防水结构设计

结 构 设 计 规 范

1、Lens

一般有三种方式：塑胶透明镜片、装饰片、PET薄片；也有部分产品LCD直接外露。

1.1．塑胶透明镜片

1) 一般厚度为1.50mm条件不足也可以是1.00mm；

注意：如果要丝印，尽量把丝印面做成平面；

2) 镜片要固定，通常用双面胶，双面胶需预留0.15-0.20mm的间隙；

3) 如果有防水要求，镜片可以用超声波焊接，不过结构上要预留超声波线间隙0.40mm以上。

隙

1.2．装饰片(PET、PC) 以上间

1) 一般采用0.30mm厚的PET片，0.50mm的PC片，表面丝印，背面背

胶，冲裁成形。

2) PET片的VA与面壳配合最窄处I为8mm,PC片的VA与面壳的配合最

窄处I为5mm；如果空间不足，那么在装饰片与面壳之间加镜片，以免用手按装饰片VA，使装饰片周边翘起。

装饰片

塑胶镜片

1.3．PET透明薄片

一般采用0.40mm厚的板料，冲裁成形；薄片与LCD框留0.50mm的间隙。

2．LCD

2.1．LCD通常做成方形，必要时可以切角，做成多边形；其厚度通常是

2.00mm，跟据不同的情况可以做成2.80mm和1.60mm;

2.2． LCD与主板的连接方式常用为导电胶条和热压斑马纸：其中导电胶

条要有预压量，通常预压为0.30-0.40mm，预压量太少LCD容易缺划；预压量太大LCD容易被顶红。

1) 导电橡胶条一般有YL（四面导通）和YS（两面导通）两种；一般采用

YS。

2) 导电橡胶条与面壳、LCD配合有以下两种方式：

的间隙

做成封闭框

框比螺丝柱低(0.30-0.50)如果空间允许，可以在框

上做出挡导电橡胶条的结构

2.3．热压斑马纸不需要预压，但成本较高，连接时要用热压啤机，PITCH

脚位密的还要用精密热压啤机。

2.4．LCD与LENS不能直接贴合，贴合容易产生水纹，也有LCD直接固

定在LENS上的情况，通常在LENS的VA显示区开一个凹槽，间隙留足0.30mm;

上开0.30的凹槽

如果LENS使用0.40mmPET薄片，那么LENS与LCD中间使用0.30-0.40mm的PET垫片隔开。

2.5．通常LENS外装，LCD内装，中间用面壳隔开，面壳局部胶厚至小

1.00mm，LCD与LENS之间要保持洁净，通常做成封闭结构。

2.6． 根据外观图提供的VA，来确定LENS、面壳、LCD的VA；

如：外观图提供VA

为(a*b)mm，则 LENS的丝印VA为(a*b)mm,面壳的VA为(a+0.5)*(b+0.5)mm，LCD的VA为(a+1)*(b+1)mm；保证LCD上不会露出黑边。

