从 iPhone 4 说起，聊聊智能手机内部结构堆叠的历史（上）

在上一篇文章中，我们已经详细讲解了历代 iPhone 的结构堆叠设计，而本文则会将结构堆叠发展历程的考据扩大到更多的智能手机品牌，并将其分为数个发展阶段，通过解析每个阶段中那些具有代表性的机型设计，梳理智能手机的结构堆叠历史。 本文作为上期，将整理 2010 年至 2018 年上半年的产品。 为了让本文的一些逻辑与名词更容易理解，推荐各位提前阅读上一篇 iPhone 结构讲解文章。 手机结构指北——苹果篇 iPhone 14 标准版上并有没有沿用一直以来的 Uni…  sspai.com

按照智能手机结构堆叠的目的与逻辑，我将智能手机的结构堆叠分为以下四个阶段：

1. 以早期智能手机为代表的原始阶段，这时的内部结构堆叠仍未脱离功能机时代设计思路，结构复杂且空间利用效率较低（~ 2010 年）
2. 以 iPhone 4 为代表的现代智能手机结构设计雏形诞生，特征为精简合并手机内部多余部件、元器件开始模块化、开始追求轻薄设计的阶段（2010 年 ~ 2017 年）
3. 以 Mate RS 为代表，使用双层主板技术，进一步缩小元器件面积，并开始向硬件堆料方向发展的阶段（2017 年 ~ 2022 年）
4. 以 Find X6 Pro、小米13 Ultra 为代表，立体堆叠机身内部元器件，不再单纯追求模块化、集成度，而是进一步将机身空间利用率提高至极限的阶段（2023 年 ~ 至今）

我会详细讲解上面几个阶段中的代表性机型，聊聊每项目代表性技术的开创者与发扬者，让大家更好地理解智能手机的发展历史。

智能手机的设计语言

在聊具体的堆叠发展历史前，我还是想先讲讲什么是属于智能手机的设计语言，那么一切还是要从「万恶之源」iPhone 4 说起。 在 iPhone 4 发布之前，智能手机的内部结构堆叠设计其实一直都没有摆脱功能机时代的设计思路。那在智能手机还未普及的年代，功能机是怎样做配置堆叠的？

在实体键盘仍是手机必要功能的时期，功能机想要堆叠更多的功能与配置，同时还要保证其作为工具属性的效率，因此它们难以扩张由长与宽组成的面积，往往只能在厚度这个维度做文章。 从大哥大到小灵通，早期功能手机的设计是在向越来越便于使用这个方向发展的。机身的正面有显示屏与键盘，背面则需要为可拆卸电池留出电池仓；如果还要塞入大屏、全键盘、滑盖，就只能让机身厚度进一步膨胀。 这种层层堆叠的结构给手机主板留下了相当充足的空间，元器件密度和主板集成度就显得没那么必要了。

也正因为如此，早年 3.5 英寸也成为了大众认知中「手机」的最佳屏幕尺寸——这个「手机」显然是指作为工具使用的手机，而非现在作为大众娱乐中心的那个「手机」。 来到早期的智能手机结构，它们在堆叠尚未摆脱上述功能机时代的设计语言，你可以在它们内部看到复杂的接线、可拆卸后盖电池的电池仓、低集成度的主板，而属于智能手机的设计语言在此时也尚未诞生，手机结构设计仍在摸索中前进。

横空出世的「科技色图」

2010 年，地球迎来了它的第一次「iPhone 时刻」，这一年发布的 iPhone 4 有多伟大我们无需再在这篇文章中赘述，仅从这台手机的内部结构设计中，我们就能看到它所带来的多项突破。 在那个年代，任何人第一次看到 iPhone 4 内部结构设计都会被它的整洁、高效所震撼。除了极致的外表与内在，它还带来了诸如 CNC 一体切削的金属框架、高精度的注塑天线等技术与工艺上的突破。iPhone 4 的结构美观度与集成度是

