手机设计应注意的一些问题.docx

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手机设计应注意的一些问题

第一节手机的一般形式

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Candybar

2．折叠式Clamshell

3．滑盖式Slide

4．折叠旋转式Clamshell&Rotary

5．直板旋转式Candybar&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8-1-1

对于直板型手机，主要结构部件有：

✧显示屏镜片LCDLENS

✧前壳Fronthousing

✧显示屏支撑架LCDFrame

✧键盘和侧键Keypad/Sidekey

✧按键弹性片Metaldome

✧键盘支架Keypadframe

✧后壳Rearhousing

✧电池Batterypackage

✧电池盖Batterycover

✧螺丝/螺帽screw/nut

✧电池盖按钮Button

✧缓冲垫Cushion

✧双面胶DoubleAdhesiveTape/sticker

✧以及所有对外插头的橡胶堵头Rubbercover等

✧如果有照相机，还会有照相机镜片Cameralens和闪光灯FlashLED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camerasensor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8-1-2

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Rotaryhinge。

目前转轴可以分为两种：

Clickhinge和Freestop，区别及特点会在转轴部分再加以介绍。

图8-1-3一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8-1-3

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8-1-4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camerasensor

✧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HallIC

✧磁铁Magnet

✧屏蔽罩shieldingcase

✧侧按键sideswitch

✧射频连接器RFconnector

✧SIM卡连接器SIMcardholder

✧系统连接器I/Oconnector

✧电池连接器batteryconnector

✧板与板（PCB或者FPCB）连接器B-Bconnector

✧柔性电路板FPC

✧低/零插拔力连接器ZIF/LIFconnector

据功能的要求，有时还会有触摸屏Touchpanel，闪光灯FlashLED，耳机插座AudioJack，存储卡插座SD/MMCcardholder，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。

第二节手机的整体设计

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camerasensor

✧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HallIC

✧磁铁Magnet

✧屏蔽罩shieldingcase

✧侧按键sideswitch

✧射频连接器RFconnector

✧SIM卡连接器SIMcardholder

✧系统连接器I/Oconnector

✧电池连接器batteryconnector

✧板与板（PCB或者FPCB）连接器B-Bconnector

✧柔性电路板FPC

✧低/零插拔力连接器ZIF/LIFconnector

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PCBDESIGNER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0.8~1.1mm）,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0.3~0.4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）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）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）查其分模面是否合理，是否有不利于做模的地方。

d）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（2Dsketch）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3DPro/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。

Ø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；

Ø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；

Ø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；

Ø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；

Ø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MenuManager/Component/Advutils/Merge先选择部件名，然后选择Projectname_master.prt）；

Ø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）。

Ø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Draftangle、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Backup的方式，否则Projectname_master.prt文件不会随之移动，这样.prt文件就不能重生；

在建模初期，一般不可能把所有关系到其它零件的共有特征都在Projectname_master.prt文件中表达出来（特别是Keypad的Curve线），其实是没关系的，照样可以继续进行。

因为在建模的过程中是可以继续在master文件中添加特征的，各零部件只要重新生成一下就行了。

Merge命令与Copy命令的区别：

对于将Projectname_master.prt中的信息拷贝到各个子零部件中的方式，我们认为Merge命令优于Copy命令。

因为Merge命令只要不进行不同文件夹之间的移动，单个子零件通常是不会与Projectname_master.prt失去联系的，只要重新生成，Projectname_master.prt文件中所有的特征都能融到单个的子零件中；但对于Copy命令，当在重新装配的过程中，经常会出现子零件与Projectname_master.prt失去相关关系，子零件会与Projectname_master.prt相互独立。

也就是说在改动Projectname_master.prt零件时，单个的子零件不会随之改动。

而对于Merge命令，在不同文件夹中移动.prt时，就可以用上面提到的Backup的方式来避免。

但是Merge命令中只要改动一点Projectname_master.prt文件，所有的零件都会改动，很可能会产生大的影响，反之Copy命令通常只与Copy的特征有关。

第三节常出现的机构设计方面的问题

1．Vibrator

vibrator安装位置的选择很重要。

其一，要看装在哪儿振动效果最好；其二，最好vibrator附近没有复杂的rib位，因为vibrator在ALT时会有滑动现象，如碰到附近的rib位可能被卡住，致使来电振动失败。

2．吊饰孔

由于吊饰孔处要承受15磅的拉力，所以housing的吊饰孔处的壁厚要保证足够的强度。

3．Simcardslot

由于不同地区的simcard的大小和thickness有别，所以在进行simcardslot的设计时，要保证最大、最厚的simcard能放进去，最薄的simcard能接触良好。

