防止電子產(chǎn)品進(jìn)水一直是產(chǎn)品設(shè)計的痛點，增加防水功能明顯增加電子產(chǎn)品的耐用性和壽命，同時讓用戶擴大使用場景，實現(xiàn)水下拍攝、游泳聽音樂等功能，提升可玩性，另外，支持隨意清洗將大大改善手機潔凈度，保護(hù)用戶健康。日韓等國家防水電子產(chǎn)品已經(jīng)普遍應(yīng)用，并成為消費者選購的重要指標(biāo)。

　　新一代防水技術(shù)的成熟使得電子產(chǎn)品在增加防水功能的同時又不必像三防機那么臃腫，以手機為例，索尼系列手機和三星旗艦S7/NOTE7為代表的旗艦型手機已經(jīng)成熟應(yīng)用最高等級的IP68防水功能，而蘋果的iPhone 7亦支持IP67防水，手表支持IP68 50m防水，蘋果歷來是技術(shù)風(fēng)向標(biāo)，有望引領(lǐng)明年國產(chǎn)品牌的跟進(jìn)，且防水亦望從手機、手表全面延伸至可穿戴等3C產(chǎn)品，亦能在汽車、醫(yī)療等多領(lǐng)域大有作為。預(yù)計明年國產(chǎn)品牌望全面參與防水創(chuàng)新，數(shù)百億市場爆發(fā)在即。

　　與工業(yè)應(yīng)用相比，手機的防水工藝的各個環(huán)節(jié)(設(shè)計、制造、測試)要求更加嚴(yán)格苛刻。從總體情況來看，要達(dá)到高等級的防水技術(shù)(IPX6以上)，需要多種工藝的配合，不同部位，防水的手段具有多樣性。部分地方工藝與傳統(tǒng)概念的防水方式差異較大，例如在麥克風(fēng)和聽筒部分，由于需要傳導(dǎo)聲音，必須使用只能允許空氣分子通過，而不能讓水分子通過的特殊工藝。總的來講，智能手機的防水技術(shù)在不同的部位采用不同的隔離方案，首先在外殼上以硅橡膠(圈、墊)密封和防水粘膠、聲學(xué)防水(防水透氣隔膜)，進(jìn)一步采用電路板防水(納米材料覆膜)等多種方式，以達(dá)到高等級的防水效果。

表1：防水技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈、代表產(chǎn)品、防水等級

一、硅橡膠密封是第一層級，核心是LSR 液體硅膠注射成型技術(shù)

　　相比其他類型橡膠，硅膠突出體現(xiàn)在彈性優(yōu)良、壓縮率高、耐熱耐寒耐化學(xué)溶劑、耐氧化、電絕緣、散熱等等。硅膠是以從石英中獲得的硅元素為基礎(chǔ)，并由硅原子粘附諸如甲基、乙烯基等側(cè)鏈而形成的飽和非極性橡膠。不同的側(cè)鏈會導(dǎo)致硅橡膠具有不同的特性。甲基乙烯基硅橡膠(VMQ)是應(yīng)用較多的一種硅橡膠材料。硅膠原料一般為凝膠狀，無色半透明，無味。主要特點是既耐高溫(最高300℃)又耐低溫(最低-100℃)，是目前最好耐寒、耐高溫橡膠;同時電絕緣性優(yōu)良，對熱氧化和臭氧的穩(wěn)定性很高，化學(xué)惰性大。缺點是機械強度較低，耐油、耐溶劑和耐酸堿性差，較難硫化，價格較貴。邵氏硬度有20至90度。

　　硅橡膠是目前防水結(jié)構(gòu)件最佳選擇。目前結(jié)構(gòu)件選擇使用的橡膠材料一般考慮硅橡膠或者三元乙丙橡膠，選擇必須綜合考慮橡膠的性能，其中邵氏硬度、粘接要求、抗拉強度、伸長率、工作溫度、耐寒度、耐老化等是主要考慮的指標(biāo)，硅橡膠盡管價格高于三元乙丙橡膠，但各方面性能均優(yōu)于三元乙丙橡膠，因此成為電子產(chǎn)品防水首選材料。而液態(tài)硅橡膠加工又是其中的前沿技術(shù)。

