设计手法新颖 iPhone 4内部结构令人吃惊.doc

设计手法新颖iPhone4内部结构令人吃惊1自初代iPhone上市，已过了三年半现在在世界上已经卖出超过5000万台的iPhone是美国苹果公司的“iPhone 4”尽管不可比拟当初的新颖型，但拆开看时，还是发现其设计手法与此前完全不同苹果历史上最成功的产品”——该公司CEO乔布斯给予了此评价！2010年6月24日上市的“iPhone 4”上市的三天内，全球销售了170万台iPhone 4因采用全新的“iOS 4”系统，除支持多任务（multi-tasking）作业外，还配备了电子书应用“iBooks”和可视等功能，比前几代产品的易用性更高 　　另一方面，iPhone系列也迎来了成熟期iPhone 4发表时，乔布斯强调的是9.3mm薄的机身、高达326ppi的显示器分辨率等硬件性能指标（表1）强调性能指标，不太像是苹果的风格”，许多日本工程师这样认为 然而，等待着日经电子拆解组的，是我们从日本软银公司买到的日本版iPhone 4（32GB）内部的设计手法突变在各个专门领域的工程师协助下进行的拆解调查，我们得以窥见其比以前大为精细的内部设计手法 背景是薄型化和成本削减　　“很像是日本厂商开发的终端”。

观察了拆解后机身内部的工程师异口同声地说（图1），因为有与元件制造商仔细磨合的痕迹，也确认了为提高成品率而下的功夫随处可见与以前那种可称之为“粗糙”的设计迥异的精细 图1 无论从重量还是成本看，液晶面板都居首位iPhone 4的零部件的照片、重量和成本如图所示其中重量资料来自于日经电子的调查结果；而成本资料则来自于iSuppli公司的调查　　设计手法大变，认为是为了薄型化和降低成本例如，主板上装有“如此形状以前还没有见过”（一位设计工程师）的特殊形状的无线LAN／蓝牙模块（图2）他说，“因要薄型化而安装面积有限，可以看出苹果事先对各机能区块事先精细地制定了尺寸和规格，并与部件厂商进行了细致的磋商调整”相机模块也一样：使用了形状极为特殊的软性电路板，并将其复杂折叠后安装 图2 异形模块令人惊讶装在主板上的WLAN／蓝牙模块因形状奇特，被认为是定制的设计　　锂聚合物充电电池可看作是体现了成本削减意图的设计iPhone 3G”等此前机型，充电电池以强力双面胶带粘贴在机壳上但此次，电池是在主板上以连接器连接，并且，还装有一个树脂衬底以方便取下电池（图3）图3 锂聚合物充电电池为可更换设计iPhone 4的锂聚合物充电电池带有可供取出的薄片等，可更换。

而iPhone 3G的电池则以双面胶固定在后盖上电池以外的部分也同样，有数个模块以连接器相连，各模块则用螺钉固定在机壳上（图4）这与以前多采用粘接剂和双面胶的设计迥异多名工程师都说：“用了这么多螺钉的苹果制品还没见过”图4 大量使用螺丝、连接器与iPhone 3G不同，iPhone 4使用了大量的螺丝和连接器　　这样设计的目的似乎在于，能以区块为单位更换和修理，从而降低制造成本例如，在出货检查时，若发现不合格品，则只需更换有问题的区块即可而随高功能化的部件成本上升、中国水涨船高的劳动成本导致的制造成本持续增加，推动了这种设计手法的采用 　　设计方法虽变了，但许多主要部件仍从与“iPad”等此前机型相同的供应商处采购（表2）继续使用同一供应商的部件，除易于降低成本外，还有可缩短部件认定作业的时间，从而缩短设计时间的好处例如，处理器就与“iPad”一样，认为采用了韩国三星电子制造的“A4” 大胆的天线设计 　　iPhone 4设计上最创新的点可以说是天线为提高灵敏度”乔布斯说，将天线机能从此前机型的内部放到了在机壳侧面（图5）一位天线工程师为之乍舌：“可真是吃了豹子胆” 　　首先，网用的主天线，不仅在机壳的侧面，而是与内部的另一天线结合构成的。

