폴더블 휴대폰 힌지에 MIM 적용

힌지의 구조 설계는 화면 주름, 개폐감, 구조 강도 및 수명과 밀접한 관련이 있습니다. U자형 솔루션부터 물방울형 솔루션에 이르기까지 힌지 기술의 발전은 폴더블 제품의 사용 경험 향상을 효과적으로 이끌었습니다.

힌지는 폴더블 휴대폰의 핵심 부품으로, 화면 주름과 개폐감 등에 밀접한 관련이 있습니다. 폴딩 구조는 일상생활에서 가장 흔하면서도 창의적인 구조로, 제품에 여러 기능을 통합할 수 있게 합니다. 폴딩 구조는 일상생활 곳곳에서 찾아볼 수 있습니다. 문과 창문 같은 생활용품, 화장품 케이스 같은 일용품, 노트북 같은 소비자 전자제품은 모두 "일체형 다목적" 및 "공간 절약"과 같은 폴딩 구조의 특성을巧妙히 활용해 사용자의 개인화된 요구를 충족합니다. 폴더블 구조는 제품 설계에서 다음과 같은 장점을 갖습니다.

1) 공간을 효율적으로 활용할 수 있습니다.

2) 제품의 휴대성을 향상합니다.

3) 서로 다른 기능 간 제품 전환을 실현합니다.

4) 운송 및 보관 비용을 줄입니다. 따라서 제품 구조 설계가 폴딩, 절약 및 공간 효율성 향상 방향으로 발전하는 추세는 분명하며, 폴딩 구조는 제품 구조 설계에서 중요한 부분이 되었습니다.

문, 창문 및 노트북의 폴딩 구조와 달리 폴더블 스크린 휴대폰은 접을 때 화면도 함께 지지해야 하므로 힌지는 폴더블 스크린 휴대폰의 핵심 부품 중 하나입니다. 힌지는 폴더블 휴대폰과 비폴더블 휴대폰을 구분하는 핵심적인 차이입니다. 폴더블 스크린 휴대폰의 힌지는 휴대폰 폴딩 부위의 두 평면을 지지하고, 두 평면을 자연스러운 상태로 접습니다. 굽힘 반경이 다르기 때문에 바깥쪽 평면은 안쪽 평면보다 길어지지만, 동시에 펼쳤을 때 두 평면의 길이는 평평한 상태를 유지해야 합니다. 이를 위해 힌지 축은 접히는 각도에 따라 신축할 수 있어야 합니다. 따라서 힌지의 구조 설계는 수학, 재료과학, 물리학, 산업 디자인 등 여러 분야가 결합된 종합적인 문제입니다. 힌지 구조 설계는 화면 주름의 깊이, 접고 펼 때의 감촉, 제품의 구조 강도 및 수명과 밀접한 관련이 있으며, 폴더블 스크린 휴대폰의 "문제점"을 해결하는 핵심 기술입니다.

U자형에서 물방울형에 이르기까지 힌지 기계 구조의 발전은 폴더블 휴대폰의 사용 경험 향상을 효과적으로 이끌었습니다. 스마트폰에서 화면 폴딩을 구현하려면 두 가지 주요 과제를 해결해야 합니다. 하나는 화면이 굽혀질 수 있는 공간을 최대한 확보하는 것이고, 다른 하나는 굽힐 때 화면과 힌지 커버가 어긋나는 것을 방지하는 것입니다.

우선 OLED 화면을 그대로 반으로 접으면 영구적인 손상이 발생하므로, "폴딩 스크린"은 화면을 180°로 직접 접는 것이 아니라 힌지와 본체 사이에 화면이 굽혀질 수 있는 충분한 공간을 남깁니다. 또한 접힌 상태에서는 화면과 힌지 커버의 굽힘 반경이 서로 달라 화면과 힌지 커버 사이에 "어긋남"이 발생합니다. 이는 일반 책을 접었을 때 책장 양쪽이 서로 어긋나는 것과 유사하게, 화면 양끝과 힌지 커버 양끝이 정렬되지 않는 현상입니다.

2021년에 출시된 Huawei Mate X2와 OPPO Find N은 더욱 성숙한 물방울형 힌지 솔루션을 선보였습니다. 2021년 2월과 12월에 각각 출시된 Huawei Mate X2와 OPPO Find N은 Moto Razr와 비교해 더욱 완성도 높은 물방울형 힌지 구조 설계를 구현했으며, 구체적인 특징은 다음과 같습니다.

1) 이중 슬라이드 레일 설계를 적용하고, 화면 지지 커버에도 슬라이드 레일을 추가해 화면 지지 커버와 슬라이드 레일 구조를 하나로 결합했습니다. 화면을 접을 때 지지판이 뒤쪽으로 움직여 굽힘 공간을 확보합니다. 동시에 슬라이드 레일 수를 두 배로 늘려 접힘 정밀도를 보장합니다.

