2024年1月9日发(作者：范元忠)

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。

- 1 -

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。

- 2 -

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。

- 3 -

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）

- 4 -

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 (SIM card holder )

系统连接器 (I/O connector) 电池连接器( battery connector )

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 ）

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。

二. 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。

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

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 (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） 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 （SIM card holder）

系统连接器 I/O connector 电池连接器 （battery connector）

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，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

- 5 -

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。

- 6 -

c) 要检查其分模面是否合理，是否有不利于做模的地方。

d) 有分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(2D sketch)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3D Pro/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。

首先建一个.prt文件，命名为Projectname_，在该文件中先建几个主要的（Datum/Axis），比如说分型基准面，PCB装配基准面，旋转轴线等； 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；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； 建一个总装配文件（Assembly文件），命名为Projectname_ 。在总装配文件中首先采用默认装配(Default)装配上Projectname_文件；其次建上所需要的各个部件（如，，LCD_等），都以默认的方式装配进总装配文件； 在总装配图中分别激活单个部件，把Projectname_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Menu Manager/Component/Adv

utils/Merge先选择部件名，然后选择Projectname_）； 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)。 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_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Draft angle、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_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_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Back up的方式，否则Projectname_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_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：

- 7 -

对于将Projectname_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_失去联系的，只要重新生成，Projectname_文件中所有的特征都能融到单个的子零件z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_失去相关关系，子零件会与Projectname_相互独立。也就是说在改动Projectname_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Back up的方式来避免。但是Merge命令中只要改动一点Projectname_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。

3D建模完成后，下一步就可以进入手机的内部结构设计。

三、结构设计（Detail design）

PID完成后就可以开始具体的结构设计了，结构设计之初需要考虑清楚：

各零部件之间的装配，定位和固定；

各零部件的材料，工艺；

各零部件的强度，加工限制；

本节按照上述三点对手机中常见结构件的设计作简单介绍。

一．塑料壳体（Housing）

手机中壳体的作用：是整个手机的支承骨架；对电子元器件定位及固定；承载其他所有非壳体零部件并限位。壳体通常由工程塑料注塑成型。

1．壳体常用材料（Material）

ABS：高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件（不直接受到冲击，不承受可靠性测试中结构耐久性测试的部件），如手机内部的支撑架(Keypad frame，LCD frame)等。还有就是普遍用在要电镀的部件上（如按钮，侧键，导航键，电镀装饰件等）。目前常用奇美PA-727，PA757等。PC+ABS：流动性好，强度不错，价格适中。适用于绝大多数的手机外壳，只要结构设计比较优化，强度是有保障的。较常用 GE CYCOLOY

C1200HF。 PC：高强度，贵，流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳（如翻盖手机中与转轴配合的两个壳体，不带标准滑轨模块的滑盖机中有滑轨和滑道的两个壳体等，目前指定必须用PC材料）。较常用GE LEXAN EXL1414和Samsung HF1023IM。

在材料的应用上需要注意以下两点： 避免一味减少强度风险，什么部件都用PC料而导致成型困难和成本增加；在对强度没有完全把握的情况下，模具评审Tooling Review时，应该明确告诉模具供应商，可能会先用PC+ABS生产T1的产品，但不排除当强度不够时 后续会改用PC料的可能性。这样模具供应商会在模具的设计上考虑好收缩率及特殊部位的拔模角。 通常外壳都是由上、下壳组成，理论上上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素的影响，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面壳）。可接受的面刮<0.15mm,可接受底刮<0.1mm。在无法保证零段差时，尽量使产品的面壳大于底壳。一般来说，面壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大，一般选0.5%。底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选0.4%，即面壳缩水率一般比底壳大0.1%。即便

- 8 -

是两件壳体选用相同的材料，也要提醒模具供应商在做模时，后壳取较小的收缩率。

2．壳体厚度(Wall Thickness)

