手机结构设计手册.doc

目录第一章 手机的一般结构第二章 手机可靠性测试标准第三章 手机结构测试标准第四章 手机结构设计流程第五章 手机结构设计第六章 手机结构设计阶段性检查要求第七章 附录附录一 常用结构英文解释附录二 常用塑料缩写代码第一章 手机的一般结构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 Candybar2 折叠式 Clamshell3 滑盖式 Slide4 折叠旋转式 Clamshell & Rotary5 直板旋转式 Candybar & Rotary本设计手册的介绍将侧重于前四种比较常见的类型。一般手机结构主要会包含几个功能模块:外壳组件(Housing)，电路板(PCBA)，显示屏(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Gasket/Foam 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。图1-4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，买克风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SIMcard holder，系统连接器I/O connector，电池连接器battery connector，以及板与板(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。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，都是有经验可循的，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。第二章 手机可靠性测试标准了解了手机的一般结构之后，在开始结构设计之前，需要清楚地知道一部手机要达到上市的要求需要通过哪些测试，达到什么样的标准。手机可靠性测试（PRT）的目的是在特定的可接受的环境下不断的催化产品的寿命和疲劳度，可以在早期预测和评估产品的质量和可靠性。手机结构设计工程师必须通晓可靠性测试的所有标准，在设计阶段就必须采取正确的设计和选择合适的材料来避免后续产品的质量和可靠性问题。手机的入网认证必须经过国家的可靠性测试，而且越来越严格，要求也越来越高，这就对我们的设计提出了更高的要求。可靠性测试包括六个部分:加速寿命测试，气候适应测试，结构耐久测试，表面装饰测试，特殊条件测试，及其他条件测试。2.1. 加速寿命测试ALT （Accelerated Life Test）u 样机标准数量： PR1：10台 PR2：12台 PR3：12台 PIR：12台u 试验周期： 10-12天振动测试 1hr/axis高温高湿 测试60 C /95%RH/60hrs 室温下参数测试 (2025 C)冷热冲击测试-30 C /70 C /90min/27cycles 1st 跌落测试6/8 faces / 1.5m 2nd 跌落测试6/8 faces / 1.5m静电ESD测试 4Kv contact/ 8Kv Air室温下参数测试 (2025 C) 2.1.1 室温下参数测试 （Parametric Test）2.1.2 温度冲击测试（Thermal Shock） 测试环境：低温箱：-30 C ；高温箱：+70 C 试验方法：手机带电池，设置成关机状态先放置于高温箱内持续45分钟后，在15秒内迅速移入低温箱并持续45分钟后，再15秒内迅速回到高温箱。此为一个循环，共循环27次。实验结束后将样机从温度冲击箱（高温箱）中取出，恢复2小时后进行外观、机械和电性能检查。对于翻盖手机，应将一半样品打开翻盖；对于滑盖手机，应将一半样品滑开到上限位置。 试验标准：手机表面喷涂无异变，结构无异常，功能正常，可正常拨打电话。 2.1.3 跌落试验（Drop Test） 测试条件：1.5m高度，20mm厚大理石地板。（对于触摸屏手机,跌落高度为1.3m） 试验方法：将手机处于开机状态进行跌落。对于直握手机，进行6个面的自由跌落实验，每个面的跌落次数为1次，每个面跌落之后进行外观、结构和功能检查。