2011年12月14日 星期三

金屬機殼(一):Smartphone金屬機殼需求持續成長

一、前言

Smartphone使用金屬材料的趨勢,來自於兩大理由,第一是金屬質感的外觀潮流,第二是大螢幕Smartphone需要更強的結構保護和支撐。最近因為大量報導和報告說到因為採用塑膠殼的Samsung Galaxy S2大賣,加上Moto和Nokia旗艦新機也採用塑料材質,促使台灣Smartphone廠商也要大幅降低金屬機殼使用比例,似乎金屬機殼就要過時了,本文試圖探討這個議題,資料來源都為公開資訊,包括研究報告、媒體、網路和各公司對外的公開資訊,加以歸納推演,方法粗略,因此一定會有疏漏錯誤,敬請指正。

先做定義:(1)本文所談的金屬材料包括不鏽鋼、鋁合金、鎂合金,(2)主要製程包括壓鑄、擠型、鍛造、CNC加工,但這次不談表面處理,也不談鋁沖壓製程,因為傳統上手機大量使用鋁沖壓零件,作為小框架和EMI遮蔽,這些零件一部分會繼續存在Smartpone裡面,但因為單價低、廠商多產能更多,不算關鍵零件,不予討論,(3)近年各界常將unibody(一體成型)和CNC加工畫上等號,其實重點在於消耗CNC的時間和產能多寡,是否unibody未必重要,例如鋁擠型在台灣最早被Apple大量使用在iPod各機種上,而從2007年開始iPod Shuffle開始使用CNC加工,台灣機殼廠商大量進口CNC設備,當年就已達2000~3000台,然後Apple NB 也開始使用鋁擠成型+鍛造+CNC加工,這時候Macbook Air(MBA)還沒出來,也還沒有Unibody這個名詞,Apple卻已經將CNC大量用在成品加工上(以前都是用在樣品和模具),後來的MBA和台灣Smartphone廠商更大量使用鋁擠+CNC製造unibody機殼,但到今天還是一樣,鋁擠型+CNC未必只有使用在unibody上。(4)Smartphone機殼因為天線、成本和構型考量,都是混和金屬和塑膠,沒有100%的金屬機殼,只要有相當面積或消耗相當金屬製程產能,本文即簡化描述為金屬機殼。

二、Samsung外觀多採塑膠機殼,背蓋偏好黑色加細紋顆粒,但大量使用鎂合金壓鑄內框架

和多數廠商一樣,Samsung的Smartphone向來採用塑膠殼,旗艦機種Galaxy S i9000第一代塑膠背蓋質感很差,第二代Galaxy S2 i9100大幅改善,將電池背蓋改採特殊材質的纖維,配上細顆粒紋路,質感比一般塑膠機殼好很多,也很薄,但成本應該不低,細節不詳。Samsung Galaxy系列中高階機種,大部分都是採用金屬內構件(鎂合金壓鑄成型),外觀件則都是以塑膠為主,Samsung背蓋偏好黑色、有紋路和細顆粒,少數選用白色背蓋則塗裝光滑亮面,大部分機種的塑膠背蓋都有紋路。

