手机产品设计手册

第1章 绪论

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第1章 绪论

1.1 手机的分类

随着国内通信业的迅猛发展，国内手机行业的竞争也日趋白热化，国内外各手机厂商纷纷推出不同样式、功能的手机。手机按照外形可以统称分为直板机和翻盖机两种（如图1-1和1-2所示），根据手机的特殊功能又可分

为拍照手机、滑盖手机、旋盖手机和具有商务功能的PDA 手机（如图1-3～图1-6所示），由于手机种类过于繁多，这里就不再赘述。

图1-1 直板机

图1-2 翻盖机

图1-3 滑盖机

图1-4 旋盖机

图1-5 拍照手机 图1-6 PDA 手机

1.2手机的主要结构件名称

目前，由于手机的样式繁多，其结构件数量和样式也是越来越多。直板机的主要结构件名称：本体上壳、本体下壳、LCD 镜片、按键、电池等；翻盖机的主要结构件名称：翻盖顶盖、翻盖底盖、本体上壳、本体下壳、按键、侧按键、LCD镜片、标牌、电池等。在后续的章节中将详细列举结构件的中英文名称。

1.3手机结构件的几大种类

根据手机结构件的功用和材料性质可分为以下五类：

胶壳类：例如：翻盖机的翻盖和本体，直板机的本体上下壳等；

按键类：主按键、侧按键、Metal Dome等；

标牌和镜片装饰类：金属标牌、塑料标牌和镜片等；

金属部件类：镁合金射铸件、铝合金冲压件、铰链、屏蔽盖、天线螺母、螺钉、螺母等；

胶贴类：双面胶带、导电泡棉、热反应胶带等。

1.4手机零件命名规则

由于Pro/ENGINEER文件不支持中文名，所有零件均使用英文命名；为减少文件名长度，部分单词使用简写，如：“Microphone“简写为：“Mic”,“front”简写为“fr”,“rear”简写为“rr”,“cosmetic”简写为“cos”；零件名单词与单词之间使用下划线“_”连接，例如：翻盖顶盖翻译为“Flip_Top”，电池盖板翻译为“Battery_cover”，电池壳翻译为“Battery_case”等。

下面以直板机K269和翻盖机K698为例，对照表1-1、表1-2和图1-6、图1-7介绍一下手机零件的中英文名称。

表1-1 K269中英文名称对照表

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图1-7 K269爆炸图

第1章绪论

表1-2 K698中英文名称对照

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图1-8 K698爆炸图

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1.5手机结构设计流程

图1-9 手机结构设计流程图

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第2章手机壳体的设计和制造工艺

第2章手机壳体的设计和制造工艺

2.1前言

目前，手机常用塑胶材料主要有PC、ABS和PC＋ABS三大类。日本手机主要采用PC＋ABS，甚至采用ABS做手机外壳。韩国几家手机制造商最早采用纯PC材料。GE公司原来是不推荐采用PC材料做手机外壳的，而是主张采用PC＋ABS材料。但最近一、二年GE公司也推出适合做手机外壳的PC材料，例如：EXL1414、141R、SP1210R等。近年来，各大手机厂商采用PC材料做手机壳件的比例正在逐渐上升。本章主要介绍手机壳体的材料性能、喷涂工艺、设计要求和3D建模思路等。

2.2手机常用材料

我公司的K100、K100II手机是在国内首次采用纯PC材料的机型。像HIP这样的模具和注塑大公司也是第一次遇到采用这种材料做手机外壳。因此，在模具设计。注塑、喷涂等方面都遇到很大的麻烦。就连世界有名的几家日本涂料厂商也未能解决涂料的附着力问题。最后不得不从韩国直接进口配制好的色漆。

