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產業技術評析

淺談鋁合金及鋁鎂合金在3C產品的應用發展
發表日期:2016-05-04
作者:陳靖惠(金屬中心MII)
摘要:
4G飆速上網時代下,行動智慧裝置對影音傳輸需求速度越來越快,並朝向多功能、能耗密度更高及輕薄短小化的趨勢發展

全文:
一、前言

 

4G飆速上網時代下,行動智慧裝置對影音傳輸需求速度越來越快,並朝向多功能、能耗密度更高及輕薄短小化的趨勢發展,因此散熱功能與結構強度上要求更高,金屬材質機殼成為不可或缺的材料選項。鋁合金或鋁鎂合金由於具備了設計美感、質量輕、密度低、散熱性好、抗輻射、抗壓性強(和汽車相比,手機沒有所謂的撞擊緩衝區,外殼是唯一保護)與優良的材料加工性,一直受到3C產品開發商的喜愛。相對於塑膠機殼,鋁合金硬度是其數倍,但重量卻只有30%左右;此外鋁合金或鎂鋁合金外殼也讓產品外觀易於上色,並可透過表面處理讓產品外殼擁有個性化設計,達到精品、奢華的產品形象,遠優於塑膠外殼或碳纖維外殼的質感,舉例來說三星手機在2014年從銷售寶座重跌下來,追根究底就是因為高階手機S5使用塑膠機殼,後來S6就只得順應消費者潮流,改用金屬機殼來重獲青睞

 

 

目前在全球絕大多數消費者心中,世界上最美的3C品牌肯定是Apple。當你瀏覽Apple官網的各項產品,從早期的 iPod Classic、MacBook Air,再到iPhone 6 上,甚至是Apple Watch sport(Apple Watch則是採用不鏽鋼),鋁合金幾乎出現在蘋果全部的產品線之中,如【圖1】Apple系列產品的鋁合金應用所示,其外觀的共通點都是用鋁合金製成,就是因為鋁合金優異的材料特性,Apple才能打造出3C產品在消費者心中最標緻、性感的產品,也因為如此,蘋果已經建立起了一條全球性的鋁合金供應鏈,成為或許是世界上最精通鋁製品加工應用的企業

 

 

圖1 Apple系列產品的鋁合金應用

 

資料來源:各公開資訊/ MII整理(2016/03)。
圖1 Apple系列產品的鋁合金應用

 

整體來說,3C產品由於生命週期的縮短、需求不斷地被創造,驅動著產品製造加工技術持續的提升,再加上鋁合金非常適用於需重視散熱、輕巧與美感設計的電子產品,因此鋁合金在PC、家電、通信等領域的用量逐年增加,尤其在行動裝置的NB、平板、手機與數位相機等外殼的應用更為大宗,接下來就針對鋁合金與其競爭材料鎂鋁合金在一些大宗3C產品的應用需求進行綜合分析。

 

 

二、鋁合金/鎂鋁合金在3C產品的應用

 

 

在手機產品材料應用中,蘋果曾在第1代手機使用鋁金屬,不過第2代就改用聚碳酸酯外殼;在iPhone 4與iPhone 4s時曾使用玻璃背蓋,到了iPhone 5之後就全數使用鋁合金機殼。而後推出的iPhone 6 Plus,由於採用鋁合金6063,發生了其薄型機身設計會引起機身易折彎的「折彎門」事件,促使蘋果必須在最新的iPhone 6s與6s Plus中也改用更堅固的航太級7000系列鋁金屬。7000 系列鋁合金因為加入鐵(Fe,約 0.06%)、鎂(Mg,約 0.9%)、鋁(Al,約 92%)、鋅(Zn,約 6%)等元素,更不易彎折;測試結果是外部壓力超過 30 磅時,iPhone 6 外殼就變形,iPhone 6s 則至少可以承受 60 磅的壓力不發生變形,這使得6s成為 iPhone 系列中最堅固耐用的一款。另外像Apple Watch Sport訴求要更為輕薄短小,就須注重強度與硬度,蘋果摒棄了之前常用的鋁合金 6000 系列(主要成分是鋁、鎂和矽),轉而全新研發了一款 7000 系列鋁合金。全新研發的鋁合金強度提高了 60%,並且維持了同樣的重量。根據 Atomic Delights 的分析,與描述最為接近的兩款現有商業用鋁合金分別是 6061 和 7075。

 

 