iPhone 4 的结构设计就如同是在玩弄一副精巧的智力拼图，各个部件严丝合缝地堆叠、排布，造就了智能手机的第一张「科技色图」。 但这样一台具有突破性设计的 iPhone 4 彼时并没有引来 Android 厂商的大规模模仿，反而是之后采用全金属机身的 iPhone 面世，Android 厂商们才开始争相借鉴。 自 iPhone 4 开始，Apple 将手机的信号收发功能搭载于金属中框的注塑天线上，对手机正面信号净空区需求得到降低，所以在 iPhone 5 上，手机屏幕的比例由 4:3 加长至 16:9，并且进一步优化了机身的结构。iPhone 5 采用了更大面积的机身金属框架，由于全金属机身不再需要设置单独的防滚架结构，金属后盖即可承担这一功能，所以这一代也取消了玻璃后盖结构，手机的厚度进一步缩减。

在当年看来这一决定似乎并没有什么问题，全金属的设计为 iPhone 5 带来了更轻薄的机身，但从现在的角度来看，iPhone 开始追求一体化的金属机身也为后来的很多问题埋下了伏笔。 在这之后，模仿 iPhone 外观设计的产品数不胜数，比如我们曾经在上篇提到过的厂妹姊妹机 OPPO R9 和 Vivo X7。但这些机型也仅仅是学习参考了 iPhone 的外观，内部结构设计上仍然有很大的差距。只是关注全金属机身的皮毛，却没有看到 Apple 在提升空间利用率方面的思考，导致这些 Android 手机使用了多余的防滚架，白白浪费了机身空间。

不过 vivo 和 OPPO 在这一阶段并不能完全代表 Android 阵营的内部结构设计，同一时期那些没有照抄 Apple 的厂商，又是如何面对用户日益增加的功能需求与机身空间之间矛盾的呢？

Android 品牌的探索

智能手机不再是单纯的通讯工具，人们对手机的功能、设计、材质要求也越来越高。对手机厂商而言，如何处理天线结构和信号收发、如何提高空间利用率、如何提高集成度，也成为了亟待解决的难题。 前面我们讲了 iPhone 4 为这个行业带来的属于智能手机的解决方案，下面我们就从索尼、小米、三星这三家 Android 厂商逐步解决手机堆叠难题的过程，聊聊他们是如何尝试不同方案，而最终又殊途同归选择类似设计的。

起个大早赶个晚集的索尼

在这里我们要提到另外一家如今已几乎没有存在感的品牌索尼。在「姨夫」公布 One Sony 战略后，被消费者寄予众望的 Xperia 做出了怎样的探索呢？

Z 系列的第一台产品 L36h 的外观设计并不讲究，塑料框架的中框、非常有个性的摄像头位置……尽管从这台手机上还是能看出索尼想要表达的设计语言，不过相比后面的几代 Z 系列机型，初代 Z 的设计其实有很多妥协与不成熟的地方。

而 Z 系列的第一台完整落实 OmniBalance 设计语言的产品则是下半年发布的 Xperia Z1，这台手机采用由一整块铝材切削而成的全金属机身结构。

没错，方正机身、双面玻璃，很容易让人想到前面我们提到的 iPhone 4。自 iPhone 5 放弃前置防滚架结构后（什么，你不知道前置防滚架结构是啥？赶紧去看上一期），反而是 Android 品牌们继承了 iPhone 4 的结构设计。

但真的是这样吗？ 无断点金属中框确实为手机带来了非常亮眼的外观，但是这一设计也让厂商无法将天线设置在注塑天线条带上，为了解决信号问题，就必须在别处做出牺牲。 对比一下  Z1 这个「框」和其他金属中框手机的「框」就能发现其中蹊跷：这台手机的中框并没有和防滚架相连，它真的就只是个「框」。

为了保证手机的信号收发能力，索尼将手机的防滚架与金属边框分开，再通过塑料连接，利用这片屏幕玻璃下手机正面的塑料净空区进行信号收发。而所谓的一体式无断点金属中框，也并没有像 Apple 注塑天线中框那样具有信号收发能力。它在本质上只是一块影响了手机天线设计的金属贴片而已。

