三星Note7手機發生電池爆炸事件持續發酵,盡管三星公司采取了相應的補救措施,但由此產生的市場影響和業內爭議,仍然在持續。
近日,長期從事半導體行業的臺灣璽叡國際股份有限公司總經理詹定叡接受本刊專訪時說,此次手機爆炸事件,主因應在于電池、芯片電源管理、手機軟件的互動關系出了問題,即很可能是動態的電池監測系統管理出了問題,因此,“爆炸不太可能全是因電池本身造成。”
詹定叡的公司專注于集成電路高端前沿偵錯檢測技術系統之開發設,他具有20多年高頻、集成電路、材料及所有電子產品專業的檢測技術與經驗。
詹定叡說,手機系統如此復雜與精密,僅計算機就需要包括CPU等的不同的處理器來分工、協調、處理各項功能,更何況手機還有電源處理芯片,若單從手機處理器進行電源管理方面分析原因,未免有失偏頗。
從這些手機爆炸的原因分析中,電池——被認為是頻率比較高的原因。詹先生說:“電池因為是手機中最被人熟悉的配件,就成為眾矢之的。”
對此,詹定叡尋訪了一些臺灣相關產業的專家及電池廠商發現,目前沒有任何電池廠商認可相關報道。他與這些臺灣業內專家及電池廠商討論后認為,電池以單項來看,現在的工藝已是與各項手機硬件達成了最佳平衡點,爆炸不太可能全是因電池本身造成。
但因三星手機的爆炸,電池這一零部件反而成為眾矢之的。目前報道中體現電池有問題的說法,僅以學術上的知識做推理,無法代表電池制造廠自己的聲音。
詹定叡認為,使用三星原裝電池與國行版電池均發生爆炸事出有因。據他分析,同一款手機雖然使用了不同廠家的電池,但使用的是相同的電源管理芯片,表示此系列的爆炸在相同條件下,沒有做好動態電池監測系統管理,才造成手機爆炸持續產生。
電池、芯片和手機軟件三者聯動故障才是爆炸主因
在眾多的手機零配件的上游群體里,詹定叡有過一些經歷,美國卡內基梅隆大學化工系助理教授Venkat Viswanathan的觀點與他的不謀而合,但沒有做進一步的闡述。Galaxy Note 7 之所以會爆炸,很可能是因為電池的電壓控制芯片發生故障,以及電池本身的材料品質不佳等問題。
按照詹定叡的觀點,手機是現代最精密又便利的系統。之所以稱之為系統,主要是因為一支手機內包含許多芯片、軟件、電池等很多硬件,爆炸問題絕非僅僅是手機與電池兩者的關系。
關于三星手機爆炸原因的分析,都止于單項電池方面,甚至蘋果手機為電池開發了專利,但這些并非以整個系統的思考方向去分析原因與解決問題。一般消費者或專業人士,涉及三星手機爆炸的原因,往往只單方面考慮到電池、手機、設計等某一方面。但從系統考慮點而言,則應考慮手機電池、電池管理芯片及手機軟件等方面的系統管理。
他認為,目前出現的原因分析的報道都是單方面的觀點,而非以系統的角度做分析。
因為,在詹先生看來,即使電池、電池管理芯片及手機軟件這三項分別達到現在的最高工藝水平,也需要經過數以萬計的測試及磨合,才能到達手機的最佳質量狀況。“電池只要有電,就有爆炸可能性。”目前所有電源管理芯片都沒不具備動態電池監測系統,以此為基礎再做防爆沒有任何作用。手機軟件無法預警,手機何時爆炸,也無法得到預警。
因此,電池、電池管理芯片及手機軟件三個環節,環環相扣,密不可分。除以系統觀點看待電池、電池管理芯片及手機軟件整合在一起的互動關系,并須以動態的電池監測系統加以管理,才能達到問題事先預防的效果。
與之相對應的是,原采分散風險的蘋果手機,對芯片及組裝供應鏈上緊發條,尤其擔任多項芯片系統級封裝(SIP)的日月光,監于系統級封裝的技術整合難度高,且未來發生芯片差錯,對整個企業產品形象有重大影響。
消息人士透露,日月光與蘋果已合作多年,雙方合作關系相當緊密,不僅兩代Apple Watch全數委托日月光進行各項芯片整合,蘋果愈來愈多的芯片整合,也多數委托日月光進行。
由于未來蘋果技術藍圖,系統級封裝比重會逐步提升,除借重臺積電在處理器代工提供整合扇出型封裝(InFO)技術,相關芯片整合,也必須要由有專業技術的封裝廠進行。
根據法人最新的研究報告,因蘋果未來手機芯片整合度極高,出貨數量龐大,需要強而有力的后段封測產能支持,日月光和硅品則是目前投入這項技術最積極且最有經驗的封測廠,雙方合并,加大研發能量,有助蘋果加速克服手機芯片更輕薄、效能更佳的技術瓶頸。
詹定叡說:“手機代工、封裝,需要更高端更前沿的檢測技術,才能達到現代技術所預期的更高質量的手機產品。至于電池爆炸的問題,已經牽扯到了許多產業和系統,也成為買賣雙方關注的問題,除非中國大陸的品牌手機廠商帶領相關產業做系統改善和預防,否則按照現有的狀況,完全遏止爆炸是相當困難的事。”
如何減少受傷害機率
