智能型手機發展若以第一代iPhone問世開始談起, 機殼使用材料從鋁合金搭配塑膠, 一路到現在出現純塑膠外殼和金屬為主外殼 (因通訊需求, 手機無法做到純金屬外殼) , 甚至玻璃和陶瓷等多元材料, 可視為隨著智能型手機技術進步, 不同材料間競合的結果. 如今玻璃外殼似乎在眾多材料中逐漸勝出, 以下就各層面分析玻璃機殼的發展.
玻璃材質導熱性佳
塑料作為機殼材料雖然成本便宜, 但質感欠佳, 且熱導率低影響散熱效果, 因此目前僅在功能機或中低階智能型手機使用, 或用於金屬機殼背面的天線開口. 鋁合金在現階段雖仍為機殼主流材料, 然而從三星開始率先大規模推動無線充電, 改采玻璃背蓋設計, 加上5G時代即將來臨與現今智能型手機外觀同質性高等三大主要因素帶動下, 非金屬材質如玻璃和陶瓷開始成為市場關注焦點. 但考量成本, 加上金屬材質在中低階智能型手機滲透率持續提升, 因此目前玻璃或陶瓷材料主要出現在中高階機種上.
玻璃的熱導性比塑料好, 但差於金屬和陶瓷, 在電磁屏蔽上則屬於低屏蔽材料; 此外, 與塑料, 金屬或陶瓷相比, 在同樣厚度上玻璃的重量更輕, 硬度也可做到極高. 以康寧第五代大猩猩玻璃為例, 莫氏硬度7可抵抗日常生活中幾乎各種材料的磨損. 反觀陶瓷材料, 雖然在質感, 耐磨度與散熱表現都優於玻璃, 但目前良率仍非常低, 使其成本高昂, 尚無法大規模放量. 所以玻璃是目前非金屬材料中能兼顧質感, 良率, 成本適中與能大規模量產的理想選擇.
手機玻璃蓋板除了不斷透過材料配方改良, 或以化學處理來改善強度外, 在外型上也拜柔性OLED出現之賜, 開始出現變化. 目前3種主要玻璃型態最大差別在於2.5D玻璃的曲度以CNC加工而成, 但3D玻璃則需仰賴設備來熱彎而成, 因此兩者在概念和製程上有根本的不同. 此外, 在視覺效果上, 由於3D玻璃於邊界的曲度折射光線, 因此螢幕看起來將比實際寬度來得寬.
由於3D玻璃內圍擁有曲度, 因此若搭配柔性OLED面板則可進一步將邊框螢幕拉伸, 使整體螢幕尺寸看起來更大.
3D玻璃成本高昂
比較3種型態的玻璃蓋板成本, 2D和2.5D玻璃的成本相差不大, 但與3D玻璃相比則可達3~ 4倍之多, 原因是3D玻璃需額外設備和模具成本, 且技術要求高, 良率較低使得成本高昂.
再比較目前主要機殼方案成本, 不同機殼方案間的成本差距頗大, 且由於玻璃本身脆度低, 因此玻璃機殼仍需搭配金屬中框以提升強度, 但金屬中框設計又比金屬機殼複雜, 所需CNC加工時間更長, 因此可發現玻璃機殼方案成本平均都較金屬機殼要高. 雖然目前以鋁合金材料為主的金屬機殼仍為中, 高階手機的主流材料, 但高階或旗艦機以上機種已開始往前後玻璃背蓋加上金屬邊框方案邁進. 從全球市場逐漸往中高階手機集中來看, 預計玻璃機殼的採用趨勢將會帶動整體手機的平均銷售單價上升.
由於3D玻璃成本遠高於2.5D或2D玻璃, 因此若沒有辦法搭配成本同樣較高的柔性OLED面板, 廠商寧可使用2.5D或2D玻璃, 否則等於徒增成本卻沒有在工業設計上獲得較好效益. 因此預期3D玻璃將與柔性OLED綁定, 且3D玻璃滲透率與柔性OLED的普及度將有一定正比關係.
玻璃機殼產業鏈
整體玻璃機殼產業鏈可分為上, 中, 下遊, 上遊是玻璃原料和設備提供廠商, 材料部分目前主要由美國和日本的廠商把持, 熱彎機則以韓國廠商為主, 但在精雕機方面開始看到越來越多中國廠商出現. 中遊為玻璃和金屬加工, 目前由台灣和中國廠商主宰, 尤其在玻璃加工部分, 中國廠商的市佔率就佔全球約80% . 下遊則是EMS代工廠, 包括富士康, 和碩與緯創等. 從成本結構來看, 上遊材料占約27% , 下遊人工組裝約24% , 中遊製造 (包含設備折舊) 則占高達49% .
中遊製造成本占近半的主因為玻璃和金屬製程各有一定技術門檻存在, 直通率 (全製程第一次產出的良品率) 低, 造成成本高昂.
2D, 2.5D與3D玻璃加工流程最大差別在於3D玻璃多一道熱彎程序, 使後續加工過程全需在曲面上處理. 3D玻璃加工技術難度高, 連帶成本也較為高昂, 但同時附加價值較2D和2.5D高.
熱彎成形之所以困難, 在於玻璃和石墨模具的熱膨脹係數需一致, 若不一致則玻璃可能爆裂或彎曲程度不一而成波浪形, 所以熱彎是最關鍵的環節, 將決定3D玻璃整體產能和良率. 至於拋光和印刷, 由於在曲面上進行, 因此對設備和工藝都有更高要求. 再者, 3D玻璃與OLED的貼合, 所需設備目前主要由日本和韓國廠商提供, 三星的蓋板玻璃貼合設備甚至由三星指定. 由於目前中國廠商的設備尚無法滿足手機品牌的需求, 且3D玻璃和OLED皆屬高成本元件, 因此儘管成本較高, 手機品牌廠也寧願使用日本和韓國的設備, 畢竟因良率不佳而報廢的損失更大.