塑料到鋁合金再到玻璃，外觀以外還有什麼促成了手機外殼材質的改變？
Google 10 月 9 日釋出的 ofollow,noindex" target="_blank">自有品牌手機 Pixel 3 標誌著一次智慧手機設計潮流轉變的完成。
Pixel 3 標誌著全球主要手機公司都在新機上放棄了鋁合金材料。雖然 Google 去年才賣出 390 萬臺手機，但它依然是控制 Android 生態的那個公司。和絕大部份公司一樣，Google 也選了玻璃替代過去兩代金屬的機身。
金屬向玻璃轉變整個過程持續了大約三年。三星 2015 年 4 月在 Galaxy S 系列首先用了玻璃後蓋，2017 年的 iPhone 8/X 確定了這個潮流。今年華為釋出的 P20、年中釋出的 vivo NEX 和 OPPO Find X，還有之後的小米 8 都用了玻璃外殼。
Pixel 3 和 Pixel 2 背後材質對比，來源： androidauthority
而 2016 年市場調研機構 IDC 統計的智慧手機出貨量前五大的手機品牌裡，三星以外幾乎所有的主要機型包括蘋果 iPhone 7、華為 Mate 9、OPPO R9 以及 Vivo X9 pingwest.com/a/158803" rel="nofollow,noindex" target="_blank">都使用的是鋁合金的機身。
你現在還能買到鋁合金外殼的新款手機，但定位都以中低端為主。調研機構 Counterpoint research 報告顯示 ，到今年年底，全球智慧手機出貨量中將有 26% 是玻璃後蓋設計，2 年後這個數字會漲到 60%。
曾經，金屬才是高階的象徵。2012 年，庫克舉起 iPhone 5 的時候，鋁合金一體化機身是當時消費品金屬加工的極致。
那是蘋果從喬布斯時代就開始籌備的工藝革命，一度蘋果全系列產品，從電腦到手機再到 iPod、滑鼠和路由器，甚至蘋果店的牆壁都由鋁合金構成。喬布斯生命最後幾年 請人專門 設計的豪華遊艇 Venus 號，也是鋁合金外殼。
從各種塑料到鋁合金再到金屬，十幾年的時間，智慧手機機身材質已經經歷了兩次大的轉變，好看並不是其中的唯一原因。
玻璃成為主流，因為外觀但更因為 5G
通透，精緻，這類的詞總會被用來形容玻璃製品。直到現在，巨大的玻璃外牆，也一直是高階零售店常見的設計。
玻璃在手機上的好處很明顯，透明的玻璃可以直接展示後殼設計，帶來例如各種顏色，漸變線條，金屬風格等更多可能性。
手機的設計整體性也更好，為了避免訊號遮蔽，像 iPhone 6 鋁合金機身背後裸露的三段白色天線也不用再出現。
玻璃的手感也更溫潤，不會像金屬一樣在冬天裡太冰冷，稍微玩一會兒遊戲，金屬的導熱性又立刻讓手機燙起來。它比金屬更抗劃痕。蘋果曾經在 iPhone 7 亮黑版上將金屬打磨成玻璃那樣的鏡面效果，卻出現了大量不耐刮的現象。
玻璃並不是手機最好的選擇。手機追求的更輕，更薄，更耐用等重要需求都無法滿足。從鋁合金到玻璃，體驗上有明顯犧牲。
首先是重量，iPhone 8 比上一代重了 7% ，vivo X23 重了 3%，華為 P20 重了 13.8%。
玻璃也讓手機變厚了，iPhone 8 比上一代厚了 4%，iPhone 8 Plus 比上一代厚了 2.7%。華為 P20 和 Mate 10 分別比上一代厚了 12.9% 和 3.8%。增加的厚度和重量並沒有被用在電池續航上，iPhone 8 的電池容量上反而還減少了 139mAh。玻璃也顯然 比金屬更易碎 。
優點和缺點都很明顯。但所有廠商的主要手機 2018 年都轉向了玻璃，原因就在於玻璃是最適合用在 5G 手機上的材質。