壳体设计的第一个步骤是抽壳（Shell），首先要确定壳体的基本壁厚。壳体的壁厚对部件的很多关键特性的影响至关重要，包括结构强度，外观，成型及成本。设计阶段优化的壳体厚度可以降低后续可靠性测试的风险，修模的成本以及成型的困难。简单地讲，对于平板状截面(Flat wall section)，每增加10%的壁厚，部件的刚性会增加33%左右；对于一个简单的塑料面，厚度增加25%可以使壳体的刚度增加一倍。但增加厚度会对手机的外观，部件的成型时间，成本及整个手机的重量带来负面的影响。

壳体厚度的设计上要注意以下几点：

壁厚要均匀，厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内（低缩水率材料<0.5%），可以避免明显的翘曲，填充及外观缺陷等问题。 对于直板机，在厚度方向上壳体的厚度尽量在1.1-1.2mm，侧面厚度1.5-1.7mm。镜片支承面厚度0.8mm，整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm，且该处背面不是A级外观面，并且面积不得大于100mm2。 对于折叠机和滑盖机，在厚度方向上壳体的厚度1mm，侧面厚度1.2mm。外镜片支承面厚度0.8mm，内镜片支承面厚度最小0.7mm，转轴处壁厚1.1-1.2mm，滑轨滑道面1.0mm, 整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm，且该处背面不是A级外观面，并且该处面积不得大于100mm2。

电池盖Battery cover折叠机和滑盖机壁厚取0.9-1.0mm，直板机取1.0mm。

3．螺丝柱（Boss）

抽壳之后就要确定好壳体之间如何固定，通常我们采取螺丝加卡扣的方式来固定两个壳体。螺丝柱通常用于装配螺丝（Screw）或螺丝嵌件（Insert/Nut），螺丝柱通常还起着对PCB板的定位作用。对于直板机，建议用4-6颗螺丝。对于折叠机和滑盖机的主机部分尽量用4颗螺丝，翻盖和滑盖部分也尽量用螺丝来固定，且不要少于2颗。如果是2颗，要尽量靠近转轴。

在螺丝柱的设计上需要注意以下几点：

为了避免螺丝柱背面的表面缩水，螺丝柱壁厚（Boss-wall thickness）与壳体壁厚的关系应该保持和加强筋厚度（Rib thickness）与壳体壁厚的关系（见下面关于加强筋的介绍）。

如果螺丝柱壁厚相对于壳体壁厚的比例关系超过了推荐的比例，可以考虑在其根部设计一圈凹坑来减少缩水的可能。见图5-1。 在螺丝柱底部加倒圆角可以减少应力集中和潜在的破裂危险，但过大的倒圆角会导致缩水。对于手机壳体，0.2-0.4mm的倒圆角会增强螺丝柱的强度而不会造成螺柱背面的表面缩水。 用于Insert/Nut热压的螺丝柱的设计基本原则：其外径应该是Insert/Nut外径的1.5倍。但是我们在手机的设计上往往会按照经验值来取偏小的值。图5-2中M1.4X0.3的Insert/Nut外径为2.5mm，设计中螺丝柱的外径设计为3.70mm。但实际取3.90mm会更加可靠（单边壁厚0.70mm）。

- 9 -

Insert/Nut热熔在螺柱里后要能承受的扭力和15Kg的拉力。

图5-3中所示的Insert/Nut与螺丝柱尺寸关系为：Md—螺丝螺径；A=Md+0.2；B=2xMd+0.2；C=B+0.4；E>=0.8mm；F尺寸很关键，是必须在装配图中明确标出的Insert/Nut热熔后与基准面的距离，且每次新送样都要检验。H=螺柱外径+0.20mm。下壳螺柱底面与Insert/Nut面的距离为0.05mm；下壳螺柱外圈顶住PCB板处与PCB板的距离为0.05mm。

用于自攻螺丝的螺丝柱的设计原则是：其外径应该是Screw外径的2.0-2.4倍。图5-4

- 10 -

为M1.6x0.35的自攻螺丝与螺柱的尺寸关系。设计中可以取：螺柱外径=2x螺丝外径；螺柱内径(ABS,ABS+PC)=螺丝外径-0.40mm；螺柱内径(PC)=螺丝外径-0.30mm或0.35mm（可以先按0.30mm来设计，待测试通不过再修模加胶）；两壳体螺柱面之间距离取0.05mm。

