手机防水产业链详解：多种结构多层次防护的结合

　　防止手机进水一直是用户的痛点，增加防水功能明显增加手机的耐用性和寿命，同时让用户扩大使用场景，实现水下拍摄提升可玩性，另外，支持随意清洗将大大改善手机洁净度，保护用户健康。日韩等国家防水电子产品已经普遍应用，并成为消费者选购的重要指标。

　　新一代防水技术的成熟使得手机在增加防水功能的同时又不必像三防机那么臃肿，以索尼系列手机和三星旗舰S7/NOTE7为代表的旗舰型手机已经成熟应用最高等级的IP68防水功能，而苹果最新发布的iPhone 7亦支持IP67防水，手表支持IP68 50m防水，苹果历来是技术风向标，有望引领明年国产品牌的跟进，且防水亦望从手机、手表全面延伸至可穿戴等3C产品，亦能在汽车、医疗等多领域大有作为。预计明年国产品牌望全面参与防水创新，数百亿市场爆发在即。

　　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。

　　表1 防水技术产业链、代表产品、防水等级

　　1 硅橡胶密封是第一层级，核心是LSR 液体硅胶注射成型技术

　　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。

　　硅橡胶是目前防水结构件最佳选择。目前结构件选择使用的橡胶材料一般考虑硅橡胶或者三元乙丙橡胶，选择必须综合考虑橡胶的性能，其中邵氏硬度、粘接要求、抗拉强度、伸长率、工作温度、耐寒度、耐老化等是主要考虑的指标，硅橡胶尽管价格高于三元乙丙橡胶，但各方面性能均优于三元乙丙橡胶，因此成为电子产品防水首选材料。而液态硅橡胶加工又是其中的前沿技术。

　　除了衬垫以外，槽的设计也是关键点之一。槽的尺寸，横截面积必需和衬垫变形量相适应，设计原则是，槽的截面积是衬垫的截面积。这样才能使得衬垫压缩后完全容乃在槽内，使得槽的边沿和盖板紧密接触，达到防水的效果。

　　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。

　　三星新款Note7 进一步验证了硅胶密封的防水技术路线。我们从三星16年发布的新款Note7 的拆机照片分析，与Galaxy S7 类似，在耳机孔、Type-C 连接器、音量按键、Sim卡卡托、针孔等部位都加入了硅胶结构件。

　　从iPhone7 SIM 卡托照来看，在SIM卡托上面加入了硅胶结构，也侧面反应了iPhone 7 的防水设计思路与我们总结的路线相一致。

　　从密封原理来讲，橡胶密封是一种挤压式密封。基本原理是依靠密封件发生弹性形变，在密封接触面上面形成接触压力，只要接触压力大于密封介质的内压，就不会发生泄露。智能手机采用的防水硅胶结构件与传统三防机防水技术相比差异巨大。智能手机对外观要求高，导致其防水硅胶结构件体积更小，精密度更高，并且要求与金属嵌件或塑料紧密结合以实现可靠的防水效果。

　　与金属嵌件和塑料复合成型的特殊能力，使液态硅胶LSR 作为防水硅胶结构首选材料。LSR 具有众多优势和特点，例如优异的电气绝缘性能、耐老化性能，机械强度高、弹性好、成型快速方便，反应无副产物、无毒无味，使用温度较宽，且安全卫生、产品可延伸性强等优点，可制成不同形态、不同用途的系列化、差别化产品。目前LSR 的主要应用领域包括消费电子、汽车、医疗器械和医疗用品等。对比三星S7 的机身各处的零组件(包括Sim 卡托、听筒、Micro USB 接口、耳机孔等)，与以往组件的不同在于添加了LSR 与金属件复合成型，保证了这些部位的防水可靠性。

