iPhoneX真黑——以石墨片斬斷國產手機高端之路

蘋果在設計智能手機時,為了對手機內部的熱量進行管理,除了在軟件里嵌入了熱量管理程序外,在很多元器件上也增加了主動或補動吸熱保溫材料,很早就引入了石墨散熱片材料來均衡手機內部的熱量分布與擴散。
   蘋果手機與國產手機間的戰爭,外行看起來熱鬧非凡。隨著一些“明星級”國產手機的價格也好像越賣越高,貌似國產手機終于實現了高端化,可以憑借龐大的出貨量吊打蘋果手機的日子馬上就要來了。然而,蘋果在研發智能手機中挖下的坑,對于只會拼機的同行來說,卻如一道道天塹,讓對手難以逾越。前面李星講過iPhoneX在高端ITO膜、玻璃蓋板、OLED模組上為對手設了幾道追趕障礙,今天再來聊聊一個大家可能忽略的新型材料。
 
  9月12日,中國工信部發布了《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2017年版)》,共有129種新材料入圍,包括先進基礎材料92種、關鍵戰略材料31種、前沿新材料6種。其中先進基礎材料里,就列出了針對3C產品的高導熱石墨聚酰亞胺薄膜,技術指標在面內取向度>=30%,雙折射率>=0.08。那么這個高導熱石墨聚酰亞胺薄膜是個什么鬼?
 
  隨著蘋果新機iPhoneX的發布,產業鏈對其3D Touch生產工藝也開始有所了解。說到3D touch壓力觸控技術,安卓陣營同樣難解心頭之痛,因為直到現在,這個功能仍然只有蘋果的IOS才能完美的融入到用戶的每一個操作之中,是蘋果產品獨有的優秀使用體驗之一。
 
  iPhoneX的3D touch功能組件,除了生產工藝復雜度增加外,其各層覆合材料的更新也成為業界關注焦點。其中iPhoneX的3D touch壓力感應sensors功能片材質從原來的柔性線路板 FPC改成薄膜 PET film,另外為了便于玻璃機殼的散熱和無線充電可能影響3D touch功能,又額外增加了石墨散熱片——也就是工信部指導目錄里所列的那個高導熱石墨聚酰亞胺薄膜。
 
  去年三星NOTE 7的“炸雞”事件,雖然到今天都還沒有一個明確的結論,產業鏈忍氣吞聲為之背鍋供應商也遲遲不敢發聲為自己聲辯。但當時李星曾針對其結構設計做過一個相對比較接近真相的分析,最大的可能就是其雙玻璃加大電池的結構,導致了手機內部熱量管理失控。
 
  iPhoneX的結構設計在大部件層疊上基本與三星NOTE 7一樣,雙面玻璃機身加中框電池的三明治結構,也都是全密封的“三防”設計,內部熱量主要依靠石墨散熱片或銅箔片傳遞到中框上,通過中框金屬與玻璃機殼散發出去。由于玻璃的導熱效果并不如人意,假設內部熱量管理設計不好的話,熱量堆積在某些敏感區域,如電池、芯片區域,就容易導致熱管理失效,甚至電池爆炸。
 
  蘋果在設計智能手機時,為了對手機內部的熱量進行管理,除了在軟件里嵌入了熱量管理程序外,在很多元器件上也增加了主動或補動吸熱保溫材料,很早就引入了石墨散熱片材料來均衡手機內部的熱量分布與擴散。隨著智能手機的芯片運行速度越來越快,蘋果對顯示和觸摸功能的品質追求愈加完善,蘋果的對石墨散熱片的要求越來越高,石墨散熱片的生產工藝也發生了很大的變化。
 
  另外,蘋果增加的這層石墨散熱片除了給3D touch組件周邊的顯示屏和芯片散熱外,還有一定的蓄熱功能,目的就是讓3D touch不會受到環境溫度的變化影響同時,也減輕蘋果手機熱量管理系統的運行負荷,因此這層石墨散熱片對石墨原子的結構設計要求也嚴格了不少。
 
  早期行業生產石墨散熱片是真的拿石墨壓成薄片,再覆合在膠帶上來生產,當時因為這個概念,國內好多與石墨相關的上市公司還被拿來炒作,讓部分人大賺了一筆。后來的事情就更清晰了,從石墨散熱,炒到石墨烯散熱,坑死了不少拿石墨烯粉體來做散熱片的廠商。甚至還有些拿石墨烯粉體來層壓散片的廠商,到現在都還不知道自己到底死在哪里!
 