表5-1列出了常用自攻螺丝装配及测试（10次）时所要用的扭力值。

自攻螺丝规格 标准扭力()

M1.4x0.3 0.90

M1.6x0.35 1.30

M1.8x0.35 2.00

M2.0x0.40 2.75

表5-1

4．止口（Lip）

止口的作用：

手机壳体内部空间与外界的导通不会很直接，能有效地阻隔灰尘/静电等的进入；上下壳体的定位及限位；壳体止口的设计需要注意的地方：嵌合面应有0.5~1°的拔模斜度，端部设倒角或圆角以利装入。上壳与下壳圆角的止口配合，应使配合内角的R角偏大，以增大圆角之间的间隙，预防圆角处的干涉。 止口设计要如图5-5将侧壁强（即图中上面的一个壳）的一端的止口放在里边以抵抗外力。 图5-5止口的设计，位于外边的止口的凸边厚度按0.6-0.8mm（至少大于壳体侧壁壁厚的一半）；位于里边的止口的凸边厚度按从大于0.50mm到壳体侧壁壁厚的一半来设计；B1=0.10mm；B2=0.20mm。

5．卡扣（Snap）

设计完止口就该配合。在考虑扣位数量位置时，应从产品的总体外形尺寸考虑，要求数量平均，位置均衡，设在转角处的扣位应尽量靠近转角，确保转角处能更好的嵌合，从设计上预防转角处容易出现的离缝问题。卡扣设计需要注意的地方：直板机如果用4颗螺个卡扣（每个卡扣的长度不要超过7mm，如果只能设计一个，卡扣的长度应该是10-12m）；顶部设计2个卡扣（长度4mm左右），如果受元器件摆放位置的限制，如卡扣的内斜销运

- 11 -

动过程中与Speaker/Receiver/Motor/Camera等元器件的定位/音腔发生干涉，顶部可以只设计1个卡扣（长度6mm左右）。直板机如果用6颗壳体上左右两边每两个螺柱之间要设计1个卡扣。其余与上相同。折叠机/滑盖机如果用那么在壳体上左右两边两螺柱之间要各设计1个卡扣（每个卡扣的长度应该在6-8mm之间，）；顶部设计2个卡扣（长度4mm左右），如果受元器件摆放位置的限制，如卡扣的内斜销运动过程中与Speaker/Receiver/Motor/Camera等元器件的定位/音腔发生干涉，顶部可以只设计1个卡扣（长度6mm左右）。卡扣处注意防止缩水与熔接痕（Melt Line）朝壳体内部方向的卡扣，斜销运动空间留4mm；注意周边不要设计其他特征。卡扣细部设计按照图5-6来设计A2=0.10mm；A3=0.05mm；A4=0.10mm；A5>=0.70mm；AA=0.40-0.55mm（视卡扣周边情况及壳体侧壁厚度，侧壁厚度大于1.5mm时AA取0.4mm；小于1.2mm时取0.55mm；没有把握时先按小设计，待验证后再加胶）。

6．加强筋（Rib）

上述螺柱、止口及卡扣的作用都是用于装配及配合的。强的特征了，所有配合特征设计好了之后，就可以开始设计补强的特征了。加强筋是一种经济实用的加强壳体强度（Strength）和刚度（Stiffness）的特征，加强筋还起到对装配中元器件定位的作用；对相互配合的部件起对齐的作用；对结构起止位和导向的作用。图5-7表示达到2倍的刚性，通过设计加强筋仅需增加7%的材料，而通过加厚壁厚，却需要增加25%的材料。

- 12 -

图5-7

加强筋的设计涉及到厚度（Thickness），高度（Height），位置（Location），数量（Quantity），成型（Moldability）等五个方面。厚度（Rib Thickness）很关键，太厚会引起对面的表面上有缩水（Sink）和外观（Cosmetic）等问题。

