手机结构设计指南.doc

Design Guide Line手 机结 构 设 计 指 南 (Design Guide Line)- Revision T3 - 序 言 手机的结构设计都是有规律可循的，本设计指南的撰写，旨在总结和归纳以往我们在手机设计方面的经验，重点阐述本公司对于机械结构设计的要求，避免不同的工程师在设计时，重复出现以往的错误。使设计过程更加规范化、标准化， 利于进一步提高产品质量，设计出客户完全满意的产品。 本文的撰写，旨在抛砖引玉，我们将不断地总结设计经验，完善本设计指南，使我们的结构设计做得更好。 本文的内容不涉及从事手机结构设计所需的必不可少的基本技能，如PRO/E、英语水平、模具制造等等。 2004年 9月一. 手机的一般形式目前市面上的手机五花八门，每年新上市的手机达上千款，造型各异，功能各有千秋。但从结构类型上来看，主要有如下五种：1 直板式 Candy bar2 折叠式 Clamshell3 滑盖式 Slide4 折叠旋转式 Clamshell & Rotary5 直板旋转式 Candy bar & Rotary本设计指南将侧重于前四种比较常见的类型。一般手机结构主要包含几个功能模块:外壳组件(Housing)，电路板(PCBA)，显示模块(LCD)，天线(Antenna)，键盘(keypad)，电池(Battery)。但随着手机的具体功能和造型不同，这些模块又会有所不同，下面以几种常见手机为例来简单介绍一下手机上的结构部件。图1-1是一款直板式手机的结构爆炸图。图1-1对于直板型手机，主要结构部件有： 显示屏镜片LCD LENS 前壳Front housing 显示屏支撑架LCD Frame 键盘和侧键Keypad/Side key 按键弹性片Metal dome 键盘支架Keypad frame 后壳Rear housing 电池Battery package 电池盖Battery cover 螺丝/螺帽screw/nut 电池盖按钮Button 缓冲垫Cushion 双面胶Double Adhesive Tape/sticker 以及所有对外插头的橡胶堵头Rubber cover等 如果有照相机，还会有照相机镜片Camera lens和闪光灯Flash LED镜片 有时根据外观的要求，还会有装饰件Decoration对于不换外壳的直板机，通常是用4到6颗M1.6-M2.0的螺丝将前后壳固定，辅助以侧边和顶部4到6对卡勾Snap来增强壳体之间的连接和美工缝的均匀。壳体内部的螺丝柱会穿过PCB上对应的孔，并辅以加强筋Rib将PCBA定位和固定。显示屏支撑架是用于将显示屏LCD以及声学元器件Speaker，Receiver，照相机camera sensor等器件定位在PCB上并起增强强度的作用，有时侯还用于将LCD下面的PCB上电子元器件和LCD隔开，避免冲击损坏这些电子元器件。这个支撑架可以通过卡扣固定在PCB板上。显示屏镜片用于保护显示屏并能透过它看见显示屏上的内容，常用双面胶固定在前壳上。键盘支承在PCB板或键盘支撑架上，内部周边用壳体内部的结构定位住，仅保持厚度方向的自由度，在厚度方向上的运动和回位导致的键盘电路接通和断开是靠按键弹性片Dome来实现的。电池是将电池芯及保护电路和接触弹片封装在壳体里，可以通过卡扣的方式固定在手机后壳的电池仓内。电池盖用于保护电池不外露和后壳壳体的完整性，通过滑入后壳壁的突出结构protrusion和侧边的卡扣hook固定在后壳上。图1-2是一款折叠式手机的结构爆炸图。图1-2对于折叠型手机，我们可以认为它是由两个直板机构成的，一个构成翻盖部分，另一个构成主机部分。折叠型手机通过将显示屏放到翻盖部分，避免了与键盘并排布置，可以减小手机的长度。两部分之间的结构连接通过旋转转轴Hinge来实现，翻盖部分和主机部分的电路连接通过柔性线路板FPC来实现。FPC穿过轴部位壳体的轴孔通道从主机PCB连接到翻盖部分的PCB上，翻盖的开合角度一般在160度左右，手机的开合状态的电路控制通过霍耳开关和磁铁的配合使用来实现。同时，配合折叠手机的变型，还有旋转轴Rotary hinge。目前转轴可以分为两种：Click hinge和Free stop，区别及特点会在转轴部分再加以介绍。图1-3是一款滑盖式手机的结构爆炸图。对于滑盖型手机，同样我们可以把它看作是由两个直板机构成的，两部分通过滑轨Slider连接。滑轨可以有两种方式的滑轨，一种是在滑盖部分和主机部分的两个壳体上分别做出滑轨和滑道，两个壳体通过轨道相互配合，壳体之间加上预压的弹簧片以增强滑动的手感。这种滑轨方式对于壳体模具的制造需要增加滑块，且对轨道的制造精度要求较高，但是可以将手机设计得较薄。