手机结构设计指南

手机结构设计指南

手机的结构设计都是有规律可循的，现总结和归纳以往在手机设计方面的经验，重点阐述对于机械结构设计的要求，使设计过程更加规范化、标准化，以利于进一步提高产品质量，设计出客户完全满意的产品。

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 bar

2．折叠式Clamshell

3．滑盖式Slide

4．折叠旋转式Clamshell & Rotary

5．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。

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 ）麦克风（microphone ）

背光灯（LED ）天线（antenna）

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0.8~1.1mm), 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）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。