拆解蘋果/三星/小米/一加，從馬達技術看觸覺反饋的差距

　　未來，智能終端的升級過程主要包括如下幾個方面：

　　1)計算中樞的升級，傳統(tǒng)手機計算能力非常有限，智能終端配備的中央處理器已經(jīng)相當于一臺電腦，這是其他一切高級功能的基礎。

　　2)視覺升級，包括兩個部分，高像素攝像頭和大觸摸屏，它們讓手機具備了處理圖像的能力，同時在顯示效果方面更加真實逼真。

　　3)聽覺升級，包括三個部分——耳機，麥克風和音頻分析系統(tǒng)，通過MEMS陣列、指向性麥克風等新技術提供三維立體聲效果。

　　4)觸覺升級，包括觸感，壓力感覺和振動反饋。觸覺反饋的關鍵是反饋，也即對觸覺的精細感覺(壓力感知膜)和多樣化的反饋(如線性馬達),可以不僅僅是振動，還可以是聲音和顯示。但是振動是提供貼身終端不可替代的一種反饋，未來的應用空間十分巨大，振動反饋模塊未來的空間不僅僅是手機，它可以拓展到很多互動娛樂場景和工具中去。

　　除了應用于手機上作為觸覺反饋的核心部件，微型振動馬達在可穿戴設備、游戲機控制器、VR體感手柄、感應手套等設備上也大有作為，線性馬達替代傳統(tǒng)的轉子馬達，從而提供更加出色的觸覺反饋效果。例如，蘋果力推的Appleatch便采用振動馬達，提供模擬心跳反饋;日本MIRAISENS公司在2017年3月展示了具有觸覺反饋的VR手柄，集成了微型振動馬達;日本Exiii公司在2017年4月展示通過振動馬達實現(xiàn)觸覺反饋的智能手套。

　　線性馬達性能優(yōu)越，技術壁壘高，掌握先發(fā)優(yōu)勢的公司將顯著受益

　　1、線性馬達相比于傳統(tǒng)轉子馬達性能優(yōu)越

　　手機微型振動馬達的作用是讓手機產生振動效果。在線性馬達(LRA)出現(xiàn)之前，手機采用的微型馬達主要為轉子馬達(ERM)，按照結構可以分為圓柱形(Bar)和扁平形(Coin)兩種。傳統(tǒng)轉子馬達利用電磁感應原理，電磁力來驅動馬達軸心的轉動，從而帶動偏心鐵或偏心錘的轉動，產生的離心力使得快速旋轉的馬達振動。因此，它是通過一個被稱作偏心旋轉質量傳動器(ERM)的小型馬達來實現(xiàn)振動。

　　轉子馬達有它自身的局限性，如啟動慢、剎車慢。ERM轉子馬達存在慣性，需要過驅動才能更快速地旋轉，因此啟動慢、剎車慢。傳統(tǒng)ERM馬達觸發(fā)一個簡單的觸覺反饋，如點擊，需要耗時100到200ms，如果需要快速重復點擊，ERM馬達就會產生明顯延遲感，無法實現(xiàn)多個振動之間的層次感。

　　轉子馬達沒有一個方向性的導向，無法完成復雜的振動。傳統(tǒng)馬達缺乏振動的指向性，讓波頻和振幅一起耦合輸入控制電壓，使馬達僅能使用一個變量來產生不同的振動效果，只能得到不同的脈沖或者速度組合。

　　因此，隨著手機應用、觸覺反饋、游戲體驗的要求不斷提高，ERM轉子馬達已經(jīng)沒辦法滿足用戶的最新需求，特別是在振動的復雜性方面。近年來，一種新型的線性馬達(LRA)開始出現(xiàn)。

　　手機線性馬達實際上是一個以線性形式運動的彈簧質量塊，將電能直接轉換成直線運動機械能而不需通過中間任何轉換裝置的新型馬達。有別于普通旋轉離心式馬達的旋轉運動，線性馬達是直線運動的馬達，主要由電源輸出模塊與馬達本體兩大部分組成。線性馬達電源輸出為方波交流電，電機內線圈的交變電流產生N-S變化，根據(jù)電磁原理帶動振子運動產生振動。