对于翻盖手机，进行8个面的自由跌落实验；其中一半样品合上翻盖按直握手机的方法进行跌落，另一半样品在跌正面和背面时须打开翻盖。跌落结束后对外观、结构和功能进行检查。 试验标准：手机外观，结构和功能符合要求。 2.1.4 振动试验（Vibration Test） 测试条件：振幅：0.38mm/振频：1030Hz；振幅：0.19mm/振频：3055Hz； 测试目的：测试样机抗振性能 试验方法：将手机开机放入振动箱内固定夹紧。启动振动台按X、Y、Z三个轴向分别振动1个小时，每个轴振完之后取出进行外观、结构和功能检查。三个轴向振动试验结束后，对样机进行参数测试。 试验标准：振动后手机内存和设置没有丢失现象，手机外观，结构和功能符合要求，参数测试正常，晃动无异响。 2.1.5 湿热试验（Humidity Test） 测试环境：60 C，95%RH 测试目的：测试样机耐高温高湿性能 试验方法：将手机处于关机状态，放入温湿度实验箱内的架子上，持续60个小时之后取出，常温恢复2小时，然后进行外观、结构和功能检查。对于翻盖手机，应将一半样品合上翻盖，一半样品打开翻盖；对于滑盖手机，应将一半样品滑开到上限位置。 试验标准：手机外观，结构和功能符合要求。 2.1.6 静电测试（ESD） 测试条件：+/-4kV+/-8kV，开机并处于充电状态，+/-4kV接触和+/-8kV空气放电各10次。具体测试方法详见公司测试标准细则。 测试目的：测试样机抗静电干扰性能 试验标准：在+/-4Kv 和 +/-8Kv时出现任何问题都要被计为故障。 2.2.气候适应性测试 （Climatic Stress Test） u 样品标准数量：一般气候性测试 5 台； 恶劣气候性测试 3 台。共8台。u 测试周期：7 天。u 测试目的： 模拟实际工作环境对产品进行性能测试。一般气候性测试 恶劣气候性测试 高温高湿参数测试 +45 C /95%RH/48hrs 常温参数测试 2025 C高温功能测试-40 C /24 hrs 高温功能测试 +70 C /24 hrs 高温参数测试+55C/2hrs 低温参数测试 -25 C /2hrs灰尘测试 35C / 3 hrs 盐雾测试 35C /5%/48hrs A： 一般气候性测试： 2.2.1.高温/低温参数测试（Parametric Test） 测试环境：-25 C /+55C；持续2小时；手机电池充满电，手机处于开机状态。 测试目的：高温/低温应用性性能测试 试验方法：对于翻盖手机，应将一半样品合上翻盖，一半样品打开翻盖；对于滑盖手机，应将一半样品滑开到上限位置。 试验标准：手机电性能参数指标满足要求，功能正常，外壳无变形。2.2.2.高温高湿参数测试（Parametric Test） 测试环境：+45 C，95%RH；持续48小时；手机电池充满电，手机处于开机状态。 测试目的：高温高湿应用性性能测试 试验标准：手机电性能指标满足要求，功能正常，外壳无变形。 2.2.3.高温/低温功能测试（Functional Test） 测试环境：-40 C /+70C，2小时，恢复至常温，然后进行结构，功能和电性能检查。 测试目的：高温/低温应用性功能测试B：恶劣气候性测试 2.2.4.灰尘测试（Dust Test） 测试环境：室温，灰尘大小300目，持续3个小时。详细测试方法见公司测试标准细则。 测试目的：测试样机结构密闭性 试验标准：手机各项功能正常，所有活动元器件运转自如，显示区域没有明显灰尘。2.2.5.盐雾测试（Salt fog Test） 测试环境：35C; 5%的氯化钠溶液；关机；合上翻盖；样机用绳子悬挂起来；48小时。 测试目的：测试样机抗盐雾腐蚀能力 试验标准：常温干燥后，手机各项功能正常，外壳表面及装饰件无明显腐蚀等异常现象。 2.3.结构耐久测试 （Mechanical Endurance Test） u 样品标准数量：11 台。 u 测试周期：7 天。u 测试目的：各结构件寿命测试。结构耐久性测试充电插拔3,000次 cycles重复跌落 20,000 次翻盖/滑盖 50,000 次侧键测试 100,000次按键测试 100,000 次cycles笔插拔 20,000次SIM卡插拔 1,000次耳机插拔 3,000 次电池/盖 2,000 次线摆动 3,000次线拉拽 100次线弯曲 3,000次触摸屏划线测试触摸屏点击测试2.3.1.