　　除了襯墊以外，槽的設(shè)計也是關(guān)鍵點之一。槽的尺寸，橫截面積必需和襯墊變形量相適應(yīng)，設(shè)計原則是，槽的截面積是襯墊的截面積。這樣才能使得襯墊壓縮后完全容乃在槽內(nèi)，使得槽的邊沿和蓋板緊密接觸，達(dá)到防水的效果。

　　在機身各處潛在進(jìn)水口采用硅橡膠密封結(jié)構(gòu)件(硅膠圈、硅膠墊)是保證消費電子產(chǎn)品外殼不漏水的基礎(chǔ)手段。

　　以防水智能機的代表三星S7 為例，我們歸納總結(jié)了它IP68 級防水的實現(xiàn)方案，主要是通過在Mic 口、耳機孔、側(cè)鍵、Sim 卡卡托、T card 卡托、Micro-USB 接口等處添加了與機殼緊密結(jié)合的硅膠圈/硅膠墊，此外在Cover Lens 和后蓋使用了泡棉密封。

　　三星新款Note7 進(jìn)一步驗證了硅膠密封的防水技術(shù)路線。我們從三星16年發(fā)布的新款Note7 的拆機照片分析，與Galaxy S7 類似，在耳機孔、Type-C 連接器、音量按鍵、Sim卡卡托、針孔等部位都加入了硅膠結(jié)構(gòu)件。

　　從密封原理來講，橡膠密封是一種擠壓式密封。基本原理是依靠密封件發(fā)生彈性形變，在密封接觸面上面形成接觸壓力，只要接觸壓力大于密封介質(zhì)的內(nèi)壓，就不會發(fā)生泄露。智能手機采用的防水硅膠結(jié)構(gòu)件與傳統(tǒng)三防機防水技術(shù)相比差異巨大。智能手機對外觀要求高，導(dǎo)致其防水硅膠結(jié)構(gòu)件體積更小，精密度更高，并且要求與金屬嵌件或塑料緊密結(jié)合以實現(xiàn)可靠的防水效果。

三星 S7/edge 耳機口橡膠圈

三星 S7/edge 傳感器口橡膠圈

三星新款 Note7 進(jìn)一步驗證了硅膠密封的防水技術(shù)路線。我們從三星 16 年發(fā)布的新款 Note7 的拆機照片分析，與 Galaxy S7 類似，在耳機孔、Type-C 連接器、音量按鍵、 Sim 卡卡托、針孔等部位都加入了硅膠結(jié)構(gòu)件。

三星 Note 7 的麥克風(fēng)部位防水透氣膜

三星 Note 7 的麥克風(fēng)部位防水透氣膜

三星 Note 7 的音量按鍵硅膠結(jié)構(gòu)

三星 Note 7 的 sim 卡硅膠結(jié)構(gòu)

三星 Note 7 的針孔硅膠結(jié)構(gòu)

　　與金屬嵌件和塑料復(fù)合成型的特殊能力，使液態(tài)硅膠LSR 作為防水硅膠結(jié)構(gòu)首選材料。LSR 具有眾多優(yōu)勢和特點，例如優(yōu)異的電氣絕緣性能、耐老化性能，機械強度高、彈性好、成型快速方便，反應(yīng)無副產(chǎn)物、無味，使用溫度較寬，且安全衛(wèi)生、產(chǎn)品可延伸性強等優(yōu)點，可制成不同形態(tài)、不同用途的系列化、差別化產(chǎn)品。目前LSR 的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括消費電子、汽車、醫(yī)療器械和醫(yī)療用品等。對比三星S7 的機身各處的零組件(包括Sim 卡托、聽筒、Micro USB 接口、耳機孔等)，與以往組件的不同在于添加了LSR 與金屬件復(fù)合成型，保證了這些部位的防水可靠性。