　　由于彈簧常量的原因，線性馬達必須圍繞共振頻率在窄帶(±2Hz)范圍內驅動，振動性能在2Hz處會下降50%。另外，在共振狀態(tài)下驅動時，電源電流可銳降50%，因此在共振狀態(tài)下驅動可以大幅節(jié)省系統(tǒng)功耗。

　　相比轉子馬達，線性馬達的優(yōu)勢非常明顯：響應速度快(意味著可以做很細膩的振動反饋)，壽命長，振動頻率與振幅可控，形成復雜的振動(通過對共振載波振幅進行調制，可以產生各種不同的觸覺反饋效果)，批量一致性好，彈簧+磁鐵的組合可以顯著降低功耗。

　　目前線性馬達主要有三種形式：圓形、直線型、方形。其中圓形線性馬達振動方式是垂直的(Z向)，運動行程很短，不符合手機輕薄化的要求，同時振動的力量，持續(xù)時間等等都不如直線型(XY方向)和方形線性馬達。直線型和方形的運動行程可以根據(jù)用戶定制，因此能在保持較高性能的同時，做到輕薄，厚度可以達到2mm以下。因此，直線型和方形線性馬達具有更廣闊的市場空間。

　　在前沿技術方面，蘋果將線性振動馬達技術發(fā)展到新高度：一般手機振動馬達達到滿負荷需要至少10次振動，而Taptic Engine僅需要一個周期就能快速啟停，另外一次“mini tap”可以達到10ms的振動微控，和“實時的反饋”已經(jīng)非常接近。Taptic Engine可以感應Home鍵上的按壓力度，并通過振動來進行力反饋，模擬近似真實的按鍵效果。

　　此外，還有一種全新馬達——壓電馬達(也可稱之為壓電傳動器)，受到廣泛關注，其擁有極短的響應時間，很高的能效，并擁有比ERM和LRA都要小得多的體積，能夠帶來最為復雜、精細的觸覺反饋體驗。

　　壓電馬達基本上都由一個軟片(振動-電壓轉換器)組成，使用一個很薄的長條或者一個圓盤，讓它們彎曲然后再反彈回去，通過在兩端施加電壓形成振動。壓電型觸覺技術沒有任何頻率或者振幅限制，設計人員可以達到比使用LRA和ERM所達不到的波形。在某個設計中嵌入多個壓電模塊后，可產生高精度的觸覺反饋體驗，它可以讓觸摸屏的局部而非全部區(qū)域產生振動。

　　但是壓電馬達作為新興技術，在技術方面并不成熟，多數(shù)方案要求約100-200伏峰值到峰值(Vp-p)的電壓來驅動，這對手機而言存在技術難度。多層壓電馬達可以將該系統(tǒng)電壓降低至50Vp-p，但價格昂貴，并不適合大規(guī)模商用。而且要將壓電馬達放置在觸摸屏上，會造成屏幕預留1-2mm的縫隙，會影響手機的整體外觀。因此，我們認為壓電馬達短期內缺乏大規(guī)模商用的條件，有待技術的進一步發(fā)展。

　　綜上所述，隨著手機應用、觸覺反饋、游戲體驗、手機輕薄化等的要求不斷提高，ERM轉子馬達已經(jīng)沒辦法滿足用戶的最新需求，新型的LRA線性馬達在響應速度、功耗、振動模式等各個方面優(yōu)勢非常明顯，已經(jīng)代表著手機用馬達的發(fā)展趨勢。由于更加先進的壓電馬達在技術、成本、產品設計等方面的較大的難題，因此，我們認為未來智能終端觸覺反饋的核心是LRA線性馬達。

