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[操作系统]iPhone4到iPhone6的设计、制造工艺历程浅析


 这里就阐述一下我对这几个手机在设计和制造工艺上的一些看法。

  这 5 个型号概括起来就三个外观:

  iPhone4 的三明治夹心设计。

  iPhone5 的三段式铝合金一体成型。

  iPhone6 的全金属一体成型设计。

  现在回过头来看,这三代手机的设计几乎引领了全球手机设计的风潮。无论是材质、设计还是制造工艺,有些甚至连外观都依葫芦画瓢。

  先说 iPhone4,对于 iPhone 带来的惊艳震撼,第一次是 07 年的 iPhone 横空出世,原来智能手机可以这么做;第二次是 iPhone4 的发布,原来智能手机可以做得这么漂亮。

 

  iPhone4 的一个显著特点是采用了 CNC 不锈钢边框,前后配上玻璃,让整机有了一种硬朗、坚固、简洁之美。虽然第一代 iPhone 和后面两代都用不锈钢做边框,但是不同的是 iPhone4 的不锈钢边框是整个手机构造的核心和骨架,屏幕、电池主板以及其他配件都是固定在骨架上面,是为了实现 ID 和结构设计的基础。

  要谈论这个 iPhone4 的制造工艺之前,先追溯一下它的兄弟产品 Touch 系列。

  苹果对产品的一体化追求已经到了深入骨髓的地步,在 Touch3 上面,就用了压铸一体成型的不锈钢后盖。

 

  由于 Touch 上面没有蜂窝网络要求,能够做到更加完整的一体性,从内部来看,其实这个后盖的工艺并没有 iPhone4 那么复杂。首先,它是一快钢板压铸成后盖的样子,在内部固定主板等零件的构造上采用单个不锈钢小组件,然后通过激光点焊跟后盖连接。

 

  到了跟 iPhone4 同时期的 Touch4 上面,依旧是一块不锈钢压铸成型,不一样的是还加入了注塑成型来实现复杂的内部构造。

  但是在 iPhone 身上,苹果的要求显然比 Touch 要高,并且要考虑到信号问题,做起来也没有 Touch 那样得心应手。

  iPhone4 的不锈钢边框的制造难度,无论是它的结构复杂度还是加工精度,现在看来依然是顶级水平,没有超越者。

  在不锈钢边框内部构造上,并没有像 Touch 系列一样通过点焊来实现,而是由 CNC 直接在边框上切削出形状,工艺复杂度可想而知。

 

  举个例子,上图中的几个红框标示处,上面那两个小框框,也就是 CNC 倒钩,是用来卡住手机背部那块玻璃。中间那个是螺纹柱,要先在边框上 CNC 出一个圆凹槽,然后激光点焊焊接,这么做这个螺柱是要来固定屏幕。最下面的红色长条框是把中间的不锈钢片激光电焊连接。

  最右那个是天线隔断注塑,现在看来满大街都是这样的注塑条,这个是苹果的首创,注塑材料是一种质地非常坚固的工程塑料,边框切断后通过这种注塑材料来连接,又能保证信号。所以,现在满大街的金属边框手机都要感谢苹果在材料学方面的探索,而不是在发布会上哗众取宠说我的注塑比你更好。

  iPhone4 的结构强度非常高,不锈钢材质本来就很坚固,然后前面板是通过螺丝固定在不锈钢边框上,玻璃背盖通过卡扣卡在不锈钢边框上,主板也依附在中间的不锈钢片上,你在 iPhone4 上面很少看到塑料件和用胶水粘合的地方。

  iPhone4 对后续的手机市场影响非常巨大,以至于消费者都有了一种审美惯性,只要是前后玻璃,中间边框的手机,都觉得好看。最终是,你做到了比它更大,你做到了比它更轻,你做到了比它更薄,但再也没有谁做到了它在工艺和结构上面的水准。

  苹果产品在 ID 和结构设计上,不难发现它遵循的是化繁为简,统一、完整、坚固、优雅。

  iPhone4 的三明治设计,包括了前面板、不锈钢边框、不锈钢钢片、玻璃后盖四个大组件。显然,这并不是苹果的最终追求,时过两年,苹果带来了 iPhone5。

  那晚我也看了发布会,也跟着吐槽了苹果的创新匮乏,这不就是一个拍扁拉长的 iPhone4 么,等了两年你就这点能耐啊。当我后来渐渐接触到 iPhone5/S 后,拆也拆了,才发现,这是迄今为止最精致的 iPhone,没有之一。

  在制造工艺上,相比 iPhone4 又有哪些进步呢?