“玻璃主要解決的就是金屬材質機身影響手機訊號的問題。尤其是明年 5G 手機將開始出售，玻璃材質可以減少機身天線的出現。”一位參與過 Pixel 系列設計，現在 vivo 工作的工業設計師對《好奇心日報》表示。
支援 4G 訊號的手機天線是一根一根長條形狀，也就是 iPhone 6 發售後開始被人吐槽的機身背後上下三段明顯的白色線條。
在 5G 時代，為了確保訊號穩定，天線的形式從長條形轉向正方形矩陣。金屬機身上不能再靠背後幾條窄線或者用細窄的機身邊框作為天線，寬度不夠放置矩陣天線。
不管 4G 網路、Wi-Fi 還是藍芽，都用電磁波傳輸訊號。而訊號之間是會有衝突的。4G 時代，各國運營商把 1800MHz 到 2600 Mhz 的頻段都利用的差不多。為了避開它們，5G 標準選擇了更高頻率，比如目前，國際和國內規定，5G 高頻的頻段最高可以達到了 30 Ghz。
頻率越高，波長越短，而 天線長度一般在波長 1/4 - 1/2 的時候效率最高。 最後，一根用於接收 5G 高頻的天線長度將被縮短到 5 mm 到 2.5 mm 之間。
同時電磁波的頻段越高，訊號衰弱的速度也將極大增加。解決辦法是用更多天線，採用 4x4 或者 8x8 貼合在一起的矩陣天線——這時候手機上就需要留出 10mm x 10mm 的空間放置天線，現在天線常放置的中框位置並沒有空間能放下。
10mm 寬的矩形無法放在手機的邊框等位置，只能放在背面裡。而鋁合金這類的金屬會直接遮蔽電磁波，導電的金屬能對電磁波產生反射、吸收、和抵消等作用。為了確保訊號強度，必須避免金屬包裹天線。
此外玻璃更容易讓訊號穿透、不會阻擋無線充電。北京郵電大學和工信部電信研究院的論文研究過電波穿透玻璃材料的損耗。透明鋼化玻璃的穿透損耗約在 10db 以下，穿透金屬的電波損耗則達到 25db，損耗是玻璃的 2 倍多。
雖然 5G 還沒開始用，但趕上 4G 升級到 5G 這樣的大轉變，手機廠商和運營商的磨合會需要一兩年時間。運營商需要升級基站來滿足愈發高速的行動網路，而手機廠商需要在硬體上提前一到兩年來佈局，確保推出前可以反覆測試 5G 訊號。
對於手機外觀的審美各有所好，不過技術限制是確定的。手機歷史上每一次材質的大轉變也都是因為這樣的新需求而發生。
從塑料到金屬再到玻璃，手機用的材質經歷過幾次大轉變
像今天幾乎所有消費電子產品的起點一樣，手機用的材料一開始也是塑料。
1973 年，第一部手機摩托羅拉 Dyda TAC 8000X 在紐約誕生。 發明它的工程師 Martin Cooper 舉起這個塑料外殼的方盒子，第一個電話就打給了摩托羅拉當時的競爭對手美國電報話務公司。
塑料成為手機第一種主流材質並不難理解。在手機體型還很大的初期，塑料輕便、不會阻礙手機訊號、工藝成熟、成本便宜都是選擇的理由。
另一方面，塑料滿足易於成型的特點。早期手機最主要的功能是打電話、發簡訊，手機品牌每年會推出包括翻蓋，側滑蓋或者直板等大量不同造型設計的手機型號來刺激銷量，機型迭代速度很快。
到 2005 年的時候，光諾基亞一個公司一年就有 61 種造型不同的手機外殼設計，包括直板九宮格，直板全鍵盤，翻蓋式，側滑蓋等多種結構設計。相對較短的銷售週期，一年數十款機型，塑料會是更適合的材料。
為了讓手機外觀有足夠的差異，手機早年基本都是塑料結構上加上其它表面處理，比如諾基亞在高階 N 系列上噴塗的金屬漆、黑莓高階 9 系列一度在塑料後蓋上貼了一層人造革。
打破塑料壟斷局面的是第一代 iPhone，原因卻並不是說它在當時來看新穎的鋁合金外殼。
在 iPhone 之前，金屬已經出現在手機外殼上。摩托羅拉經典的刀鋒手機 V8 就採用了不鏽鋼材質的框架，鋁合金的轉軸。看上去也很高階。
第一代 iPhone對於手機最重要的影響是，它定義了一種新的智慧手機造型：沒有鍵盤、沒有翻蓋，一塊大螢幕佔據整個機身。手機的主要功能從電話和簡訊變成在一塊儘可能大的螢幕上呈現應用。當這個終極形態出現之後，所有手機都開始朝著這個方向設計。
