产品防水结构设计-新版解读

【1】 三防手机是什么？

所谓的三防手机，就是一款防尘、防震、防水、抗摔等功能的手机，专为热爱户外运动的年轻用户和专业人士而设计，能在极端恶劣的天气条件下使用。

目前市面上三防手机主要分为两类：

1,普通三防手机

属于轻度防水产品，比如洗手的时候，不会有水花渗入手机内部，导致手机功能受损，只能做到三防，外观时尚，跟市面上的普通手机没什么区别，IP54以下。

2,三防专业手机

       可以承受一定的水压，可以在水中浸泡，也可以被汽车碾压，比如手机从一楼掉下来，不会对手机造成任何的损伤，也不会对手机造成任何的伤害。它主要面向专业户外登山、涉水等户外运动爱好者，也有部分军事爱好者因其独特的外形和强健的体格而情有独钟。

【2】三防 IP防护等级是什么？

       它由 IEC起草，根据电器的防尘、防潮性能进行分类，由两个数字组成，第一个数字表示防尘、防止外物侵入，第二个数字表示防水和防潮。数字越大，保护等级越高。

下面的表格是这样的：

例如，IP57防护等级IP57，标志字母 IP，数字5是第一个标识数字，表示手机虽然不能完全防尘，但是灰尘入侵不会影响手机正常工作，7是第二个标记数字，表示手机浸泡一段时间，或者水压低于一定的标准，保证手机不会因水浸水而损坏。

【3】 什么是防水材料？

1.纳米 TIS涂层

纳米涂层的原理和荷叶的结构类似，荷叶表面有许多细小的乳突，这些乳突平均直径约6~8微米，平均高度约11~13微米，平均间距约19~21微米。

        在这些微小乳突中，还有一些较大的乳突，平均大小约53~57微米，由6~13微米的微小突起组成。乳突顶端呈扁平状，中央略有凹陷。这种乳突结构在肉眼和普通显微镜下几乎看不见，通常称为多重纳米和微米级超微结构。这些突起和突起就像是一座座“小山包”，这些“小山包”之间的凹陷充满了空气，形成了一层纳米厚的空气层。水滴的最小直径是1~2毫米（1 mm=1000微米），比荷叶表面的乳突要大得多，所以雨水落在叶片表面时，只有一层薄薄的空气，只能接触到叶片表面上的“小山包”顶端。

纳米涂层加工方法一般有：全身浸泡、刷涂、淋涂、喷涂。批量生产主要采用浸泡法，大约3-5秒钟后，取出晾干，5-10分钟即可完全晾干，对于批量生产来说，还是很有优势的。

2,三防漆类（Tips）

       三防漆又叫线路板保护油、披油油、防水漆、绝缘漆、防潮漆，三防漆一般比较厚，涂层厚度一般在50微米左右，散热性差，粘稠度高，一公斤产量低，干燥慢，需要一两个小时才能干透，而三防漆则是在电子产品 pcb板上涂上一层胶膜，用来防潮、防腐蚀、防盐雾，但这种保护膜只能防止潮气和少量水分。

如果电子产品完全浸在水里就不能工作了，那就是三防漆本身的工艺问题。因此不耐摔，不耐振动，容易在外力冲击下脱落，对 pcb板的保护作用非常有限，用肉眼观察很难看出是否均匀。目前很多三防漆还在使用挥发性溶剂，对人体和环境都有很大的危害，对一些出口到欧美的企业来说，环境污染严重。

3,灌封防水剂

       目前常用的灌封方式为环氧树脂灌封胶，用于电子产品模组的灌封，能将整个 pcb板包裹起来，具有防水、防潮、防盐雾、防霉菌、抗震、抗外力冲击等作用。

       环氧树脂是一种饱和树脂，以环氧树脂为基材生产的环氧树脂灌封胶具有高强度、高粘附性、高耐候性、低收缩率、高绝缘强度、无毒、环保等特点，灌封后的机械性能和电气性能在-45~120℃之间稳定。可全方位保护电路板，大大延长电路板使用寿命。但也有一些致命的问题，比如 PCB板的散热会受到很大的影响，最麻烦的是产品几乎不可能修复，或者返修成本太高。

4,可压缩胶质

软胶防水圈有：橡胶、硅胶、 TPU、 TPE、聚氯乙烯等，材质不同，硬度等级不同，一般用于主体壳件防水。

以 O型橡胶、硅胶防水圈最为常用，常用的标准件有很多，通常用于开关阀门或防水设备。现在很多电子产品都是定制的，但都是根据结构的不同而定制的。

下面是几种 O型橡胶圈材料性能对比图，供参考。

以下是材料硬度表：

以上是材料特性表：密封性结构防水圈一般硬度为30~55度。

5,防水材料

防水辅料主要是防水双面胶，防水泡沫棉，防水膜等，手机 TP用的是防水双面胶，比如3M5220，因为成本的原因，很多厂商都采用点热胶工艺，另外，喇叭，麦口，都是用防水泡沫和防水透气膜，既能防水，又能透气，还能调节内部气压。

三防手机结构设计案例分享

一、壳体结构设计

1、壳体上下壳厚度的设计要求

(1)上下壳硬胶的大面胶厚度应设计为2.0毫米以上，局部可做0.8毫米。若做双色注塑外壳，软胶部分设计厚度应大于1.2 mm，局部可达0.8 mm，内加强筋设计厚度为0.8~1.0 mm。