3．螺丝柱

3.1 螺丝柱的结构直接影响到整机的装配效果和可靠性。

3.2 螺丝柱的设计先要考虑整机受力情况，一般要求吃牙深度至少3圈以

上，孔内要预留容屑空间0.30mm以上。

3.3 小电子产品通常用1.40mm、1.70mm、2.00mm的螺丝，螺丝柱各部分

尺寸如表所示；螺丝柱间距视需求而定，外观上尽量看不到螺丝，必要时可以做到电池门内或藏在易拆件的下面，也可以以扣位取代一侧的螺丝。

h=g-g*(1/3) 防止螺丝柱底部缩水；i一般取(0-0.10)mm；j取(1.50-2.00)mm;k不低于1.50mm。

3.4 如果空间允许的话，长螺丝尽量做成尖头或破口螺丝；螺丝柱周围可

以做些加强肋，可以改善受力，还能使注塑时走胶顺畅。

3.5 在有发射和接收功能的电子元件旁边尽量避免使用螺丝固定。

3.6当螺丝柱在斜壁上时，不宜将螺丝柱设计的太长，因为如果螺丝柱太长，在啤塑的时候胶会把针冲变形，导至偏心，一边胶厚，一边胶薄。

3.7 如果产品需要防水，那么螺丝柱一定要做到防水槽外面，并在组装成

品机后，在螺丝头上加胶水，防止螺丝反松；如果只要求防滴，那么螺丝柱可以做在防水圈内，但面底壳螺丝柱要紧配。

螺丝柱在防水圈外

4．按键

通常按键有窝仔片、橡胶按键、塑胶按键、机械按键、机械推制，可根据空间大小，行程要求，手感要求来选择。

4.1 窝仔片行程短，一般为0.20mm-0.50mm，金属材质，可靠性好，占用

空间小，带脚的窝仔片可以配合PCB上的通孔定位安装。

4.2 橡胶按键行程长，一般为1.00-1.50mm,最低也要有0.50mm，橡胶材质，

可靠性不如窝仔片，占用空间大，优点是按键手感好，而且橡胶按键 连成一片，容易组装。

塑胶件上加肋位

4.2.1 Rubber Key 的设计

1) Key Pad 厚度a=1.0-1.50mm

2) KEY 斜壁角设计时一般取d=45°，但跟据不同的情况可以作适当的更

改。

3) 斜壁厚c=0.25-0.45mm。

4) 斜壁在水平面上的投影b，在垂直方向的投影e，设计时一般取1.00mm，

最短不应小于0.80mm。

5)．参数g≤a

6)．参数h≤a+e

4.3 Rubber 的按键力要求：100±50g.

4.4 在塑胶件上要加肋位压RubberKey Pad，如上图。

4.2.2 导电接触点的常用方式

1) 丝印导电油成本转低，但由于其阻值较大，且可能脱落，尽量不予采用。

2) 碳粒，碳点附着性好，但碳点尺寸及形式均受限制，亦需控制碳点含

硅油量.

3) 碳点的大小有规格，不能任意大小均可取

一般规格直径有：2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0。

4) 碳点厚度

一般取0.5-0.6mm，太薄则阻值偏高。

4.2.3 与胶件配合的结构设计

1) Keypad与胶件配合间隙，取单边为0.30mm。

2) 脱模角，胶件孔和KEY的脱模角一般都取1.0°。

3) 大Key 设计，由于有些Key 太长，应设计为两个接触点。

4) Key 之间的间距

Key与Key之间的距离不能小于1.50mm

4.3 塑胶按键

一般配合窝仔片，Rubber Key，机械按制，机械推制使用。

4.3.1 塑胶按键与面壳之间留单边留0.25mm间隙。

4.3.2 面壳和按键上要做防呆标志。

面壳上做肋位，按键上做缺口，防止按键装错、装反

4.3.3 面壳的按键孔和按键一般做1°拔模斜度。

4.4 机械按键，其实里面还是金属窝仔片，性能和窝仔片差不多，但有辅

助机构，按键手感比窝仔片容易调到最佳状态。

4.5 机械推制，可以加推制帽使用，但挡位不容易控制，装配间隙不足都

有可能影响挡位感。

按键结构有一点要特别注意，按下去不能被卡住，应该可以顺利回弹；这种不良情况多出现在行程长的橡胶按键上，对策是加高按键深度，如行程为1.00mm的橡胶按键，上面的塑胶按键要高出面壳表面1.00mm以上，如果塑胶按键帽高面壳不许超过1.00mm，也可在面壳的下面起围骨加深，效果一样。

5． PCB结构

5.1 一般小电子产品的PCB：FR4的厚度选用0.80mm，HB94选用

1.00mm。

5.2 如果LCD和PCB用导电胶条连接的，压导电胶条的螺丝之间的间距

不要超过15.00mm，以免出现少划。

5.3 PCB上的按键位置是需要受力的，可以的话应尽量离螺丝柱和卡槽

近点，必要时反面加支撑点。

5.4 在PCB上布线是要条件和时间的，一般在建模时就提供初步的PCB

尺寸图，给电子工程师试LAY，以确定PCB面积离要求不要相差太多；在结构设计的中间过程中，大元件和敏感元件的摆放也要和电子工程师进行沟通和协调，做完所有机构后再出正式的PCB尺寸图；