在 iPhone 定義了手機終極形態後，外形上新穎的改變逐漸減少。剩下還可以改變的，主要就是螢幕尺寸、手機外殼材質以及機身色彩。
手機材質正是在這個過程中，開始經歷了一些較大的變化。
2010 年的 iPhone 4 是另一個大改變，這款手機將不鏽鋼作為中框的材料，同時天線融入在中框上。前後採用了雙玻璃的設計，機身前後被兩塊整塊裁切的玻璃覆蓋，和上一代全身塑料材質的 iPhone 3GS 天壤之別。
但這種玻璃材質並沒有成為潮流，延續很久。蘋果在 2012 年的 iPhone 5 上換成一體成型的鋁合金機身。這也是因為螢幕。
“蘋果在當時不斷強調輕薄和一體感這兩個概念，MacBook 筆記本設計就是相同的風格。鋁合金金屬是保證機身強度和輕薄比較好的選擇。”上述工業設計師認為玻璃無法更輕薄是蘋果轉向金屬的原因。
iPhone 4 的玻璃和現在的不一樣。除了強度不如現在以外，當時玻璃邊緣是垂直的，整個玻璃有多厚，最邊緣就有多厚。之後從諾基亞的 N9 開始，邊緣帶有弧度的玻璃被用在手機上（所謂 2.5D）玻璃。同樣的厚度，視覺上會看起來更薄。
之後索尼、三星分別從 2014、2015 年開始嘗試玻璃後蓋。2014 年，索尼推出使用玻璃後殼的高階手機 Xperia Z3、隨後三星、小米等公司也重新開始在Galaxy S9、小米 4S 等手機上使用雙面玻璃設計。
但設計的主流不再是玻璃，蘋果 iPhone 6/6 Plus 系列的異常成功讓整個行業調轉方向。這兩款手機至今還是蘋果所有手機產品裡銷量最好的一代，整個 2 年的產品週期裡， 加起來總共賣出 2.2 億部。
iPhone 6 系列一體成型的機身極大地減少了手機上的縫隙，視覺上更為整體。而幾經調整的鋁合金材料能在不增加厚度的情況下確保大螢幕手機的結構強度。
從 4.7 英寸螢幕增加到 5.5 英寸的 iPhone 6 Plus 在厚度上也只增加了 0.2 mm。而 5.5 英寸的 iPhone 6 Plus 甚至比 3.5 英寸的 iPhone 4 還要輕 2g，厚度更是薄了 2mm，減少了 21.5%。
手機廠商在當時還有一些其他的嘗試，例如第一代一加手機，以及之後摩托羅拉的 MOTO X 上都推出了可以更換後殼的設計，包括竹質，陶瓷等不同材質的後殼都出現在手機上。摩托羅拉還把後蓋做成了功能模組，比如換上新的相機，或者增大電池容量。
蘋果也在 iPhone 5C 上嘗試過聚碳酸酯。這種諾基亞早先力推的塑料材質可以讓手機外殼做成果凍質感，同時顏色的選擇更加鮮豔、豐富。2016 年，蘋果還推出了嘗試將手機外殼打磨成類似玻璃質感的 iPhone 7。
但這些在外殼上的變化最終都沒有保留下來。在玻璃重新到來之前，鋁製一體成型的機身成為了絕對的主流。
到 2016 年，出貨量前五大的手機品牌裡，幾乎所有的主要機型包括蘋果 iPhone 7、華為 Mate 9、OPPO R9 以及 Vivo X9 都使用的是鋁合金的機身。 2016 年 12 月，中國市場前 20 大暢銷的手機中，採用一體化金屬機身就有 17 款，佔比 85%。
重新回到玻璃差不多從 2016 年開始。另一個手機標杆公司三星在當時並沒有選擇跟隨蘋果， 一直沿用塑料的三星在 2016 年 2 月釋出的 S6 上使用了玻璃材質的後殼。之後三星在高階機型上將玻璃做出類似金屬質感的視覺效果。
“三星其實利用了磨片，它利用金屬色澤的反射磨片讓玻璃可以呈現出金屬的質感。” vivo 的工業設計師解釋了這種工藝實現的原理。
這也是玻璃重新回到手機上的特徵。和 iPhone 4 時候使用的玻璃相比，iPhone 8 以及 Galaxy 8 上的玻璃邊緣採用了 3D 的工藝打磨，邊緣變的更薄，看上去像是機身的一部分，而不再是 iPhone 4 時代用一整塊方形玻璃貼合的感覺。