  不過現在智能手機配合高端芯片用到的高端石墨散熱片,確實跟原來的石墨材料沒了多大的關系,反而是真的利用了某些石墨烯的散熱理論。因為現在的高端石墨片,在生產工藝上就是用聚酰亞胺薄膜在3000度左右的高溫下“燒”出來的,因此也就有了前面這個“高導熱石墨聚酰亞胺薄膜”名稱。
 
  而燒這個“高導熱石墨聚酰亞胺薄膜”的生產工藝,也十分接近拿類氧化石墨烯來生產石墨烯粉體的工藝。事實上,特定配方生產的聚酰亞胺薄膜,在“燒”成石墨片后,其內部的碳原子結構本身就含有大量的烯烴結構,可以被認為是被碳原子連接起來的石墨烯結構材料。那這個高端石墨片的散熱速度有多快呢,現在蘋果手機用的石墨片材料,其散熱速度是國內那些拿石墨成薄片制成的材料的7到10倍。
 
  好了,生產工藝出來了,按道理來說,怎么可能難到中國的生產廠商,中國企業不管是“燒”石墨烯,還是“燒”碳纖維,都燒了好些年了,這點活應該還是能干好的。那么問題來了,為什么說這次iPhoneX會在高端石墨散熱片上打擊國產高價手機呢?
 
  首先,iPhoneX是在原來的石墨散熱片應用基礎上,增加了一層與手機大小差不多的3D touch石墨散熱片。以蘋果今年把iPhoneX的產能比例調高到一半以上動作來看,iPhoneX能消耗將近5000萬片的石墨散熱片,到明年可能要達到1——1.5億片。而往年不含iPhoneX新增加的3D touch大面積石墨散熱片,市場上也就差不多5億部高端手機,會在某些部位上用到這么高端的石墨散熱片。
 
  另外,生產這個石墨散熱片用聚酰亞胺薄膜的廠商,目前全球也只有杜邦一家生產,也就是說跟前面提到的高端蓋板玻璃基板全球只有康寧一家生產是一樣的,因為這個聚酰亞胺材料的配方專利,掌握在杜邦手里。除此之外,有雙向同性拉伸聚酰亞胺成膜能力的廠商,除了杜邦外,生產廠商也不多。
 
  還有一點,能夠熟練掌握3000度左右的高溫下“燒”制技術廠商,基本上也是日本廠商,并且目前也只有一家日本廠商在“燒”這個“高導熱石墨聚酰亞胺薄膜”。你說為什么日本的其它廠商也不一起來“燒”這個東西,很簡單,其它廠商的爐子都有接“燒”高模量碳纖維的訂單。還記得此前中國不小心“燒”1100T模量的碳纖維,美國軍方直接在下飛機時帶走三名日本東麗工程師的事件不,萬一哪天不小心“燒”這個“高導熱石墨聚酰亞胺薄膜”與“燒”那個“高模量碳纖維”搞混了,招惹了美國軍方怎么辦?
 
  有人說,那就讓他們擴產唄!現實是這個比較難。中國現在正在查環保,杜邦要保住現在在中國的產能都是個問題,何況還要新拿地擴產!而讓日本企業擴產也不是那么現實,看看那個卡住OLED蒸鍍設備的廠商想提高產能有多困難就知道了!
 
