主板方案的確定

在手機設計公司，通常分為市場部（以下簡稱MKT），外形設計部（以下簡稱ID），結構設計部（以下簡稱MD）。一個手機項目的是從客戶指定的一塊主板開始的，客戶根據市場的需求選擇合適的主板，從方案公司哪里拿到主板的3D圖，再找設計公司設計某種風格的外形和結構。

設計指引的制作

拿到主板的3D圖，ID并不能直接調用，還要MD把主板的3D圖轉成六視圖，并且計算出整機的基本尺寸，這是MD的基本功,我把它作為了公司招人面試的考題,有沒有獨立做過手機一考就知道了,如果答得不對即使簡歷說得再經驗豐富也沒用,其實答案很簡單,答案并不唯一,只要能說明計算的方法就行，還要特別指出ID設計外形時需要注意的問題，這才是一份完整的設計指引。

手機外形的確定

ID拿到設計指引，先會畫草圖進行構思，接下來集中評選方案，確定下兩三款草圖，既要滿足客戶要求的創意，這兩三款草圖之間又要在風格上有所差異，然后上機進行細化，繪制完整的整機效果圖

結構建模

資料的收集

MD開始建模需要ID提供線框,線框是ID根據工藝圖上的輪廓描出的,能夠比較真實的反映ID的設計意圖,輸出的文件可以是DXF和IGS格式,如果是DXF格式,MD要把不同視角的線框在CAD中按六視圖的方位擺好,以便調入UG描線

構思拆件

MD動手之前要先想好手機怎樣拆件,做手機有一個重要的思想,就是手機的殼體中一定要有一件主體,主體的強度是最好的,厚度是最厚的,整機的強度全靠他了,其他散件都是貼付在他身上的,這樣的手機結構才強壯,主板的固定也是依靠在主體上,如果上殼較厚適合做主體,則通常把主板裝在上殼,如果下殼較厚適合做主體,則通常把主板裝在下殼

拆件力求簡捷,過散過繁都會降低手機強度,裝配難度也會增大，拆件方案定了之后,就要考慮各個殼體之間的拔模了,上下殼順出模要3度以上

外觀面的繪制

外觀面是指手機的外輪廓面,好的曲線出好的曲面,描線的時候務必貼近ID的線框,尊重ID的創意是結構工程師基本的修養.同時線條還要盡量光順,曲率變化盡量均勻

初步拆件

這個時候的拆件是為給客戶確認外觀和做外觀手板用的,可以不做抽殼,但外觀可以看到的零件要畫成單獨的,方便外觀手板做不同的表面效果,外觀面上有圓角的地方要導上圓角

建模資料的輸出

MD建模完成后,在工程圖里制作整機六視圖,轉存DXF線框文件反饋給ID調整工藝標注,建完模的六視圖線框可能與當初ID提供給MD的線框有所修改,ID需要做適當的更新,并進一步完成工藝圖,標明各個外觀可視部件的材質和表面工藝,有絲印或鐳雕還要出菲林資料,更新后工藝圖菲林資料,再加上MD的建模3D圖,就可以發出做外觀手板了.

外觀手板的制作和外觀調整

外觀手板的制做有專門的手板廠,制做一款直板手機需要3~4天,外觀板為實心.不可拆,主要用來給客戶確認外觀效果,現在外觀手板的按鍵可以在底部墊窩仔片,配出手感,就象真機一樣.客戶收到后進行評估,給出修改意見,MD負責改善后,就可以開始做內部結構.

結構設計

結構的細化應該先從整體布局入手,我主張先做好結構的整體規劃,即先做好上下殼的止口線,螺絲柱和主扣的結構,做完這三步曲,手機的框架就搭建起來了.再遵循由上到下,由頂及地的順序依此完成細部的結構, 由上到下是指先做完上殼組件,再做下殼組件, 由頂及地

止口線的制作

內部結構開始,先是對上下殼進行抽殼,為了方便裝配,公止口可適當做拔模斜度或導C角.

螺絲柱的結構

螺絲柱是決定整機強度的關鍵,通常主板上會預留六個螺絲柱的孔位,別浪費,盡可能地都利用起來.螺絲柱還有一個重要的作用就是固定主板,螺絲柱的側面還要做加強筋夾住主板,這樣的結構才牢靠.