　　2、線性馬達技術難度大，少數(shù)廠商占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢

　　傳統(tǒng)微型馬達行業(yè)發(fā)展成熟，傳統(tǒng)大廠逐漸退出。傳統(tǒng)手機轉子馬達的供應商主要來自日本、韓國、中國。其中，日本微型馬達產業(yè)起步早，廠商技術實力強，主要的供應商有日本電產科寶Nidec、日本思考技研(已退出)、三洋電機(被Nidec并購);韓國微型馬達行業(yè)是伴隨著手機產業(yè)而崛起的，主要廠商有三星、LG(已退出);國內的微型馬達行業(yè)雖然起步較晚，但隨著國產智能終端的崛起，發(fā)展相當迅速，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的企業(yè)，如金龍機電、瑞聲科技等。

　　傳統(tǒng)手機振動馬達獲利空間小，馬達巨頭紛紛轉向VCM相機音圈馬達。傳統(tǒng)手機用振動馬達市場由于產品成熟，技術壁壘不高，市場競爭激烈，器件單價低，導致傳統(tǒng)轉子馬達獲利空間不大，因此包括思考技研、LG電子等廠商紛紛放棄振動馬達業(yè)務，轉向新興的手機相機用VCM馬達。

　　相比于傳統(tǒng)轉子馬達，線性馬達采用全新的產品原理和結構，制造難度大。線性馬達將電能直接轉換成直線運動機械能而不需通過中間任何轉換裝置，而傳統(tǒng)馬達是基于成熟的電磁感應原理，電磁力來驅動馬達軸心的轉動，因此線性馬達在器件的制作更為復雜，并且工藝方面還不成熟。

　　設計難度大，定制化特點明顯。由于不同的馬達在尺寸、頻率、裝配位置和固定方法等方面都是變量，要根據(jù)手機廠商的振動需要設計器件的具體參數(shù)，因此器件具有非常明顯的定制化特性。例如，蘋果在其iPhone 7Plus手機上采用的線性馬達，出于節(jié)省空間和真實觸覺反饋的考慮，便與Nidec進行了深度的合作。

　　一方面，隨著部分傳統(tǒng)日韓廠商的退出，具備先進技術能力的手機用振動馬達供應商大為減少，另一方面，線性馬達較高的技術壁壘、深度定制的設計要求高，因此目前線性馬達的供應商并不多。我們認為，未來隨著線性馬達的逐漸應用，占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢、擁有成熟設計和量產經(jīng)驗的廠商將顯著獲益。

　　目前來看，線性馬達主要被蘋果公司所采用，其他公司采用的還不多，蘋果的供應商主要為Nidec、金龍機電、瑞聲科技三家，這三家公司也是目前為數(shù)不多的掌握線性馬達研發(fā)和制造能力的公司，已經(jīng)具有了先發(fā)優(yōu)勢。

　　3、觸覺反饋產業(yè)鏈，線性馬達制造商地位提升

　　在手機觸覺反饋產業(yè)鏈中，主要可以劃分為觸覺反饋算法與方案、觸控壓力傳感器、振動馬達、馬達驅動IC、終端代工廠五大部分。

　　1)觸覺反饋算法與方案，主要是為手機終端廠商提供觸覺反饋方案設計，典型的公司為Immersion，該公司通過自己的Touch軟件算法，讓振動馬達在硬件廠商的設備上擁有更優(yōu)秀的表現(xiàn)，還為硬件廠商提供了端到端的 TouchSense 觸覺授權套件，目前在手機廠商中，三星、華為、LG、魅族、金立等多家廠商中都采用了來自Immersion的解決方案。蘋果系列產品的觸覺反饋方案由其自行設計。

　　2)觸控壓力傳感器，主要是智能手機所必須的觸控模組內壓力傳感器產品，目前全球范圍內供應商眾多，蘋果公司的供應商為TPK(宸鴻科技)、F-GIS(業(yè)成光電)。

　　3)終端代工廠，主要為富士康、和碩等制造廠，將振動馬達、馬達驅動IC、觸控模組、壓力傳感器等不同器件組合，進行終端產品的制造。

　　4)馬達驅動IC，主要為振動馬達工作所必須的驅動IC芯片，主要供應商有德州儀器、Dongwoon、RadnTech、Imagis等公司。根據(jù)Chipworks的拆解報告，蘋果觸覺反饋驅動IC由德州儀器提供。

