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手机防水处理的百亿赛道 | 行业

2019年04月04日 点击:


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从国内外各大厂推出的机型来看,继双摄乃至多摄镜头之后,手机防水似乎成了各大厂营销中的新卖点


  |  苹果:iPhone X,IP67级

  |  三星:Galaxy S8,IP68级

  |  华为:Mate 20 Pro,IP68级

  |  谷歌:Pixel2,IP67级

  |  索尼:Xperia XZ Premium,IP68级


还有像小米、OPPO、vivo等并未直接标识手机防水等级的厂商,多多少少也会宣传旗下手机是可以防水的,防水处理主要是物理结构件密封和化学覆膜2种方式,随着化学覆膜方式中的纳米镀膜技术的发展,这种防水处理实现方式逐渐成为主流,这也是本文要研究的重点


下文从行业的视角,分几个板块来聊聊为什么防水处理这个百亿级的赛道值得看好:

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读完本文约需15分钟


01

国际防护等级体系IPXX


在了解防水处理行业之前,我们先要科普一下防水的等级,也就是国际防护等级 IPXX

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IP是Ingress Protection的缩写,是国际上针对电气电子设备对异物入侵的防护等级体系


IP-X中第1个X表示接触保护和外来物保护等级,主要是体现防尘保护,最高等级是6,完全防止外物及灰尘侵入


IPX-中第2个X表示防水保护等级,最高等级是8,从IPX1-8防水能力依次增强,IPX8可以无限期浸泡在水中


各级别的防水能力官方术语就不提了,直接清晰明了地上图好了:

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希望大家在了解不同的防水等级之后,以后买手机或用手机时最好先看看手机处于什么防护等级,以免带入泳池温泉拍拍拍时一时失手酿成悲剧......毕竟肾只有两个......


02

防水行业需求和规模


所谓手机防水处理,就是通过物理结构件密封或者是化学覆膜这2种方式,对手机从内到外进行防水处理,让手机可以在雨天、水下等环境可以自由使用,在意外掉落至水中时,也不至于导致手机入水而故障报废。


通常需要对手机内三个部位进行防水处理:


(1)外部结构件:机身与屏幕缝隙、实体按键缝隙、耳机及充电接口

(2)元器件模块:声学元器件如扬声器、麦克风、听筒,要求防水且不能影响空气透过;光学元器件如摄像头模组,要求防水且不能在镜头上进行防水处理

(3)内部PCB主板:各器件连接处、整体主板


为什么进行防水处理?需求在哪?


“天下苦水久矣”,为什么各大厂商对自家产品的防水功能作为一个重要的营销卖点?是因为防水需求在各类电子产品中的应用场景持续存在:

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从购买的角度来看,防水防尘能力成为用户选择购买iPhone7的第二大理由,自苹果发布iPhone7之后,企鹅智库对5万网友进行投票调查,其中手机防水功能成为用户购买iPhone7的第二大理由,有42.6%的网友选择因防水防尘功能而购买


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从售后返修的角度来看,无防水导致手机损坏的金额巨大,IDC报告显示,在所有送修的设备之中,液体侵入是继碎屏之后的第二大损坏原因,占比高达35%。仅2015年就约有3.28亿部智能手机因为液体侵入而受损。IDC估计,目前全球只有不到10%的智能手机具备防水性能,每年由于液体侵入而造成的损失则高达967亿美元


防水处理的技术路线是怎样的?


手机防水处理早在2005年就出现,2005年5月卡西欧推出了Canu 502S,是网上有资料可循的首款防水手机

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而随着2013年索尼Xperia Z的推出,具备防水功能同时又不失轻薄美观的手机得到市场认可,此时的手机防水功能基本都是要通过结构件密封来实现,一旦手机气密性不一致、或者加工精度不够,就会导致防水效果失效


而随着手机越做做薄、性能要求越来高,防水需求推动了防水处理技术的不断升级,目前主要有以下物理结构件防水和化学覆膜防水2种方式,并且细分为5种技术路线:

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1、物理结构件防水


物理结构件防水的核心在于LSR液体硅胶注射成型技术,需要在机型设计时采用一体化机身,减少机身的拼接,从而减少机身缝隙,并且在手机内部用防水胶条、硅胶密封圈、胶黏剂等材料对内部的重要元器件周围及连接处进行保护,从而阻挡灰尘及液体的入侵

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缺陷在于,无论是从设计还是从制作过程,结构件防水对于耳机孔、充电孔等裸露在外的部位很难保护,始终会对机型美观造成影响,而且会因为结构件的老化、摔落磕绊等意外磨损导致防水性能下降明显


2、化学覆膜防水


三防漆、氟化液、灌胶覆膜


三防漆以丙烯酸酯为主,氟化液则氟化物为主,灌胶则是以硅氧烷胶为主,将这些材料通过喷涂或浸泡方式处理至PCB板上从而实现整体防护目的

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缺陷在于,三防漆、氟化液、灌胶等覆膜方式的处理成本和门槛都不高,但是这种工艺会带来明显的几个问题:一是由于操作的精细度问题,会导致PCB板上边角处无覆盖、无保护,在芯片管脚处不易涂覆;二是这种处理方式需要用到大量有机溶剂,造成明显的污染环保问题;三是会给产品明显增重,而且影响元器件的整体散热效果