除了Apple之外,三星電子繼2014 年下半年開始捨棄過去慣用的塑膠材質,開始積極在行動裝置上導入金屬機殼,譬如金屬邊框的 Note 4與智慧型手機外殼。2015 年初更推出擁有一體成型金屬機身的A系列機種,A5與A3不論手機上下左右側面、背面均為金屬,側邊框還採用鑽石切邊,為手機外型營造俐落的時尚感。而在2016年2月推出的智慧型旗艦手機Galaxy S7,為了與競爭對手的產品在外型上有明顯區隔,仍採用了玻璃背殼,金屬邊框前後包覆機身。不過先前有南韓金屬機殼業者表示,三星電子曾以設計上的差異化作為Galaxy S7採用鎂合金機殼的評估要點,並與曾供應Galaxy S6鋁合金6013邊框的南韓業者一起研發S7的鎂鋁合金機殼樣品,目標將鎂鋁合金機殼的表面做到像蘋果iphone的鋁合金機殼一樣光滑,雖然此次S7採用玻璃背殼,但後續發展對鋁合金或鋁鎂合金應用值得追蹤注意。

 

 

另外一家韓國手機大廠-樂金,則是宣稱將採取與蘋果、三星電子不同的加工製程,樂金的金屬手機外殼將採取先對鋁合金材料進行沖壓,再用電腦數值控制(CNC)設備進行二次加工處理的作法,試圖在維持品質的同時降低生產成本,也試著與金屬外殼手機的先發業者進行市場區隔,譬如在2016年4月中剛推出的LG G5就主打全球首發以全鋁合金打造的金屬機身結合可抽取式電池。茲將近半年來鋁合金或鋁鎂合金在3C產品之應用案例,彙整如【表1】所示。

 

 

表1 鋁合金/鎂鋁合金在3C產品機殼方面的應用發展
時間 廠商動向 影響分析
2016Q1 LG G5 全球首發,全金屬打造,採模組化設計,電池又可拆卸 G5機身以全鋁合金打造,有別於 G4 機背採用真皮材質製作。全金屬機殼的質感佳,成了旗艦機的標準配備,先前不論是蘋果、宏達電、Sony或三星等全金屬旗艦機的電池都不能拆卸,用戶得帶著行動電源趴趴走。LG G5找到妙方解決此一苦惱,既有全金屬機身,電池又可以拆卸,可謂業界創舉。
2016Q1 宏碁推低規高設計感Chromebook 11 搶進低價NB市場 Chromebook外殼採鋁合金奈米壓印(Nano-Imprinting)技術製作,不但具有高規產品質感,也大幅提升了耐壓與耐用性。
2016Q1 華為MateBook挑戰微軟Surface Pro MateBook與Surface Pro 4所選擇的機殼材質也有所不同,其中MateBook採用鋁合金,至於Surface Pro 4則是採用鎂合金。鎂合金具備較輕的特性,但比鋁合金容易彎曲,不過散熱性則較佳,因此為了顧及電池續航力與機體重量而選擇無風扇設計的MateBook,其鋁合金機殼在未來使用時將有可能出現過熱問題。
2016Q1 聯想推出碳纖維機殼ThinkPad X1 Carbon,迎戰採用鎂鋁機殼更輕薄的MacBook Air 聯想發表新款商務筆記型電腦ThinkPad X1 Carbon,號稱全球最輕薄的14吋商用碳纖維機殼NB,兼顧強度與輕薄,厚度1.65公分,改採鎂合金混合材料外殼,重量僅1.18公斤,較上一代更輕39公克。聯想的ThinkPad X1 Carbon上蓋機殼,採三明治設計,外層與下層均為碳纖,中間一層採碳纖維網,不但更輕,也更為強固;至於C件的鎂合金,由於鎂在液體型態倒入模具中,很快凝結,無法擴散,因此加入稀有金屬,拉高其延展性。
2015Q4 微軟推出全套 Surface Book 都是由鎂鋁合金打造成銀色的電腦 外觀設計採用了有別於MacBook Pro的鋁合金機械加工一體成形方式,Surface Book用鎂鋁合金壓鑄成形,骨架機身設計比較方正,重量更輕也更堅固。

 

資料來源:各公開資訊/MII整理(2016/04)。

 

三、鋁合金/鋁鎂合金機殼未來的發展前景

 

 

金屬機殼滲透率持續呈現增加的趨勢,未來3-5年以鋁為主的金屬機殼,得力於極佳的強度重量比、手感及質感的優異性,無不吸引消費者青睞,使得其長期需求仍將持續成長。業者指出,確實有比鋁硬度更強、更輕量化或別具特色的材料,例如皮革、藍寶石、陶瓷或銅合金,其中銅材質若採用壓鑄方式,機殼質感很突出漂亮,不過卻很難商品化量產導入。尤其智慧型手機,每半年一次的生命週期,讓品牌廠或機殼業者即使有意嘗試新材質,但也會在考量成本與量產等現實條件下,往往僅能停留在實驗室研究應用可行性,沒有3-4年的緩衝時間是不太可能正式量產取代。因此,鋁合金在3C產品的應用前景仍是令人相當期待。

 

 

(本文作者為金屬中心MII執行ITIS計畫產業分析師)

 


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更新日期:2020-04-08

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