加强筋的设计要注意以下事项

表5-2为常用材料加强筋厚度设计通用参考（加强筋厚度=壳体壁厚的%），图5-8为加强筋设计时几个主要尺寸之间的关系。

壁厚<=1.5mm的薄壁零件允许加强筋的厚度比上表略厚一点，但应小于壳体壁厚的75%；

壁厚<=1.0mm的薄壁零件允许加强筋的厚度与壳体壁厚相同；

高光面应采用薄的加强筋；

可以用几个矮的加强筋来代替一个高的加强筋，主要尺寸见图5-9；

- 13 -

较多的加强筋会增强部件的强度和防止破裂，但实际上也可能会降低部件吸收冲击的能力。根据模具上加筋比去筋容易的原则，对加强筋的应用应本着需要的原则来设计；加强筋的布置方向最好与熔料充填方向一致。

7．角撑（Gusset）

通常我们还会设计一些角撑来加强螺柱、壳体折弯等部分。设计角撑的原则和加强筋是一样的，但要注意方形的角撑在尖角处容易形成气泡，图5-10告诉我们如何来设计角撑。

- 14 -

8．圆角（Radius）

太小的圆角或没有圆角会导致应力集中，相反，太大的圆角会导致壳体表面缩水。图5-11所示为圆角和壳体壁厚的比例R/h与应力集中之间的对应关系。圆角与壳体壁厚的比例R/h为0.15时，补强效果（对于小的或中度冲击）和外观质量可以得到一个比较好的折衷。

9．拔模角度（Draft）

由于塑料壳体的成型特性，我们要对所设计的塑料件加上拔模特征（这项工作尽量在所有特征都建完之后再做），见图5-12。设计拔模特征时注意：

要对所有平行于模具上钢铁分开（Steel separation）的方向的面进行拔模；

外壳面拔模角度大于2.5度；

除外壳面外，壳体其余特征的拔模角度以1度为标准拔模角度。特别的也可以按照下面原则来取；

低于3mm高的加强筋拔模角度取0.5度，3mm-5mm取1度，其余取1.5度；

低于3mm高的腔体拔模角度取0.5度，3mm-5mm取1度，其余取1.5度；

表面要咬花的面拔模角度：1度+H/0.0254度（H=咬花总深度）

10．底切（Undercut）

在设计塑料壳体时，会遇到需要有意底切的情况，如图5-13。当材料为ABS，PC+ABS或PC时，

底切Undercut不要大于2%。[%Undercut=(D-d)/D%]

11．超声波焊接（Ultrasonic welding）

- 15 -

超声波焊接是一种快捷，干净，有效的装配工艺，目前被运用于热塑性塑料制品之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结及其它非塑胶材料之间的粘结。 它取代了溶剂粘胶及其它的粘接工艺，是一种先进的装配技术。 超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果。超声波焊接在手机壳体的设计中主要用于： Lens与前壳的装配（从内往外装）；电池底壳和面壳的焊接（牢固密封，防潮防水）；其他两件壳体之间的连接；超声波焊接是采用低振幅，高频率振动能量使表面和分子摩擦产生热量，塑料熔化而使相连热塑性制件被焊接在一起。超声波焊接设计有两点很重要：能量带的设计和溢胶槽的设计。图5-14所示为典型的超声焊接能量带的尺寸，适用于壳体壁厚在1mm以下的情况。我们规定能量带的宽度为0.30-0.40mm（即图中的0.25W）；高度也是0.30mm-0.40mm；夹角由宽度和高度确定。

图5-15所示为能防止溢胶的Z形能量带设计，这种设计能帮助两个零件定位，在使用时耐拉伸，提高了耐剪切性能，并能消除外部溢料。但这种设计对壁厚的要求在1.2mm以上，外边肩膀部分的宽度和高度以能成型为基准，应大于0.40mm。三角形的能量带尺寸按照图5-14的要求来设计。X方向的滑动间隙取0.05mm；两件之间在厚度方向的间隙为0.40-0.50mm。 另外还需注意一下超声线的长度，太长了塑胶超声时没地方跑，不容易压下去，需要用较大的振幅才可以，我常做的超声线长度一般为3-4mm。

设计超声焊接时要注意两个零件的材料能否被超声焊接，图5-16列出了常用塑料材料相互超声焊接的性能好坏。（红色表示超声后强度好，兰色表示强度尚可，白色表示不能超声。）

