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从女神全智贤洗三星S5手机,论“点胶”对产品防水的贡献
2014/12/29

深圳市轴心自控技术有限公司   原创文章

一、背景说明

很多朋友都对女神全智贤的三星手机广告过目不忘,片中当女神发现自己手机上的恶搞画马上要被导演发现而毫不犹豫地把整个手机伸向水龙头下时,我们不仅为女神的俏皮可爱心神荡漾,也不禁赞叹这样的防水功能实在是炫酷到没朋友。


但是更多人熟悉的都是这样的场景,比如一手滑,倒霉地掉进洗手间,即使再神速地救回,手机也会有不同程度地失灵;再如雨天,手机不经意间地极易接触到雨水,因此户外雨中接电话时首要遮雨保护的是手机,其次才是自己身上。这些糟糕体验,不仅让我们可能蒙受不必要的经济损失,更让人心烦不已。


如果我们的生活是这样,无论泡澡,做饭,还是健身跑步,都能让手机放心陪伴,或听音乐或看电影,不必担心雨水汗水、水汽,也不再惧怕雨天的电话该多棒。是的,这就是手机等移动电子产品的未来需求,我们亟待普及的功能----防水。通过提高防水等级来避免手机电路板短瞬间短路,带来的按键失灵、花屏无法开机的状况,甚至整机报废。所以增加一定级别的防水功能的手机等电子产品,必定会因使用场景的拓展收到更广泛地追捧。如三星GALAXY S5/S4、索尼Xperia Z1、华为荣耀3、LGG3,以及预计将防水功能作为下一代机型卖点之一的Iphone7。


泡澡玩手机不防水怎么行(本文中部分图片来自网络)


二、手机实现防水功能,需满足什么样的标准呢?

三星GALAXY S5,防水级别达到了IP67标准。那么,IP67标准是指什么呢?它现在特指手机行业的防护安全级别。IP 是Ingress Protection Rating(或者International Protectioncode)的缩写,它定义了一个界面对液态和固态微粒的防护能力。IP 后面2 位数字,第1 个是固态防护等级,范围是0-6,分别表示对从大颗粒异物到灰尘的防护;第2 个是液态防护等级,范围是0-8,分别表示对从垂直水滴到水底压力情况下的防护。数字越大表示能力越强。IP67 的解释是,6级防尘(整体防护灰尘渗透,即灰尘直径都不能超过手机外壳的空隙);7级防水,防短时间的浸泡。即,常温常压下,当外壳浸泡在1M 深的水里,30分钟内将不会造成有害影响。防水等级,目前在面向普通消费者的手机行业最高实现的是IP*7级别。如,三星GALAXY S5达到IP67,华为荣耀3达到IP57标准。

试验方法:短时浸水试验

试验设备和试验条件:浸水箱。其尺寸应使试样放进浸水箱后,样品底部到水面的距离至少为 1m 。试样顶部到水面距离至少为 0。15m

试验时间: 30min



三、手机实现防水功能,需要如何做呢?

IP67的防水标准原则上要求不能进水,试验完成后能够正常使用。如果有微量的进水,应不足以影响手机的正常操作或者破坏安全性,水不可积聚在可能导致沿爬电距离引起漏电起痕的绝缘部件上,水不进入带电部件,或者不允许在电缆头附近或者进入电缆。对于外壳有泄水孔,应通过观察证明进水不会积聚,且能排出而不损害手机。因此,要首先要明确手机的关键防水点。下图有些简单罗列。

其次,在防水点明确后,则可“对症下药”有针对性地优化设计或设置防护。

防水是个整体性地工程,在设计之初就需要考虑周全。一般我们通过结构设计改良、材料甄选、材料工艺处理、点胶工艺的综合实施来达到整体防水的目的。设计上如:防水型外壳设计考虑结构的紧密贴合、元器件的居中布置、选用不易变形的材料等。另外,外壳密封设计上也可通过密封圈、密封垫等进行密封,防止水滴、水汽、汗水的渗入。最后,点对点直达需保护器件地,通过实施点胶工艺,将元器件保护起来,即使有水滴、水汽、汗水的渗入,也能根本上防止元器件短路、盐雾腐蚀。具体介绍如下:

1.防水外壳设计,铸造“防水外衣”

①外观设计上,整机装配可以采用前后盖方式或者上下盖方式;尽量采用平面接触,不要用复杂的曲面,以简化设计;采用不易变形的材质;固定尽少采用螺丝。建议采用高强度的工程塑料(PC,玻纤等)并配合高缓冲的橡胶材料作为外壳,或者使用质轻强度高的合金金属材料作为外壳。外壳结构必须要确保不易变形,并有足够的筋压到PCB和内部固定件上以确保固定可靠。

统一以三星S5为例,其四周封闭的金属边框能够很好的防止水进入机身,很简洁,没有螺丝。

②简化设计,尽量避免采用侧键。如果手机一定要有侧键,如开关机键,音量键,等,建议尽量将所有的侧键连接在一起,不要单独分开,同时采用橡胶密封件来一体连接。

③手机内部的结构也要照顾到防护能力,进行一些调整,尽量将所有元器件更集中在中部位置。硬件器件要尽量远离可能进水的区域,如PCB靠近外壳的周边,I/O周边以及按键,LENS,接插件,连接器周边。