　　目前硅膠密封圈(硅膠結(jié)構(gòu)件)的核心加工生產(chǎn)技術(shù)是液體硅橡膠注射成型技術(shù)(LSR/LIM)。LSR 是Liquid Silicone Rubber 的縮寫，即液體硅橡膠，而LIM 是Injection moding liquid silicone rubber 的縮寫，即注射成型液體硅橡膠。注射成型是一種制造工藝，是指有一定形狀的模型，通過壓力將融溶狀態(tài)的膠體(液體硅膠)注入摸腔而成型。工藝原理是：將固態(tài)的硅膠，通過注射機器的壓力，用一定的速度注入模具內(nèi)，模具通過水道冷卻將硅膠固化而得到與設(shè)計模腔一樣的產(chǎn)品。注射成型是液體硅膠的一種加工方式，除注射成型外，液體硅橡膠還可以澆注成型和涂布成型，而大多數(shù)時候LSR 采用的是注射成型方式加工，因此LSR 也可稱為LIM。

　　LSR 典型的生產(chǎn)流程包括混合、注射、硫化、脫件等步驟。液體硅橡膠LSR 是雙組份加成型的，兩個組份A:B=1:1。A 組份中包括硅生膠，填料，催化劑和抑制劑;B 組份包括硅生膠，填料，交聯(lián)劑和抑制劑，使用鉑金催化劑，加在A 組份中，AB 組份都含有抑制劑保證了常溫下液體硅橡膠幾乎不反應(yīng)，通過注射出成型的方法加入模具，通過化學(xué)反應(yīng)成彈性體制品。模具溫度通常在140℃-230℃范圍內(nèi)。

　　LSR 與傳統(tǒng)熱塑性膠料加工存在諸多區(qū)別，增大加工難度。LSR 在收縮率、脫模、模具材料、冷流道系統(tǒng)、溫度控制等方面都與傳統(tǒng)熱塑材料加工存在較大區(qū)別，使得LSR的加工難度比普通熱塑性膠要大。

表2：LSR 加工難點

　　智能手機的防水硅膠圈多是在原有的金屬配件上進(jìn)行二次成型，同時體型比一般使用的硅膠圈更小，與機殼/配件配合程度要求更高，需要采用更加精密(微量)的注射成型技術(shù)，進(jìn)一步提升難度。精密注射成型關(guān)鍵在于模具制造、溫度控制、上料壓力控制等方面。模具制造難度在于毫米和微米級尺寸控制，進(jìn)料等，溫度控制要求保證進(jìn)料，脫模的溫度適宜穩(wěn)定，上料壓力控制會影響產(chǎn)品是否會產(chǎn)生氣孔、缺陷率等方面，直接影響最終防水功能的可靠性。

　表3：微注射成型的工藝特征

　　基于我們的分析，用于消費電子領(lǐng)域的防水硅膠結(jié)構(gòu)件精密度和工藝控制要求高，單品價值量是一般用于機械液壓領(lǐng)域和三防機的硅膠結(jié)構(gòu)件的數(shù)倍。我們預(yù)計未來防水技術(shù)將加速滲透到在智能手機，平板和可穿戴設(shè)備三大方面，硅膠密封結(jié)構(gòu)件將會是采用了防水技術(shù)的設(shè)備的基礎(chǔ)必備部件之一。依據(jù)這三大領(lǐng)域近三年的全球出貨量以及防水技術(shù)的滲透率對防水技術(shù)的市場空間進(jìn)行估算，到2020 年防水硅膠結(jié)構(gòu)件市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到30 億美金以上。