另一种滑轨的方式是采用标准的滑轨模块，将滑轨和滑道分别固定在滑盖部分和主机部分的两个壳体上。两部分之间的运动和固定完全依靠滑轨模块来完成。优点是对壳体的制造没有要求，缺点是手机的厚度会增加大约2.7mm左右。滑轨模块有全手动和助力半自动两种，助力半自动又有磁铁式，塑料轨道式和锌合金式，具体区别会在滑轨部分再加以介绍。图1-3除了上述一些结构的部件，还有一些机电的元器件也属于结构设计要考虑的，图1-4是常见折叠式手机的机电元器件示意图。这些机电元器件主要有： 照相机camera sensor 喇叭speaker 振动器vibrator 受话器receiver 显示屏LCD 麦克风microphone 背光灯LED 天线antenna 霍耳开关Hall IC 磁铁Magnet 屏蔽罩shielding case 侧按键side switch 射频连接器RF connector SIM卡连接器 SIM card holder 系统连接器I/O connector 电池连接器 battery connector 板与板(PCB或者FPCB)连接器 B-B connector 柔性电路板 FPC 低/零插拔力连接器 ZIF/LIF connector根据功能的要求，有时还会有触摸屏Touch panel，闪光灯Flash LED，耳机插座Audio Jack，存储卡插座SD/MMC card holder，USB插座等。关于上述各种结构部件及机电元器件的设计和选择，都是有规律可循的，只要多研究别人的设计，多学习新的工艺和结构，遇到问题从多角度去分析并找到解决问题的正确办法，就一定能积累丰富的经验，使得在以后的设计过程中能得心应手。二. 手机的整体设计1. 板级设计（layout） 1) 首先，根据市场部提供的产品定义书（如下表），完全了解客户对手机的整体要求。条款规格外形尺寸电池芯尺寸耳机插座耳机堵头I/O 插座I/O 堵头小显示屏触摸显示屏硬图标显示屏背光灯键盘工艺键盘导光板键盘背光灯内置振动状态指示灯挂环侧键红外线接口合弦机体类型翻盖/壳体间隙分模工艺缝天线手写笔摄像头翻盖角度*备用厚电池*耳机确认所设计的手机有哪些基本功能后,根据产品定义书去选择合适的主要机电元器件,如 照相机camera sensor 喇叭speaker 振动器vibrator 受话器receiver 显示屏LCD 麦克风microphone 背光灯LED 天线antenna 霍耳开关Hall IC 磁铁Magnet 屏蔽罩shielding case 侧按键side switch 射频连接器RF connector SIM卡连接器 SIM card holder 系统连接器I/O connector 电池连接器 battery connector 板与板(PCB或者FPCB)连接器 B-B connector 柔性电路板 FPC 低/零插拔力连接器 ZIF/LIF connector等等,并向供应商要所有的元器件的规格书Spec. 注意，元器件的选择关系重大，具有举足轻重的作用。应与各有关人员进行充分沟通，多方验证。2) 在放置元器件时, ME是桥梁. 要与HW,ID进行充分的沟通,既要满足电气的要求,也要符合ID的审美观. 在LAYOUT时,在满足质量要求的前提下，尽量将尺寸做小,做薄, 要注意以下几点a. LCD大小屏的A.A和V.A要正确清楚.b. Speaker, Receiver, Vibrator要给出工作高度.Camera要给出视角范围.c. Layout上要有螺丝柱的位置,以便ID设计装饰件.d. 尽量将高的元器件放在中间,ID设计外形时就可有更多的选择。板的大小根据元器件放置的情况确定后，转成DXF文档给PCB DESIGNER 进行布线，要到布线完成为止，板级设计才算告一段落。这期间，通常要经过几个来回，一定要不厌其烦，仔细认真。3) 如图,是Caribbean厚度方向的尺寸分解图.总体厚度是17.95.其中LCD厚5.0mm,电池芯厚3.9mm, PCB厚1.0mm, PCB与电池芯之间的距离是3.5mm, PCB与LCD之间的距离是4.55mm. a) PCB与电池芯之间的距离3.5取决与PCB上的最高元器件. 如图c, PCB上最高元器件是SHIELDING，高2.2mm, 后壳电池仓壁厚0.7mm, 电池仓与电池之间的间隙留0.1mm, 电池内壁厚0.6mm. b) LCD与PCB之间的距离是4.55mm.