林協(xié)源

（維沃移動(dòng)通信有限公司，廣東 東莞 523859）

0 引言

隨著科技的快速發(fā)展，在短短20多年的時(shí)間內(nèi)，手機(jī)從功能機(jī)時(shí)代跨越到了智能機(jī)時(shí)代，前前后后都發(fā)生了翻天覆地的變化。手機(jī)背面先后出現(xiàn)過(guò)單一材質(zhì)或噴涂塑膠后蓋、金屬后蓋、復(fù)合塑膠后蓋和無(wú)機(jī)非金屬后蓋（主要指玻璃和陶瓷）等。手機(jī)正面屏幕無(wú)論從黑邊大小、視窗大小再到屏幕材質(zhì)、發(fā)光原理，都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。在手機(jī)前后兩面外觀受到充分關(guān)注時(shí)，還有部分外殼料因?yàn)橥庥^面積比較小常常容易被消費(fèi)者忽略，如在屏幕和主板之間的殼料（后續(xù)統(tǒng)稱前殼）。雖然前殼對(duì)外觀的重要性相比后蓋和屏幕要小些，但在整機(jī)里的結(jié)構(gòu)作用卻十分關(guān)鍵，是保證屏幕、主板可靠性和電池安全等的重要基礎(chǔ)，是保證手機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性的關(guān)鍵零部件。

智能手機(jī)前殼的材質(zhì)基本可以歸納為塑膠材質(zhì)、塑膠+金屬材質(zhì)兩大類，后者又可分為塑膠+金屬嵌件、一體式金屬中框兩類。

本文主要從不同材質(zhì)對(duì)應(yīng)殼料設(shè)計(jì)方案、殼料間的配合和整機(jī)相關(guān)方案等方面進(jìn)行梳理和總結(jié)。

1 純塑膠前殼

功能機(jī)階段，除了前殼，手機(jī)的其他主要?dú)ち匣径际撬苣z材質(zhì)。智能機(jī)階段，全塑膠前殼主要出現(xiàn)在早期小屏階段（4 in及以下）。如今采用塑膠前殼的手機(jī)基本都是低端智能手機(jī)。

此類前殼分為噴涂和不噴涂的兩種。噴涂的位置主要集中在能觸摸到的外觀區(qū)域。不噴涂的素材前殼多采用PC或PC+ABS注塑而成。噴涂前殼可采用PC、PC+ABS或PC+GF等材質(zhì)。

PC材料力學(xué)強(qiáng)度好、耐沖擊性強(qiáng)、成型精度高、尺寸穩(wěn)定，成型收縮率基本為0.5%～0.7%，流動(dòng)方向和垂直方向的收縮基本一致[1]。其收縮率計(jì)算公式為

式中：S為收縮率；L0為室溫時(shí)的模具尺寸；L為室溫時(shí)的塑膠尺寸[2]。

PC+ABS通常比例為7：3，具體不同牌號(hào)有些許差異。PC+GF（玻璃纖維）主要是為了提升PC原有的強(qiáng)度和耐熱性（防火等級(jí)高）。具體材質(zhì)的選擇取決于前殼的相關(guān)設(shè)計(jì)和性能需求，選擇的邏輯為流動(dòng)性：PC+ABS≥PC≥PC+GF；強(qiáng)度：PC+GF≥PC≥PC+ABS。

考慮到純塑膠前殼的強(qiáng)度和注塑成型等因素，電池倉(cāng)的塑膠厚度通常要做到0.65 mm或以上，電池倉(cāng)兩側(cè)盡量設(shè)計(jì)骨位以增加其強(qiáng)度。前殼和后殼（主板和后蓋之間的殼料）四周用扣位和插骨配合，內(nèi)部則用螺釘鎖緊?；诔杀緦?dǎo)向，螺釘采用自攻牙螺釘，即前殼只需留光孔，此類結(jié)構(gòu)特征簡(jiǎn)單，成型工藝簡(jiǎn)單。采用純塑膠前殼的手機(jī)天線多用0.15 mm厚的鋼片沖壓而成，如圖2所示。鋼片天線通過(guò)后殼上的塑膠骨位熱熔后固定，通過(guò)沖壓出的彈性特征與主板接觸傳輸信號(hào)。