主扣的布局

上殼裝飾五金片的固定結構

屏的固定結構

屏就好象手機的臉,要好好保護起來,砌圍墻?對了,就是要利用上殼長一圈圍骨上來

聽筒的固定結構

聽筒是手機的發聲裝置,一般在屏的頂部,除了需要定位以外,還需要有良好密封音腔,結構上利用上殼起一圈圍骨圍住聽筒外側,和屏的圍骨類似,但聽筒的圍骨不必撐到主板,包住聽筒厚度的2/3就足夠了.然后上殼再起一圈圍骨圍住聽筒的出音孔,圍骨壓緊聽筒正面自帶的泡棉,圍成一個相對封閉的音腔,最后在上殼上開出出音孔就行了,上殼出音孔的范圍應該是在聽筒的出音孔的范圍以內.

前攝像頭的固定結構

前攝像頭位于主板的正面,采用PFC,連接器與主板連接.攝像頭的定位也是靠上殼起一圈圍骨包住攝像頭來定位的.攝像頭就象手機的眼睛,為保證良好的拍攝效果,攝像頭正面的鏡頭部分需要有良好的密封結構,防止灰塵或異物進入遮擋了視線,我們借助于泡棉將鏡頭與機殼的內部分隔開來,外側則加蓋一個透明的鏡片,為保證良好的透光性能和耐磨性能,攝像頭鏡片采用玻璃材質,底部絲印,絲印的目的是為了遮住鏡片與殼體之間的雙面膠紙

省電模式鏡片的固定結構

省電模式鏡片用得比較少,有些手機上有省電模式的設置,需要在手機殼上開一個天窗,讓里面的感光ID感應到外界的亮度,這就需要在機殼上開孔并加蓋鏡片,鏡片可以用PC片材切割直接貼在機殼外面,也可以做成一注塑成型的導光柱在機殼內側燙膠固定.

MIC的固定結構

MIC位于手機的底部,就想手機的耳朵一樣,是把外界聲音轉換成電信號的元件,因此要讓外界的聲音毫無阻礙的傳遞給MIC,同時又要防止機殼內部腔體的聲音影響到MIC,結構上起圍骨是少不了的了,同時MIC本身要被膠套包裹,只在正前方露一小孔感應聲音,正前方還必須與殼體良好的貼合,殼體上的導音孔一般開1.0mm的圓孔，MIC與主板的連接方式可以是焊線,焊FPC或者穿焊在主板上.

主按鍵的結構設計

手機主按鍵按厚度分可以分為超薄按鍵和常規按鍵,以前做翻蓋機,滑蓋機的時候因為厚度限制,按鍵厚度空間連2mm都不到,直接采用片材加硅膠的結構,片材可以是薄鋼片或PC片,為了保證按鍵之間不連動,片材上不同的功能鍵之間會用通孔分隔開來(如V3手機的主按鍵就是這樣做的),硅膠的作用是為了得到良好的按鍵手感.

現在市場上以直板機居多,我就以P+R按鍵為例講一下主按鍵的結構設計,把直板機的結構設計工作量分為100份,我認為按鍵組件的結構設計就占了30%,上殼組件占30%,下殼組件占40%,可見按鍵的重要性.P+R按鍵包括鍵帽組件,支架和硅膠三部分,也有的按鍵在鍵帽組件和支架之間加多了一張遮光紙防止按鍵之間透光。

支架材料則根據按鍵厚度來定,可以用PC或ABS注塑成型,厚度在0.8-2.0mm;也可以用PC片材直接沖裁, 厚度為0.5,0.6或0.7mm;按鍵厚度不夠時,支架材料用0.15mm厚的不銹鋼片,但考慮到ESD(靜電測試)時鋼片對主板的影響,我們需要在鋼片兩側彎折出一段懸臂,和DOME片上的接地網導通,或者和按鍵PCB上的接地銅箔導通, 硅膠片厚0.3mm,正面長凸臺和鍵帽粘膠水配合.背面伸DOME柱和窩仔片配合。

側按鍵的結構設計

側按鍵位于手機的左右側面或者頂側面,功能通常為音量鍵,拍攝鍵,開機鍵或者鎖定鍵等,結構較主按鍵簡單,主板上做側按鍵的位置通常會采用穿焊的方式固定幾個側向觸壓的機械按鍵,一個機械按鍵對應一個功能.機械式側按鍵優點是結構簡單,手感好.也有做FPC按鍵的,在主板上預留焊盤位置,采用面焊的方式固定一個FPC按鍵板,FPC按鍵板彎折后朝著側面,按鍵板上的窩仔片可以感應觸壓.FPC式側按鍵優點是主板不變的情況下側按鍵的中心位置可以根據需要稍作調整。