至於Samsung是否對金屬外觀件毫無興趣,倒也未必,從兩個地方可以看出 Samsung對金屬機殼沒有全然放棄,第一,Galaxy Note的中殼外露部分,雖然還是塑膠,但四周外框卻用表面處理(例如電鍍)成金屬框的樣子,另外,Galaxy R i9103雖然也是塑膠機殼,但在背蓋中央部位貼上一片模仿金屬髮絲紋的貼皮,從這兩款機種,顯示Samsung似乎也認同金屬質感也有優點,第二,原本以為Samsung  100%都是塑膠機殼,但將網站看了一遍之後,意外地看到Bada platform四款機種中,中階和高階三款外殼都是用鋁擠+CNC unibody。Samsung官網上的描述為:"極致手機工藝,在Samsung Wave II 身上便可一覽無遺,一體成型的鋁合金機身,徹底展現俐落品味;搭配金屬發絲紋機殼,觸感絕佳且不易留下指紋汙垢,讓你將流行焦點完美掌握。 11.8mm的超薄鋁合金機身,流線中展現俐落的圓弧曲,- 表面金屬髮絲紋路,搭載防刮螢幕面板及防汙技術,質感獨具。" 這段話看出Samsung也明白金屬機殼的特色,不知道Samsung為何在3/4的Bada機種上採用金屬殼,主流Andorid卻完全不用? 也許利用量小的機種試用看看也說不定。
這個網址圖片可看出Samsung Galaxy S2採用金屬內構件框架: http://digital.sina.com.hk/news/7/4/1/1054282/5.html ,其他一些Galaxy機種也可在網路找到類似圖片。
以下為選擇性的Samsung Smartphone機種猜測的機殼材質:
Model  OS Screen Weight(g) Height(mm) Casing
Galaxy Note Android 5.3 178 9.7 Plastic
Galaxy S2 Epic 4G Touch Android 4.5 130 9.7 Plastic
Galaxy S2 Skyrocket Android 4.5 132 9.4 Plastic
Galaxy S2 Android 4.3 116 8.5 Plastic
Galaxy R Android 4.2 132 9.6 Plastic
Focus Windows Phone 4.0 116 9.9 Plastic
Galaxy S i9003 Android 4.0 130 10.6 Plastic
Galaxy S i909 Android 4.0 123 10.8 Plastic
Galaxy S Plus Android 4.0 119 9.9 Plastic
Nexus S Android 4.0 140 11.5 Plastic
Vibrant Android 4.0 119 9.9 Plastic
Galaxy W Android 3.7 115 11.6 Plastic
Wave II Bada 3.7 135 11.8 Metal
Conquer 4G Android 3.5 119 11.7 Plastic
Galaxy Ace Android 3.5 113 11.5 Plastic
Illusion Android 3.5 119 11.7 Plastic
Transform Ultra (KB) Android 3.5 139 14.0 Palstic
Wave Bada 3.3 118 10.9 Metal
Cravity Smart (KB) Android 3.2 136 14.0 Plastic
Galaxy 580 Android 3.2 129 12.9 Plastic
Galaxy Gio Android 3.2 102 12.2 Plastic
Galaxy Spica i5700 Android 3.2 124 13.2 Plastic
Gem Touchscreen Android 3.2 120 22.3 Plastic
Wave 575 Bada 3.2 100 11.9 Plactic
Wave 723 Bada 3.2 100 11.8 Metal
Galaxy mini Android 3.1 107 12.1 Plastic
Dart Android 3.1 107 12.1 Plastic
Galaxy 550 Android 2.8 101 12.6 Plastic

三、Sony Ericsson塑膠背蓋偏好塑膠光滑亮面,Xperia Ray開始用一體成型金屬框架(兩側外露)機殼

Sony Ericsson大多數也都是用塑膠機殼,和Samsung不同,Sony Ericsson Smartphone塑膠背蓋的表面處理偏好淺色光滑亮面,從Xperia Ray機種開始使用金屬框架,這個一體成型的框架,除了結構強化效果之外,兩側還外露到手機外面,算是部分外觀件,只是配合手機塗裝之後,不容易看出是金屬,從圖片看來,使用鋁擠+CNC工法的機率很高。這個網址可以看到拆解的圖片: http://www.eprice.com.tw/mobile/talk/4274/4659132/

以下為選擇性的Sony Ericsson Smartphone機種猜測的機殼材質:
Model OS Screen Weight(g) Height(mm) Casing
Xperia arc Android 4.2 117 8.7 Plastic
Xperia arc S Android 4.2 117 8.7 Plastic
Xperia Play Android 4.0 175 16.0 Plastic
Xperia Neo Android 3.7 126 13.0 Plastic
Xperia Pro (KB) Android 3.7 142 13.7 Plastic
Xpeira Ray Android 3.3 100 9.4 Metal frame/casing
Xpeira Mini Android 3.0 92 16.0 Plastic
Xpeira Mini Pro (KB) Android 3.0 136 18.0 Plastic
Xpeira Active Android 3.0 111 16.5 Plastic