纳米镀膜——等离子体覆膜


在产品整个表面涂上一层厚度以微米~纳米级别的聚合物膜,表面形成微凸结构,吸附气体分子形成气体薄膜,而且水滴的接触角趋于最大值,无法轻易渗透过纳米层表面,最后形成像荷叶一样的疏水效果

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缺陷在于,等离子覆膜主要是用氟化物实现,首先由于等离子体具有强烈的方向性,会导致产品表面膜厚严重不均;其次则是等离子体膜必然有孔隙,可以防泼溅,但是不能防浸泡,而且是通过疏水结构来让水流走,一旦表面水滴压力增强,例如浸泡或者强力喷射,那么就会让水直接渗入,达不到保护效果


纳米镀膜——派瑞林覆膜


通过CVD(化学气相沉积法),由活性小分子在元器件表面“生长”出完全贴合该物体形状的高分子物,形成一层无孔隙的纳米涂层,和等离子体覆膜的疏水结构不同,派瑞林镀膜可以使元器件完全与外界的空气、水分子隔绝


缺陷在于,派瑞林这种纯高分子防水结构可以让元器件防水、防腐蚀,但一是不耐高温,长期使用温度只能在100℃以下;二是不耐光照,在光照下容易裂解,户外使用2周就会黄化开裂;三是不能良好地隔绝氧气分子的渗透,防氧化性能不够。不能耐高温和抗光照的缺点导致了派瑞林的应用场景受到极大的限制,例如LED显示屏就绝对不能用,呈现黄色的派瑞林会极大地影响产品的显示效果


纳米镀膜——复合膜材料覆膜


复合膜材料也是用CVD(化学气相沉积法)在元器件表面实现覆盖,但是与派瑞林的主要成分不同,先将一层高分子涂层生长于元器件表面,随后再覆盖上一层致密的氧化物涂层用来隔绝氧气防止元器件被氧化。与派瑞林一样,可以彻底隔绝外部水分子,而且还是实现了更强的阻氧性能、耐高温、抗光照特性,应用场景得到很大的拓展


5种防水处理技术路线对比


相比物理结构件防水技术,纳米镀膜防护技术是一种更加先进的防护技术,会挤占物理结构件的部分市场,但是两者一定程度上可以互为补充


原本物理结构件防水只能在外部结构件进行防水处理,而对内部的PCB板完全无法防护,而纳米镀膜技术的应用填补了这块空白


不过纳米镀膜技术也具备局限性,例如在摄像头模组这类光学器件和充电接口等需要频繁插接的部位,是没法通过纳米镀膜来实现防水防护的,依旧需要物理结构件来做防水处理


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因此电子产品防水防护水平的不断提高,肯定是“纳米镀膜+物理结构件”相互结合的方式,在不同的部位采用不同的方式


防水处理的行业规模有多大?


很多领域的产品需要进行防水处理,我们举例来测算防水处理行业的规模


1、智能手机领域


正如上面提到的,智能手机内部需要防护的主要是三块地方:外部结构件、元器件模块以及内部PCB主板


通过物理结构件对机身缝隙、摄像头模组、充电接孔等位置进行防水处理,每部手机大约需要15-20元成本,如果考虑对内部PCB板进行纳米镀膜处理,还需要增加5-10元成本,这是手机行业对于新增防水特点能够接受的普遍成本


2018年中国手机销售均价为2523元,销售数量为4.14亿部,全球手机销售均价为362美元,销售数量为14.05亿部


从数据来看,2018年国内智能手机价格区间分布,0-999元价位的手机只占15%

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考虑到HUAWEI P8 这种799元价位的手机都能够用英国P2i的等离子镀膜技术,所以这里我们谨慎客观地假设90%的手机都能够用得上防水处理技术,同时保守估计单部手机防水处理成本为15-20元,那么结合中国和全球2018年智能手机出货量数据,智能手机领域防水处理市场规模大概为中国60-80亿元,全球210-280亿元

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2、LED显示屏领域


从中国光学光电子行业协会LED显示应用分会过往披露的《全国LED显示应用行业发展报告》数据来看,2017年我国LED显示行业规模为367亿元左右,其中户内LED显示屏占到了56%,户外LED显示屏占到44%


中国LED显示屏产品占据了全球80%左右的市场份额,因此推算全球LED显示行业规模为458亿元左右


LED显示屏主要以大小间距进行区分,P2.5以下(即每两个LED灯珠间距小于2.5毫米)称之为小间距LED显示屏


小间距LED显示屏约占据10%的行业规模,均价为1.5万元/平方米,对应2017年国内出货量25.5万平方米


大间距LED显示屏约占据90%的行业规模,均价约为0.4万元/平方米,对应2017年国内室外屏出货量825.7万平方米


LED显示屏的防水处理需求要根据户内户外应用场景进行区分,室外屏有进行防水处理的刚需,否则无法在室外使用。目前针对LED显示屏进行防水处理主要是通过灌胶和氟化液两种方式