近两年来，无论是在模具设计、注塑技术还是涂料性能方面都有很大的突破，用PC料做手机外壳的比例在不断上升，初步估计，目前在手机上采用PC料的比例已超过50％。

塑料按用途可分为普通级、耐温级、耐冲级、阻燃级、电镀级等。2.2.1PC（学名聚碳酸酯）

PC材料的性能特点：

1.强度高（拉伸强度69MPa、弯曲强度96MPa）；

2.耐高温（长期使用温度130℃）；

3.透明性好、无毒；

4.原料配色及表面涂覆不如ABS。

5.PC应选高流动性牌号。适用于翻盖机和在恶劣环境下使用的手机。

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2.2.2ABS（丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）

ABS材料的性能特点：

1.强度低（拉伸强度43MPa，弯曲强度79MPa）；

2.不耐温（长期使用温度60℃）；

3.流动性、着色及表面喷涂和电镀性能均好。

2.2.3PC＋ABS（PC与ABS的合成材料）

取前面二者之特点，具有优良的成型加工性能，流动性好，强度较高(拉伸强度56MPa，弯曲强度86MPa)。PC＋ABS材料主要用于直板机和一般外观、色彩要求高而对环境无特殊要求的翻盖机。如表2-1所示为目前在手机上所采用的材料代号及其生产厂家。

2.2.4选材要点

2.2.4.1根据结构特点选材：

1.当结构强度较大，壁较厚，结构形状复杂时应首选PC＋ABS；

2.当结构较单薄，强度不足时，应选PC。

2.2.4.2根据外观涂装色彩选材：

鲜艳，多色，对涂装要求严格时，应首选PC＋ABS。

2.2.4.3翻盖机和在恶劣环境（如北方低温，有振动、冲击等）下使用的加

固型手机，应选用PC

2.2.4.4直板机选料：

PC和PC＋ABS均可使用时，应首选PC＋ABS

2.2.4.5选PC时，应选用高流动性的牌号，按顺序优选：

三星1023M，GE EXL1414、GE141R（241R）

2.2.4.6选PC＋ABS时，应按顺序优选：GE C1110HF、C1110、三星HI-

1001BS、HI-1001BN

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第2章手机壳体的设计和制造工艺

表2-1 手机常用塑胶材料牌号及生产厂家

2.3手机壳体的涂装工艺

2.3.1涂料

2.3.1.1底漆和面漆

塑件与金属不同，必须采用低温（一般60℃～80℃）固化的涂料。常用面漆材料有聚氨酯（PU）类和丙烯酸树脂类涂料。当需要涂层表面具有金属光泽时，还要在透明色面漆下面喷涂一层银色底漆。

2.3.1.2UV涂料

为了增加涂层表面耐磨性，通常在外表面再喷涂一层紫外固化的UV涂

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料。UV 涂料的光亮度要求由高光UV和哑光UV的不同比例配制而成。

2.3.2喷涂方法

塑件喷涂工艺分为有手工喷涂和自动喷涂两种：

1.手工喷涂：涂层厚度和质量不易控制。主要用于初期配料试喷和内表面

导电涂料的喷涂。

2.自动喷涂：有多枪（6枪、8枪等）。将其调整不同喷射角度以达到喷涂

表面厚度均匀，也有用机械手进行喷涂的方式。

注意：试喷涂前必须确定基材的代号、颜色及表面粗糙度。

2.3.3涂层厚度

为使涂层颜色光泽、耐磨等方面的质量稳定，必须控制涂层厚度。涂层厚度检测可用涂层测厚仪直接测量。

银色底漆（为表现金属光泽用）较薄，一般3～5μm；

面漆涂层厚度一般为：8～10μm；

UV涂层厚度一般为：8～15μm。

2.3.4颜色及光亮度

可用色差仪和亮度仪检测。这种方法能以数据定量，但准确度较差。通常采用色板，用比较法进行检测。

2.3.5色板签样

设计部门通过颜色代号及色板等方式提出涂料颜色及光亮度要求后，由涂料厂家（或与喷涂厂家配合）配制涂料并在自动喷涂线上进行试喷。经设计部门对试喷样品进行全面检测，合格后进行签样，同时确定涂料代号。如不能达到设计要求时，这一过程会经多次反复后确定。