四、Moto塑膠背蓋偏好黑色光滑霧面,Droid RAZR開始採用一體成型金屬內框架

Motorola Smartphone塑膠機殼偏好黑色平滑霧面,最近轟動的世界最薄的Droid RAZR,為加強質感,和Samsung Galaxy S2一樣,電池背蓋揚棄一般塑膠殼,改用Kevlar合成纖維。Droid RAZR做到薄並非只靠新塑膠材質的背蓋。還有(1)AMOLED,(2)3mm Li-polymer battery,(3)整片長方形主板(別人大多用L型主板)單面打件,為了結構強度,內部增加一個金屬內框架,從圖片看來,框架很細,但細部構形複雜,有很多螺絲孔,推測可能是不鏽鋼材質+CNC成型,雖然體積不大,但使用的CNC工時恐怕不少,價格應該不便宜,有趣的是,一般零件商都很低調,但這個金屬框架的供應商,卻把廠商名字刻畫在這個框架的平面部位上(放大看得更清楚),Droid RAZR拆解圖可以從這個網址看到:http://android.xda.cn/picnews.php?id=121&step=16
 
以下為選擇性的Motorola Smartphone機種猜測的機殼材質:
Model OS Screen Weight(g) Height(mm) Casing
Droid RAZR Android 4.3 127 7.1 Plastic(Metal frame)
Admiral (KB) Android 3.1 134 12.2 Plastic
Artix Android 4.0 135 11.0 Plastic
Artix 2 Android 4.0 147 10.4 Plastic
Artix 4G Android 4.0 135 11.0 Plastic
Droid Bionic Android 4.3 158 11.0 Plastic
Electrify Android 4.3 158 12.2 Palstic
Droid X2 Android 4.3 155 9.9 Palstic
Photon 4G Android 4.3 158 12.2 Palstic
Milestone X Android 4.3 155 9.9 Palstic
Droid 2 Global (KB) Android 3.7 169 13.7 Plastic
Droid Pro (KB) Android 3.1 134 11.7 Plastic
Droid 3 (KB) Android 4.0 184 12.9 Plastic
Triumph Android 4.1 143 9.9 Plastic
DEFY+ Android 3.7 118 13.2 Plastic
Milestone 2 (KB) Android 3.7 169 13.7 Plastic
Milestone 3 (KB) Android 4.0 184 12.9 Plastic
Milestone XT701 Android 3.7 139 10.9 Plastic
Milestone XT720 Android 3.7 160 10.9 Plastic
Quench XT5 Android 3.2 117 12.4 Plastic
XPRT (KB) Android 3.1 145 13.0 Plastic
Citrus Android 3.0 110 15.0 Plastic

五、RIM Bold 9900/9300開始採用金屬外邊框

RIM之前也是都用塑膠機殼為主,但最近的Bold 9900/9930,已經開始採用外觀件金屬框架,類似iPhone的金屬外邊框一樣,看起來也是一體成型CNC加工出來的,材質猜測是不鏽鋼,因為是外觀件,圖片在官網上就看的到。
以下為選擇性的RIM Smartphone機種猜測的機殼材質:
Model OS Weight(g) Height(mm) Casing
Bold 9900/9930 Blackberry 130 10.5 Metal frame
Bold 9780 Blackberry 122 14.0 Plastic
Bold 9700 Blackberry 122 14.0 Plastic
Bold 9650 Blackberry 136 14.0 Plastic
Bold 9000 Blackberry 136 15.0 Plastic
Troch 9850/9860 Blackberry 135 11.5 Plastic
Troch 9800/9810 Blackberry 161 14.6 Plastic
Cruve 9350/9360/9370 Blackberry 99 11.0 Plastic
Cruve 3G Blackberry 106 13.9 Plastic
Cruve 8530/8520 Blackberry 105 13.9 Plastic