側按鍵部分的結構設計通常采用P+R形式,和主按鍵相比較側按鍵不用做按鍵支架,硅膠部分不可少有助于改善手感不至于偏硬,鍵帽多帶有裙邊防止掉出,鍵帽表面處理可以是原色,噴油或者電鍍,由于沒有LED燈,側按鍵不要求透光,也很少做水晶鍵帽,功能字符一般采用凹刻的方式做在鍵帽上。

側按鍵的固定是在側按鍵的側面伸一個耳朵出來,然后用殼體伸骨夾住,這主要是在整機的裝配過程中防止按鍵松脫,一旦合殼之后,側按鍵的夾持部分就基本不起什么作用了,夾持部分的配合間隙為零。

USB膠塞的結構設計

USB膠塞是用來保護USB連接器的蓋子,為方便開合,通常采用較軟的TPE或者TPU材料,USB膠塞的結構分為本體,摳手位,舌頭,定位柱四個部分,顏色為黑色或者采用與殼體接近的顏色,USB的功能字符凹刻在本體上,摳手位可以是伸出式或者挖一塊做成內凹式.舌頭部分是USB膠塞伸入USB連接器防止松脫的膠骨,定位柱是USB膠塞固定在殼體上的倒扣,可以做成外插式或者直壓式(直接卡在殼體之間).

手機上類似的結構還有T-FLASH卡或者SD卡的膠塞,長一點的膠塞還可以做成P+R結構,即本體,摳手部分用硬膠材質,而里面的插合,固定部分用軟膠材質,硬膠材質和軟膠材質之間用膠水粘合在一起。

螺絲孔膠塞的結構設計

手機表面外露的螺絲帽會影響外觀,必須用螺絲孔膠塞遮住.電池蓋內的螺絲帽可以不做遮蔽.螺絲孔膠塞的結構比較簡單,模具可以和USB膠塞放在同一套模里,由模廠制做,螺絲孔膠塞近似于圓柱形,為方便易取,可以掏空內部,螺絲孔膠塞外部的曲面需與殼體輪廓面保持一致,直徑盡量做小(比螺絲帽直徑大1.0mm即可),如果左右兩個螺絲孔膠塞外部的曲面不一樣,不能互換,則必須在螺絲孔膠塞的圓柱面上做防呆的凹槽加以區分。

螺絲孔膠塞根據結構的需要可以和螺絲不同軸心做成偏心的,只要能夠遮蓋住螺絲帽就行。

因為整機拆解必須用到螺絲,所以為了驗證手機沒有被私自拆開過,有些制造商會在電池蓋內的螺絲孔頂上挖一塊平臺出來加貼一張易碎紙,如果要松掉螺絲孔內的螺絲,就必須破壞掉易碎紙.貼易碎紙的平臺必須根據易碎紙的尺寸來設計,平臺形狀比易碎紙略大,位置比殼體低下去一級,防止手指無意中觸及到易碎紙。

喇叭的固定結構

手機的音量是強有力的賣點,這對喇叭音腔提出了更高的要求.除了要求方案公司把喇叭本身的出音調到最佳狀態之外,喇叭的音腔結構還需注意幾點:

a. 喇叭的前音腔必須做到封閉.喇叭與殼體直接配合的,喇叭與殼體之間必須加貼環狀泡棉封閉,喇叭側面必須用殼體長環狀圍骨包圍起來,單邊間隙留0.1mm.

b. 喇叭的前音腔高度應大于1.5mm.喇叭的音腔高度是指喇叭的正面到殼體內壁的垂直距離,為了確保足夠的喇叭音腔高度,甚至可以把殼體音腔內側膠厚掏薄至0.6mm.

c. 出音孔面積必需達到喇叭出音面積的15%,出音孔面積是出音孔的總面積之和。

d. 出音孔的結構最簡潔的做法是直接在殼體上開孔,可以是圓孔陣列,也可以是一組長條形的孔.

e.喇叭的后聲腔主要影響鈴聲的低頻部分，對高頻部分影響則較小,可以不做要求。

下殼攝像頭的固定結構

下殼攝像頭的固定結構和上殼攝像頭固定結構類似,都采用PFC或連接器與主板連接,定位都需要圍骨,密封都需要泡棉和鏡片,但區別在于下殼攝像頭的定位借助于天線支架, 天線支架圍住下殼攝像頭的四周和底部以固定攝像頭. 為了保證下殼攝像頭中心與下殼的拍攝孔中心不發生偏位,下殼定位圍骨還是要的. 下殼攝像頭鏡片也是裝完整機后吹干凈鏡塵,最后才裝。

下殼裝飾件的結構設計

下殼裝飾件可以是塑膠,IML件,五金片等.

