产品防水结构设计

产品防水结构设计 随着用户体验要求不断的提升，手持电子产品对于设计的要求也越来越 高，从早期的只要能开机，能用就能卖，到现在对外观的美感，人机工 程，制造的精度，以及各种测试要求越来越高。 尤其是去年的 iphone 7 上市，将三防这个概念推上大众，之前也就特殊 行业才会用到的设计要求，现在却成了手机行业的标配。 毕竟对于我们日常生活中来说，手机已经是不可离手，必不可少的工具 了。走到哪里都会携带的物品，在行走中难免会有一些意外，造成磕磕 碰碰。 毕竟我们上 WC 也要刷刷朋友圈的，看看新闻，是吧，万一一不小心将 手机掉进茅坑了，又舍不得扔掉，总的捞起来，洗一洗，再用吧。为了 延长手机的使用寿命，就得防水防尘什么的，所以后续手机具备三防功 能，再也不会是什么稀奇的黑科技了。 接下来我们根据三防手机案列来分享一下，防水结构设计如何去玩。 以下为正文： 【一】 什么是三防手机呢？ 所谓三防手机，就是具有轻微防尘、防震、防水和出色的抗摔、抗辗压 性功能的手机 ,主要针对热爱户外运动的年轻用户或有特殊需要的专业 用户，能够胜任异常恶劣的气候条件和特殊场合的应用。 一般，市面上的三防手机目前主要有两大类： 1，普通三防手机 属于生活轻微防水，比如洗手时，防止水花渐入到手机内部，造成功能 性损坏，只能实现轻微的三防，这种手机一般造型时尚，与市面上的普 通手机没有明显差异，属于 IP54 以下。 2，专业三防手机 属于能够承受一定水压，外部挤压，能够放入水里浸泡和汽车碾压，比 如手机从 1 层高的楼层直接掉落不会造成功能性损坏，或者将手机掉入 1 米深的水池里，30 分钟不会造成功能性损坏。它的目标受众是专业的 户外登山涉水等探险运动的爱好者，也有一部分喜欢军事的人因为其独 特的造型和强悍的体质而对其情有独钟。 【二】 什么是三防 IP 防护等级？ 它是由 IEC 所起草，将电器依其防尘防湿气之特性加以分级，由两个数 字所组成，第 1 个数字表示离尘、防止外物侵入的等级，第 2 个数字表 示防湿气、防水侵入的密闭程度。数字越大表示其防护等级越高。 可见下表： 第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度 第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度 例如，防护等级 IP57，IP 为标记字母，数字 5 为第一标记数字，代表 手机虽然不能完全防止灰尘侵入，但灰尘的侵入量不会影响手机的正常 工作，7 为第二标记数字，代表手机可以浸在水中一定时间或水压在一 定的标准以下，可确保不因浸水而造成损坏。 【三】 防水材料有哪些？ 1，TIS 纳米涂层 纳米涂层的原理如同在荷叶的构造，荷叶的表面上布满非常多微小的乳 突，乳突的平均大小约为 6-8 微米，平均高度约为 11-13 微米，平均间 距约 19-21 微米。 在这些微小乳突之中还分布有一些较大的乳突，平均大小约为 53-57 微 米，它们也是由 6-13 微米大小的微型突起聚在一起构成。乳突的顶端均 呈扁平状且中央略微凹陷。这种乳突结构用肉眼以及普通显微镜是很难 察觉的，通常被称作多重纳米和微米级的超微结构。这些大大小小的乳 突和突起在荷叶表面上犹如一个挨一个隆起的“小山包”，“小山包” 之间的凹陷部分充满空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳 米级厚的空气层。 水滴最小直径为 1-2 毫米（1 毫米=1000 微米），这相比荷叶表面上的乳 突要大得多，因此雨水落到叶面上后，隔着一层极薄的空气，只能同叶 面上“小山包”的顶端形成几个点的接触，从而不能浸润到荷叶表面上。 