- 16 -

2024年1月9日发(作者：范元忠)

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。

- 1 -

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。

- 2 -

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。

- 3 -

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）

- 4 -

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 (SIM card holder )

系统连接器 (I/O connector) 电池连接器( battery connector )

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 ）

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。

二. 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。

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

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 (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） 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 （SIM card holder）

系统连接器 I/O connector 电池连接器 （battery connector）

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，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

- 5 -

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。

- 6 -

c) 要检查其分模面是否合理，是否有不利于做模的地方。

d) 有分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(2D sketch)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3D Pro/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。

首先建一个.prt文件，命名为Projectname_，在该文件中先建几个主要的（Datum/Axis），比如说分型基准面，PCB装配基准面，旋转轴线等； 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；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； 建一个总装配文件（Assembly文件），命名为Projectname_ 。在总装配文件中首先采用默认装配(Default)装配上Projectname_文件；其次建上所需要的各个部件（如，，LCD_等），都以默认的方式装配进总装配文件； 在总装配图中分别激活单个部件，把Projectname_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Menu Manager/Component/Adv

utils/Merge先选择部件名，然后选择Projectname_）； 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)。 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_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Draft angle、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_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_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Back up的方式，否则Projectname_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_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：

- 7 -

对于将Projectname_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_失去联系的，只要重新生成，Projectname_文件中所有的特征都能融到单个的子零件z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_失去相关关系，子零件会与Projectname_相互独立。也就是说在改动Projectname_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Back up的方式来避免。但是Merge命令中只要改动一点Projectname_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。

3D建模完成后，下一步就可以进入手机的内部结构设计。

三、结构设计（Detail design）

PID完成后就可以开始具体的结构设计了，结构设计之初需要考虑清楚：

各零部件之间的装配，定位和固定；

各零部件的材料，工艺；

各零部件的强度，加工限制；

本节按照上述三点对手机中常见结构件的设计作简单介绍。

一．塑料壳体（Housing）

手机中壳体的作用：是整个手机的支承骨架；对电子元器件定位及固定；承载其他所有非壳体零部件并限位。壳体通常由工程塑料注塑成型。

1．壳体常用材料（Material）

ABS：高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件（不直接受到冲击，不承受可靠性测试中结构耐久性测试的部件），如手机内部的支撑架(Keypad frame，LCD frame)等。还有就是普遍用在要电镀的部件上（如按钮，侧键，导航键，电镀装饰件等）。目前常用奇美PA-727，PA757等。PC+ABS：流动性好，强度不错，价格适中。适用于绝大多数的手机外壳，只要结构设计比较优化，强度是有保障的。较常用 GE CYCOLOY

C1200HF。 PC：高强度，贵，流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳（如翻盖手机中与转轴配合的两个壳体，不带标准滑轨模块的滑盖机中有滑轨和滑道的两个壳体等，目前指定必须用PC材料）。较常用GE LEXAN EXL1414和Samsung HF1023IM。

在材料的应用上需要注意以下两点： 避免一味减少强度风险，什么部件都用PC料而导致成型困难和成本增加；在对强度没有完全把握的情况下，模具评审Tooling Review时，应该明确告诉模具供应商，可能会先用PC+ABS生产T1的产品，但不排除当强度不够时 后续会改用PC料的可能性。这样模具供应商会在模具的设计上考虑好收缩率及特殊部位的拔模角。 通常外壳都是由上、下壳组成，理论上上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素的影响，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面壳）。可接受的面刮<0.15mm,可接受底刮<0.1mm。在无法保证零段差时，尽量使产品的面壳大于底壳。一般来说，面壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大，一般选0.5%。底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选0.4%，即面壳缩水率一般比底壳大0.1%。即便

- 8 -

是两件壳体选用相同的材料，也要提醒模具供应商在做模时，后壳取较小的收缩率。

2．壳体厚度(Wall Thickness)