电子工程师LAY板的时候，结构这边在做手板，做完手板，PCB打板也差不多回来了，正式装功能样板，把问题解决在前面，这样会节约许多时间。

5.5 须注意静电保护，在有空间的情况下，PCB尽可能的远离边和孔，

一般保证在1.50mm以上。

6． 底、面壳的配合

6.1 底面壳采用止口配合，一般常用的止口有两种：标准止口和简化止口。

简化止口 标准止口

H2≥0.80mm H2≥0.80mm

H1-h1=0.10mm H1-h1=0.10mm

L1-l1=0.40mm L1-l1=0.40mm

6.2 两种止口的比较：标准止口外形美观，但在模具制造上相对来说较为

复杂；而简化止口在模具制造上较为简单。对于外观上没有特别要求的产品，我们可以采用简化止品以降低模具成本。

6.3 如果底面壳固定使用超声波熔接，那么在底面壳内使用定位柱，使底

面壳在超声波前不会错位。

面底壳超声波结构一般采用以下两种设计方式： a=(0.3-0.4)m b=60°

6.4 采用均匀壁厚设计，优先选用ABS料，建议采用1.50-2.0mm的薄壁

厚设计。如果要局部减胶，深度应小于该处壁厚的1/3，并辅以圆角过渡，以免出现熔接痕，影响表面质量。

7、 防水结构设计

7.1、 O-Ring即为常用的密封圈， 常用材料为 NBR， silicon等，以 NBR

为最常用。下面介绍 NBR 这种材料。

碃橡膠 (NBR)， 俗名或商品 Nltrlleor Buna N 化學名

，， p8?，，，，ei

NltrlleButadi-ene

機械性質： 抗張強度(max psi) 3,500

AD,CAE,CAM,ICAX,idesign,模具7.1.1、一般的 O－Ring设计， 需要一些具体的参数， 参数的决定对防水

性的效果有很大的作用， 一般都要经过计算所得。 下面介绍一些计算O－Ring具体参数的公式和技巧。

RADCROSS SEADIAL

SS SECTION

TOP VIEW

CROSS SE

CTION

图 7-1

图 7-2

1) ID （O

－Ring Inner diameter）

www.iCAx.cnjG,Qg9D*a

Operating Point----- % ------------ S

www.iCAx.cnC1S[(\dxminimum --------------1% ----------- 0.01 maximum -------------5% ------------0.05 recommended ------2% ------------0.02

CAD/CAM/CAE综合资讯网站论坛,^ K

为了使O－Ring能很好和槽位配合，一般槽的Gd 比 O－Ring

的

ID 大 1％～5％，最佳值为 2％， 过大O－Ring 容易产生过分拉伸而容易老化。

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2) CS （Cross Section Diameter）（O－Ring 线径的选取）

^*d& C （O－Ring 横截面线径的压缩量）

可知：

则 O－Ring的 横截面线径压缩量为：

bbs.icax.cQ n\&A 一般来说， O－Ring横截面要压缩 20％--30％，这样才能够很好的保证防水和功能。从 槽的尺寸,以及选用的C， 我们就可以

计算出 CS（O－Ring横截面线径）了。

此外， 如有特别精密的场合， 需要验证各个公差对设计尺寸和效

果的影响。

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3) Groove Width （槽宽）

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O－Ring槽的槽宽一般设计为 O-Ring 线径的 1.5倍。