涂层厚度对比，左侧为没有涂层，右侧为 TIS 纳米涂层。 纳米涂层的加工方式一般以：全身浸泡，刷涂，淋涂，喷涂等方式。 批量生产时主要以浸泡方式加工，大约 3-5 秒钟左右，即可取出晾干， 5-10 分钟即可全部晾干，对于大批量量产来说，还是具备很强的竞争优 势。 2，三防漆类 三防漆也叫线路板保护油、披覆油、防水胶、绝缘漆、防潮漆，三防漆 类产品普遍比较厚，基本上涂层厚度会达到 50 微米，散热不好，粘稠度 高，一公斤产出比较低，干燥慢，甚至要一两小时才能干，三防漆是在 电子产品 pcb 板上涂覆固化一层胶膜，用于电路板防潮、防腐蚀、防盐 雾，但这层膜只能防护潮气和少量的水份。 如果电子产品完全浸入水中工作它就会失效，那么就是三防漆自身工艺 原因。因此不抗摔、不抗振动，受外力冲击容易剥落，对 pcb 板的防护 作用非常有限，用肉眼直接观察很难看出来是否涂覆均匀。 目前很多三防漆依然使用挥发性溶剂，对人体与环境有很大伤害，这对 于一些产品要出口欧美的制造企业来说环保不能达标。 3，灌封防水胶 灌封方式防水目前常见的是采用环氧树脂灌封胶，是用于电子产品模组的灌封， 可以将整个 pcb 板包裹其中，从而起到防水、防潮、防盐雾、防霉菌、抗震、抗 外力冲击等。 环氧树脂是饱和性树脂，以其为基材生产的环氧树脂灌封胶具有本体强 度高、粘接力强、耐候性好、收缩率低、绝缘强度高、无毒环保等特性， 灌封后能在-45-120℃间稳定的机械和电气性能。能对电路板全方位保 护，极大提高电路板的使用寿命。但同时也存在一些比较致命的问题， 比如 pcb 板的散热将会非常受影响，最麻烦的是产品几乎没有返修的可 能，或者说返修成本过高。 4，可压缩软胶类 软胶防水圈有：橡胶，硅胶，TPU,TPE,PVC 等，材料不同，最低硬度等 级也不同，通常用在主体壳件防水用。 以 O 形橡胶，硅胶防水圈最为常用，有很多标准件，通常用在开关阀门 上，或者防水设备上。目前电子产品也常用，不过都属于根据结构形态 进行定制。 以下为 O 形橡胶圈几种材料特性比较图以供参考: 以下为材料硬度表以供参考: 密封性结构防水圈的硬度一般在 30-55 度之间。 以下为材料特性表以供参考： 5，防水辅料类 防水辅料以防水双面胶，防水泡棉，防水膜等为主，手机 TP 粘贴有用到 防水双面胶，比如 3M5220，由于成本关系，现在很多厂商都采用点热胶 工艺密封，另外如喇叭，麦口，有用到防水泡棉+防水透气膜的方式，即 可防水，也可透气，还可以调节内部气压。 【四】 三防手机结构设计案列分享 一、主体壳料设计 1、上下壳主体壳料厚度设计要求 （1）上下壳硬胶大面胶厚需设计保证 2.0mm 以上，局部可做 0.8mm。如 果做双色注塑外壳，则软胶部分胶厚设计 1.2mm 以上，局部可 0.8mm， 内部加强筋设计厚度为 0.8-1.0mm。 （2）电池盖/SIM 卡盖，胶厚需设计 2.0mm 以上，局部可做 0.8mm， 如做双色，软胶部分胶厚设计 1.2mm 以上，局部可做 0.8mm，内部加强 筋设计厚度为 0.8-1.0mm。 2，主体壳料防水、固定方式 （1）上下壳通常打螺丝固定，螺丝之间的距离约 35mm 为佳，两壳之 间常用正压橡胶圈防水（如下图），防水圈尺寸设计为：W1.5mm/H1mm， 硬度在 45 度左右，与下壳配合的面做干涉凸台设计，凸台尺寸为： W0.5mm/H0.3mm、即过盈 0.3mm。 特殊情况下（两侧空间较少）也可用侧压防水。见下图： 3、电池盖/SIM 卡盖防水、固定方式 （1）电池盖固定方式为一端卡扣，另一端锁螺丝固定，见下图