2.3.6耐磨及抗剥离检测

在“RCA耐磨擦检测仪”上进行纸带耐磨检测；抗剥离强度检测是用百格刀和3M胶带检查涂层脱落的百分比来确定。

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2.3.7 涂料生产厂家

目前，国内外油漆生产厂家很多，他们生产的油漆涂料各有其特点，可根据需要进行选用。常用的厂家有：欧利生、柏林、恒利、武藏、腾昌、创兴行、中华、江山。

2.4 手机壳体的模具加工

2.5 塑胶件加工要求

2.5.1 尺寸，精度及表面粗糙度的要求

2.5.1.1 尺寸、精度要求

尺寸主要是满足使用要求及安装要求，同时要考虑模具的加工制造要求，设备的性能，还要考虑塑料的流动性。加工精度影响因素很多，有模具制造精度、塑料的成分和工艺条件等，因此有必要对公差进行规定。

1. 名义尺寸：通常在手机设计的2D 图中，名义尺寸及公差值标注至小数

点后2位数字。如20.25±0.05mm 。

2. 配作尺寸：对于某些尺寸如胶壳外形尺寸、铰链孔等，在设计上要求较

为严格。这类尺寸要按公差要求去做是难以做到的，应当采用配作的方法来加以实现。例如：为使两件壳体相配断差不大于0.1mm ，就必须对每件分别提出±0.05mm 的公差要求，而这样高的要求往往是达不到的。而采用配作时，既能满足设计要求，其误差值也可放宽到±0.1mm 。

3. 配合尺寸：这类尺寸均应根据配合性质要求标注公差，一般应采用基孔

制标出单向公差。例如：包容尺寸05.0025+mm 、被包容尺寸0

05.025-mm

等。

4. 自由尺寸：这类尺寸的公差值在国标中有严格规定。而实际上这些尺寸

因对公差值无特殊要求，在图中的尺寸上可不标注公差。如必要时，可标注双向公差如±0.20mm 。

2.5.1.2表面粗糙度要求

表面粗糙度：由模具表面的粗糙度决定，故一般模具表面粗糙度比制品的表面粗糙度要高一级。

火花纹粗糙度——按VDI 3400 Ref标准样板规定0～45共有14档，手机外表面一般取VDI 18～21。

手工抛光——如VDI 18仍不能满足胶壳表面光亮要求时，可选择手工抛光。抛光等级从镜面至1000＃、800＃共分12档次。即A1～A12。

内模某些局部表面不用火花加工，而是在磨床或CNC上直接切削加工的。其表面粗糙度一般为0.8μm～1.6μm。

2.5.2脱模斜度的要求

由于塑件在模腔内产生冷却收缩现象，使塑件紧抱模腔中型芯和型腔中的凸出部分，使塑件取出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤，拉模，为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内外表面，设计足够的脱模斜度，一般1°30′～2°30′。一般型芯斜度要比型腔的大。

2.5.3壁厚的要求

根据塑件使用要求（强度，刚度）和制品结构特点及模具成型工艺的要求而定：壁厚太小，强度及刚度不足，塑料填充困难；壁厚太大，增加冷却时间，降低生产率，产生气泡，缩孔等缺陷。因此，要求壁厚尽可能均匀一致，否则由于冷却和固化速度不一样易产生内应力，引起塑件的变形及开裂。

2.5.4加强筋

加强筋在塑料部件上是不可或缺的功能部分，加强筋有效地如『工』字铁般增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，但没有如『工』字铁般出现倒扣难于成型的形状问题，对一些经常受到压力，扭力，弯曲的塑料产品尤其适用。此外，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的支节部分有很大的作用。如图2-1和图2-2所示。