到了全面屏时代，手机正面的天线净空区被大幅缩小，索尼这种天线设计便无法再做下去了，Xperia 的设计也在这个屏幕设计更迭的时代迎来了转变。 2017 上半年发布的 XZ Premium 的结构设计依旧是老 Xperia 的味道，中框与屏幕背面的金属背板分离，这很索尼。但是一直坚持 16:9 也不是个事，就算没法立刻转头去做全面屏设计但也要提前做一些技术储备，所以 XZ1 诞生了。

作为索尼的第一台全金属机身的手机，这台手机上既拥有金属机身上的注塑天线，为了保险起见，索尼同时也将部分天线做在了顶部的塑料边框内，完成了作为索尼第一代注塑天线手机的任务。

2018 年初，索尼立刻将注塑天线技术搭载到了自己的首款屏幕比例超过 16:9 的手机 Xperia XZ2 上。

而在 XZ3 上，索尼手机回归传统的前置防滚架结构设计，终于完成了手机结构设计的现代化历程。

坚持不动摇的小米

接下来我们再把目光转向小米这家直接入场智能手机市场的品牌。 作为一家年轻的手机制造商，小米没有做功能机的经验，这也就意味着他们少了很多历史包袱，在手机结构堆叠设计上没有什么条条框框的限制，从初代的 C 形主板、二代的主板电池堆叠、三代的一体聚碳酸酯机身，小米在结构设计上做了很多尝试。

而在 2014 年的小米 4 上，小米终于拿出了这套非常成熟的、对后续智能手机设计影响颇深的设计。

小米 4 是小米第一台采用了金属中框三明治结构的手机，即现代绝大多数安卓手机都在使用的前置防滚架结构。

与 iPhone 4 的昙花一现不同，小米 4 的设计奠定往后所有小米手机的设计思路，金属中框、前置防滚架、单独的后盖结构，小米的每一代旗舰都秉承这一设计语言从未中断，并最终让这一设计在智能手机中普及开来。

我整理了一张各家旗舰机的机身结构发展年表作为参考，通过这张表格我们就能看到各家旗舰手机结构设计的发展历程，以及现代智能手机结构堆叠是如何变成现在的三明治结构的。希望这张表格也能让大家对于智能手机结构设计历史有一个全面的了解和认识：

知错善改的三星

在 2014 这个节点，Android 厂商们的旗舰产品纷纷开始摆脱功能机时代的设计思路，玻璃、金属这些更有品质感的材质开始在旗舰机外观设计上普及开来，但彼时 Android 市场的霸主三星，其旗舰产品却仍在塑料机身上做文章。

这一状况很快得到了改善，三星在 2015 年打了个漂亮的翻身仗。Galaxy S6 Edge 可以说是如今三星手机外观设计的起点，双面玻璃、金属中框、曲面屏，这些元素让三星 S 系列的设计彻底脱胎换骨，一跃成为当年外观设计最精致、最具有未来感的旗舰手机之一。

而在这台手机外观的三明治结构之下，它的内部结构设计思路却有些原地踏步，拆开玻璃后盖之后你会发现，S6 Edge 内部居然还保留有与金属中框相连的金属电池仓，这种自可拆卸电池功能延续而来的结构其实根本没有必要继续存在；另外这台手机的主板等元器件全部固定在屏幕背面的防滚架上，这一设计也浪费了不少内部空间。

好在三星立刻意识到了这一设计的问题所在并立刻进行了修正，在 2016 年的 S7 Edge 上，三星终于将结构设计改为了和同年的小米 5 一样的前置防滚架设计三明治结构，取消了完全没有必要继续存在的金属电池仓设计，大幅提高了机身内部的空间利用率。

前置金属防滚架设计自此开始几乎成为了 Android 旗舰手机的标配，尽管因为需要单独的后盖结构，这样的设计与 iPhone 的全金属机身兼后置金属防滚架设计相比，在空间利用率上依然存在一些劣势。 但随着时间的推移，这项劣势将会逐渐转为优势，而 Apple 则要为这一设计付出越来越多的代价。

新时代的序幕

2017 年，Apple 发布了全面屏设计的 iPhone X，为了在这台手机上塞入尽可能多的组件，同时还要把宽度控制在远小于 Plus 版 iPhone 的 70mm，手机的集成度和空间利用率还需要进一步提高。 所以 Apple 用了一项只在十年前初代 iPhone 上曾经采用过的设计：双层主板。

