Apple đang nỗ lực phát triển một thiết bị di động mới tại cơ sở kỹ thuật của mình ở Cupertino, tập trung vào việc xác định lại các tiêu chuẩn về độ dày trong ngành điện tử. Dự án liên quan đến việc tạo ra một thiết bị có kích thước chưa từng có đối với dòng điện thoại thông minh của công ty, đòi hỏi phải tái cơ cấu hoàn toàn các bộ phận bên trong. Các kỹ sư của công ty tìm cách tích hợp các công nghệ vật liệu mới nổi để tạo ra một khung gầm cực mỏng mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn về cấu trúc của thiết bị.
Việc phát triển mẫu mới này đòi hỏi phải áp dụng các quy trình sản xuất tiên tiến và hợp tác với các nhà cung cấp châu Á để tạo ra các bộ phận tùy chỉnh. Việc giảm đáng kể không gian bên trong đòi hỏi phải thay thế các bộ phận truyền thống bằng các bộ phận thay thế nhỏ gọn và hiệu quả hơn về khả năng tản nhiệt và tiêu thụ năng lượng. Quá trình lắp ráp nguyên mẫu ban đầu đã diễn ra trên dây chuyền thử nghiệm hạn chế, nhằm đánh giá tính khả thi của việc sản xuất quy mô lớn.
Để đạt được các mục tiêu thiết kế đã đặt ra, nhóm phần cứng đã thực hiện những thay đổi đáng kể đối với kiến trúc của thiết bị. Trong số các sửa đổi kỹ thuật chính được áp dụng trong dự án, nổi bật là những cải tiến sau:
– Giảm tổng độ dày của thiết bị xuống số đo gần 5,5 mm.
– Triển khai các hợp chất kính mới để bảo vệ mặt trước.
– Sử dụng hợp kim kim loại có độ bền cao để tránh bị uốn cong hoặc hư hỏng vật lý.
– Thiết kế lại hệ thống điện với các tế bào năng lượng mật độ cao.
Kỹ thuật kết cấu và giảm kích thước
Trọng tâm của nhóm kỹ thuật nằm ở độ dày của thiết bị, đạt mốc 5,5 mm. Biện pháp này thể hiện mức giảm đáng kể so với các thế hệ điện thoại thông minh trước đây của thương hiệu này, đòi hỏi mức độ chính xác đến từng milimet trong việc phân bổ từng vi mạch. Bảng logic chính đã trải qua quá trình thu nhỏ nghiêm ngặt, nhóm các bộ xử lý và bộ nhớ vào một không gian nhỏ hơn đáng kể.
Việc loại bỏ các cổng vật lý và giảm bớt các nút bấm cơ học cũng nằm trong chiến lược tinh chỉnh cấu hình của thiết bị. Cảm biến áp suất và động cơ phản hồi xúc giác thay thế các cơ chế truyền thống, giải phóng các phần quan trọng của từng milimet bên trong khung máy. Phương pháp thiết kế tối giản này chuyển độ phức tạp cơ học sang các giải pháp dựa trên phần mềm và bộ truyền động xúc giác.
Để đảm bảo điện thoại thông minh không bị biến dạng trong quá trình sử dụng hàng ngày, cấu trúc bên trong có các phần gia cố được bố trí một cách chiến lược. Sự phân bổ trọng lượng và ứng suất cơ học được tính toán bằng cách sử dụng mô phỏng máy tính tiên tiến, đảm bảo rằng độ dày giảm đi không dẫn đến tình trạng dễ gãy của cấu trúc. Các thử nghiệm xoắn và nén được thực hiện liên tục ở các đơn vị tiền sản xuất.
Triển khai công nghệ thủy tinh lỏng
Lớp bảo vệ màn hình giới thiệu công nghệ kính lỏng, một vật liệu tổng hợp có khả năng chống trầy xước và tác động trực tiếp cao hơn. Thành phần mới này thay thế các thế hệ kính cường lực trước đây, mang lại độ rõ quang học vượt trội và giảm phản xạ trong môi trường ánh sáng cao. Vật liệu này được áp dụng ở trạng thái bán nhớt trong quá trình sản xuất, xử lý để tạo thành một rào cản cứng, đồng nhất trên các bộ phát ánh sáng của màn hình.