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加强筋设计原则如下：

1.中间加强筋要低于外壁0.5mm以上，使支承面易于平直；

2.应避免或减小塑料的局部聚积；

3.筋的排列要顺着型腔内的流动方向。

图2-1 加强筋缩水情况图2-2 加强筋的基本设计

2.5.5圆角

要求塑件有转角处都要以圆角（圆弧）过渡，因尖角容易应力集中。塑件有圆角有利于塑料的流动充模及塑件的顶出，塑件的外观好，有利于模具的强度及寿命。

2.6手机3D设计

手机3D设计分两个阶段：3D建模阶段和结构设计阶段

2.6.1手机3D建模思路

结合硬件和造型的要求做出手机的3D实体模型，对于塑胶件，如外形设计错误，很可能造成模具报废，所以在设计时要特别小心。外形设计要求产品外观美观、流畅，曲面过渡圆滑、自然，符合人体工学原理。结构工程师在设计过程中同时需要详细考虑各零部件是否可以进行后续的加工，生产的工艺性以及可靠性和成本控制等诸多方面的问题。要作到建好的模型“能够”做出结构，做出的结构“能够”加工、生产出来的要求。

首先，生成产品的总装配图档，在装配图中将一些标准件和已设计好的零件进行装配，比如：电芯，MAIN PCB ASSEMBLY，LCD MODULE等。目的是对排布好装配体中电子器件的相对位置关系，同时为后续的

SKELETON设计做好准备。

其次，在装配图中建立一个SKELETON MODEL－骨架零件模型，它是根据一个装配体内各零件之间的关系而创建的一种特殊的零件模型，或者说它是一个装配体的3D布局。它是自顶向下设计（Top_Down_Design）的一个强有力的工具。

在手机3D设计过程中，SKELETON零件模型主要有以下作用：

1.作为装配体中各零件的装配参照。

2.控制装配体的总体尺寸以及为装配体中的各零件分配空间尺寸。

通过这种功能，我们在设计一个复杂的产品以前，可以先通过骨架零件确定产品的总体尺寸，并且为产品中的各零件分配好空间尺寸，然后再对各零件进行详细的设计，在进行零件的详细设计时，可以将骨架零件中确定的设计意图传递过来。这就是自顶向下设计的概念和方法。

3.作为装配体中元件的设计界面。

例如，直板机的外壳一般是由前、后两个外壳组成，它们都是一个独立的零件模型。在直板机的设计过程中，可以创建一个骨架零件模型，在该骨架中创建一个曲面，作为前、后壳的设计界面。在设计前、后壳时，可以分别拷贝骨架零件模型中的界面曲面，这样既可以减少设计工作量，又能保证前、后壳完好地装配在一起。

SKELETON图档可以导入已设计好的手机3D文件，例如：将使用其他3D造型软件设计的手机3D外观图档转换成IGES格式文件，最后导入SKELETON文件中；也可以由设计者进行独立设计。SKELETON文件最好设计成曲面。

最后，在装配图中进行零件的设计或将已设计好的零件进行装配。

在零件设计期间和完成后，都要进行零件的曲面质量、拔模角度和组件装配干涉的检查。

2.6.2手机结构设计

塑胶件设计时尽可能做到一次成功，对一些无法确定的地方，考虑到修模时给模具加材料难、去材料易的特点，可预先给塑件保留一定的间隙。结构设计完成后需仔细检查装配干涉，塑件各部位厚度，各装配体的配合关系，运动机构关系，并且征询包括造型组、硬件组、模具厂和其他配套厂的意见。

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第

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结构设计的2D 图也应及时提供给供应商，以便与供应商沟通关于公差、材料、模具分模线、水口、顶针位置、表面处理等技术要求方面的问题。

2.6.2.1 Speaker 声腔结构设计

手机壳体内所构成的声腔和泄漏孔对Speaker 音质和音量产生较大的影响，Speaker 声腔的结构设计就显得尤为重要。如图2-1和图2-2所示为两种类型Speaker 的设计结构示意图。