  那么讓中國人發揮自己的聰明才智,國產化了!首先,國內能生產的廠商就很少。而據李星此前掌握技術知識顯示,并不是隨便一個聚酰亞胺配方所生產出來的材料,都可以生產出散熱速度與儲熱量一樣的石墨片。如果配方不對,聚酰亞胺的分子鏈設計不合理的話,可能這種高成本生產出來的石墨散熱片,在散熱效果上跟普通石墨粉層壓出來的石墨散熱片可能散熱效果會好那么一點點,甚至也有可能沒什么兩樣。
 
  說到底,國內有沒有廠家可以生產性能指標接近杜邦材料的高端石墨散熱片呢?還真有!問題是這家企業早就瞄上了蘋果,在其設計出性能可以媲美杜邦聚酰亞胺配方的分子鏈結構后,依托其生產高端聚酰亞胺薄膜的產能,也生產出了雙向同性拉伸聚酰亞胺薄膜,并“燒”出了散熱速度與儲熱量指標達到蘋果技術要求標準的產品。
 
  但是為什么人家不賣給國產手機廠商呢?你說明知明后年后蘋果的高端石墨散熱片會缺貨,作為準蘋果供應商會錯過蘋果的高價訂單來接國產手機的訂單嗎,而且早在其生產高端聚酰亞胺薄膜和FPC時,就已經不接受國內廠商的無理帳期要求,停止對國內廠商供貨了。
 
  至于其它小的廠商,在現在的嚴查環保風口之下,能不能拿到生產聚酰亞胺的化工牌照都是個問題。而要上那個溫度高達3000度高溫“爐子”,更是不知嚇壞了多少消防環保部門人員。在與業界交流時有廠商表示,一聽到企業有這種“爐子”,不但設備被封,人都差點被關起來,因為好多大學畢業的“國考公務員”都不明白一個小小的企業,怎么可能掌握如此恐怖“高”科技。
 
  現在的手機芯片運行速度與效能,都已經接近電腦芯片,如何保證芯片運行時的散熱性能,讓芯片的實際性能徹底發揮出來,在手機狹小的空間里面形成有效的熱量管理,也成了手機設計的最關鍵部分。
 
  而安卓系統的手機使用一段時間后會卡,除了軟件系統產生的數據難以管理外經常假死之外,手機本身的熱量管量機制不完善或根本沒有,導致芯片或電池的過熱開關頻繁啟動有著根本的關系,這也是前兩年很多國內一線品牌在拿到高通的高頻大核CPU后,造出來的手機運行效果反而不如高通的低頻小核CPU手機原因。
 
  隨著手機支持VR\AR\裸眼3D等功能,手機芯片的發熱量肯定會快速上升。加上現在蘋果又帶動行業推動3D人臉識別與建模,這些以操作速度作為用戶體驗主要指標的應用出來后,手機硬件的熱量管理將成為能不能打造出高端手機初始門檻。否則的話,即便是國產手機能拿到國際上一流的芯片資源,或設計出高跑分芯片來給國產手機用,也很難做出一部性能出色、用戶體驗優秀的高端手機來。
 
  但要做好手機的熱量管理機制,如果連最基本的散熱儲熱材料都拿不到,或者制造不出來,那也根本就無從下手。從某些方面來講,iPhoneX在3D touch 上增加一層石墨散熱片,不但解決了iPhoneX改用OLED后的3D touch功能穩定性難題,同時也變相的壟斷了市場上的高端石墨散熱片資源,斬斷了國產高價手機擴張之路,可謂蘋果iPhoneX之心,真是比石墨片還黑。
 
  近日總理在講話中說:“我們一定要轉變觀念,不是石油、鐵礦才是資源,人是最大的資源。如果人實現了就業,那就是人力資源;再進一步提升專業技能,就變成了人才資源。”,“人力資源和人才資源是中國經濟最大的活力和潛力所在!”。說得好啊,不是石墨礦才是散熱片的資源,能研發出石墨散熱片的人才是散熱片的資源,人才資源是中國國產高端手機發揮期手機性能與潛力所在!
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