电子产品结构设计的流程(3)

PCB结构:
    PCB 是电子元件附着的载体，一般小电子产品的推制板厚度选用0.80mm,主控制板（以下简称COB）厚度选用1.00mm；一般大电子产品（如挂墙钟）的推 制板厚度选用1.00mm,COB厚度选用1.20~1.60mm；如果PCB面积有限不足以满足布线要求，可以采用增加跳线，单面板改双面板， 双面板改多层板（如电脑的主板）；PCB上的电子元件按大小可分为普通元件和贴片元件，普通元件如线圈，火牛，大电容等；贴片元件如贴片电阻，贴片电容， 贴片IC；小电子产品（如电子钟）的反光片和COB之间的间隙是要留给IC的，因为IC最好靠近LCD的PITCH位置以方便走线。IC经过邦定封胶，至 少需要1.50mm的高度，前面说过反光片截面成楔形，也有利于摆放IC；如果LCD和COB之间是用导电胶条连接的，压紧导电胶条的螺丝之间的间距不要 超过15.00mm，以免出现缺画；PCB上的按键位置是需要受力的，可以的话应尽量离螺丝柱和卡槽近点，必要时反面加支撑点；
    数码产品常用到的电源插座和耳机插座也是要受力的，可以在PCB上插座对应的另一侧加支撑骨；在PCB上布线是需要条件和时间的，我的做法是建模时就提供初 步裁板图给电子工程师试LAY，以确定PCB面积离需要不要相差太多；结构设计的中间过程中，大元件，敏感元件的摆放也要和电子工程师进行沟通和协调 （如做蓝牙耳机时通常把天线放在靠近嘴的一端）；做完所有结构后再出正式的裁板图，电子工程师LAY板的时候，结构这边在做手板，做完手板，PCB打板也 差不多回来了，正好装功能样板。把问题解决在前面，这样会节约许多时间；就这一个小电子产品的结构设计过程而言，做完PCB就差完成一半了，接下来是电池 结构；(蓝牙耳机采用机械按键,让按键高出面壳表面0.30mm,蓝牙耳机电池直接粘贴在PCB板上，没有问题,但底壳也要尽可能地起骨在锂电池侧边稍微 定一下位，有好处的;厚度方向要预留间隙（一般为0.50mm），防止锂电池充电后膨胀

电池结构:
    电池通常通常摆在PCB的背面或侧边，按照形状可分为纽扣电池，干电池，锂电池等；电池箱体是根据电池形状和在机身内放置的方式而设计的，一般壁厚 1.00mm,里面大包围做箱体，箱体内侧底部做电池放置指示的雕字，外面加盖做电池门。电池在PCB的背面，箱体通常做在底壳上。电池在PCB的侧边， 箱体可以做在底壳上也可以做在面壳上；接下来放置电池片，纽扣电池和干电池常用的电池片有五金片的，也有弹簧的；电池片通常跟箱体做在一起，在箱体外起螺 丝柱固定电池片，在箱体上开缺口，电池片伸进去和电池导通；电池片到PCB的连接可以飞线，也可以直接焊在PCB上，直接焊在PCB上需要在PCB上开 孔，电池片插在PCB的孔内定位后再焊接；电池门的一般壁厚1.50mm,装配通常靠扣位，常用主扣的有弹弓扣或按扣（另一侧配合内插扣），倒勾扣（另一 侧配合龙门扣）；
    注意：不管 是电池片还是扣位在箱体上开缺口，打开电池门从机身外面能看到PCB，走线和电子元件都不雅，建议起围骨遮一遮，这也是选择电池片位置的参考依据，尽可能 的不让内部结构外露；蓝牙耳机的电池为可充电的锂电池，内置，无须做电池箱，电池到PCB的连接直接飞线，但要在锂电池侧边起骨定位，厚度方向 要预留间隙（一般为0.50mm），防止锂电池充电后膨胀；手机电池结构先从功能的需要开始进行，先根据功能的需要确定电池容量的规格，再根据容量的规格 计算出电池芯合适的厚度长度和宽度，再在电池芯外侧做电池框；
辅助结构:
    除了前面提到的常见步骤外，结构设计中还有一些结构也是重要的，种类较多，要靠平时的经验积累，

