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iphone7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。
　　文章很长，建议先收藏，或者转发朋友圈，再阅读。
　　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68微米，平均高度约为1113微米，平均间距约1921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5357微米，它们也是由613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12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35秒钟左右，即可取出晾干，510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45120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3055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。81。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。81。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。5mmH1mm，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。5mmH0。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：
　　防水圈多用侧压橡胶圈的方式，做直径1。5mm橡胶圈固定于电池盖侧面槽内，与电池仓四周骨位过盈0。2mm。见下图：
　　（2）SIM卡盖固定方式为一端卡扣，另一端锁螺丝固定，防水方式以正压橡胶圈为佳，橡胶圈宽度做2。0mm以上，以便有足够面积贴背胶与硬胶壳盖，与底壳防水面需做凸台，设计尺寸为：W0。5mmH0。2mm、即过盈0。2MM。见下图：
　　（3）底壳电池盖卡扣处的防水，如果是直接走前模行位的则不需要另外做防水结构，见下图：
　　（4）如果电池盖卡扣是做插穿结构则需加PVC片打胶防水。见下图：
　　二、侧按键防水结构
　　1、设计成橡胶防水件，防水配合部位单边过盈0。150。3左右，根据样品出来测试后再做微调整。见下图：
　　此种方式较为常用，适合按键外装，装配顺序见下图1，2，3步骤：
　　2、设计成橡胶五金防水件，采用粘贴方式贴合，五金材料一般采用0。3厚度的不锈钢，硬度为34H，这样才能保证按键的平整度，见下图：
　　按键装配顺序见下图1，2，3步骤：
　　3，壳料做双色的情况下，键帽可直接与外部软胶件做成一体，此种方式装配方便，防水性好，缺点是手感偏硬，见下图：
　　按键的内部还需要设计一件软件材料当做按压支架，否则长度太长，模具不好处理，见下图：
　　三、IO口防水结构
　　1、USB接口防水结构
　　（1）自带防水的USB母头，见下图：
　　USB直接与壳料配合防水，锁好螺丝，防水性较普通的USB母头可靠，见下图：
　　（2）普通USB母头，USB母头不具防水功能，见下图：
　　需利用外塞与壳料配合做防水结构，来实现防水功能，见下图：
　　2、耳机座防水结构
　　（1）自带防水功能的耳机座，见下图：
　　耳机座直接与壳料配合防水，防水性较普通的耳机座可靠，见下图：
　　（2）普通耳机座，见下图：
　　耳机座本体不具防水功能，需利用外塞与壳料配合做防水结构，来实现防水功能，见下图：
　　四、TP前后摄像头镜片防水结构
　　1、TP两侧贴胶面需保证2。5mm以上的宽度贴防水双面胶，双面胶厚度0。25mm，目前有0。1mm厚的防水双面胶，没测过，不知道效果怎么样，见下图：
　　2、前后摄像头镜片防水双面胶设计需要单边2。0mm以上的宽度，厚度为0。25mm，见下图：
　　3、闪光灯镜片防水，直接在硬胶上面设计宽度0。5mm防水圈，与双色注塑的软胶配合，单边过盈0。1mm，如果没有软胶配合，则需要设计防水圈，或者点胶的方式防水，见下图：
　　五、螺丝塞防水结构
　　螺丝塞直接采用70度软胶材料，单边过盈0。10。25配合防水，见下图：
　　六、喇叭听筒mic防水结构
　　喇叭防水一般有两种；一种是贴防水膜，壳体需留2。5mm背胶宽度，防水膜在粘贴在泡棉的一侧，总厚度采用0。8mm左右，见下图：
　　另一种是侧面周圈打胶密封，需要留0。5以上的点胶空间，见下图：
　　【结语】
　　1，防水结构方式的选择需根据产品定义，产品外形去做选择，如果定义为IP54，则无需采用IP68的结构方式去设计，不同的防水等级，所产生的结构材料不同，强度空间不同。
　　2，如果防水等级高，防水是否成功，需要不断的测试，有时产品装配好后，刚开始测试，可能通过了，但是经过高低温测试，跌落测试，水压测试等后，有可能就不防水了，所以需要不断调整才能达到最完美的效果。
　　3，高防水机内部一般都会采用调整气压的元件，如果没有，则必须要设计贴透气膜的出气孔，防止气压不同产生产品开裂问题。
　　4，以上所有结构设计数据，仅供参考，不可当做设计标准，不同的产品定义与外观，造就的结构方式不同，设计参数也不同。