灌胶防水处理成本约为600-800元每平方米,氟化液防水处理成本约为200元每平方米,由于大间距LED显示屏只能使用灌胶进行防水处理,因此平均来看,假设每平方米LED防水处理成本为450元较为合理,从而可以测算LED显示屏领域防水处理市场规模大概为中国20亿元,全球25亿元左右


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3、其他领域

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纳米镀膜技术中,最为先进的复合防水膜材料极大地拓展了应用场景,不仅仅可应用于智能手机与LED显示屏行业,同时也还可应用于OLED领域的封装工艺上,还可应用于耳机、电子书、无人机、家用电器等消费电子领域,以及汽车、太阳能逆变器、通讯基站等电气设备市场,综合来看,防水处理行业处于很多领域终端产品的上游,至少是一个百亿级别的赛道


03

防水处理的产业链


纳米镀膜产业链是如何运转的?

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由于纳米镀膜防水处理进行CVD(化学气相沉积法)需要精确地控制反应化合物的量,涉及较多的高精密设备,因此上游的核心零部件供应商是较为关键的一个环节,设备必须能对气体流量和温度进行高精度控制,并能实现覆膜的稳定均匀。如果纳米镀膜厂商纯粹采用国外整套设备而不具备自主改造产线的能力,那将会面临很重的成本压力


而原材料基本已经实现国产替代,除了关键助剂需要通过纳米镀膜厂商自主研发外,基本原材料都可以在国内外进行大批量采购,不构成壁垒


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对于纳米镀膜厂商而言,需要重点专注在实现上游的核心零部件设备的自主改造,从而实现工艺流程的效率和性能提升,并且通过自身的技术积累,创新研发新的材料以实现更好的性能特点,以便更好地满足下游应用领域产品的需求

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纳米镀膜厂商掌握的是最基础的材料技术,主要有2种形式和下游应用领域的企业结合起来:


一是需要自建产线的重资产镀膜加工模式


二是以技术授权为主的产线导入模式。


在下游应用领域企业产量较小时,简单的镀膜加工服务是两者最好的合作起点,但是随着产量的上升,纳米镀膜厂商将自己的产线接入下游应用领域企业的产线上,并且进行技术授权是一个不可避免的选择


纳米镀膜厂商的护城河是什么?


1、技术


纳米镀膜厂商进行防水处理的基础原理几乎都是气相沉积聚合,在技术方面的护城河主要有2点:


一是在于分子结构的研发创新,派瑞林、等离子体和复合膜材料在分子层面都是不同的结构,企业需要具备对不同材料分子结构进行创新研发的能力才能算构建起真正的护城河,例如复合材料是将氧化物、高分子、小分子等结构进行分子互穿,才能实现比派瑞林和等离子体更优异的性能


二是反应化合物参数配比和反应精度控制,这是一门极难的学问,其中涉及多种学科理论(流体力学、分子模拟优化、精密机械技术......),能够研发出具备特性的分子结构,也要能够有成本效率平衡的工艺流程将其大规模产业化成可商用的产品


这两点护城河有点类似AI领域内算法与数据的关系,各AI厂商都可以通过开源文档构建AI基础算法,但是只有在获取足够多且足够优质的数据后对算法的参数及权重进行调试优化之后,所形成的AI产品才具备商用的最大价值


2、渠道


下游应用领域企业的小产量产品可以外发至纳米镀膜厂商进行镀膜加工服务,但是其大产量产品必须要让纳米镀膜厂商接入自身产线


而纳米镀膜厂商进行接入产线的技术授权模式是典型的to B生意,早期攻关难,后期接入产线后会给客户带来极高的转换成本,在不出大毛病的情况下,客户续约率极高


可以拿其他领域的案例进行类比:高度自动化的汽车领域内,主机厂基本不会轻易更换自己的MES供应商;电信、银行、保险领域(例如联通、中行、平安)等大企业的呼叫中心采用的SaaS服务,续约率可以高达90%以上

04

业内格局


不同技术路线的规模对比

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目前防水处理领域中,不同技术路线的企业收入规模差异较为明显,从能够获取的公开信息来看,物理结构件防水处理企业收入规模明显超过化学覆膜防水处理企业


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防水处理行业可能形成什么格局?


在纳米镀膜防水技术兴起之前,物理结构件防水技术是手机厂商进行防水处理的普遍且必要选择,而随着性能更优、对外观结构影响更小的纳米镀膜防水技术兴起,物理结构件防水技术在手机防水处理领域的市场份额会逐步降低,除去摄像头模组这些光学元器件无法采用纳米镀膜进行防护之外,内部PCB主板、部分元器件模块的防水处理将由纳米镀膜方式技术逐渐覆盖,物理结构件防水技术的需求会逐渐减少


从未来电子产品对防水性能和结构美观的要求来看,纳米镀膜防水技术厂商的收入规模会呈现明显增长,防水处理行业目前至少是一条百亿级别的赛道,随着复合材料技术的成熟,更多下游应用领域产品的防水需求能够得到满足,百亿级防水处理赛道能够有望逐步成长为千亿级别的行业。


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