2) 힌지에 여러 토크 모듈을 추가해 접고 펼 때의 감쇠감을 향상했습니다. 토크 모듈 구조는 상부 및 하부 캠축 2개, 스프링 및 기어로 구성됩니다. 화면이 회전하면 상부 캠축이 함께 회전합니다. 동시에 스프링이 압력을 가하고 캠축 사이의 마찰이 감쇠감을 형성해 개폐감이 더욱 견고해집니다. 또한 기어는 여러 각도에서 정밀하게 맞물리는 역할을 하여 접힌 상태에서 다각도 호버링을 구현합니다.

Huawei Mate X2와 OPPO Find N의 물방울형 힌지 설계도 서로 다르며, 구체적인 차이는 다음과 같습니다.

1) Huawei Mate X2의 물방울형 구조는 둥글고 응력 지점이 주로 헤드 부분에 집중되며 테일 부분에는 응력이 적게 가해집니다. 따라서 주름이 주로 화면 중앙에 집중됩니다. OPPO Find N은 테일 영역의 응력 분포를 넓혀 헤드와 테일의 응력 변화가 더욱 연속적이므로 주름이 더 넓지만 얕습니다.

2) OPPO Find N 화면 지지 커버 중앙의 식각 영역은 더 넓고 화면에 밀착되지 않습니다. 구부릴 때 지지 커버의 변형이 화면에 영향을 주지 않으므로 주름을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

3) 힌지 프레임에서 Huawei Mate X2는 상부와 하부에 각각 하나씩, 총 2개의 토크 모듈만 탑재한 반면, OPPO Find N은 상부, 중앙 및 하부에 총 3개의 토크 모듈을 탑재했습니다. 또한 OPPO Find N의 단일 토크 모듈에 사용된 캠, 스프링 및 기어의 크기가 더 커 더욱 뛰어난 개폐감과 다각도 호버링 효과를 구현합니다.

이처럼 힌지는 폴더블 스크린 휴대폰의 핵심 부품 중 하나이며, 힌지 기계 구조 설계의 발전은 폴더블 스크린 휴대폰의 사용 경험 향상을 효과적으로 이끌었습니다. 전반적으로 이중 슬라이드 레일 설계를 적용한 물방울형 힌지는 주름을 효과적으로 제어하고, 접었을 때 화면을 완전히 닫을 수 있습니다. 동시에 뛰어난 개폐감을 제공해 사용자에게 더 나은 사용 경험을 선사합니다.

폴더블 스크린 휴대폰 힌지 시장 규모는 2026년에 187억 5,400만 위안에 이를 것으로 예상됩니다.

스마트폰 및 PC와 같은 소비자 전자제품에 사용되는 힌지(hinge) 제품은 기계 구조 부품을 통해 설계되며, 프레스 부품, 선반 가공 부품, MIM 부품, 다이캐스팅 부품 및 일반 부품을 조립해 제작됩니다. 따라서 프레스 부품, MIM 부품, 다이캐스팅 부품 및 기타 부품 공급업체는 NB/태블릿/휴대폰 힌지(hinge) 산업망의 상류 공급업체이며, 힌지(hinge) 조립업체는 산업망의 중류에 위치합니다. 일반적으로 힌지(hinge) 제품은 고객의 공차, 토크 및 수명 테스트 요구사항을 충족하는 완제품을 생산하기 위해 중류 조립업체와 하류 NB/태블릿/휴대폰 고객의 공동 설계 및 개발이 필요합니다.

MIM(금속 사출 성형)은 힌지 제조를 위한 핵심 부품 공정입니다.

분말 사출 성형은 야금 및 재료과학의 한 분야입니다. 이 공정은 주로 금속 분말(소량의 비금속 분말을 혼합한 경우 포함)을 원료로 사용하며, "성형 + 소결" 방식으로 소재와 제품을 제조합니다. 복잡한 부품을 저비용으로 생산할 수 있는 정밀 성형 공정입니다. 재료에 따라 분말 사출 성형은 MIM(Metal Injection Molding)과 CIM(Ceramic Injection Molding)의 두 가지로 나눌 수 있습니다. MIM 제품 생산을 완료하려면 여러 공정 단계가 필요합니다. MIM 공정의 핵심 단계와 핵심 기술은 주로 사출, 탈지, 소결 등에 집중되어 있습니다.

MIM 공정은 고복잡도, 고정밀도, 고강도 및 정교한 외관을 갖춘 정밀 구조 부품과 외장 부품 제조에서 뚜렷한 장점을 갖습니다.

MIM 공정은 소비자 전자제품, 자동차, 의료 장비, 공구 및 기타 분야에 널리 사용됩니다. 소비자 전자제품 산업에서 MIM 제품은 휴대폰 금속 카드 트레이, 볼륨 버튼, 휴대폰 인터페이스, 카메라 프레임, 힌지, 팝업 카메라 정밀 부품, 다중 카메라 정밀 부품, 기어 등의 분야에 사용될 수 있습니다.