圖2 鋼片天線圖

此類純塑膠的前殼，在手機(jī)屏幕越來(lái)越大的潮流下，早已不再適用，取而代之的是塑膠+金屬前殼。細(xì)分之下有塑膠+金屬嵌件前殼、一體式金屬中框兩大類。

2 塑膠+金屬嵌件前殼

在塑件+金屬嵌件方案的前殼上，手機(jī)外觀部分都是塑膠，金屬嵌件作為其“骨骼”嵌套在塑膠中間。此料前殼大致可分為兩種：塑膠+鋼片嵌件前殼、塑膠+鎂鋁合金嵌件前殼。塑膠+鎂鋁合金嵌件前殼又可分為鎂鋁合金做天線和不做天線兩種。

2.1 塑膠+鋼片嵌件前殼

圖3所示為以鋼片為嵌件的前殼。采用此類前殼，強(qiáng)度比純塑膠前殼提升較多，手機(jī)屏幕可達(dá)到5 in及以上。為保證整機(jī)強(qiáng)度，鋼片厚度通常為0.4 mm，通過(guò)連續(xù)模沖壓而成，成型效率高。因塑膠和鋼片不相熔，兩者的結(jié)合需要通過(guò)鋼片上的抓膠結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。常用的抓膠結(jié)構(gòu)有沉臺(tái)通孔和沉槽等（如圖5（a））。

塑膠材質(zhì)多與純塑膠前殼一致，外觀面多為模具直接成型的高光面。材質(zhì)為PC+GF時(shí)，高光面容易出現(xiàn)浮纖的情況，故采用此材質(zhì)的前殼外觀面一般比較小或者增加噴涂。因嵌件的存在，塑膠收縮率不能按理論值計(jì)算，需基于實(shí)際結(jié)構(gòu)調(diào)整，甚至個(gè)別方向無(wú)需考慮收縮問(wèn)題。

此類前殼和純塑膠前殼多見于屏分為觸摸蓋板和LCD兩部分的手機(jī)上。LCD自帶金屬框，通過(guò)導(dǎo)電雙面膠固定和接地，蓋板則通過(guò)雙面膠粘接固定（雙面膠同時(shí)壓住LCD金屬框邊緣）。與采用塑膠前殼的手機(jī)一樣，螺釘仍為自攻牙螺釘。此種結(jié)構(gòu)雖然成型簡(jiǎn)單，但鎖牙轉(zhuǎn)矩需嚴(yán)格控制，松緊多次后螺釘容易滑牙。天線形式除了上述的鋼片天線，還會(huì)采用柔性電路板（FPC）和LDS天線（采用激光直接成型技術(shù)，在塑膠表面活化出電路線圖）這兩種，這兩種天線工藝復(fù)雜，成本較高，是目前應(yīng)用最廣的兩種方案。

2.2 塑膠+鎂鋁合金前殼

圖4為以鎂鋁合金做金屬嵌件的前殼，圖6為同樣以鎂鋁合金做前嵌件的不同形式的前殼，為了區(qū)分方便，后者稱為一體式塑膠中框。兩者有個(gè)明顯區(qū)別：側(cè)面是否有外觀特征，如按鍵孔和出音孔等。

圖4前殼的塑膠和金屬同樣無(wú)法互熔，需要通過(guò)嵌件的抓膠結(jié)構(gòu)（如燕尾槽）實(shí)現(xiàn)相互結(jié)合（如圖5（b））。相比圖3類前殼，其優(yōu)勢(shì)在于鎂鋁嵌件通過(guò)壓鑄（在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄模腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方式[3]）而成，很多前殼特征可通過(guò)模具直接成型，中間區(qū)域無(wú)需考慮兩種材質(zhì)的結(jié)合問(wèn)題，且比強(qiáng)度（材料的抗拉強(qiáng)度與材料密度之比）更優(yōu)。

圖3 帶鋼片嵌件前殼

圖4 帶鎂鋁合金嵌件前殼

圖5 抓膠特征

相比上述前殼，此類前殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)一步提升。屏幕開始選用厚度更具優(yōu)勢(shì)的全貼合屏（可改善分體式屏幕內(nèi)部反光問(wèn)題）。在屏幕不斷進(jìn)步的同時(shí)，屏下技術(shù)（如光電指紋大規(guī)模應(yīng)用）裝配工藝都在不斷提升：屏由雙面膠固定切換到膠水固定，使得屏幕四周的黑邊寬度更小?；谏鲜鰩c(diǎn)，整機(jī)可做到更薄，屏幕顯示區(qū)尺寸更大。