壳体设计的第一个步骤是抽壳（Shell），首先要确定壳体的基本壁厚。壳体的壁厚对部件的很多关键特性的影响至关重要，包括结构强度，外观，成型及成本。设计阶段优化的壳体厚度可以降低后续可靠性测试的风险，修模的成本以及成型的困难。简单地讲，对于平板状截面(Flat wall section)，每增加10%的壁厚，部件的刚性会增加33%左右；对于一个简单的塑料面，厚度增加25%可以使壳体的刚度增加一倍。但增加厚度会对手机的外观，部件的成型时间，成本及整个手机的重量带来负面的影响。

壳体厚度的设计上要注意以下几点：

壁厚要均匀，厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内（低缩水率材料<0.5%），可以避免明显的翘曲，填充及外观缺陷等问题。 对于直板机，在厚度方向上壳体的厚度尽量在1.1-1.2mm，侧面厚度1.5-1.7mm。镜片支承面厚度0.8mm，整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm，且该处背面不是A级外观面，并且面积不得大于100mm2。 对于折叠机和滑盖机，在厚度方向上壳体的厚度1mm，侧面厚度1.2mm。外镜片支承面厚度0.8mm，内镜片支承面厚度最小0.7mm，转轴处壁厚1.1-1.2mm，滑轨滑道面1.0mm, 整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm，且该处背面不是A级外观面，并且该处面积不得大于100mm2。

电池盖Battery cover折叠机和滑盖机壁厚取0.9-1.0mm，直板机取1.0mm。

3．螺丝柱（Boss）

抽壳之后就要确定好壳体之间如何固定，通常我们采取螺丝加卡扣的方式来固定两个壳体。螺丝柱通常用于装配螺丝（Screw）或螺丝嵌件（Insert/Nut），螺丝柱通常还起着对PCB板的定位作用。对于直板机，建议用4-6颗螺丝。对于折叠机和滑盖机的主机部分尽量用4颗螺丝，翻盖和滑盖部分也尽量用螺丝来固定，且不要少于2颗。如果是2颗，要尽量靠近转轴。

在螺丝柱的设计上需要注意以下几点：

为了避免螺丝柱背面的表面缩水，螺丝柱壁厚（Boss-wall thickness）与壳体壁厚的关系应该保持和加强筋厚度（Rib thickness）与壳体壁厚的关系（见下面关于加强筋的介绍）。

如果螺丝柱壁厚相对于壳体壁厚的比例关系超过了推荐的比例，可以考虑在其根部设计一圈凹坑来减少缩水的可能。见图5-1。 在螺丝柱底部加倒圆角可以减少应力集中和潜在的破裂危险，但过大的倒圆角会导致缩水。对于手机壳体，0.2-0.4mm的倒圆角会增强螺丝柱的强度而不会造成螺柱背面的表面缩水。 用于Insert/Nut热压的螺丝柱的设计基本原则：其外径应该是Insert/Nut外径的1.5倍。但是我们在手机的设计上往往会按照经验值来取偏小的值。图5-2中M1.4X0.3的Insert/Nut外径为2.5mm，设计中螺丝柱的外径设计为3.70mm。但实际取3.90mm会更加可靠（单边壁厚0.70mm）。

- 9 -

Insert/Nut热熔在螺柱里后要能承受的扭力和15Kg的拉力。

图5-3中所示的Insert/Nut与螺丝柱尺寸关系为：Md—螺丝螺径；A=Md+0.2；B=2xMd+0.2；C=B+0.4；E>=0.8mm；F尺寸很关键，是必须在装配图中明确标出的Insert/Nut热熔后与基准面的距离，且每次新送样都要检验。H=螺柱外径+0.20mm。下壳螺柱底面与Insert/Nut面的距离为0.05mm；下壳螺柱外圈顶住PCB板处与PCB板的距离为0.05mm。

用于自攻螺丝的螺丝柱的设计原则是：其外径应该是Screw外径的2.0-2.4倍。图5-4

- 10 -

为M1.6x0.35的自攻螺丝与螺柱的尺寸关系。设计中可以取：螺柱外径=2x螺丝外径；螺柱内径(ABS,ABS+PC)=螺丝外径-0.40mm；螺柱内径(PC)=螺丝外径-0.30mm或0.35mm（可以先按0.30mm来设计，待测试通不过再修模加胶）；两壳体螺柱面之间距离取0.05mm。