如图b, PCB与前壳之间的距离是1.1mm(本尺寸建议取0.81.1mm), 前壳壁厚1.2mm, 后翻与前壳之间留成0.3mm间隙，LENS及背胶厚0.8mm+0.2mm,后翻在LENS下的壁厚0.55mm, LCD与后翻之间留0.30.4用来FOAM.所有这些工作都完成后，就可交于ID进行手机的外观设计了。2. 外形设计1） 接到ID的彩色效果图后，要仔细检查：a) 要确认外形是否与LAYOUT一致，如螺丝柱的位置， RF测试孔的位置及大小，CAMERA,AUDIO-JACK, SIDEKEY, IrDA, I/O的位置，Speaker, receiver, mic 通孔位置，LCD的显示区域等等是否正确。b) 要与ID一起确认所有零件的材料及成型工艺，评估其可行性及潜在的风险。如果有大的金属件，要与HW商量是否对电气性能和ESD有影响。c) 要检查其分模面是否合理，是否有不利于做模的地方。d) 有分模线的地方要提前和ID沟通。2) 3D建模结构设计之前，需要将ID部门所作的2D效果图(2D sketch)立体化，3维化，实体化。这个过程我们称之为PID建模过程，建成的3D Pro/E数据称为master。这个3D数据包含了所有ID想要的曲线和曲面，分型线和美工线，甚至外表面的拔模角度，以及所有外观部件的拆分。PID建模有很多种方法，这里介绍常用的一种骨架建模法。 首先建一个.prt文件，命名为Projectname_master.prt，在该文件中先建几个主要的基准（Datum/Axis），比如说分型基准面，PCB装配基准面，旋转轴线等； 然后把不同外观部件的共有特征以点(Point)、线(Curve)、面(Surface)的方式表达出来。线可以由草绘，点构成线，投影等方式来做。建面的方式可以是扫描，混成，边界曲线构成和变倒角等方式来完成； 将面合并(Merge)，在这里只可进行与共有特征有关的合并命令，不需体现只与单个零件有关的个别特征； 建一个总装配文件（Assembly文件），命名为Projectname_housing.asm 。在总装配文件中首先采用默认装配(Default)装配上Projectname_master.prt文件；其次建上所需要的各个部件（如Front-Housing.prt，Rear-Housing.prt，LCD_LENS.prt等），都以默认的方式装配进总装配文件； 在总装配图中分别激活单个部件，把Projectname_master.prt文件中所有信息内容以Merge的方式拷贝到各个文件中（方法1：主菜单中找：Insert/Merge命令）。方法2：不用激活单个部件，直接在Menu Manager/Component/Adv utils/Merge先选择部件名，然后选择Projectname_master.prt）； 打开单个部件的. Prt文件，首先建立一个master的层，把所有的点、线、面都放到该层中，目的是使界面简单化；选取该.prt所需要的面进行Merge，不需要的线和面可以在层里隐藏起来，最终得到自己想要的一个封闭的面，长成实体(Protrusion)。 其它.prt文件同5.1.6一样操作，最后得到一个符合ID外观要求的没有内部结构特征的3D模型装配图。在3D建模过程中要注意以下几点：$ 在Projectname_master.prt文件中做好以下工作：整机的外观尺寸、分模线和分模基准面、拔模角度Draft angle、光滑过渡的园角（指与外观有关的大的圆角）;$ 所有Part能公用的Curve也全放在这个骨架模型中： 如键盘孔、侧建孔、天线孔、喇叭出声孔、Receiver出声孔、MIC孔、电池分界线、电池按钮轮廓线、各堵头轮廓线等；$ 在Projectname_master.prt文件中，建议在面和面结合的地方尽量不要倒圆角，因为圆角在Pro/E的重生过程中，很容易造成错误；有时在后面的结构设计中也会对抽壳(Shell)造成困扰。$ 对于点、线、面：尽量用简单的Curve线：如直线简单圆弧复杂圆弧多义线复杂的点或面；$ 最好不要直接在总装配中生成(Creat)单个Part，单个Part应该单独生成：这样可以拥有独自的Right、Front、Top基准面，而不是Datum1、Datum2等基准的名称。这样我们在建模和后续的结构设计的过程中，尽量采用这些原始的基准面作为参照；$ 拔模的方式尽量用扫描Sweep成面的方式，这样便于以后修改；$ 如果手机的外形有变化时，可以直接在Projectname_master.prt文件中修改，然后重新生成（Regenerate）其它.prt就行了。$ 当一个部件.prt在一个文件夹中需要移到其它文件夹中时，一定要采用Back up的方式，否则Projectname_master.prt文件不