　表4：硅膠防水結(jié)構(gòu)件市場規(guī)模估測 資料來源：IDC

　　智能終端防水之外，LSR/LIM 精密加工技術(shù)在汽車和醫(yī)療健康領(lǐng)域的潛在市場空間更大。據(jù)Markets&Markets 估計，汽車用橡膠零部件受到輕質(zhì)材料使用增加和排放標(biāo)準(zhǔn)提高、安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性的推動，到2020 年預(yù)計將達(dá)到405 億美元的市場規(guī)模，其中在汽車領(lǐng)域LSR 主要運用于汽車動力系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的密封件、O 型環(huán)和一些部件的表面加工等。醫(yī)療健康領(lǐng)域是由于LSR 具有良好的生物惰性，因此廣泛應(yīng)用在醫(yī)療器械、器官、醫(yī)療用品、整容等領(lǐng)域。汽車和醫(yī)療市場的廣闊空間為行業(yè)企業(yè)提供了足夠高的延展空間。

二、防水引領(lǐng)聲學(xué)大升級，結(jié)構(gòu)材料重設(shè)計提升價值

　　除了橡膠結(jié)構(gòu)件外，智能終端產(chǎn)品的聲學(xué)防水也是技術(shù)關(guān)鍵點之一。與橡膠密封不同，聲學(xué)防水要求保證防水的同時不影響聲音透過，同時保證部分散熱功能，因此其設(shè)計與橡膠密封有所不同。

　　仍然以三星S7 的聲學(xué)防水設(shè)計為例，一方面，S7 的聲學(xué)部件采用了硅膠和泡棉(雙色成型、超聲線、Nano-coating)防水結(jié)構(gòu)件，另一方面在底部揚聲器開孔和揚聲器之間采用了防水透氣膜。代表產(chǎn)品是三星S7/edge 采用的高分子材料膨體聚四氟乙烯(ePTFE)。目前膨體聚四氟乙烯主要運用在醫(yī)療植入體、含氟聚合纖維、墊圈和密封劑、工業(yè)電子設(shè)備的高級介質(zhì)材料中。

　　另外，聲學(xué)SPK BOX 的外殼塑料也需要用薄膜產(chǎn)品，可以實現(xiàn)IP67/68 級別的防水效果。專用的防水塑料，價格提升明顯。此外，在生產(chǎn)過程中，SPK BOX 結(jié)構(gòu)的壓合也需要用專用的日本超聲波設(shè)備。

　　防水和立體聲驅(qū)動16-18年聲學(xué)部件大升級，聲學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度提升單個產(chǎn)品價值量。聲學(xué)構(gòu)件的防水在原有結(jié)構(gòu)上增添了防水透氣膜，同時還包括相關(guān)的橡膠結(jié)構(gòu)件和粘膠等，加工復(fù)雜度大幅提升。預(yù)計今明兩年蘋果產(chǎn)品將持續(xù)升級和換代聲學(xué)部件，新增防水功能，并提升音效。據(jù)新一代iPhone7 已經(jīng)實現(xiàn)揚聲器防水，明年防水等級會更高。

　　此外結(jié)合揚聲器立體聲的實現(xiàn)，聲學(xué)器件有望在16-18 年實現(xiàn)持續(xù)升級，聲學(xué)零部件的價格也有望大幅提升(雙揚聲器增加40~50%單價，耳機增加30%左右)。

三、連接器防水防塵：應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊，防水手段不斷升級

　　相對于消費電子終端防水，連接器防水的概念已經(jīng)大范圍應(yīng)用在工業(yè)、通信、消費、汽車、軍工等多種領(lǐng)域。很多特殊領(lǐng)域的連接器需要達(dá)到IP68 級別，甚至要求在10米深的水中連續(xù)工作數(shù)天到數(shù)月。IP68 級別的防水連接器可分為電源類和數(shù)據(jù)類兩種。電源類主要用于水下照明、城市照明等;數(shù)據(jù)類連接器包括網(wǎng)線、USB連接器、藍(lán)牙等。

　　典型的連接器防水方案也是通過在接口部分加裝O 型圈，密封圈等結(jié)構(gòu)件完成防水功能。近年來，以金屬注射成型(MIM)為代表的制造工藝被使用于連接器，例如Tyco的IP68 級Micro USB 2.0 連接器，使用MIM(金屬注射成型)結(jié)構(gòu)的不銹鋼外殼，實現(xiàn)了IP68 等級的防塵防水性能。