4) Gland Fill （O－Ring压缩后在槽内体积的充满程度）

O－Ring 装入槽后压缩后， 一般设计值为占据了槽内 75％的空 间，即 O－Ring体积为 槽的体积的 75％ 7.1.2、综上所述：

1） 对于某些装配件具有不规则的横截面， O－Ring的内径可能要设

计得小一点，以便能咬紧槽位而不容易掉。具体问题具体分析。

2） 第3，第4项一般只选用一项来计算便可，建议用 4. Gland Fill 来

计算实际一点。

3） 对于运动场合下 和 轴向放置的 O－Ring，需要考虑其实际的配合

情况， 一般ID不用太紧，CS就要保证有足够的压缩，还有充满

体，（Gland Fill）必须要保证有必要的剩余体积。

4） 对于四方形的槽位，角位要倒R， 考虑O－Ring的线径（CS）与

四个角位的R的配合是否有可能出现空隙。

5） 公差的影响， 必要时需要考虑最大公差和最小公差时候O－Ring

的装配情况，以保证设计的完善。

7.2、 目前我们所用的O-Ring的用途主要分为防水和防滴两方面。

主要用在上下盖，电池门，显示窗口及按键等位置。

7.2.1、上下盖，电池门之间的防水设计如下图所示：

Min 1.2MM From Underside Groove

一般的上下盖，电池门之间做防水设计须注意以下几点：

1） 防水槽的底面与壳之间的胶厚保证在2.0~1.5mm。考虑到产品厚度的 问题，最少胶厚不能小于1.2mm，否则上下盖会被O-Ring 顶变形，

即上下盖合不严或成波浪形。

2） 锁上下盖的螺丝之间的距离一般不超过25.0mm，螺丝尽可能选用1.7

自攻螺丝。如有个体的原因，螺丝最小也要用1.4自攻螺丝。

3） 底盖上的电池门做防水，防水槽底面的胶厚设计成2.0~1.5mm为宜， 最少1.3mm 胶厚。

4） 电池门的胶厚设计成1.5mm，最少也胶厚1.2mm，否则会变形。 5） O-Ring 与上下盖，底盖与电池门之间一定要有压缩量，一般设计高 度的预压量在0.2~0.3mm。预压过多上下会合不严或成波浪形。 6） 所用O-Ring的截面可以矩形，梯形，圆形直径在1.0mm比较好。螺 丝柱最好设计在防水圈的外面。 7.2.2、显示窗口处的防水设计如下图示：

1) 一般常用显示窗口的有两种方式做防水：一种是直截将O-Ring放在

面壳的U型中，上面加镜片，LCD，支架，如图7-4中的1所示：二种是镜片与面壳之间用超音波的方式，如图7-4中的2所示。 2） 用O-Ring密封圈时，一定要有0.2~0.3mm的预压量，支架间的螺丝