 

  最大的进步是苹果终于把 Unibody 技术运用到了手机上,手机外壳全 CNC 加工。

  在手机制造里面,这应该是首次这么干。苹果牛逼之处就是在于它不用去看别的手机是怎么做,用什么工艺,它一直在手机上探索运用一些新的工艺,这些工艺并不是突然冒出来的,之前本来就有,但是苹果却可以不计成本的按照设计需要来执行,这就是为什么苹果一直独领风骚。

  初看上去,外观上面延续了 4 的风格,但是结构和工艺完全变了,Unibody 让机器直接变成了两个部分:屏幕和外壳。再细说一点就是背部的三段式,上下两部分是陶瓷玻璃。这符合了苹果追求极简的风格,同时 Unibody 可以让机器做得更薄,但也对机身内部构造提出了更大的要求,信号问题也更难处理。

 

  外观上面相比 4 变得更加精细,这种精细体现在无处不在的高光倒角上面:边框上下边倒角、按键高光、底部扬声器孔倒角、不锈钢耳机和闪电接口倒角,甚至连底部两颗螺丝的密纹高光都不放过,这些全部通过 CNC 精雕实现。

  背部 LOGO、iPhone 字样都通过特殊的阳极氧化,加上上下两端的玻璃,配合苹果对精度的高要求,所以无论你哪个角度观看这部手机,都透露出一种精致的气息。

  说回制造工艺,Unibody 的设计必然付出昂贵的 CNC 加工成本,产能也难以提升。需要代工厂购置更多的机床,这方面苹果甚至是给代工厂购买机器,扶持对方实现自己的产能需求,有时候为了实现要求,直接把供应商给收购。

 

  跟 4 的不锈钢框架不一样,5 的整体都是围绕着 Unibody 后盖来展开,这个后盖需要 CNC 出来安放主板、摄像头、尾插排线等细小构造,例如屏幕总成则依旧通过卡口卡在机身上,做手机的都知道,卡口是很难控制好精度的地方,大多数的做法是通过胶水解决。

  在一样用 Unibody 的 Touch5 和 iPad mini 上面,屏幕是通过胶水跟机壳粘合,在 iPhone5 上,苹果也可以这样做,但是这样做就是对结构的妥协,但是大部分厂商都是通过胶水粘合,即能做到精度又能省事。

  我们再来看看 iPhone5 之后其他 Unibody 手机是怎么做的。

 

  这是 HTC ONE M7,当时风靡一时,通过拆解可以看到,它的 Unibody 后盖上面边缘是有一圈注塑,还有胶水,而且,它的后盖就只是一个后盖,主板等全部依附在屏幕那边,在结构复杂度上面先比 iPhone5 略逊一筹,说白点就是这样做更简单,但是 M7 的背部弧线也是一个 CNC 难点,如何让弧线平滑过渡需要付出多一点工时。

 

  再来看看 ONE 系列的第二代 M8,这一代有了进步,变成了全金属,虽然舍弃胶水改用卡扣,但是仍旧只充当后盖。不过放眼全球,它也是第二好的 Unibody 设计了。

  说到 iPhone6 了,当我看到 iPhone6 的谍照的时候,我不相信这是苹果的设计,这粗壮的天线条成了大家集体吐槽的焦点。

 

  跟 5 对比发现,它把 iPhone5 后背的陶瓷玻璃都剔除了,手机外观就剩两个大组件:屏幕和机身。原来这才是真正的全金属,这也是苹果追求一体性的极致体现吧。

 

  苹果两年做一个 ID,这两年里面,也许出了上百种设计,最后选择这种设计,也有它坚持的理由,手机越来越大,再延续之前四平八稳的 ID,显然有点不适合持握,现实生活中我们接触的物件里面,方正的东西占绝大多数,这样的设计是更讨喜,也更符合人们的心理预期,但如果苹果依旧把 iPhone6 做成 5 的样子,做更薄,出来的效果必定会比现在的样子好看,但是那样怎样,那只是一种保守的设计。

  所以,苹果必须拿出一种全新的设计来挑战自己。

 

  改变风格后的 iPhone,从方到圆,机身变大,做成弧形的边框利于握持。这样还不够,苹果把屏幕也要做成大 2.5D 与边框相匹配,做到手机的侧面中心对称这没什么,iPhone4 以来很多手机都可以做到,但是在弧形边框上要做到几乎完美对称,目前还没发现比 iPhone6 更好的了。

  弧形边框的 CNC 加工难度比 5 的直面要更难,我觉得最难的是屏幕的弧形跟边框弧形的匹配问题,要把这条弧线做到不断层,就是弧线顺畅过度,这对于组合件来说难度太大了。

 

  没有靓眼的高光边,没有了方正的外形,看上去必然是没有了 iPhone5 的精致感。更要命的是还有突出的摄像头、过粗的注塑条。如果说 iPhone5 是方正、规整、闪耀,那么 iPhone6 相对低调、内敛、华实。

 

  单论制造难度的话,iPhone6 的难度是要大过 5 的,它要克服信号问题,6 支持的频段比 5 要多,但是却把 5 上面的玻璃去掉了,完全的一体金属,还加入了 NFC 功能,这些对机身的设计提出了严重的考验。

  现在市面上也有了一大堆把边框做成弧形,正面一样 2.5D 玻璃,有的也在背面贴个 2.5D 玻璃,出来的成果也只是材料的堆叠而已,从来没有哪一部手机做到了 iPhone6 这样的浑然感,哪怕两部手机的价钱一样。

  后记:

  这三代产品里,iPhone4 最为坚实,iPhone5 颜值最高,iPhone6 更像是成熟之作。通过迭代发现,苹果一直在一体化金属机身上面前进,iPhone4 的边框到 iPhone5 的金属机身,最后 iPhone6 更彻底的全金属,制约苹果的只有信号问题。

  最后想说的是,当外界在夸赞以乔纳森为首的苹果工业设计团队的同时,也请给他们优秀的结构工程师和射频信号团队一点肯定。