塑膠裝飾件表面可以做電鑄效果,優點是金屬感強，檔次高，耐磨性好,塑膠裝飾件直接燙膠或扣在殼體上,厚度0.9~1.0mm, IML件就是將一個已經有絲印圖案的FILM放在塑膠模具里進行注塑

不銹鋼裝飾件厚度0.2~0.3mm，硬度較鋁片裝飾件高，以前的顏色單一，但隨著技術的發展現在顏色已逐漸豐富起來。不銹鋼裝飾件的其它表面處理效果主要有拉絲、高光（機械拋光）、麻面（噴砂）、亞光等。

電池箱的結構設計

電池是手機儲藏能量的地方,要求電池易裝入,接觸良好,翻轉不跌出,易取, 電池箱的結構必須滿足這些要求：

a. 電池箱的基本料厚為1.0mm, 電池箱底部盡量封閉,有元件避開元件,沒有元件盡量用膠殼遮住,避免露出大片的PCB。

b. 間隙,取放方向的單邊間隙為0.2mm,拔模3~5度, 非取放方向的單邊間隙為0.1mm,拔模1~2度. 電池箱底部與電池間隙為0.1mm. 電池箱底部膠殼掏膠與貼片元件間隙留0.2mm, 電池箱底部膠殼掏膠與SIM卡連接器間隙留0.5mm。

c. 電池取放方向的兩頭需要做扣與電池配合,防止松脫, 扣合量的多少可以根據模擬電池取放時的轉動來評估.摳手位要留出比指甲略寬的凹坑,方便手指摳出電池。

d. 電池箱體要保護電池連接器,即電池放入電池箱后只可以接觸到電池連接器的彈片,而不許接觸到電池連接器的本體,以免跌落測試時沖擊到電池連接器造成損壞。

馬達的結構設計

馬達是手機上產生微弱機械震動的電子元件,當用戶設置靜音時,通過馬達的震動可以使用戶感應到來電, 馬達形狀分為柱狀和扁平狀,連接方式主要有焊線式,彈片式,也有SMT式和插接式。

手寫筆的結構設計

手寫筆只在帶觸摸屏的手機上才用到,一般固定在下殼上,使用時拔出, 手寫筆分為筆帽,筆管和筆尖, 筆帽上要做筆掛, 筆掛上做帶摳手的撥點,方便抽筆出來,筆管為空心不銹鋼管或銅管,可以跟據需要做成一段的或多段加長的. 筆尖帶一圈凹槽,插入下殼后靠凹槽定位。

電池蓋的結構設計

電池, SIM卡和T-FLASH卡要設計成可以更換的,把它們藏在下殼的電池箱里,再設計一個可以方便開合電池蓋把它們保護起來, 電池蓋的材質可以是塑膠件的,表面可以加貼裝飾件如鏡片或五金片等,也可以用不銹鋼片材折彎成型, 電池蓋的結構包括摳手位,插扣,側扣,撥點, 摳手位是取電池蓋時施力的地方, 插扣,側扣,是電池蓋插入下殼時咬合的結構, 撥點則是電池蓋插入下殼后防止退出的鎖定結構。

穿繩孔的結構設計

穿繩孔是手機上用來固定吊繩的結構,輕巧的手機可以穿一根掛繩掛在胸前,但現在隨著手機表面五金裝飾件的增多,和超長待機導致的電池體積增加,都使得手機本身的重量逐漸加大,也有客戶不再要求做掛繩孔了.反正我是不建議大家把手機掛在胸前,除了這邊的治安環境不允許外,手機電池的不安全性也逐漸為越來越多的人群所擔憂,還是揣兜里吧!

穿繩孔的結構一般做在下殼,利用天線支架的空檔處見逢插針,行位是少不了的,還要保證套住掛繩的骨位有足夠的強度。

報價圖的資料整理

做到這里,手機的結構設計暫時告一段落,先做一件重要的事情—給客戶提供塑膠模具報價圖,塑膠模具的制做需要18天左右的時間,這是整個手機項目的重中之重,在這之前,客戶選定模廠需要幾天時間,先把初步完成的結構圖交給客戶去洽供應商,可以為整個項目的進程縮短時間,利用客戶洽供應商的幾天里,我們可以對產品進行優化,評審和修改,等客戶選定供應商,我們的結構設計也完成了,正好和模具供應商進入模具評審階段。