很多年以前，电池不可拆卸的 iPhone 2G 和一众功能机比起来有些格格不入，由于采用了不需要电池仓的设计，并且还要将手机做得尽可能薄，Apple 选择将手机的电池与主副板等元器件放在机身的同一平面上，而为了能在手机有限的面积中放下这么多部件，Apple 第一次采用了双层主板。当年的 Apple 也不会想到，未来的自己还会重拾这项老手艺。

但双层主板所带来的也并不全是好事，由于后置防滚架结构在散热方面存在劣势，再加上双层主板的 debuff，iPhone X 的散热成了个大问题，这在很大程度上限制了 A11 本应该非常优秀的性能，反而是单层主板机身较大的 iPhone 8 Plus 在游戏表现和性能释放方面有着优秀的口碑。 iPhone X 将智能手机的内部空间利用率提高到了新的境界，为智能手机的堆叠大战拉开了序幕，但是这一次 Android 品牌并没有落后太久。

竞争的开始

不知道你们是否意识到了一个问题，为什么前面我们所提到的那些智能手机结构的突破性设计都是 Apple 带来的？ 这个答案很简单，那就是售价。 iPhone 的售价和巨大出货量就决定了它能够不计成本得拿出很多创新的设计，而 Android 在这一点上始终难以追赶。 钱不是万能的，但没有钱是万万不能的。没钱怎么能拿出改变行业的设计呢？ 部分 Android 厂商想到了溢价。而第一个在这方面搞出名头，能够每年一代代把高溢价坚持下去的，也许只有华为的保时捷设计。

2018 年初，华为在 P20 系列的发布会上很不合时宜地推出了一台保时捷设计的 Mate 手机，Mate RS。某种意义上来说，华为的前几代保时捷就是换皮，保时捷设计和 Pro 版并没有什么本质差区别但但这台 RS 却完全不同。

作为单独推出的机型，它的配置和堆料并没有像前几代那样受到 Pro 版本的限制，所以华为直接在它上面搭载了 P20 Pro同款的顶级相机堆料，同时还在外观上继承了 Mate 系列的对称设计。

不过这个对称设计也对机身结构产生了很大的限制。 手机上半部原本用来放置主板的空间完全被竖向排布的三颗摄像头分隔，导致华为只能在其中的半边放置主板。这样给主板留下的空间实在是太小，而能够解决这一问题的设计就只有双层主板了。 但和苹果这样双层主板散热，直接靠摆烂相比，华为这边的准备就更充分一些。前置金属防滚架本身就在导热上有先天的优势，而华为还布置了铜箔和相变材料辅助散热，比较优雅地完成了双层主板结构的散热任务。

而在无线充电这点上，由于前置防滚架结构手机的后盖是一个单独的部件，无线充电线圈可以直接压在后盖之下，相比之下 iPhone 的后置防滚架结构就没这么轻松了，需要将金属后壳掏空，才能放下无线充电组件。

其实我们从这里就能看出，iPhone 的后置防滚架结构已经给手机的功能实现造成很大限制了，而 Android 手机上看起来集成度并没有那么高的前置防滚架结构，在这时反而有了一些优势。

新的开始

2018 年华为 P20 Pro 开始，智能手机进入了一场新的军备竞赛。随着用户们对手机影像能力的需求越来越高，旗舰机所需要搭载的元器件也越来越多。而强大的影像背后必然是手机机身结构堆叠水平的提升。 从iPhone 的超高集成度到华为的极致堆料，手机的结构设计已经开始逼近极限，这场由两个品牌旗舰产品掀起的堆叠战争终于打响。 站在上帝视角的我们知道，在这个时间节点，5G 时代即将来临，厂商们不仅要面对用户们日益增长的需求，还要为 5G 芯片带来的挑战做出准备。 在下篇，我们继续从 2018 年出发，看看这些厂商们在面对旗舰市场即将洗牌的窗口期里，会推动旗舰产品的堆叠设计进行怎样的新进化。