電池亦是從這時(shí)開始從硬包電池轉(zhuǎn)換到軟包電池，電池安全性能大大提升。此類殼料的螺孔螺紋成型方式也有所不同，金屬部分的螺牙通過(guò)攻絲而成，塑膠部分的螺紋則通過(guò)熱熔螺母實(shí)現(xiàn)。螺釘?shù)逆i緊力和螺孔壽命大大提升。

圖6為一體式塑膠中框及其金屬嵌件（嵌件多為鋁合金）。與上述前殼相比，除了外觀部分面積特征更多和外觀工藝更復(fù)雜外，還有一點(diǎn)比較大的差異：金屬嵌件充當(dāng)天線。此點(diǎn)與后續(xù)提及的一體式金屬中框相同又有所不同。

此類嵌件與圖4類嵌件類似都是通過(guò)壓鑄而成，成型效率高。不同的是，此類嵌件在塑膠注塑成型后，需要將防止充當(dāng)天線部分的金屬在注塑時(shí)變形甚至開裂的連料用CNC加工掉。另外，該一體式塑膠中框外觀必須噴涂，可做到類金屬效果。

采用圖1～圖4類前殼方案的手機(jī)，后蓋（手機(jī)背面外觀件）通常與后殼相互配合，外觀明顯可見三大件；亦可后蓋包住后殼與前殼配合，外觀只見兩大件。此類手機(jī)，后蓋幾乎都是通過(guò)扣位+止骨的方式與其他殼料組裝到一起；圖6類前殼，后蓋則通過(guò)雙面膠直接粘接在其上。

圖1 塑膠前殼

圖6 一體式塑膠中框

3 一體式金屬中框

如圖7所示，為一體式金屬中框和其金屬部分。此中框與一體式塑膠中框結(jié)構(gòu)形式非常接近，最主要的區(qū)別是金屬中框外觀面材質(zhì)是主要是金屬（外觀有明顯有斷縫，此為天線需求），塑膠中框外觀面全是塑膠（斷縫在塑膠內(nèi)部，不顯于外觀）。此兩類中框?qū)?yīng)著鋁合金的兩種分類：變形鋁合金和鑄造鋁合金[4]。與前面的前殼相比，此兩類中框開始搭載3D 曲面屏幕，其中一體式金屬中框多出現(xiàn)在中高端機(jī)型上，塑膠一體中框多用在中端機(jī)型。

圖7 一體式金屬中框

金屬中框的材質(zhì)通常為PBT+變形鋁合金（安卓手機(jī)常用），其中塑膠和鋁合金的結(jié)合工藝俗稱納米注塑，兩者的結(jié)合力要遠(yuǎn)優(yōu)于上述各種方案。外觀顏色效果通過(guò)陽(yáng)極氧化而成。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鋁陽(yáng)極氧化的定義是一種電解氧化過(guò)程，在該過(guò)程中鋁或鋁合金的表面通常轉(zhuǎn)化為一層氧化膜，這層膜具有防護(hù)性、裝飾性及一些其他的功能[5]。此類中框大部分特征由CNC加工而成，設(shè)計(jì)時(shí)需著重考慮加工刀具的大小，優(yōu)化加工時(shí)長(zhǎng)。而上述幾種前殼，則需注重特征的肉厚（縮水問(wèn)題）和模具強(qiáng)度（模具壽命）。

4 結(jié)語(yǔ)

手機(jī)前殼的設(shè)計(jì)方案已相對(duì)成熟，目前主流的設(shè)計(jì)方案基本為圖4、圖6和圖7三類前殼，圖1和圖2類在大屏?xí)r代基本不采用。采用不同的前殼，整機(jī)的殼料拆件形式有所區(qū)別，對(duì)應(yīng)的天線方案差異比較大，覆蓋的機(jī)型價(jià)位也不盡相同?？偟膩?lái)說(shuō)，一部手機(jī)選用哪種前殼，具體需要根據(jù)手機(jī)本身的定位做相應(yīng)選擇。