(2)电池盖/SIM卡盖，胶厚设计为2.0 mm以上，局部可做0.8 mm，双色胶厚设计1.2 mm以上，局部可做0.8 mm，内部加强筋设计厚度为0.8-1.0 mm。

2,主体壳体防水固定方式

(1)上、下壳通常用螺丝固定，螺钉间距约35毫米，两壳之间常用正压橡胶圈防水（见下图），防水圈尺寸： W1.5毫米/H1毫米，硬度约45度，配合下壳表面做干涉凸台设计，凸台尺寸： W0.5毫米/H0.3毫米，即过盈0.3毫米。

特殊情况（两侧空间较小）也可采用侧压防水。请看下面的图片：

3、电池盖/SIM卡盖防水固定方式

(1)电池盖的固定方式是一端扣紧，另一端用锁紧螺丝固定。

防水圈一般采用侧压橡胶圈，做1.5 mm直径的橡胶圈固定在电池盖侧面槽内，距电池仓四周骨位过盈0.2 mm。请看下面的图片：

(2) SIM卡盖的固定方式是一端卡住，另一端用锁紧螺钉固定，防水方式最好是正压橡胶圈，橡胶圈宽度要大于2.0 mm，这样才能有足够的面积贴在胶壳和胶壳上，在防水面上做凸台，尺寸为 W0.5毫米/H0.2毫米，即过盈0.2毫米。请看下面的图片：

(3)底壳电池盖卡扣处防水，如果直接走前模，则无需另外做防水结构。

(4)如果电池盖卡扣是用来做插孔结构的，则需要用聚氯乙烯片打胶防水。

二、侧键防水结构

1、设计成橡胶防水件，防水配合部位单边过盈0.15-0.3左右，试样出来后再做微调。请看下面的图片：

这种方式比较常用，适合按键外装，装配顺序见图1、2、3：

2、设计成橡胶+五金防水件，采用粘贴方式粘贴，五金材料一般采用0.3厚不锈钢材质，硬度为3/4 H，以保证按键的平整度。

按键组装顺序参见图1、图2、图3：

3,当壳料为双色时，键帽可以直接与外部软胶件形成一体，安装方便，防水性好，缺点是手感较硬。

按键内部还需要设计一种软体材料作为按压支架，否则太长的话，模具就不好处理了。

三、输入/输出端口防水结构

1、U盘防水结构

(1)自带防水 USB头，如下图所示：

USB与外壳直接配合防水，锁紧螺丝，防水性比普通 USB母头可靠。

(2)普通 USB头，不具有防水功能的 USB母头，如图所示：

需要用外塞和外壳做防水结构，以达到防水效果，见下图：

2、耳机座防水结构

(1)耳机座，自带防水功能，见下图：

耳机座与外壳直接配合防水，防水性比普通耳机更可靠，请参阅下图：

(2)一个普通的耳机插孔，如下图所示：

耳机座本体没有防水功能，需要用外塞和外壳做防水结构，以达到防水效果，见下图：

四、前后摄像头镜片防水结构

1、 TP两侧胶面必须保证2.5 mm以上防水双面胶，双面胶厚度为0.25 mm，目前已有0.1 mm厚防水双面胶，从未测试过，具体效果如何，见下图：

2、正面/背面镜片防水双面胶设计要求单边宽度大于2.0毫米，厚度0.25毫米，如下图所示：

3、闪光灯镜片防水结构设计设计，设计宽度为0.5 mm的硬胶，与双色注塑软胶配合使用，单边过盈0.1 mm，若无软胶，则需设计防水圈或点胶方式防水，如下图所示：

五、螺塞防水结构

螺塞直接采用70度软胶材质，单边过盈0.1-0.25配合防水，如图所示：

六、扩音器/耳机/mic防水结构

喇叭一般有两种防水方法，一种是贴防水膜，外壳需要留出2.5 mm的背胶宽度，防水膜贴在泡棉一侧，厚度约为0.8 mm，见下图：

另一种是侧面周圈打胶密封，点胶空间大于0.5，见下图：

【结语】

1,防水结构的选择要根据产品定义和产品外形来选择，IP54级的防水结构不需要IP68级，防水等级不同，结构材料也不同。

2,防水等级越高，防水效果越好，需要不断的测试，有时候产品组装完成后，刚开始测试，可能通过，但经过高温、低温、跌落、水压等测试，可能会出现防水问题，需要不断调整。

3,防水机的内部一般都有调节空气压力的元件，如果没有，就必须设计出透气膜的出气孔，以防止因气压不同而导致产品开裂。

4,以上数据仅供参考，不能作为设计标准。

三防设计是绝大多数电子产品整机设计的关键。三防产品的设计应符合下列标准：

可靠性：指产品能在规定的条件和时间内完成规定的功能。

维修性：指产品按规定程序和方法，在规定的条件下和一定时间内维护或恢复到规定状态的能力。

保障性：装备的设计特点和计划保障资源能够满足日常战备的完备性和战时利用率要求。

测试性：产品能够及时、准确地确定它的状态（能工作、不能工作或性能下降），并且能够隔离内部故障。

安全性：产品具有不会造成人员伤亡、系统破坏、财产损失、或对人体健康及环境不构成威胁的能力。

环境适应性：设备能够实现所有预定功能、性能和/或不受破坏的能力，这些环境可能会影响设备的使用寿命。

因此，三防产品的设计除了从材料、结构等方面采取措施外，还应采取工艺措施，进一步提高产品的三防能力。这对工业设计企业来说既是机遇又是挑战。

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