Ngoài độ bền vật lý, kính lỏng góp phần làm giảm tổng độ dày của mặt trước. Việc tích hợp cảm biến cảm ứng trực tiếp vào lớp này giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng thêm màng điện dung, tối ưu hóa phản hồi cảm ứng và độ chính xác nhận dạng cử chỉ. Chuỗi cung ứng cần điều chỉnh cơ sở vật chất của mình để xử lý việc xử lý và ứng dụng hợp chất mới này với khối lượng công nghiệp.
Quản lý nhiệt và cung cấp năng lượng
Khả năng tản nhiệt trong khung máy 5,5mm gây ra trở ngại kỹ thuật đáng kể cho các nhà phát triển. Không có không gian cho các bộ tản nhiệt bằng đồng cồng kềnh hoặc hệ thống thông gió chủ động, giải pháp được tìm ra là sử dụng các tấm graphene có độ dẫn điện cực cao. Các lớp siêu mỏng này được phân bổ dọc theo mặt sau của tấm nền và phía trên bộ xử lý chính, phân tán nhiệt sinh ra đều trên toàn bộ bề mặt của thiết bị.
Quản lý nhiệt cũng dựa vào các thuật toán phần mềm theo dõi nhiệt độ của lõi xử lý trong thời gian thực. Khi hệ thống phát hiện thấy nhiệt độ tăng nhanh khi thực hiện các tác vụ chuyên sâu, dòng điện sẽ được điều chỉnh linh hoạt để ngăn các bộ phận lân cận bị quá nóng. Sự đồng bộ hóa giữa phần cứng và phần mềm này giúp ngăn ngừa hư hỏng pin và duy trì hiệu suất ổn định.
Ma trận năng lượng của thiết bị sử dụng công thức hóa học mới để tăng mật độ điện tích mà không làm tăng thể tích vật lý của pin. Các tế bào lithium-ion truyền thống đã được thiết kế lại thành các hình dạng bất đối xứng, lấp đầy mọi khoảng trống có sẵn bên trong khung máy. Kỹ thuật đóng gói này giúp duy trì quyền tự chủ sử dụng ở mức chấp nhận được, ngay cả khi giảm đáng kể kích thước của thành phần.
Mạch sạc cũng đã được sửa đổi để hỗ trợ nguồn điện đầu vào mà không tạo ra nhiệt quá mức. Bộ điều khiển điện áp thu nhỏ quản lý dòng điện trực tiếp ở đầu vào thiết bị, phân chia điện tích giữa các mô-đun pin khác nhau. Phương pháp sạc phân vùng này bảo vệ tính toàn vẹn hóa học của pin và kéo dài tuổi thọ của thành phần năng lượng.
Cấu hình hệ thống quang học
Không gian vật lý hạn chế đã áp đặt các hạn chế trực tiếp lên mô-đun máy ảnh, dẫn đến việc sử dụng hệ thống ống kính đơn ở mặt sau của thiết bị. Để bù đắp cho việc thiếu nhiều ống kính, kỹ thuật quang học tập trung vào phát triển cảm biến hình ảnh lớn hơn, có khả năng thu được lượng ánh sáng lớn hơn trong một phần giây. Cảm biến này hoạt động cùng với một bộ thấu kính khúc xạ có thể thay đổi, điều chỉnh tiêu cự cơ học ở khoảng cách cực nhỏ. Bộ xử lý tín hiệu hình ảnh được tích hợp vào chip chính chịu trách nhiệm áp dụng các hiệu chỉnh màu sắc, độ tương phản và độ sâu trường ảnh, sử dụng mạng thần kinh để mô phỏng các hiệu ứng thường yêu cầu phần cứng chuyên dụng. Độ lồi của camera đã được giảm thiểu thông qua việc sử dụng các vòng bảo vệ làm từ vật liệu hàng không vũ trụ, đảm bảo ống kính không chạm vào các bề mặt khi đặt thiết bị trên bàn hoặc ghế dài.