表5-1列出了常用自攻螺丝装配及测试（10次）时所要用的扭力值。

自攻螺丝规格 标准扭力()

M1.4x0.3 0.90

M1.6x0.35 1.30

M1.8x0.35 2.00

M2.0x0.40 2.75

表5-1

4．止口（Lip）

止口的作用：

手机壳体内部空间与外界的导通不会很直接，能有效地阻隔灰尘/静电等的进入；上下壳体的定位及限位；壳体止口的设计需要注意的地方：嵌合面应有0.5~1°的拔模斜度，端部设倒角或圆角以利装入。上壳与下壳圆角的止口配合，应使配合内角的R角偏大，以增大圆角之间的间隙，预防圆角处的干涉。 止口设计要如图5-5将侧壁强（即图中上面的一个壳）的一端的止口放在里边以抵抗外力。 图5-5止口的设计，位于外边的止口的凸边厚度按0.6-0.8mm（至少大于壳体侧壁壁厚的一半）；位于里边的止口的凸边厚度按从大于0.50mm到壳体侧壁壁厚的一半来设计；B1=0.10mm；B2=0.20mm。

5．卡扣（Snap）

设计完止口就该配合。在考虑扣位数量位置时，应从产品的总体外形尺寸考虑，要求数量平均，位置均衡，设在转角处的扣位应尽量靠近转角，确保转角处能更好的嵌合，从设计上预防转角处容易出现的离缝问题。卡扣设计需要注意的地方：直板机如果用4颗螺个卡扣（每个卡扣的长度不要超过7mm，如果只能设计一个，卡扣的长度应该是10-12m）；顶部设计2个卡扣（长度4mm左右），如果受元器件摆放位置的限制，如卡扣的内斜销运

- 11 -

动过程中与Speaker/Receiver/Motor/Camera等元器件的定位/音腔发生干涉，顶部可以只设计1个卡扣（长度6mm左右）。直板机如果用6颗壳体上左右两边每两个螺柱之间要设计1个卡扣。其余与上相同。折叠机/滑盖机如果用那么在壳体上左右两边两螺柱之间要各设计1个卡扣（每个卡扣的长度应该在6-8mm之间，）；顶部设计2个卡扣（长度4mm左右），如果受元器件摆放位置的限制，如卡扣的内斜销运动过程中与Speaker/Receiver/Motor/Camera等元器件的定位/音腔发生干涉，顶部可以只设计1个卡扣（长度6mm左右）。卡扣处注意防止缩水与熔接痕（Melt Line）朝壳体内部方向的卡扣，斜销运动空间留4mm；注意周边不要设计其他特征。卡扣细部设计按照图5-6来设计A2=0.10mm；A3=0.05mm；A4=0.10mm；A5>=0.70mm；AA=0.40-0.55mm（视卡扣周边情况及壳体侧壁厚度，侧壁厚度大于1.5mm时AA取0.4mm；小于1.2mm时取0.55mm；没有把握时先按小设计，待验证后再加胶）。

6．加强筋（Rib）

上述螺柱、止口及卡扣的作用都是用于装配及配合的。强的特征了，所有配合特征设计好了之后，就可以开始设计补强的特征了。加强筋是一种经济实用的加强壳体强度（Strength）和刚度（Stiffness）的特征，加强筋还起到对装配中元器件定位的作用；对相互配合的部件起对齐的作用；对结构起止位和导向的作用。图5-7表示达到2倍的刚性，通过设计加强筋仅需增加7%的材料，而通过加厚壁厚，却需要增加25%的材料。

- 12 -

图5-7

加强筋的设计涉及到厚度（Thickness），高度（Height），位置（Location），数量（Quantity），成型（Moldability）等五个方面。厚度（Rib Thickness）很关键，太厚会引起对面的表面上有缩水（Sink）和外观（Cosmetic）等问题。