a挂勾结构，有的电子产品有挂钩，可以方便的挂在旅行袋上，里面用到转轴和弹簧，转轴为塑料材质直径2.50mm，单边间隙0.10mm，塑料转轴太细强度不够，太粗根部容易缩水；设计时选用的弹簧为0.20mm，找供应商打板时，我同时要了0.15mm，0.20mm和0.25mm三种规格，试装第一次就对比出了合适的规格，搞定；
b 翻盖结构，有的产品有一面盖，不用时合上，用时打开，有的电子钟翻盖从机身下翻过后面，还可以当脚仔起支撑作用，因为要受力，建议壁厚取1.50mm，也 可以只在面盖边缘起骨加强；手机的翻盖结构的档位感多是靠机械转轴来实现的，有现成的直径5.00mm或5.80mm的机械转轴可供选择；一头套机械转 轴，另一头做空芯轴过软性PCB（简称FPC），以翻开角度150度为例，因为翻开角度在0度和150度时，我们要求有一定的预压，不能够刚刚好，否则使 用一段时间后可能会出现开合不到位的情况，怎么办？我选用180度的机械转轴，多出的30度，在闭合时多转过20度（相当于预压了20度），在打开时多转 过10度（相当于预压了10度），这样问题就解决了。另外，根据回弹力的变化，机械转轴又左右之分，选用时需注意；
c 挂墙孔结构，挂墙钟的挂墙孔设计成葫芦形状，螺钉头既可以塞进去又能卡住，但注意螺钉头伸进去太深有可能顶伤PCB，此处的技巧是从底壳起围骨，包住螺钉 头，但又不要做行位，做碰穿位，挂墙的电话也是采用这种结构，虽然简单，却是一个很好的思路，这种碰穿的技巧在底壳上做配电池门的扣位时非常有用，倒勾 扣，弹弓扣，龙门扣，反插扣都可以用到；
尺寸检查:
    结构设计初步完成，要进行一系列检查：
a 干涉检查，这是一个看似简单，却又必不可少的步骤，即使是有经验的工程师，即使在拆图过程中用到过截面进行过检查的，也难免出现疏漏。在没有PRO-E 之前，大家用2D软件做结构，装配图上所有结构零件都要求能在三个方向上看到，复杂零件进行干涉检查还要求绘制剖视图剖面图，相当烦琐。引入PRO-E之 后，干涉检查完全交给电脑进行了，快捷而又准确；
b最小壁厚检查，做扣位的过程中，摆放元件的时候，难免要掏胶减胶，这就会出现局部壁厚过薄，最薄壁厚不要低于0.50mm，特别是受力的位置；
c扣位强度检查，做扣位不难，但问题往往出在强度上，如果够空间，加点支撑骨，哪怕支撑骨厚度只有0.30mm，都可以使强度增加不少；
d运动检查，弹弓扣的电池门在开合的过程中弹弓位不得撞到电池箱。摄像头在翻转过程中头部不会碰到支架。翻盖手机在开合的全过程都要保证A壳B壳不会撞到C壳转轴；
    手板跟进:结构设计完成后,一般要求做手板进行试装,因为很多装配问题在电脑上是表现不出来的,需要借助于实物;手板材料一般采用和结构零件相对应的材料, 塑胶件手板一般用ABS板材,厚度选用比零件略厚一点的,采用机械加工制作,高级一点的用CNC加工成型,多用于高精度的复杂零件,如手机壳的手板; 塑胶件手板也有用面粉(或石膏粉)为材料制做的,这种工艺在美国早就有了,面粉一层一层刷上来,每层约0.10mm厚, 每刷一层,就在上面喷上胶水, 胶水所在的区域,刚好是塑胶件实体在这一高度上的横截面形状,所有层都刷完后,胶水所在的位置刚好是塑胶件的形状,吹去多余位置上的面粉,就得到所需要的 面粉板了,经过处理还可以得到较高的机械硬度; 面粉板特点是需要专用设备,成型极快,成本低,但精度受温度湿度影响较大,不好控制,表面打磨和喷油处理较麻烦; 多用于低精度的复杂零件,如一般电子产品的手板;再高级一点的就不用面粉而用塑胶,喷胶水也改为激光扫描,特点也是成型极快,但成本较高;有的手板厂已经 形成了较完善的产业链,手板厂提供全套的手板制做服务,一般的如表面喷油丝印雕刻字,手板厂都自己做,再高级一点的如手机壳上的电镀,镭雕,刀刻纹,UV 处理,金属片冲网格(需要电铸的雾面效果除外), 手板厂都有相关的供应商配套服务,一般都可以为客户提供一站式服务,效率高,质量也不错;由于手板是机械加工出来的,硬度强度上不要做太多苛求,扣位,螺 丝柱也较弱,试装时要小心,按键手感也会较差,没关系,这些是小问题,可以在开模后再去配; 手板要关注的是装机顺序,可行性,易操作,易拆卸,有夜光功能的最好装上反光片和LED测试灯光效果,有干涉的零件一定要改正,不能把重大问题拖到开模之 后;建议手板试装完成后,请结构部的同事集体检讨一下,耽误一点时间,后面的工作会顺畅很多;
模具跟进:
    在开模前最好和模厂有些沟通:有哪些件要开模,几套模,如何分布,入水方式怎样,哪些地方要做行位, 哪些地方要做斜顶,哪些地方可以做碰穿位,哪些地方要配合好, 哪些地方要预留间隙,都要说清楚,这样比较保险; 经过多次反复仔细认真检查的结构,开模出来还是会有一些问题,主要出现在一些公差尺寸的配合上,这也是经常碰到的,只要前期工作做到位,后面的问题会相对 少很多;结构设计师把尺寸设计到位,但模厂总喜欢保守一点,因为加胶远比减胶来得容易,镜片和面壳间隙留大了,要加回来很容易,叫自己模厂配间隙都可以, 如果镜片做大了装不下去,要减胶减回来,可就有点头疼了;
    做数码产品特别是手机,我一般都不留间隙,面壳底壳在侧边间隙配到零对零, 装饰件和面壳之间的间隙也配到零对零,让模厂自己去留加工余量,试装机的时候这些地方都要检查,装配有没有问题,是否到位,起级,顶起;
    打螺丝时要检查螺丝柱有无滑丝,发白,打穿;
    电子元件是否顶塑胶壳,走线有没有什么问题,是否影响合面底壳;
    整机装配完成,接下来就是一系列品质测试:跌落测试,防水测试,防静电测试,声压测试,温湿度测试,灵敏度测试,按键可靠性测试,推制可靠性测试,脚仔站立测试等,装配封箱后还有
    震荡测试,堆高测试等;在这些测试中出现的问题都属于模具跟进要解决的,也有一些问题是
    设计之初就可以预防的,这就要看结构工程师的经验和责任心了!