結構設計優化

好了,現在我們可以靜下心來對自己的結構設計進行優化了,設計方案要變成產品,有很多問題需要我們思考和預防的,如表面五金件是否需要接地;主板與殼體之間怎樣配合;殼體怎樣增加強度;殼體怎樣改善方便模具制做等等。

結構評審

每個結構工程師做出來的設計,總有自己發現不了的問題,需要別的工程師再把把關,所處的位置不同,觀察的角度不一樣,得出的判斷也會有差異,有錯就改,有疑問就拿出來大家討論,可以使圖紙的水平更上一個臺階. 評審時先由另一個結構設計工程師對圖紙進行初審, 初審耗時約半天到一天,需要對圖紙依次從外觀,方案評估,上殼組件,下殼組件,表面工藝,模具可行性,到生產裝配的順序逐一進行全面檢查,并將問題點記錄下來.然后進入第二階段—集體評審, 集體評審是結構部全員和相關ID設計師共同參與的會議,將初審的問題列出來,大家發表意見,統一認識,既保證了發出的圖紙能夠代表本公司的最高水準,也為結構設計工程師提供了一個學習提高的機會,在深圳,越是大的設計公司,越重視集體評審的作用。

結構手板的驗證

前面的結構做得再好,還只是紙上談兵,結構設計的需要借助于實物進行驗證, 結構手板就起到了驗證結構的作用, 做結構手板的資料包括ID工藝標注,BOM和3D圖檔(當然還是要轉成STP格式),結構手板的制做需要約4天,外觀和尺寸都要求和圖紙一致,這樣比較貼近最終的樣機,拿到結構手板配上主板和電池,這就是一部真的手機了,別高興得太早,仔細地檢查零件尺寸,看看整機的裝配有沒問題,還有沒有什么改善可以讓生產更方便快捷,現在細心點將來模具就順利點。

模具檢討

結構手板的制做不是需要4天嗎,這段時間我們可以把ID工藝標注,BOM和3D圖紙資料發給客戶,方案公司和選定的模廠進行評審,這個評審一般需要1`2天,客戶如果有自己的技術力量可以再把把關, 方案公司可以對天線信號接受可能發生的問題進行評估, 模廠則會對模具制做可能發生的問題提出一些改善意見,并將改善意見反饋給設計公司.必要時, 客戶會同設計公司和模廠一起開會討論模廠的改善意見,開模需要注意的問題都可以提出來, 設計公司和模廠有爭議的問題由客戶做出最終決定,討論結果一式三份交客戶,設計公司和模廠分別保存留底, 設計公司根據討論結果更新圖紙,發出正式的開模圖, 開模圖包括最終的ID工藝標注,BOM和3D圖紙。

投模期間的項目跟進

塑膠件開模需要18天左右,是不是這段時間就沒事做了呢?當然不是的,手機的供應商除了塑膠件外,還有按鍵，五金，鏡片，鎳片，電池，手寫筆，輔料等,只要這款手機上用到的,一樣也不能少.

試模及改模

還是以塑膠件為例進行說明, 試模及改模是供應商完成模具制做后進行的塑膠件試做和模具修整,以滿足設計要求.客戶在試模前會追齊其他配件的樣品, 試模時會同結構設計工程師一起去模廠, 結構設計工程師對所有配件進行單品檢查和實裝檢查, 單品檢查包括外觀缺陷檢查和尺寸檢查, 實裝檢查則是把所有配件按照生產實際的裝配順序進行實裝,找出問題.所有問題依次為列出來,和模廠進行協調,確定改善方案,改善時間和改善的責任人, 設計公司和模廠有有爭議的問題由客戶做出最終決定,討論結果簽字復印后一式三份交客戶,設計公司和模廠分別保存留底, 設計公司根據討論結果更新改模圖紙,發出正式的改模圖, 改模圖包括改模部分的詳細文字說明,需要改模零件的3D圖紙. 3D圖紙上要求改模的部分需用紅色標識出來. 改模問題點事無巨細,不得遺漏。

試產

經過改善后的樣品還要重復試模的程序進行檢驗,不過這次試模上,下殼等外觀配件可以做上表面處理(如ID工藝圖上有標明表面噴油,過UV,氧化,拉絲,絲印,電鍍,鐳雕的)再進行實裝,如果實裝確認無誤后,就可以按排試產了.

量產

經過多次的論證,修改,檢驗,修改, 結構設計工程師辛勞的成果就快要出來了,所有的問題在量產前都已經解決了,如果沒有什么問題, 量產的過程可以不需要結構設計工程師的參與, 按照現在的市場行情

總結

以上是生活随笔為你收集整理的UG模具设计结构的设计过程！的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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