六、Apple iPhone 4/4S都用玻璃背蓋+不鏽鋼金屬邊框,HTC大多是金屬機殼,一部分用塑膠機殼,Nokia以塑膠殼為主

七、心得和結論

1.高階機種外觀造型、機殼材質、整體質感,牽涉到整體品牌印象,有其一致性考量,要全系列更換,是很大的決策,例如同樣是塑膠背蓋,Samsung用黑色細顆粒/花紋、Moto用黑色光滑霧面、Sony Ericsson用淺色光滑亮面。

2.(成本+輕薄+質感)是外觀件決定機殼材質和工法的考慮因素,至於成本、重量、厚度、質感,誰比較重要,誰比較不重要,可能要看廠商的產品定位和目標市場了,目前看不出金屬機殼/內框架有全面被拋棄的跡象,比較可能的發展是,金屬殼用的多的廠商,可能多嘗試塑膠和其他材質,沒有用金屬殼的廠商,可能開始嘗試用金屬殼。

3.不論外觀如何設計,大螢幕Smartphone的結構強度,無法單單靠塑膠和鋁沖壓支撐,從各廠牌機種設計歸納,必須選用(1)鎂合金壓鑄、(2)鋁擠型、(3)不鏽鋼三種材質之一,來製作(1)內部框架、(2)外部邊框、(3)外機殼其中之一,隨著4"以上大尺寸Smarphone越來越多,整體金屬需求量大幅成長(含內框架)。

4.因為Samsung偏好使用金屬內部框架,而非金屬外機殼,如果單純看金屬外觀機殼(機殼+邊框)的市場,有人採用比例下降,有人採用比例上升,如果Apple維持100%金屬邊框不變,則市場需求也可能持平到小成長,不太容易衰退。除非目前金屬機殼比例高的廠商完全不用金屬改用塑膠,但這種轉變影響整體品牌印象,不太可能一夕改變,比較可能是2012年先調整比例,觀察市場反應,作為2013年產品企畫的參考。如果Apple下一代改採金屬背蓋,那整體金屬外觀件的需求大概就確定繼續成長了。

5.一般塑膠機殼使用在高階旗艦機種上,質感顯然已有不足,所以Samsung(Galaxy S2特殊纖維)、Motorola(Droid RAZR特殊纖維)、Nokia(Lumia 800特殊塑料)才會選用特殊塑料/纖維等等來加強質感,可能因為成本因素,也只有在最高階機種使用,Apple則早就用玻璃背蓋+金屬邊框,如果台灣Smartphone廠商,要學習別人,似乎不應該改用別人不用的一般塑膠殼(針對注重質感的高價機種而言)。

6. Samsung Galaxy S2和Motoroal Droid RAZR做到這麼薄,不只是因為特殊塑料,還有AMOLED、設計方法(RAZR機構上採用很多創新設計)、使用高階(昂貴)薄型零件等等,即使是Galaxy S2,內部還是需要金屬內框架的厚度(雖然它可做孔洞避開IC突起),因此機器太厚重(至少厚度),不能全怪罪金屬機殼。

3 則留言:

門外漢 提到...

請問金屬內框架何時是用鋁 何時用鎂鋁 何時用不鏽鋼 (有什麼判斷的基準嗎?ex.中低階用鋁比較多?)

Richard's Research Blog 提到...

只能說是通常,不是絕對的規則如下:
1.內構件需要做結構強度支撐的時候,會用鎂鋁合金壓鑄(die casting),因為鋁沖壓沒有強度
2.內構件不需要強度,只需要做一些晶片EMI電磁干擾的遮蔽金屬,或者是簡單的框架,則用鋁沖壓
3.不鏽鋼都是在外觀件,因為重量較重,多只用在邊框,例如iPhone 4/4S和RIMM Bold 9900,好處是強度很好,保護力很夠,也有設計美學上的考量
4.外觀件用鋁擠/鍛造+CNC加工,則兼具外觀美學和結構強度,和不鏽鋼搭配塑膠或玻璃,主要是設計造型上的考量,並無絕對準則

門外漢 提到...

謝啦!跟你學到很多

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