MLCC小型化、大容量,與靜電容量相同的MLCC比較,需要7~10年。因為除了制造工藝以外,還需著手開發原料,原料的好壞直接決定MLCC的質量。
目前MLCC市場村田、TDK為代表的日企在行業中話語權最大。2022以來,出于智能手機等電子消費端的需求下降,TDK已放棄了低端MLCC市場端,轉向高端市場。
數據來源:中國電子元件行業協會《2022年版中國MLCC市場競爭研究報告》
轉眼國內,根據中國電子元件行業協會的數據,我國移動終端用MLCC需求量2021年為21,580億只,同比增長16.7%;2022年由于手機產量下降,需求量預計為20,620億只;雖然目前消費電子市場受到疫情反復以及宏觀經濟和行業周期波動影響,MLCC需求量出現短期減少,但從長期來看,消費電子應用市場持續向好,預計未來五年我國移動終端用MLCC需求量仍將保持穩定增長趨勢,到2026年將達23,260億只。
智能磚頭——陶瓷濾波器
沒有濾波器的智能手機就是一塊磚頭,與天線一樣,濾波器正成為聯網混頻器中一個日益重要的部分。5G高端智能手機需要配備更多濾波器,甚至多達60~80個。
濾波器是基站不可或缺的核心部件,因為5G帶來訂單利潤,濾波器也迎來爆發。而陶瓷濾波器能滿足基站高集成化和小型化的要求,5G時期市場潛力巨大。
陶瓷濾波器中的電磁波諧振發生在陶瓷介質材料內部,降低了整個濾波器的體積和重量,同時陶瓷材料具有高Q介質,插損低,可覆蓋的頻段帶寬更廣,承受功率高等特點。
陶瓷濾波器核心制造工藝主要包括粉體配方、壓制成型及燒結、金屬化和調試四大環節。生產技術難點在于一致性,陶瓷粉體材料的配方、生產的自動化以及調試的良率和效率都是濾波器生產的難點所在。
目前能形成批量生產陶瓷濾波器的企業有很多,如燦勤、艾福、國華、大富、凡谷、佳利、江佳、世嘉等。但是目前能批量生產的公司,成品率普遍都還很低很低。
在陶瓷濾波器中最關鍵的材料就是微波介質陶瓷。
Ba2Ti9O20微波介質陶瓷具有優良的諧振頻率和良好的溫度系數,從而在微波介質諧振器材料領域備受青睞。
混合鑭系組份為Ba—Nd—Sm—Ti的微波介質陶瓷比較流行,該種微波介質陶瓷的介電常數介于100~210之間,損耗較小,諧振頻率和溫度系數都較低。
復合鈣鈦礦系微波介質陶瓷具有中介電常數(45左右),品質因數Q×f高(40000GHz左右),諧振頻率溫度系數可調等優點,但其燒結溫度在1500℃以上。這樣使得能耗高,如果能夠降低燒成溫度,就可以降低燒成成本。
5G移動通信技術會為以用戶為中心的信息生態系統,以及 5G智慧手機的發展提供強有力的技術支撐,進而帶動 5G手機材料不斷刷新人們對傳統手機材料的觀念。陶瓷材料勢必是未來研究熱點,也為手機新材料帶來新轉點。
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