    有些公司的设计工作，大的工作量用在把ＩＤ意向转换成３Ｄ的过程中，对个人的绘图能力的要求比较高．工作量大些．大公司的就是用３Ｄ软件造的型，结构设计者可直接用．
最 重要的工作在于把３Ｄ造型如何拆分零部件，组装固定拆卸，保证零部件的功能特性：这些直接决定整个产品的结构强度，装配工艺性能；每个零部件的模具结构； 及其零部件啤塑状况．同时是检验ＩＤ造型成功与否的重要阶段ID会PROE不容易，能用做到建模阶段更不容易，不同的公司不有不同的要求；
    有些公司希望ID集中精力在创意上面，结构也为ID提供技术支持，这样，ID/MD都可以专一点，强一些；ID能给出PRO格式的档案，对后面的工作帮助很大，如摄像头等结构简单的产品，ID就可以唱主角了；

8   一款收录机产品开发过程:
a.ID用coreldraw或屡牛造型后交给客户确认直到客户ok
b MD把ID的图转到autocad中进行描线描好线后把视图转成三综合维图形，然后另存为DXF格式档案
c 把DXF档案调入PROE中进行3D造型完成后，请ID工程师确认，如果没问题就进行结构设计
d结构设计首先把一些重要的部件摆进去如果发现部件摆不下那可能要改ID,所以这下步很重要。不要一把整体轮廓建好就忙着拆分部件到时有问题又得重来浪费时间和精力
e拆分成组件，并进行内部的结松设计
f干涉检察
g出2D图
h交给工模部开模
i产品出来后组装进行改良
j做样机送客户确认
k试产
l量产

9  设计开发补充
a 结构设计工程中， 必须要注意和电子部门的协同设计，需要电子人员的确认
b 产品设计完成， 即所有的零件基本选定完后，我们必须要制作E-BOM ， 即物料系统
c 对所有零件包括外购件， 我们不许要进行零件的功能评估。确认
d 出正规资料发放存档。