　　5)振動馬達制造商，目前全球范圍內線性馬達成熟供應商不多，蘋果產品的供應商為Nidec、金龍機電、瑞聲科技。馬達的原材料主要為磁性稀土材料(汝鐵硼為主)、金屬材料(鋼條、銅、鋁等)、塑料和陶瓷等，馬達制造商將電機、外殼、線路等組裝。

　　傳統(tǒng)手機用振動馬達方案成熟，產品標準化設計，因此馬達制造商與終端廠商之間不存在密切依賴關系，馬達制造商制造出的轉子馬達主要劃分為圓柱形和扁平形等幾種類型，終端企業(yè)會根據(jù)自家的振動方案進行選擇。

　　但是線性馬達普遍需要定制，具體器件的參數(shù)、功能需要終端廠商根據(jù)自家的觸覺反饋方案進行設計，因此在線性馬達產業(yè)鏈中，馬達制造商的重要性提升，終端廠商會直接與馬達制造商進行緊密的合作。例如，在蘋果iPhone 7/7 Plus中所使用的線性馬達便與以往存在較大差異，蘋果公司與Nidec在器件的設計方面進行了深度的合作。

　　相關企業(yè)分析

　　1、瑞聲科技——蘋果線性馬達重要供應商

　　瑞聲科技依靠聲學業(yè)務起家，是全球知名聲學器件供應商。聲學業(yè)務涵蓋了微型音箱、揚聲器、受話器和麥克風, 已具備立體聲、防水等性能，市場競爭力一流。在聲學器件方面，公司是蘋果的重要供應商，并且為三星、華為、OPPO、VIVO、小米、金立等主要手機廠商供貨。

　　公司形成聲學、觸控馬達、射頻結構件及光學業(yè)務的平臺型企業(yè)布局，為客戶提供一體化解決方案。2013年公司全面開展射頻業(yè)務，涉及手機天線、NFC、無線充電等領域，隨后又布局觸控馬達業(yè)務。公司現(xiàn)有產品種類豐富，涵蓋了聲學、觸控馬達、無線射頻及光學等最新的微型技術解決方案，廣泛應用于智能手機、平板電腦、可穿戴設備及筆記本電腦等多個領域。

　　公司除了為蘋果供應聲學元器件以外，也供應觸覺反饋線性馬達等核心零部件。瑞聲科技是觸覺反饋市場上少有的規(guī)模性企業(yè)，目前公司已有橫向線性馬達及Z方向線性馬達兩大類產品，線性馬達技術成熟，可滿足3D Touch觸控反饋的高要求，公司還與頂級的驅動器、軟件及算法公司合作，以達到觸控反饋的最佳表現(xiàn)。

　　2、歌爾股份——線性馬達已經(jīng)批量出貨

　　歌爾股份是國際領先的以消費電子聲學元器件為核心的電子元件提供商。公司以聲電器件為核心，發(fā)展出了包括光電器件、電子配件和整機類電子產品等硬件產品，并擁有智能穿戴、無人機、機器人等產品的研發(fā)和服務能力，主要客戶涵蓋蘋果、三星、索尼、微軟、谷歌、Facebook、華為等國際一流終端廠商。

　　2017年2月，公司在全景網(wǎng)平臺公開消息稱，獨立自主開發(fā)的線性振動馬達已經(jīng)量產。包括Z向與X向線性馬達，同比其他產品具有尺寸靈活，振感強度優(yōu)秀，響應速度快，諧振頻率低等特點。目前已開發(fā)生產四種規(guī)格X向線性馬達與兩款Z向線性馬達，配合高端智能產品市場，如：智能手機、智能穿戴、智能遙控器以及智能手柄實現(xiàn)智能振動反饋功能。