机壳侧面焊接着形状复杂的金属片，认为是用来支持各个国家不同的多个波段 　　我们的天线工程师推测，之所以天线特意用2个部件组成，是“因为当需要微调频率特性等时，如果天线只是机壳部分，则需从模具开始重新制做”实际上，内部的天线就装有认为用于调整特性的线圈和电容各1个而据称其配备的电极作为支持多个频带的单体天线本身极小所以将其看作是对机壳侧面天线起辅助作用的微调天线是妥当的但这一创新设计却产生了意想不到的副产品：因用户握住的方式，而发生了接收不稳定的现象，并因此而发展到集体诉讼的地步这一“问题”很可能源于天线结构：接触易导致接收不稳定的左下方的狭缝附近，以及开盖端侧的露出的辐射电极，是两个天线的结合点（图5）图5 将部分机壳用作iPhone 4天线　图中为iPhone 4的主/副天线的构造及电路图由日经电子推测绘制　　而子天线（WLAN、蓝牙、GPS用）似用作机壳上端一侧的辐射电极（图5）机壳最上方的辐射电极狭缝两侧的辐射电极侧的侧面部只配备了电源按钮，另一端则为耳机插孔、音量控制等电源按钮与耳机插孔与音量控制按钮不同，在通信时不会用到因此，似将天线与按钮类的位置皆作了调整，以便不影响通信功能。

针对显示器的特别处理 　　高达326ppi的高分辨率显示器是iPhone 4的一大卖点从拆解可以看出苹果公司对画质的追求 　　为了提高画质，iPhone 4将液晶面板、触控面板和机壳前端合为了一体iPhone 3G没有一体化，液晶面板很容易分离之所以一体化，认为是将上述几个部分用透明树脂粘合固定，以消除画质劣化的原因——空气曾界面上的光反射（图6）当然，这种粘合对更换修理是不利的也只有这一部分，与此次多采用螺钉、连接器以方便交换和修理的设计思想不同，是画质优先 图6 液晶面板与触控面板和机壳前端的一体化iPhone 4的液晶面板与触控面板和机壳前端是融为一体的此举认为是为提升影像质量而iPhone 3G上，这些部件都是分开的图由日经电子推测绘制 　　另外，在iPhone 4上市后，立即就有了画面上有部分出现了澹黄色的变色的报道我们的工程师认为，“这是由于一体化使用的粘合剂造成的” 　　iPhone 4采用的液晶面板与iPad相同，均为透过式的IPS类型相较于iPhone 3G采用的半透过式液晶面板（透过式/反射式混合），一般画质要出色然而，当在有外光影响的室外使用时，如果亮度不比半透过型的更高，则是人性会变差。

　　在显示器工程师协助下的分析表明，液晶面板的TFT开口率为52％（图7）因追求高分辨率等，其开口率低于iPhone 3G的60％，因此在亮度上不利因此，很可能在其他部份如背照灯和彩色滤光片上采取了措施以提升亮度 图7 采用透过式液晶，开口率为52%iPhone 4 采用了透过式液晶面板其开口率为52％而iPhone 3G则使用半透过式液晶面板　　相较于iPhone 3G，iPhone 4主板的安装密度要高得多iPhone 3G将积层式主板与薄型化的锂聚合物充电电池并列，iPhone 4则改变了这种做法，从而使基板面积得以大幅缩小：基板去除边缘弯曲处的尺寸为86mm18mm，而iPhone 3G则为84mm54mm 　　为此，iPhone 4使用了大量尺寸为0.4mm0.2mm的“0402”部件主板上安装的664个部件中，约1/3（227个）是0402零件（表3，图8a） 表3 安装了227个“0402”零部件　iPhone 4不仅使用0402元件，还缩小了安装部件的间隔，以支持基板的小型化仔细分析过基板的组装工程师表示，“iPhone 4与此前机型不同，其部件间隔几乎与日本厂商相同。

甚至有比日本厂商还窄之处”此外，iPhone 3G认为采用了8层基板，而iPhone 4则使用了10层基板（图8b、9）图8 以0402零部件及10层基板支持高密度封装　图中所示为安装在主板上的0402零部件范例（a），和10层主基板截面图（b）　　该10层基板被认为是由日本厂商制造，此外，多数0402部件和窄间距连接器（Fine-Pitch Connector）很可能也是日本厂商制造的似是日本厂商制造的部件商有力地撑起了iPhone 4的双肋图9 安装面积小的主基板主基板上安装的主要部件的功能、供货商如本图所示主板面积比iPhone 3G要小很多零部件功能、制造商等信息皆为日经电子经访谈及调查数据等推测而出其中难以辨识的字符以“●”符号表示。