폴딩 스크린 휴대폰은 두께가 14mm 또는 그보다 얇아야 하고 힌지는 복잡하면서도 고정밀도의 기계 구조를 필요로 합니다. 또한 복잡한 3D 형상과 고정밀 제품 분야에서 MIM 공정이 가진 장점을 고려할 때, MIM 공정은 폴딩 스크린 휴대폰 시장에서 폭넓은 발전 가능성을 지닌다고 판단합니다.

알루미늄 구조 부품 소재는 폴딩 스크린 휴대폰의 미들 프레임, 카드 트레이, 힌지 등의 분야에 사용될 수 있습니다.

알루미늄 구조 부품은 방열성이 우수하고 압축 및 굽힘에 강하며 스크래치에 강하다는 장점이 있습니다. 알루미늄 구조 부품을 사용하는 휴대폰 및 태블릿과 같은 소비자 전자제품은 더욱 세련되고 아름다우며, 더 얇고 질감도 우수합니다. 폴딩 스크린 휴대폰이 경량화 및 박형화 방향으로 발전함에 따라 알루미늄 합금 소재에 대한 수요는 점차 증가할 것입니다. 폴딩 스크린 휴대폰 시장의 선두주자인 Samsung이 주도한 2021년 이후 많은 브랜드의 신제품 프로젝트에서 7계열 알루미늄 합금 소재를 사용하게 되었습니다.

우수한 성능을 가진 금속 소재인 액체 금속(비정질 합금)은 폴딩 스크린 휴대폰 힌지에 사용될 수 있습니다. 비정질 합금이라고도 하는 액체 금속은 일반적인 금속 소재의 원자 배열이 갖는 주기성 및 대칭성과 달리 비결정 상태에 있는 금속을 의미합니다. 비정질 합금 소재의 장거리 무질서 구조는 높은 강도, 높은 경도, 높은 표면 마감도, 내식성 및 내마모성과 같은 특수한 특성을 부여합니다. 굽힘 강도, 인장 강도 및 탄성 변형 능력 등도 일반 소재보다 우수합니다.

액체 금속은 높은 강도, 우수한 성형성 및 높은 치수 정밀도를 갖추고 있어 폴딩 스크린 힌지 구조 부품의 두께, 강도 및 정밀도 요구사항을 충족할 수 있습니다. 동시에 액체 금속은 뛰어난 탄성 변형 능력을 갖추고 있어 제품의 피로 성능이 다른 소재보다 우수합니다. 2021년 2월 출시된 Huawei Mate X2와 2021년 12월 출시된 P50 Pocket은 폴딩 스크린 휴대폰의 힌지 소재로 지르코늄 기반 액체 금속을 사용해 이음새 없는 폴딩을 구현하고 펼친 후 화면의 평탄도를 보장했습니다.

폴딩 스크린 힌지 조립, MIM, 알루미늄 합금 소재 및 액체 금속 공급업체는 주로 중국과 한국에 집중되어 있습니다. 현재 폴딩 스크린 힌지 조립 공급업체로는 한국의 KH Vatec, S-Connect, AU Flex와 중국의 Jingyan Technology, Kosen Technology, Changying Precision, Zhaoli, Fushida 등이 있습니다.

폴딩 스크린 힌지용 MIM 부품의 주요 공급업체는 중국의 Jingyan Technology, Dongmu Co., Ltd., Xinwei Communication 및 Xinrixing이며, 힌지 알루미늄 합금 소재의 주요 공급업체는 중국의 Furong Technology입니다. 힌지용 액체 금속의 주요 공급업체는 중국의 Yian Technology와 Changzhou Shijing입니다. 폴딩 스크린 힌지는 구조가 복잡하기 때문에 Samsung과 Huawei 같은 폴딩 스크린 휴대폰 브랜드 제조업체는 다수의 설계 특허를 보유하고 있습니다. 또한 미국 기업 Amphenol은 세계적인 커넥터 제조업체 중 하나로서 폴딩 스크린 힌지용 통합 솔루션을 제공할 수 있는 역량을 갖추고 있습니다.

폴딩 스크린 휴대폰 힌지 및 MIM 부품의 글로벌 시장 규모는 빠르게 성장할 것으로 예상됩니다. 글로벌 폴딩 스크린 휴대폰 힌지 시장 규모는 2021년 12억 6,700만 위안이었으며, 2022년에는 전년 대비 136.8% 증가한 29억 9,900만 위안에 이를 것으로 예상됩니다. 또한 2026년에는 187억 5,400만 위안까지 성장할 것으로 예상됩니다(CAGR: 71.4%). 글로벌 폴더블 휴대폰 힌지 MIM 부품 시장 규모는 2021년 3억 1,700만 위안이었으며, 2022년에는 전년 대비 152.9% 증가한 8억 200만 위안에 이를 것으로 예상됩니다. 또한 2026년에는 61억 6,500만 위안까지 성장할 것으로 예상됩니다(CAGR: 81.0%).