　　多領域領先能力、垂直一體化布局、頂尖設計與制造能力。歌爾經(jīng)過多年蓄力，已 經(jīng)從單一的電聲器件企業(yè)發(fā)展為聲學、光學、軟件等多領域樹立領先優(yōu)勢，同時通過垂直一體化布局除電聲器件外還深度介入MEMS傳感器、馬達、攝像頭模組、鏡頭、天線 等關鍵零部件領域，在自動化生產與精密設計領域更是擁有深厚團隊、工藝、設備積淀， 公司已經(jīng)搭建了世界一流的研發(fā)供應平臺，具備為客戶提供多元化解決方案的能力。

　　3、金龍機電——蘋果線性馬達重要供應商

　　金龍機電是目前國內最大的微特電機生產企業(yè)。公司專注于超小型微特電機的研發(fā)、生產和銷售業(yè)務，產品包括Ф4、Ф5、Ф6、Ф7 等系列圓柱型超小微特電機、扁平型超小微特電機、新型變焦馬達(VCM)、線性馬達等，廣泛應用于移動通訊設備、高端日用消費品、醫(yī)療設備、智能電動玩具、保健器材、機器人等領域。

　　公司成功研發(fā)全球領先、高附加值的線性馬達并且大批量投產，成為蘋果系列產品重要供應商。自2014年下半年以來，公司取代了日本三洋電機成為蘋果產業(yè)鏈的振動馬達供應商，為蘋果系列產品提供線性馬達。根據(jù)公司在全景網(wǎng)互動平臺上透露的消息，2016年公司在手機用微特電機行業(yè)的市場占有率約為18%。公司生產的觸覺反饋線性馬達通過富士康、和碩等代工廠給蘋果供貨。

　　公司生產的手機用微特電機已獲得多家大型手機生產企業(yè)的采購認證。核心客戶主要包括華為、中興通訊、OPPO、VIVO、小米、魅族、富士康、比亞迪電子等國內外知名企業(yè)。公司在傳統(tǒng)馬達領域深耕多年，技術水平、產品質量等均處于行業(yè)領先地位。

　　成功收購甲艾馬達、博一光電，分別從橫向、縱向拓展產品線。整合了微特電機及觸摸顯示產業(yè)鏈，實現(xiàn)了從移動通訊終端單一部件提供商向多種部件綜合系列產品提供商的轉變，躋身高端科技企業(yè)行列。甲艾馬達的馬達產品主要用于游戲機手柄、光驅、電動血壓計等，與公司現(xiàn)有產品形成互補。博一光電以液晶模組為主要產品，可與公司原有的觸摸屏和蓋板玻璃產品形成結合，為下游客戶提供觸控顯示一體化產品。

　　4、歐菲光——有望切入觸覺反饋模組制造領域

　　歐菲光是國內領先的消費電子攝像頭與指紋識別模組龍頭。公司成立于2001年，當前的主營產品為觸摸屏、攝像頭模組、指紋識別模組等，并積極布局智能汽車領域。公司2010年布局電容式觸控屏，2013-2016年成為全球出貨量最大的薄膜式觸摸屏供應商;2012年公司進入影像系統(tǒng)領域，2016年底攝像頭模組單月出貨量全球第一;2014 年公司進入生物識別領域，2016年四季度開始指紋模組單月出貨量位居全球第一。

　　在觸摸屏方面，歐菲光是行業(yè)龍頭，具備進入3D Touch模組制造領域的技術實力。公司觸控顯示業(yè)務涵蓋觸控sensor、film和glass電容式觸摸屏、蓋板玻璃、全貼合LCM 組件等，應用領域從手機、平板、筆記本電腦延伸至汽車電子、工業(yè)控制和可穿戴設備等領域。公司在觸摸屏領域的龍頭地位穩(wěn)固，根據(jù)市場調研機構旭日產研的數(shù)據(jù)，2017年5月公司觸摸屏的出貨量達到13KK，領先主要競爭對手。根據(jù)公司年報，未來在觸控領域將重心放大下一代觸摸技術，包括3D Touch技術、觸覺反饋技術等。