　　我們預(yù)計未來Type-C 接口也將會普及防水技術(shù)，進(jìn)一步提升Type-C 連接器工藝的難度和價值。以最新發(fā)布的三星Galaxy Note 7 為例，三星Galaxy Note7 的防塵防水級別與S7 同樣達(dá)到了IP68，理論上可以在1.5 米的水中浸泡半個小時。其采用的Type-C接口是裸露式的防塵防水設(shè)計，原理是機身的接口內(nèi)部都采用了密封(硅膠結(jié)構(gòu))的設(shè)計，僅保留金屬觸點裸露在外面。此外，三星S7 的連接器接口能夠自動檢測是否干燥，如果過于濕潤，手機將自動屏蔽充電功能，以防短路。我們判斷三星在連接器部分采用了某種傳感器裝置，以提升手機防水的安全性。預(yù)計未來這項黑科技也有望提升滲透率，同時增加防水連接器的單價。

三星 Note 7 耳機孔硅膠結(jié)構(gòu)件

三星 Note 7 的 Type-c 接口硅膠結(jié)構(gòu)件

　　除了手機type-C 接口外，手機搭配的耳機接口也將實現(xiàn)防水功能。針對眾多用戶在運動時可能出現(xiàn)的汗水滲入耳機接口，造成耳機接口失靈等問題，目前市面上已經(jīng)有許多專業(yè)防汗耳機出售。我們判斷接下來伴隨手機等智能終端的防水功能的實現(xiàn)，手機搭配的耳機接口也將進(jìn)一步實現(xiàn)防水功能。

四、電路板防水技術(shù)：新型納米材料涂層

　　電路板防水是智能終端防水的最后一道防線，主要技術(shù)方案是采用具有荷葉效應(yīng)的高分子納米材料技術(shù)。高分子納米復(fù)合材料是指分散相尺寸至少有一維小于100 納米的復(fù)合材料。納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子尺寸效應(yīng)等特殊性質(zhì),可以使涂料獲得的功能。其中一類的納米材料具備荷葉效應(yīng)，可以實現(xiàn)荷葉一般的超強疏水性，作為防水材料，由于表面張力的作用，落到涂層表面上的水會變?yōu)樗椋粫茐碾娮釉O(shè)備的內(nèi)部材料。

　　為電子設(shè)備增加防水納米涂層的方法大體可分為噴涂、浸涂、刷涂、淋涂，近幾年出現(xiàn)較多的噴涂，也叫氣相沉積，是將電子設(shè)備放入到真空環(huán)境中，在低壓狀況下注入氣態(tài)的防水納米材料，使氣體包圍住電子設(shè)備，此時設(shè)備就會放出等離子體方便納米材料附著到電子設(shè)備表面，進(jìn)而凝固，電子設(shè)備的元件表面都會包含一層納米材料。設(shè)計過程結(jié)束后，整個電子設(shè)備上的納米涂層厚度約為頭發(fā)直徑的千分之一，同時表面比較光滑，具備了與荷葉相似的表面。但這種方法大多都采用了對電子產(chǎn)品整機進(jìn)行涂敷的做法，并非直接作用于電路板上，而且產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)的密封程度會影響電路板上膜層的完整度，所以劣勢慢慢暴露出來。

TIS-NM納米涂層浸泡施工

    浸涂是直接把電路板浸泡到納米材料溶液中，無須真空環(huán)境，無須進(jìn)行氣化，納米溶液在電路板表面所形成的涂層很均勻也很完整，個別有維修的地方可以配合刷涂，比如青山新材料的TIS-NM納米涂層，只需要浸泡3秒即可，并且干燥時間很短，常溫下5-10分鐘即可干燥，無須烘干，也非常適合產(chǎn)線批量應(yīng)用。