Speaker 声腔结构设计要点：

1. 要用防尘垫把Speaker 与手机壳体密封，使声音不会泄漏到手机壳体

内。

2. Speaker 的发声腔体高度要H ≧0.8mm 。

3. Speaker 的发声孔面积应为喇叭面积的10％～20％。

4. 尽可能用筋将Speaker 围住，决定传出的音量大小。

5. 在Speaker 背面使用海棉垫片压紧，加强Speaker 的密封性。

6. 泄漏孔主要是由SIM 卡、电池盖、手机外接插座等手机无法密封位置的

声泄漏等效而成的，泄漏孔以远离Speaker 为宜，即手机无法密封的位置要尽量远离Speaker ，这样可以使得手机的整机的音质和音量表现较好。

图2-3 二合一的Speaker 结构示意图 图2-4 单面Speaker 结构示意图

2.6.2.2 LCD 与壳体的配合要求

1. LCD 有护框，护框要高于LCD 面0.05mm ，如图2-5所示：

2. LCD 无护框，如图2-6所示：

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图2-5 LCD 有护框的结构示意图 图2-6 LCD 无护框的结构示意图

2.6.2.3 摄像头固定的要求

如图2-7所示，在摄像头顶部用海绵垫圈装配在壳体上，目的是对摄像头进行定位。在具体设计时要根据具体情况将镜头定位在上下壳体之间。

图2-7 摄像头固定的结构示意图

2.6.2.4 螺丝柱的设计

如图2-10所示，当选用Φ2.5mm 的热压螺母时，A 值一般取 3.8～4.0mm ，B 值取2.2mm ，C 值取3.0mm 。

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图2-10 螺丝柱结构示意图

2.6.2.5电池/电池卡扣的设计

1.电池设计时要保证电芯和相连的PCB板的装配空间，尽量保证底壳与厚

电、薄电通用。

2.电池壳的厚度至少0.7mm，电池盖板的壁厚至少0.4 mm。（如使用金属

电池盖板，T=0.2mm）

3.壳体与电池盖板高度方向的配合间隙要留0.15mm。

4.电池的厚度要完全依照电池厂的要求制作，注意区分国产电芯与进口电

芯的区别（国产电芯小一些，变形大一些）。

5.卡扣处注意防止缩水与熔接痕，卡扣处的壁厚要保持0.7mm以上，防止

拆卸的时候塑胶发白、断裂。

2.6.2.6扣位/止口

扣位主要是指上、下壳体卡扣的配合关系。在考虑扣位数量和位置时，应该从产品的整体外形尺寸考虑，要求数量平均、位置均衡，设置在转角处的扣位应尽量靠近转角，确保转角处上、下壳体能更好的配合，从设计上预防转角处容易出现的间隙问题。扣位设计应考虑预留间隙（如图2-11所示）。另外，设计扣位时应考虑侧面抽心有无足够的行程，至少要有6mm 的让位空间。

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图2-11 扣位结构设计示意图

止口指的是上、下壳之间的相嵌配合关系。设计的名义尺寸应留0.05～0.1mm 的间隙，嵌合面应有1.5°～2°的斜度。端部应设倒角或倒圆角以便装配。上、下壳圆角处的止口配合，应增大配合面内侧止口的圆角半径，以增大圆角之间的间隙，预防圆角处的干涉。如图2-12所示。

图2-12 止口结构设计示意图

2.6.2.7 FPC （软板）

FPC 软板宽度一般为4～4.2mm ，采用彩屏时宽度较大，采用黑白屏时宽度可以窄些，FPC 软板厚度变化较大，一般采用铜模时厚度为0.06mm 。在设计壳体时，软板的转动部分不能和壳体内壁接触、摩擦，与壳体的间隙必须控制在0.5mm 以上，圆角取1°～1.2°。软板的设计要点请参照2-7。

2.6.2.8 PCB 的定位要求：

PCB 板定位尽可能用PCB 板对角方向两个定位孔定位，这样可以保证定位准确性；如果在PCB 上没有定位孔，则只能采用螺丝柱定位，但是采用这种定位一定要考虑螺丝柱因热压螺母的装配而使其变形膨胀而引起的尺寸变化问题。同时在螺丝柱上的PCB 高度方面的定位筋需要有足够强度承受压力，以免因其变形而影响按键手感不良等缺陷。