4．Batteryconnector

有两种形式：

针点式和弹簧片式。

前者由于接触面积小，有可能发生瞬间电流不够的现象而导致reset，但占用的面积小。

而后者由于接触面积大，稳定性较好，但占用的面积大。

5．薄弱环节

在droptest时，手机的头部容易开裂。

主要是因为有结合线和结构复杂导致的注塑缺陷。

Fronthousing的batterycoverbutton处也易于开裂，所以事先要通过加rib和倒角来保证强度。

6．和ID的沟通。

机构完成pcb的堆叠后将图发给ID，由于这关系到ID画出来的外形能否容纳所有的内部机构，所以在处理时要很小心。

Pcb上的所有的元件都要取正公差，所包含的元件要齐全，特别是那些比较大的元件；小处也不能忽略，比如sponge和lens的双面背胶等。

7．缩水常发生部位

boss与外壳最好有0.8-1mm的间隙，要避免boss和外壳连在一起而导致缩水。

housing上antenna部分，由于结构需要（要做螺纹），往往会比较厚。

8．前后壳不匹配

９５％情况下，手机的后壳都会大于前壳，所以要提醒模厂，让它在做模时，后壳取较小的收缩率。

这是因为两者的注塑条件不同，后壳需要较大的注塑压力。

9．备用电池

备用电池一般由ME选择。

在SMD时会有空焊和冷焊。

定位备用电池的机构部分如设计得不好，则在droptest时，电池会飞出来。

10．和speaker、buzzer、和MIC相关的housing部分的考虑

其一、透声孔的大小。

ID画出来的孔一般会偏小，而为了声音效果，孔要达到一定的大小。

例如speaker要达到直径1.5以上，声音才出得来。

其二、元件前面和housing的间隙，影响声音效果。

在选用比较好的speaker等时才会考虑这些问题。

用sponge包裹这些元件，形成共振腔，可达到好的声音效果。

第四节经验信息

1．Hinge

Hinge是个标准件。

一般由sales根据市场要求选择。

折叠式手机翻盖的打开和合上功能完全由它实现。

2．Keypad

有三种形式的key：

rubber、pc+rubber、pcfilm。

从rubberkey到pckey，占用的空间越来越小，但本身的价格越来越贵。

当选用不同的key时，要注意不同的key有不同的按压行程。

如rubberkey的行程就要比pc+rubber的大。

所以要根据这安排不同的空间。

另外，pc+rubber之间现一般采用粘接的方式贴合在一起。

Key的位置与Mylardome的凸点的位置要对中，否则会影响触感。

常常在Id画出外形后，由于ID改变了key的中心位置而使得ME需要协调电子方面改变pcb的layout。

Mylardome和keypad之间最好没有预压。

也就是说，Mylardome和keypad之间没有过盈，不按键时，Mylardome的凸点处于放松状态。

设计时要根据vendor的能力，考虑在两者之间留间隙。

fronthousing和keypad之间同样也以无过盈为佳。

keypad高出外形面的距离。

从以下三个方面考虑：

不卡key；大于按键的行程；？

。

Rubberkey不能太高，因为高了之后易因摩擦掉漆。

3．静电

在采用rubberkey的情况下，housing的keyhole一圈一般会长一定高度的rib，该rib隔开每个key，可增强防静电的能力。

4．设计时要考虑设计变更的难易

如前盖和后盖的hook的卡入深度。

一般以0.5-0.8mm为宜，但开始设计时，可将卡入深度设计成0.5mm，以后根据需要修改，比较容易。

5．Keypad的精确定位问题

使用rubberkey是没法精确定位keypad的。

因为rubber　key和前盖的定位pin之间的间隙如果太小（<0.2-0.3mm）,则会发生压下去后不能弹回来的情形。

6．Shieldingcase的开孔问题

重心位置不要打孔，打孔要平衡考虑辐射和散热问题。

7．LCD的黑影问题

sponge由1mm压到0.8mm，不会压迫LCD，致使其产生黑影。

8．LCD保护

与LCD接触的区域不要采用凸起式结构，防止droptest时引起LCD引力集中破例裂。

9．静电问题

外观面应尽量避免孔的存在。

在开孔处尽量增加静电进入的路程。

10．设计时需为以后的改变预留空间

例如，需要在电子元件和housing之间多预留0.2mm间隙，如果以后为了防辐射的需要增加铜片，则不会发生问题。

第五节手机机构设计浅谈

1、卡勾的设计问题

卡勾以前是打通的（如图1），这样导致强度不够，容易破裂，ALT（AccelerateLifeTest）时无法通过，现在改成封闭式（如图2），加上0.3mm的肉厚，这对于强度有相当大的帮助。

图9-3-1改进前的卡勾图9-3-2改进后的卡勾

2、美工线问题

手机上美工线一般有以下两种（图3、图4）：

图3美工线截面图1图4美工线截面图2

图中的

（1）、

（2）尺寸根据客户的需要给出，一般为0.3~0.5mm。

3、表面效果

手机外壳一般会经咬花处理，咬花有深浅之分，如VDI22较浅，VDI27较深，当采用较深咬花时，即使不喷漆，也不会看见结合线，而采用较浅的咬花，不喷漆，就会看见结合线，影响外观。

（现在有一种喷砂处理，可以较好地解决塑胶成型过程留下的结合线等瑕疵）

4、按键的设计问题

手机按键按照材质可以分为以下几种：

（1）橡胶按键；

（2）塑胶按键；（3）Plastic+Rubber按键，如图5，两种材料之间用胶水粘合；（4）外层为PCfilm，内部为橡胶，同样用胶水粘合。

图5Plastic+Rubber按键

采用不同类型的按键会带来不同的手感，相对而言，较硬的材质手感更好，

一、常出现的机构设计方面的问题。

11．Vibrator

vibrator安装位置的选择很重要。

其一，要看装在哪儿振动效果最好；其二，最好vibrator附近没有复杂的rib位，因为vibrator在ALT时会有滑动现象，如碰到附近的rib位可能被卡住，致使来电振动失败。

12．吊饰孔

由于吊饰孔处要承受15磅的拉力，所以housing的吊饰孔处的壁厚要保证足够的强度。

13．Simcardslot

由于不同地区的simcard的大小和thickness有别，所以在进行simca