    對于采用納米涂層做電路板防水，除了作業(yè)方式的選擇之外，更重要的是納米材料的選擇，基于微觀結(jié)構(gòu)的表面涂層都可以理解為納米涂層，但其性能各異，所能達(dá)到的效果也就不同，青山新材料TIS-NM納米涂層以優(yōu)異的性能處于行業(yè)領(lǐng)先地位，擁有RoHS,REACH認(rèn)證，通過NSS中性鹽霧試驗，耐鹽霧能力明顯強于同類產(chǎn)品，環(huán)保不燃燒，目前已獲得國內(nèi)多家上市公司測試認(rèn)可，并實現(xiàn)批量應(yīng)用。

五、OLED 顯示屏防水要求較高，阻隔膜受益最大

　　OLED 顯示技術(shù)被公認(rèn)是繼陰極射線管(CRT)、液晶顯示(LCD)、等離子顯示(PDP)之后的新一代顯示技術(shù)。目前OLED 技術(shù)已經(jīng)成熟，有望逐步替代LCD 擴大滲透率，行業(yè)相關(guān)投資也如火如荼。國際顯示巨頭三星、LG、友達(dá)、Sharp 等投入巨資擴大產(chǎn)能，國內(nèi)京東方、深天馬、華星光電等也在加緊進(jìn)行產(chǎn)線擴建，產(chǎn)能有望在2017 年底到2018年全面爆發(fā)。

　　LED 有機材料對水和氧氣敏感，遇水或遇氧容易發(fā)生反應(yīng)而失效，所以 OLED 封裝材料需要具有良好的阻隔性能，尤其是基板和封裝蓋板的阻隔性能要更好。

　　OLED 器件的基本原理是通過正負(fù)載流子注入有機半導(dǎo)體薄膜后復(fù)合產(chǎn)生發(fā)光。壽命相對較短是目前制約OLED 商業(yè)化的重要因素之一。研究表明,空氣中的水汽和氧氣等成分對OLED 的壽命影響很大，其原因主要是:OLED 器件工作時要從陰極注入電子,這就要求陰極功函數(shù)越低越好,但做陰極的這些金屬如鋁、鎂、鈣等,一般比較活波,易與滲透進(jìn)來的水汽發(fā)生反應(yīng)。另外,水汽還會與空穴傳輸層以及電子傳輸層(ETL)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),這些反應(yīng)都會引起器件失效。

　　OLED 顯示(包括柔性O(shè)LED 顯示)涉及的膜材料包括阻隔膜、ITO 導(dǎo)電膜、PI 膜、COP 偏光膜、反射膜、增亮膜等等，其中在(柔性)基板和蓋板表面沉積多層堆疊結(jié)構(gòu)和粘貼阻隔膜是主要的防水實現(xiàn)形式。沉積的方式與電路板沉積納米防水材料相接近，主要有磁控濺射法、電子束蒸鍍法或等離子體增強化學(xué)氣相沉積法等等。同時，硬屏OLED 和柔性O(shè)LED 都需要用到水汽阻隔膜，柔性O(shè)LED 更是兩面都需要用到。目前最先發(fā)展阻隔膜的公司是3M，國內(nèi)京東方等企業(yè)用的膜都來自3M，單價較高。

　　阻隔膜處于爆發(fā)的前夕，目前國內(nèi)有一些企業(yè)正處于送樣測試階段。未來行業(yè)將伴隨OLED 滲透率的不斷提升市場空間迅速增長。

六、防水氣密性檢測對設(shè)備提出特殊要求

　　對于手機防水技術(shù)，后期的檢測是比較特殊的一環(huán)，全檢、氣壓檢查法都是其特征之一，同時，為了保證防水的可靠性，手機必須逐個檢測，這對防水檢測設(shè)備的便利性也提出了更高的要求。

　　防水檢測代表性的方法有三種：差壓法、壓力表法、歪量法。差壓法和歪量法的準(zhǔn)確度都比壓力表法高，但差壓法耗材成本低。一般電子產(chǎn)品要求測試準(zhǔn)確度較高，因此差壓法和歪量法較常用在手機、手表等消費電子領(lǐng)域。

表5：三種防水的測試方法和設(shè)備