如图,主板元器件,更集中在中部位置,尽量远离边缘位置。

  ④耳机插孔,数据插孔等,尽量和主板分开,不直接连在一起。

如图,耳机插孔,这部分并没有和主板连在一起,正是因为这样,所以其耳机插孔可不需要防水塞便起到防水的作用。图中,红色方框圈出的部分是3。5mm耳机插孔。

⑤器件选型Speaker ,Receiver ,Mic、I/O等器件,也需要考虑选用本身防水的器件(已做防水处理),或者用防水薄膜等,放置于器件表面,以阻挡水的进入。比如,声学器件上面需要有一层透声防水的薄膜,放置于本体和泡棉垫圈中间,以阻挡水的进入。有的防水透声材料(早前,美国GORE公司的GAW 324/325 型号)。该材料可以达到IP6,IP7级防水,同时可以尽量减少声音的损失。

2、外壳密封设计

增加橡胶等保护密封圈。隔断水体进入的通道。主要是通过密封处理和特殊材料采用“隔离”的方式,将水阻挡在手机之外,使之不能对手机的性能造成影响。①所有外部的接口都要采用橡胶保护罩加以保护和密封。如数据接口防水塞,加密封圈等。

②电池后盖加一个胶垫,可以将电池密封在电池仓内部。

打开机身的后盖,可以看到三星S5的后盖上有用于密封的橡胶,保护背部,防止电池部位进水。

③在背盖和机身也是采用胶圈密封。红色的一圈即是防水胶圈。后盖和机身有胶圈,防止水进入电池仓,这也是防水的第一步。

④螺丝钉做的防水处理

3、元器件的点胶保护

这是最强悍的一道终极防线。即使水体进入后,由于元器件本身、焊脚、焊球等已经有胶水的保护不会引起短路,即使用冲洗,也仍然可以再用。点胶实施的位置一般有哪些呢?

    ①屏幕,通过热熔胶点胶,将其粘接。使用热熔胶可以将显示屏面板跟手机边框牢牢粘在了一起,起到粘接和防水作用。

 

②填缝密封,防水。

摄像头,填缝密封

HOME键,四周点胶,防止水中按键时进水

③元器件underfill,或整体包封点胶。以防水,防震。


④天线采用内置方式,天线固定在PCB板上,采用点胶方式固定。


    所以如上,防水的实现需设计、材料、点胶的综合确保以求可靠,从技术角度而言,要做到IP*7的防水,最核心的手段还是依赖于点胶。当然这个终极防护要实现起来,绝不简单,无论对工艺实施方案还是点胶设备都有极高的挑战。简列具有代表性的几点:

1. 热溶胶需可喷射,线宽的控制必须迎合大屏窄边框的趋势

屏幕粘接多用热熔胶,而随着手机等电子产品屏幕边框边距趋窄(0.3mm~0.4mm)、点胶均匀性/效率都要求越来越高的趋势下,以往接触式点胶的方式正在逐步被非接触式喷射方式来取代。那么可以实现0.3mm~0.4mm线宽,且热熔胶均匀喷射的设备便是必须的基础条件了。


热熔胶点胶演示效果

2.能做到精确的旋转倾斜喷射更优

在多数溢胶宽度要求很窄的情况,采用倾斜喷射,相比常规的垂直喷射,可以不用担心胶水飞溅到元器件表面,可以有效确保胶水溢出宽度满足要求。比如溢胶宽度要求仅0.3mm,甚至0.2mm。

3.能实现元器件边缘识别定位

对于容易变形的FPC,芯片与MARK点之间产生偏移;或者芯片贴片有角度倾斜时,若采用传统的Mark点扫描识别定位方式,则实际的点胶路径不能跟随芯片本身变化而变化,最终导致点胶位置偏移。因此,对于点胶要求很高的FPC产品,通常建议采用元器件边缘识别定位方式。当芯片贴片有角度倾斜时,点胶路径能够跟随芯片角度变化,点胶位置不变,从而很好的确保品质。

4.胶量一致性的保持

①胶点的重量控制非常重要,无论是对于热熔胶,还是UV、underfill胶水等。它通过调整胶阀撞针喷嘴大小、开关阀时间、行程等参数来控制以实现目标要求值。

②胶点重量变化需有严格的监控、反馈与自动补偿。因受到譬如温度等条件的影响,胶量会发生变化,监控和反馈成为必须,若其变化超出允许范围,必须及时调整确保任何时候胶量都一致满足要求值。对于胶量监控,一般SMT生产环境都需采用0。1mg精度以上的电子称。点胶设备的CPK(工程能力指数)取上下限取中心值的±10%在更高要求的情况下,取中心值的±5%。

5。高精度稳定的点胶设备平台

在高速连续生产过程中,要达到稳定的点胶效果及精度,除了点胶量、点胶一致性、识别定位等控制方面之外,还有一个非常重要的条件,那就是必须要有高精度稳定的点胶设备平台。点胶设备平台的高精度稳定,体现在2大方面:

①高速运行时,实际的定位精度与重复精度。测定时必须备注测试条件。比如,Au99,测试条件是,最高速度1000mm/s,1g加速度时,30ms整定时间内,能达到的定位精度50um@3sigma(X,Y);重复精度 25um@3sigma(X,Y)。达到同样精度,运行速度越高,整定时间越短,则设备控制能力越好。

②使用过程的精度。随着实际使用年限增加,设备会有一定磨损,精度会发生变化。但能将精度变化控制在规定范围内,使用的时间越长,对于用户来说,越划算。设备厂商本身的设计等方面的能力也越强。设备的使用寿命,取决于本身结构设计,选材,元器件选择等关键因素,也与后期规范的维护保养有关系。

总的来说,伴随电子产品的发展,防水已是必然之潮流,从设计、选材和点胶工艺已经成为制造中不能忽视都不可或缺。而对于终极防护----点胶的严谨实施是对市场需求的尊重也是对用户体验负责。而如何实施点胶,既能很好的满足要求,达到高一致性的点胶效果又能最大可能的提升效率、避免浪费需要专业的知识与丰富的经验。绝非易事,但需要认真为之。

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