加强筋的设计要注意以下事项

表5-2为常用材料加强筋厚度设计通用参考（加强筋厚度=壳体壁厚的%），图5-8为加强筋设计时几个主要尺寸之间的关系。

壁厚<=1.5mm的薄壁零件允许加强筋的厚度比上表略厚一点，但应小于壳体壁厚的75%；

壁厚<=1.0mm的薄壁零件允许加强筋的厚度与壳体壁厚相同；

高光面应采用薄的加强筋；

可以用几个矮的加强筋来代替一个高的加强筋，主要尺寸见图5-9；

- 13 -

较多的加强筋会增强部件的强度和防止破裂，但实际上也可能会降低部件吸收冲击的能力。根据模具上加筋比去筋容易的原则，对加强筋的应用应本着需要的原则来设计；加强筋的布置方向最好与熔料充填方向一致。

7．角撑（Gusset）

通常我们还会设计一些角撑来加强螺柱、壳体折弯等部分。设计角撑的原则和加强筋是一样的，但要注意方形的角撑在尖角处容易形成气泡，图5-10告诉我们如何来设计角撑。

- 14 -

8．圆角（Radius）

太小的圆角或没有圆角会导致应力集中，相反，太大的圆角会导致壳体表面缩水。图5-11所示为圆角和壳体壁厚的比例R/h与应力集中之间的对应关系。圆角与壳体壁厚的比例R/h为0.15时，补强效果（对于小的或中度冲击）和外观质量可以得到一个比较好的折衷。

9．拔模角度（Draft）

由于塑料壳体的成型特性，我们要对所设计的塑料件加上拔模特征（这项工作尽量在所有特征都建完之后再做），见图5-12。设计拔模特征时注意：

要对所有平行于模具上钢铁分开（Steel separation）的方向的面进行拔模；

外壳面拔模角度大于2.5度；

除外壳面外，壳体其余特征的拔模角度以1度为标准拔模角度。特别的也可以按照下面原则来取；

低于3mm高的加强筋拔模角度取0.5度，3mm-5mm取1度，其余取1.5度；

低于3mm高的腔体拔模角度取0.5度，3mm-5mm取1度，其余取1.5度；

表面要咬花的面拔模角度：1度+H/0.0254度（H=咬花总深度）

10．底切（Undercut）

在设计塑料壳体时，会遇到需要有意底切的情况，如图5-13。当材料为ABS，PC+ABS或PC时，

底切Undercut不要大于2%。[%Undercut=(D-d)/D%]

11．超声波焊接（Ultrasonic welding）

- 15 -

超声波焊接是一种快捷，干净，有效的装配工艺，目前被运用于热塑性塑料制品之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结及其它非塑胶材料之间的粘结。 它取代了溶剂粘胶及其它的粘接工艺，是一种先进的装配技术。 超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果。超声波焊接在手机壳体的设计中主要用于： Lens与前壳的装配（从内往外装）；电池底壳和面壳的焊接（牢固密封，防潮防水）；其他两件壳体之间的连接；超声波焊接是采用低振幅，高频率振动能量使表面和分子摩擦产生热量，塑料熔化而使相连热塑性制件被焊接在一起。超声波焊接设计有两点很重要：能量带的设计和溢胶槽的设计。图5-14所示为典型的超声焊接能量带的尺寸，适用于壳体壁厚在1mm以下的情况。我们规定能量带的宽度为0.30-0.40mm（即图中的0.25W）；高度也是0.30mm-0.40mm；夹角由宽度和高度确定。

图5-15所示为能防止溢胶的Z形能量带设计，这种设计能帮助两个零件定位，在使用时耐拉伸，提高了耐剪切性能，并能消除外部溢料。但这种设计对壁厚的要求在1.2mm以上，外边肩膀部分的宽度和高度以能成型为基准，应大于0.40mm。三角形的能量带尺寸按照图5-14的要求来设计。X方向的滑动间隙取0.05mm；两件之间在厚度方向的间隙为0.40-0.50mm。 另外还需注意一下超声线的长度，太长了塑胶超声时没地方跑，不容易压下去，需要用较大的振幅才可以，我常做的超声线长度一般为3-4mm。

设计超声焊接时要注意两个零件的材料能否被超声焊接，图5-16列出了常用塑料材料相互超声焊接的性能好坏。（红色表示超声后强度好，兰色表示强度尚可，白色表示不能超声。）

- 16 -