按键测试（Keypad Test） 测试环境：室温（2025 C）；2台手机；手机设置成关机状态。 测试方法：导航键及其他任意键进行10万次按压按键测试。 试验标准：手机按键弹性及功能正常。2.3.2.侧键测试（Side Key Test） 测试环境：室温（2025 C）；1台手机；手机设置成关机状态；10万次按压。 试验标准：手机按键弹性及功能正常。2.3.3.翻盖测试（Flip Life Test） 测试环境：室温（2025 C）；4台手机；手机设置成开机状态；6万次开合翻盖测试。 试验标准：6万次后，手机外观，结构，及功能正常。2.3.4.滑盖测试（Slide Life Test） 测试环境：室温（2025 C）；4台手机；手机设置成开机状态；6万次滑盖测试。 试验标准：6万次后，手机外观，结构，及功能正常,滑盖不能有松动。2.3.5. 重复跌落测试（Micro-Drop Test） 测试环境：室温（2025 C）；7cm高度 ,20mmPVC板；2台手机；开机状态；4万次。 测试标准：手机各项功能正常，外壳无变形、破裂、掉漆，显示屏无破碎，晃动无异响。2.3.6. 充电器插拔测试（Charger Test） 测试环境：室温（2025 C）；2台手机。 试验方法：将充电器接上电源，连接手机充电接口，等待手机至充电界面显示正常后，拔除充电插头。在开机不插卡状态下插拔充电3000次。 检验标准：I/O接口无损坏，焊盘无脱落，充电功能正常。无异常手感。2.3.7.笔插拔测试（Stylus Test） 测试环境：室温（2025 C）；2台手机；开机状态；2万次。 检验标准：手机笔输入功能正常，插入拔出结构功能、外壳及笔均正常。2.3.8.触摸屏点击试验 (Point Activation Life Test) 试验条件：触摸屏测试仪（接触垫尖端半径为3.75mm；硬度为40deg的硅树脂橡胶） 试验方法：2台手机；将手机设置为开机状态，点击同一位置250,000次，点击力度为250g；点击速度：2次/秒； 检验标准：不应出现电性能不良现象；表面不应有损伤2.3.9.触摸屏划线试验 (Lineation Life Test) 试验条件：触摸屏测试仪，直径为0.8mm的塑料手写笔或随机附带的手写笔 试验方法：2台手机；将手机设置为关机状态，在同一位置划线至少100,000次，力度为250g，滑行速度：60mm/秒 检验标准：不应出现电性能不良现象；表面不应有损伤2.3.10.电池/电池盖拆装测试（Battery/Battery Cover Test） 测试环境：室温（2025C）；2台手机；将电池/电池盖反复拆装2000次。 检验标准：手机及电池卡扣功能正常无变形，电池触片、电池连接器应无下陷、变形及磨损的现象，外观无异常。2.3.11. SIM Card 拆装测试（SIM Card Test） 测试环境：室温（2025C）；2台手机；SIM卡插上取下反复1000次。 检验标准：SIM卡触片、SIM卡推扭开关正常，手机读卡功能使用正常。2.3.12. 耳机插拔测试（Headset Test） 测试环境：室温；2台手机；开机状态；耳机插入耳机插孔再拔出，3000次。 检验标准：实验后检查耳机插座无焊接故障，耳机插头无损伤，使用耳机通话接收与送话无杂音（通话过程中转动耳机插头），耳机插入手机耳机插孔时不会松动（可以承受得住手机本身的重量）。2.3.13.导线连接强度试验（Cable Pulling Endurance Test） 测试环境：室温（2025 C）； 实验方法：选取靠近耳塞的一段导线，将其两端固定在实验机上，用20N2N的力度持续拉伸6秒，循环100次。 检验标准：导线功能正常，被覆外皮不破裂，变形。2.3.14.导线折弯强度试验（Cable Bending Endurance Test） 测试环境：室温（2025 C）； 实验方法：分别选取靠近耳塞和靠近插头的一段导线，将导线的两端固定在实验机上，做0mm25mm折弯实验3000次。 检验标准：导线功能正常，被覆外皮不破裂，变形。2.3.