從目前看到的爆炸現場視頻看,不同因素引發的電池爆炸的情況不一,從一兩秒到幾十秒不等,所以消費者能做的是盡量減少危險操作。
理論上手機電池會經過130℃的高溫熱濫用測試才算合格。
但在使用時,專家稱超過60℃的使用溫度就值得警惕(手機電池的規定使用溫度一般都低于60℃),例如手機放置在汽車前擋風玻璃附近溫度很容易超過80℃。
經驗告訴我們,一般手機在使用過程中表面溫度也就40℃左右。但是在長時間播放視頻、開啟導航等情況溫度可能會升高很多。
此時,手機處理器芯片可能工作在60℃以上,這些熱被分散傳遞出機身外;不過一旦手機結構設計不合理,溫度集中到離電池比較近的地方,事情就變得不穩定了。有些手機爆炸事故可能就與高溫下使用有關。
另外,低溫下放電時正負極之間可能會析出金屬物質。這個過程較為漫長,而且不可逆;金屬會慢慢地在正負極之間形成冰錐狀物體,可能會刺穿電池,然后發生起火或者爆炸。專家建議-20℃下就不要開機了,而實際上很多手機也都帶有低溫自動關機的保護功能。
按照專家的說法,不難總結為:比如手機受力彎折得比較嚴重時請盡量別再使用;電池出現鼓脹現象時,請立即通過正規途徑更換電池;后如果有條件,手機充滿電后還是盡量及早拔下充電器(雖然有保護電路可以防止過充電,但是電路存在失效的概率);發覺手機莫名其妙燙了就關機讓它關機“冷靜一下”;零下十幾度盡量別操作手機,對手機好,手也暖和。私下里閑聊,專家戲稱“睡覺時,把手機放洗手間會安全些”(國內外已經發生多起夜間由手機電池引發的安全事故)。
除了手機產品以外,更讓詹定叡覺得擔憂的是,醫療電子也存在同樣的隱患。目前,無論是老人照護或血壓脈搏量測,許多裝置都是直接裝在人體,而且緊密貼身。這些設備也包括電池加電源管理芯片。他認為,若手機存在爆炸隱患,這類醫療設備也必定會有,加上運行過程中緊貼人身不斷升溫,所以,這類設備危害性更大。
詹定叡說,電池與電源管理芯片之間的關聯是密不可分的。“如果不能從真正的根本原因下手,我們只能眼睜睜看著手機、醫療電子、甚至波及整個物聯網,爆炸的事情將再次重演。”
全球業界對三星手機爆炸的4種推測
隨著三星手機爆炸事件的不斷升溫,針對手機爆炸原因的分析,全球業內人士對Note7的問題原因紛紛進行推測。
原因一:制造工藝
三星于9月15日宣布在美國召回Note7。當時該公司表示,Note7中采用的來自三星SDI的電池存在缺陷。相對手機尺寸而言,電池體積太大,這可能導致了電池內部的短路、過熱,甚至起火。
三星隨后放棄了來自三星SDI的電池,全部改用另一家供應商Amperex Technology的電池。然而彭博社報道稱,即使后者的電池目前看來也存在問題。調查人員認為,對于Note7近期發生的幾起事故,根本原因與最初召回時不同。
原因二:快充功能
一種觀點認為,問題出在了Note7的快速充電功能上。
一名消息人士在與三星高管溝通后表示:“如果你嘗試給電池快速充電,那么電池會變得更不穩定。如果你給發動機的壓力太大,那么就會爆炸。這些設備是技術的奇跡,我們從這么小一塊鋰電池中能得到什么?”
原因三:設計
三星Note7的設計可能也是導致起火爆炸的原因。這款手機采用了對稱彎曲設計,而這也是三星在宣傳中重點突出的一點。這可能給封裝好的電池造成了壓力,甚至引起短路。
在第一次召回之后,來自韓國消費者保護部門泄露的文件顯示,三星SDI的電池要比原先設計的略大。此外,用于隔離電極的隔離片靠得太近。Phone Arena網站認為,這樣的設計導致在壓力下電極容易短路。
還有一種觀點認為,制造工藝可能給這些隔離片造成了外部壓力。隔離片被設置在電池邊緣處,而當手機完成整體封裝時,電池可能承受了額外壓力。
在第一次召回期間韓國消費者保護機構曾泄漏出一份文件,三星子公司SDI生產的Note 7電池要比ATL的稍大一些。在裝配時存在公差,導致隔離陰陽兩極的隔離板距離曲面屏幕邊框太近。一旦受到外力壓迫就可能造成隔離板塌陷,使電池短路發熱自燃。
至于采用ATL生產電池的所謂“安全版”為何也出現自燃情況,目前尚沒有明確說明。有分析人士認為仍然是曲面屏設計結構的問題,再加上召回事件緊急生產線壓力山大,新機在質檢方面或許也沒有經過嚴格測試。
原因四:手機處理器
來自英國倫敦《金融時報(Financial Times)》的一篇報道,引述了一個曾與三星高層交流過的匿名消息來源說法,指出:“該款手機的問題似乎是為了加快手機充電速度,而在處理器設計上做的一些調整。”該消息來源表示:“如果你嘗試以太快的速度為電池充電,可能讓它的狀態變得更不穩定,而當加速力道推得太重,它就會爆炸。這樣的事情不應該發生。”