今天前五大手機廠商，除了小米在高價 MIX 系列上用了陶瓷以外，其它廠商的主力機型已經都是玻璃後蓋。即便是小米，在賣得更多的小米手機系列上用的也是玻璃材質。
任何材料的應用背後都是鉅額投入，這也是為什麼廠商對於設計非常謹慎
新工藝的出現，新材質的使用，背後的投入都相當巨大。在蘋果總設計師 Jonathan Paul Ive 傳記裡 有詳細描寫 蘋果在鋁金屬一體化工藝上的鉅額投入。
在開發出金屬一體成型工藝（Unibody）後，蘋果在 2007 年左右開始正式投資，收購了所能找到的每一臺數控銑床。甚至預定了日本一家工廠未來 3 年內生產的所有銑床。它們少則 25 萬美元一臺，高的可能上百萬美元一臺。
到了 2012 年，由於 iPhone 5 和 iPad 3（都是金屬一體成型產品）的投入生產，蘋果公司在這塊的資本支出高達 95 億美元，其中大部分都花在了生產工具和工藝上。
相比之下，蘋果在零售商店上只花費了 8.65 億美元。即便專賣店的地理位置都是租金昂貴的豪華地段，蘋果在製造上的投入還是比專賣店多了 11 倍——它還不用負擔富士康建廠的成本。
直到現在，美國鋁業協會 還在官網上掛著對喬布斯的感謝信。 標題就是“Thank You, Steve Jobs”，稱他推動了鋁合金工藝的發展。
雖然我們現在看到的是蘋果的鋁合金一體設計主導整個行業許多年。但這不是一個理所當然的選擇。早先鋁鎂合金、鈦合金也都是電子產品常用的材料。
實際上，在此之前蘋果嘗試了多種金屬，包括鈦合金，鎂合金，鍍鉻鋼。這些材質因為容易產生劃痕，硬度不夠，以及重量太沉等原因都無法在手機上使用。
這裡還有個人喜好的影響。喬布斯 堅持 要手機呈現一種金屬自然的顏色，烤漆、鍍鉻這些工藝都沒法被他接受。
一般手機產品從設計、選外殼材料到最終上市大約要經歷一年的時間。發售前對於手機也有一系列使用測試。即使這樣漫長的過程，細緻的測試，鋁合金使用中還是有過兩次大問題。
2012 年蘋果推出的全黑版本的 iPhone 5 在金屬機身上出現大量黑色的掉漆現象，第二年 iPhone 5s 就放棄了全黑色的版本，改用深空灰。
掉漆嚴重的 iPhone 5，圖片來源 GIZMODO
之後下一代的 iPhone 6 又因所用鋁合金強度不夠發生折彎，下一代 iPhone 6s 改變鋁合金配方才解決了強度問題。
幾年時間，iPhone 的鋁合金從蘋果打擊競爭對手的差異化，變成全行業都能用上的新工藝。後來者不用經歷蘋果這樣的反覆試錯，避免在這些錯誤的材質上花費巨大投入。
手機材料上試錯成本是高昂的。
2012 年，蘋果投資了藍寶石公司 GT Advanced Technologies，卻並沒有能將藍寶石玻璃用在手機面板上，最後只在 iPhone 鏡頭和銷量較少的不鏽鋼、黃金等版本 Apple Watch 上用過。GTAT 於 2014 年申請破產，蘋果前後總共向投資 6 億美元。
蘋果還要花錢 投資玻璃製造商。 2017 年蘋果花費 2 億美元投資給大猩猩玻璃的製造商康寧公司(Corning)。用於支援康寧的研發最先進的玻璃處理工藝以及採購裝置。
同樣的事情發生在 iPhone 7 的亮黑色版本上，蘋果將不鏽鋼打磨出玻璃的手感和鏡面效果。其設計負責人艾維曾經在一個視訊中介紹這種亮黑色採用了 9 道打磨的工藝。
繁瑣的工藝導致產能的下降， iPhone 7 的亮黑色發售後嚴重供應不足。更大的損失是，蘋果只在 iPhone 7 這一代手機上使用了投入巨大花費研發的新工藝，之後你只能在少數手錶以及高價的 iPhone X 系列邊框上見到這種材質。