Khả năng quay video và ổn định hình ảnh phụ thuộc rất nhiều vào con quay hồi chuyển có độ chính xác cao và thuật toán cắt xén động. Thay vì di chuyển cảm biến một cách vật lý để bù lại hiện tượng rung lắc, phần mềm sẽ cắt hình ảnh theo thời gian thực, giữ đối tượng ở giữa mà không làm mất độ phân giải ở mức tối thiểu. Ống kính phía trước, được nhúng dưới lớp kính lỏng, sử dụng công nghệ pixel trong suốt cho phép ánh sáng chỉ đi qua tại thời điểm chụp. Cấu hình này duy trì tính thẩm mỹ liền mạch của màn hình trong khi cung cấp chức năng cần thiết cho xác thực sinh trắc học và cuộc gọi điện video. Việc hiệu chỉnh từng mô-đun máy ảnh diễn ra trong buồng chân không trong quá trình lắp ráp cuối cùng, đảm bảo không có biến dạng quang học do các vi hạt bụi hoặc biến đổi áp suất gây ra.
Quy trình sản xuất và lắp ráp công nghiệp
Quá trình chuyển đổi từ thiết kế ý tưởng sang sản xuất hàng loạt đòi hỏi phải hiện đại hóa dây chuyền lắp ráp do các công ty đối tác ở Châu Á vận hành. Foxconn và các nhà lắp ráp theo hợp đồng khác đã bắt đầu giai đoạn giới thiệu sản phẩm mới, một giai đoạn quan trọng trong đó các quy trình sản xuất được thử nghiệm và cải tiến trước khi mở rộng quy mô thương mại. Cánh tay robot có độ chính xác cao, được trang bị hệ thống thị giác máy tính, được sử dụng để định vị bảng logic và pin có dung sai dưới một micron. Việc hàn các bộ phận cực nhỏ được thực hiện bằng cách sử dụng chùm tia laze có mục tiêu, tránh làm nóng các khu vực lân cận một cách không cần thiết. Khung xe được chế tạo từ hợp kim kết hợp titan và nhôm cấp hàng không vũ trụ, trải qua quá trình gia công CNC đa trục, sau đó là xử lý anod hóa hóa học để tăng khả năng chống ăn mòn và cải thiện độ bám dính nhiệt. Mỗi bộ phận lắp ráp đều phải trải qua một loạt các cuộc kiểm tra tự động để xác minh tính toàn vẹn của các vòng đệm chống nước và bụi, bên cạnh việc xác nhận tính dẫn điện của tất cả các rãnh trên bo mạch chính. Các lô sản xuất ban đầu chỉ nhằm mục đích xác định các tắc nghẽn hậu cần và chênh lệch năng suất, cho phép các kỹ sư sản xuất điều chỉnh hiệu chuẩn máy trước khi bắt đầu sản xuất toàn bộ.
Cạnh tranh trong lĩnh vực thiết bị di động
Động thái hướng tới các thiết bị siêu mỏng đặt ra tiêu chuẩn mới cho sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất điện tử lớn. Các công ty đối thủ giám sát chặt chẽ những tiến bộ trong chuỗi cung ứng, tìm cách điều chỉnh các hướng nghiên cứu của riêng họ để không mất chỗ trong phân khúc thiết bị cao cấp. Khả năng thu nhỏ các bộ phận mà không làm giảm hiệu suất hoạt động trở thành điểm khác biệt về mặt kỹ thuật chính mà người tiêu dùng yêu cầu trong thị trường ngách này.
Vật liệu kết cấu và độ bền
Việc lựa chọn hợp kim titan và nhôm cho khung bên ngoài đáp ứng nhu cầu về độ cứng kết cấu trong một cấu hình mỏng như vậy. Titanium mang lại tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao hơn thép không gỉ, trong khi nhôm tạo điều kiện tản nhiệt và giảm tổng trọng lượng của thiết bị. Sự kết hợp của hai kim loại này diễn ra trong lò cảm ứng được kiểm soát, đảm bảo sự phân bố đồng nhất các tính chất cơ học trên toàn bộ chi tiết.
Các phương pháp xử lý bề mặt bổ sung được áp dụng để ngăn chặn quá trình oxy hóa và mài mòn do tiếp xúc thường xuyên với da người và các tác nhân bên ngoài. Lớp hoàn thiện mờ của khung không chỉ mang lại tính thẩm mỹ đặc biệt mà còn che giấu dấu vân tay và vết xước nhỏ. Kỹ thuật vật liệu tiếp tục thử nghiệm các biến thể trong thành phần hợp kim để tối đa hóa độ bền của khung xe qua nhiều năm sử dụng liên tục.
