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没有真空,哪来iPhone!聊一聊iPhone 14发布会上关于真空的核心科技
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2022-09-09  阅读

来源:iVacuum真空聚焦

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  【康沃真空网】北京时间9月8日凌晨,苹果举行秋季新品发布会,正式发布iPhone 14系列机型,并公布国行版机型售价。全新推出的iPhone 14/Plus、iPhone 14 Pro/Pro Max,包含6.1英寸和6.7英寸两种尺寸。这是对其主流智能手机型号的更新,取消了mini型号,而全面拥抱更大的机身尺寸。

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  据悉,iPhone 14将于9月16日发售,起售价5999元;iPhone 14 Plus于10月7日发售,起售价6999元;iPhone 14 Pro/Pro Max于9月16日发售,起售价分别为7999元、8999元。

  从iPhone 4开始,苹果手机开始走进中国大众的视野。作为一年一度的“科技春晚”,每次新品发布会都会成为人们关注的焦点。用户看的是新品的卖点,业内人士看的是核心科技、全球3C产业链的走势乃至整个电子产业的发展方向。

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  当然,本次iPhone 14系列机型的发布也向我们展示了几项移动端的顶尖技术。值得注意的是,这些核心技术中,大部分都与真空应用密不可分。可以说没有真空技术,iPhone 14这件“科技艺术品”根本不会存在。

  本期以iPhone14为例,聊一聊在手机研发制造过程中关于“真空”那些事。

  在说iPhone 14系列机型之前,我们先来说一说本文主要涉及的真空溅射镀膜和真空蒸发镀膜这两种主流的PVD镀膜方式。

  ● 真空溅射镀膜的靶材具有高纯度、高密度、多组元、晶粒均匀等特点,一般由靶坯和背板组成。靶坯属于溅射靶材的核心部分,是高速离子束流轰击的目标材料。靶坯被离子撞击后,其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜。由于高纯度金属强度较低,因此溅射靶材需要在高电压、高真空的机台环境内完成溅射过程。

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▲ 真空溅射镀膜工作原理示意图 

  ● 真空蒸发镀膜是指在真空条件下,通过蒸发源加热蒸发某种物质使其沉积在基板材料表面来获得薄膜的一种技术。被蒸发的物质被称为蒸镀材料。真空蒸发镀膜系统一般由三个部分组成:真空室、蒸发源或蒸发加热装置、放置基板及给基板加热装置。在真空中为了蒸发待沉积的材料,需要提供蒸发热使蒸发物达到足够高的温度以产生所需的蒸汽压。

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▲ 真空蒸发镀膜工作原理示意图 

  屏 幕 

  iPhone 14和iPhone 14 Plus绚丽的超视网膜XDR显示屏采用OLED技术,HDR峰值亮度可达1200nit,还拥有2000000:1的对比度并支持杜比视界。iPhone 14 Pro和iPhone 14 Pro Max对LTPO技术进行了改进,刷新率最低可下探至1Hz,HDR峰值亮度从1200nit提升至1600nit,户外最高亮度可达2000nit,为目前手机屏幕所能达到的最高值。可以说,屏幕相比于iPhone13 Pro系列有明显提升。

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  上文提到的LTPO技术,其实是一种刷新率调节技术,能够自适应屏幕刷新率,通过降低刷新率的方式,降低手机屏幕功耗,达到省电的目的。但是它本质上还是OLED屏,并没有修改发光方法或发光原理。所以iPhone 14系列机型的屏幕主要还是运用了OLED技术。

  在制备OLED显示屏时,真空镀膜技术是生产的基础环节。玻璃基板要经过多次磁控溅射镀膜形成 ITO玻璃,经过ITO基板预处理后制备OLED材料包括有机小分子、高分子聚合物、金属及合金等。为保证大面积膜层的均匀性,大部分有机小分子薄膜都要通过真空热蒸镀来制备。显示器的性能如分辨率、透光率等都与薄膜的性能密切相关。

  此外,为防止水氧和灰尘进入OLED显示器件内部而导致其寿命和性能下降,需要对OLED进行封装。薄膜封装是目前主流的OLED封装工艺,通常依靠PECVD(等离子增强化学气相沉积)方式实现,或者采用ALD(原子层沉积)工艺达到产品效果。为了实现平板显示产品的抗反射、消影等功能,还要通过真空蒸镀在镀膜环节中增加相应膜层的镀膜。

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  外 观 

  iPhone 14系列的机身采用精美耐用的航空级铝金属设计,提供午夜色、蓝色、星光色、紫色和红色 5 种配色选择。

  许多用户表示,iPhone产品拥有绚丽的外观,这种材质的“高级感”自然离不开它的工艺和材料,除了超精密的切割开槽(外形)、纳米注塑(金属框)、阳极氧化(铝中框)、高光精密抛光、采用专利性高强度性能的材料外,还有一项核心的表面处理工艺:PVD磁控溅射。

  磁控溅射镀膜一直是高端手机机型在外壳上所采用的色彩附着工艺,它可以形成不同颜色效果的涂层,能极大地增强产品的外观金属质感,让产品的档次得到提升。据悉,2017年苹果首次在iPhone X 上使用了PVD镀膜工艺为iPhone的不锈钢中框染色。2020年,苹果在金色iPhone 12 Pro 上还试水了PVD工艺的升级版:高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)工艺。

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  镜 头 

  镜头方面,Phone 14和Phone 14 Plu搭载全新主摄和前置原深感摄像头,引入1200万像素主摄像头具有更大的传感器和1.9微米的像素,配备f/1.5光圈和OIS,首次具有自动对焦功能。iPhone 14 Pro的后置主摄升级到了4800万像素,f/1.78,24m焦距,新传感器拥有不同的像素模式。

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  消费电子产品的摄像头核心器件是模组、镜头、光学材料及元件,而真空镀膜技术在光学镜头、光学传感器等部件的生产制造中有广泛的应用。

  芯 片 

  芯片是手机的核心元件,iPhone 14和iPhone 14 Plus两种机型都采用配备5核图形处理器的A15仿生芯片,iPhone 14 Pro则搭载了A16处理器,采用台积电最新的N4P工艺,内置160亿颗晶体管,为电源效率、显示屏和摄像头带来性能提升。

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  芯片制造工艺非常复杂,下列步骤都需要在真空环境下完成:

  · 沉积:将材料沉积在晶圆上,会运用到PVD(物理气相沉积)、PECVD(等离子增强化学气相沉积)、SACVD(常压化学气相沉积)、LPCVD(低压化学气相沉积)、ALD(原子层沉积);

  · 刻蚀:选择性去除晶圆上的材料;

  · 离子注入:用离子掺杂硅晶圆表面,以改变材料的电气特性并增加器件电导率;

  · 晶圆搬运:晶圆通过转移模块从处理室 A 移动到处理室 B;

  · 光刻:定义图案并将它们转移到设备的每一层上。分为紫外线UV光刻术和极紫外光EUV光刻术。

  另外,需要真空计量和真空检漏技术的帮助,确保生产设施从加工室到排气系统的真空完整性。

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  当然,关于手机生产过程中真空技术的应用远不止这些。比如iPhone 14中号称有史以来续航最强的电池,iPhone特有的超瓷晶面板,各种iPhone配件,甚至是随处可见的手机保护膜,其生产过程都需要真空技术的支持。

  所以说没有真空,就没有iPhone 14。真空技术让我们享受到了科技的快乐与便利。