　　目前硅胶密封圈(硅胶结构件)的核心加工生产技术是液体硅橡胶注射成型技术(LSR/LIM)。LSR 是Liquid Silicone Rubber 的缩写，即液体硅橡胶，而LIM 是Injection moding liquid silicone rubber 的缩写，即注射成型液体硅橡胶。注射成型是一种制造工艺，是指有一定形状的模型，通过压力将融溶状态的胶体(液体硅胶)注入摸腔而成型。工艺原理是：将固态的硅胶，通过注射机器的压力，用一定的速度注入模具内，模具通过水道冷却将硅胶固化而得到与设计模腔一样的产品。注射成型是液体硅胶的一种加工方式，除注射成型外，液体硅橡胶还可以浇注成型和涂布成型，而大多数时候LSR 采用的是注射成型方式加工，因此LSR 也可称为LIM。

　　LSR 典型的生产流程包括混合、注射、硫化、脱件等步骤。液体硅橡胶LSR 是双组份加成型的，两个组份A:B=1:1。A 组份中包括硅生胶，填料，催化剂和抑制剂;B 组份包括硅生胶，填料，交联剂和抑制剂，使用铂金催化剂，加在A 组份中，AB 组份都含有抑制剂保证了常温下液体硅橡胶几乎不反应，通过注射出成型的方法加入模具，通过化学反应成弹性体制品。模具温度通常在140℃-230℃范围内。

　　LSR 与传统热塑性胶料加工存在诸多区别，增大加工难度。LSR 在收缩率、脱模、模具材料、冷流道系统、温度控制等方面都与传统热塑材料加工存在较大区别，使得LSR的加工难度比普通热塑性胶要大。

　表2 LSR 加工难点

　　智能手机的防水硅胶圈多是在原有的金属配件上进行二次成型，同时体型比一般使用的硅胶圈更小，与机壳/配件配合程度要求更高，需要采用更加精密(微量)的注射成型技术，进一步提升难度。精密注射成型关键在于模具制造、温度控制、上料压力控制等方面。模具制造难度在于毫米和微米级尺寸控制，进料等，温度控制要求保证进料，脱模的温度适宜稳定，上料压力控制会影响产品是否会产生气孔、缺陷率等方面，直接影响最终防水功能的可靠性。

　　表3 微注射成型的工艺特征

　　基于我们的分析，用于消费电子领域的防水硅胶结构件精密度和工艺控制要求高，单品价值量是一般用于机械液压领域和三防机的硅胶结构件的数倍。我们预计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。

　　表4 硅胶防水结构件市场规模估测 资料来源：IDC

　　智能终端防水之外，LSR/LIM 精密加工技术在汽车和医疗健康领域的潜在市场空间更大。据Markets&Markets 估计，汽车用橡胶零部件受到轻质材料使用增加和排放标准提高、安全性和燃油经济性的推动，到2020 年预计将达到405 亿美元的市场规模，其中在汽车领域LSR 主要运用于汽车动力系统和电子系统的密封件、O 型环和一些部件的表面加工等。医疗健康领域是由于LSR 具有良好的生物惰性，因此广泛应用在医疗器械、器官、医疗用品、整容等领域。汽车和医疗市场的广阔空间为行业企业提供了足够高的延展空间。

　　2 防水引领声学大升级，结构材料重设计提升价值

　　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。

　　我们仍然以三星S7 的声学防水设计为例，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。

　　戈尔特斯(GORE-TEX)面料是美国W。L。Gore & Associates, Inc.(戈尔公司)独家发明和生产的一种轻、薄、坚固和耐用的薄膜，它具有防水、透气和防风功能GORE-TEX。代表产品是GORE-TEX(R) 膨体聚四氟乙烯(ePTFE)。目前膨体聚四氟乙烯主要运用在医疗植入体、含氟聚合纤维、垫圈和密封剂、工业电子设备的高级介质材料中。

　　另外，声学SPK BOX 的外壳塑料也需要用专用的防水塑料，价格提升明显。此外，在生产过程中，SPK BOX 结构的压合也需要用专用的日本超声波设备。

　　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)。