小公司的投入同樣巨大。2014 年，沿用了 3 代塑料的小米 試圖轉做不鏽鋼邊框的小米 4。 根據黎萬強當時的說法，富士康和赫比共增加了 19 億元數控機床裝置的投入（富士康 12 億，赫比 7 億）。這些成本最終都要分攤到小米手機生產的生命週期當中。
2016 年的小米 MIX 用了新的陶瓷外殼。但兩年下來，只有小米一個公司投入的陶瓷 沒有變成主流 ，甚至小米也只能在銷量較少的 MIX 系列用這樣的材料，小米 8 繼續用玻璃，而低端系列也是鋁合金。
玻璃以外也有新的設計，但都沒能扭轉下滑的手機市場
當終極設計不夠終極，新的設計開始了。
iPhone X 是蘋果推出 iPhone 之後的第一個真正改變。Face ID 讓蘋果得以去掉 Home 鍵，讓屏幕布滿整面，但也不得不留下一條 34 x 5 mm 的空間放置攝像頭和人臉識別所需要的感測器。
這種在全螢幕上不極致的設計，讓其它廠商開始了新的設計嘗試。為了保險期間，大部分廠商過去一年都有類似 iPhone X 頂部區域設計的產品。但不同廠商也開始在全面屏上有了自己的選擇。
從左往右依次是 iPhone X；OPPO Find X；vivo Nex，來源： centrionews
三星選擇在頂部保留一定的區域安置攝像頭和揚聲器。而為了塑造新形象的 OPPO 和 vivo 分別用自動滑蓋和升降式攝像頭確保正面螢幕的完整。
類似的，小米和華為各有新機用了手動滑蓋設計。不同的設計方案有不同的妥協，比如採用自動滑蓋的 OPPO Find X 就比 iPhone X 厚了 2mm。
而新的技術也在實驗當中。一週之前，三星 SDC2018 開發者大會在舊金山召開。三星首次展示了名為 InfinityFlex Display 可摺疊顯示屏面板。產品非常不成熟，但手機和平板的邊界被打破。
iPhone 誕生後的 11 年，智慧手機的所有新技術都變成圍繞螢幕裡的應用進行——如何讓你拿著一個更輕薄的物體，看到更大的手機應用介面、有更快的執行速度。
外殼、邊框的存在，變為儘可能減少自身的存在感。 蘋果公司的首席設計師 Ive 在 對 iPhone X 的評價中稱 “未來的手機看起來就應該是一個外殼連線一個顯示器的樣子存在。iPhone 設計的最終極目標就是將手機打造成一片玻璃。”
當應用取代硬體成為更重要的東西，也不難理解人人都有智慧手機，但新手機為什麼難以讓人年年換新了。
曾經手機行業憑藉著智慧手機引來了一次爆發式的增長。又在 2011 年開始，以三星第一代 5.8 英寸螢幕 Note 系列機型開啟了智慧手機大螢幕潮流，3 年後，iPhone 6 Plus 帶來的大屏差異化直接刺激了使用者換手機的銷量增長。
而現在，手機外形上的創新越來越少，蘋果在今年的 iPhone XS 上帶來了新的金色材質邊框，又一次嘗試用換色來吸引使用者，而 vivo 的 NEX、OPPO 的 Find X 以及小米的 MIX 3，各家廠商所謂更全面的全面螢幕，這些都沒能再激起足夠多消費者換機的慾望。
2017 年是 整個智慧手機行業開始下滑的第一年 ，今年連續 4 個季度手機出貨量同比下滑。 IDC 的資料顯示 ，2018 年第三季度，全球智慧手機出貨量為 3552 萬臺，同比下降了 6%。截至 2018 年 9 月，中國智慧手機市場整體也持續縮減。9 月中國智慧手機市場銷量 3503 萬部，同比下降 7.7%。
最新的蘋果財報也證實了市場的下滑，iPhone 銷量 4690 萬部，低於分析師預期的 4840 萬部，增長几乎為零。
手機硬體銷量減少的情況，直接影響蘋果的市值蒸發了 2000 億美元。小米的股價一路跌破發行價。
玻璃外殼設計將持續數年，但一個全行業的危機最終沒能因為設計的改變而消失。
製圖：馮秀霞
題圖來源： Przemyslaw Marczynski on Unsplash