柱不能相距太远，一般识LCD的大小而定，柱子之间最好不能超过20.0mm。螺丝最小用直径是1.4mm的自攻螺丝。

7.2.3、按键防水通常用橡胶KEY作防水，所用材质Silicon；在铁轴上套

O-Ring 的形式，如下图所示：

1） 一般按键用RUBBER KEY直截作防水时，橡胶块周围最好设计成U

型的卡槽，槽的高1.0~2.5mm之间，橡胶块的胶厚最少要有1.0mm厚，如下图7-5的1所示。

2） RUBBER KEY 与PCB之间要有一定的压缩量，一般0.15~0.25mm之

间。注意不能在RUBBERKEY中间设有螺丝柱。

RUBBER

MIN 1.0mm1.RUBBER KEY

SPRING

2.O-RING

RUBBER ELECTRIC BLOCK

图 1-5

3) 在轴凹槽上套防水圈时，O-RING的内径一定要小于凹槽的外径，如

直径是1.0mm的橡胶圈与直径是1.2~1.4mm凹槽相配为宜。 7.3、 防滴与防水几乎相同，只是防滴的不能用于防水，而防水的都能应用

于防滴上面。如做防滴时，在显示区域或有些按键处可用双面胶纸来防滴。

7.4、 另外还可考虑用超音波来做防水，如图7-4-2所示。具体情况具体对

待。

8、 喇叭（SPEAKER），蜂鸣器（BUZZER）结构设计：

8.1、 目前我们所用喇叭，蜂鸣器种类多，故SPEAKER，BUZZER音孔的

开孔面积和共鸣腔的关系须符合以下计算公式：

8.2、 主要介绍一下Buzzer的结构 设计，如下图所示：

1) 装BUZZER的面一定是平面，此表面不能有凹凸不平，或批峰，尖点，

否则会会产生振音，或达不到所需的音量值。 2） 图示D1一定要比BUZZER外径在0.1~0.2mm。

3） 图示D3的直径根据所需BUZZER的大小，和音量的大小及上式公式

而定。例如，一般要达到90db以上时，需用D=27.0mm的不锈钢的蜂鸣器，且D3=5.5mm，方可达到要求。

4） 图示H1是BUZZER与腔体的高度，一定要保持在2.0mm高，且腔底

最好是与BUZZER平行的面。图示H2的高度设计成0.8~1.2mm之间为宜，太矮，用胶封不紧音，会产生振音，或达不到所需的音量值。 5） 图示H3是腔体底面的胶厚，此胶厚一般要在1.5~2.0mm之间，胶厚

太薄表面易产生烘痕，影响外观。

6） 如上图示在BUZZER的三方加烫柱，或厚骨。在适当的位置加一卡线

柱，防止组装时将焊线拉脱。

7) BUZZER的大小及材质的要求根据具体情况而定，组装蜂鸣器时一定

要用胶水(黄胶，红胶)封在上面。

9、 电池门，电池箱，电池正负片的结构设计

9.1、 电池门设计根据所所使用不同的电池而有所不同。按目前所用大概可

以分为扣位式，旋扣式；锁螺丝三种方式。 9.1.1、扣位式的电池门主要用在AAA，AA电池上。

1) 普通单粒电池，两头弹簧接触片预压接触，在电池箱两端须加限位骨

以防反装（9-1），电池箱底面还要雕刻上电池符。

2） 电池正片冲凸形，其凸出高度不超过1.0mm，负片弹簧式。 3) 电池门一般胶厚为1.5~2.0mm， 电池门前端大扣位与底壳的配合尺寸

如图9-2所示：

4） 如果电池门前端过大，在两边增加侧面直扣；在电池门后面加压骨，

防止电池上下串动；在电池门外面雕刻手感位，一般凹0.3mm，如图9-3所示：

5） 扣位式电池门大扣舌位长度不小于2.0mm，胶厚0.9-1.2mm，保证拉

开电池门的力度在800±300克力之间。

9.1.2、旋转式电池门，主要用在扭扣式电池上，如L44，2032等。 1） 一般扭扣电池直截放在PCB板上的负片上，负片根据空间的大小及

电池的大小而定，即负片的种类有多种，正片大多类似U形，或‘之‘字形间，依空间大小而定。

2） 扭扣式电池门一般胶厚在1.2~1.8mm之间，旋转角度在20~30度之间，

电池门的形式如图3-4所示:

3) 电池门与电池盒之间的配合尺寸如图9-5所示：

备注：其它型号的扭扣电池如图示L44的配合尺寸基本相同。依具体情况而略有差别。

4） 扭扣电池也可用扣位式电池门来做，如图9-6所示，其配合关系基本

同上9.1.1。

9.1.3、在电池门上锁螺丝。一般用在须防水的产品上面，有前端加一直扣，

后端打一粒螺丝；每个角上打一粒螺丝（针对矩形）。如图9-7所示：

9.2、 电池箱，目前我们主要用的电池就是上面所提的几种，现在主要来介

绍一下扭扣电池箱所要注意的地方。如图9-8所示：

1) 电池箱一般要比比标准电池的外径大0.5~1.0mm，电池箱的围骨胶厚

一般为1.2~1.5mm。

2） 如下图示，电池正片处一定不能有骨或柱子档住，以免电池片弹不动。

3） 无论什么样的正极电池片，电池片的上端最好有一遮挡块，防止正片

因装入不当而被压坏或变形。档块的大小不能影响到电池的装入。依实际情况而定。

9.3、 电池‘+’，‘-’片。

9.3.1、材料：对无弹性的电池片，一般用0.3mm厚的磷青铜片，表面镀镍；

对有弹性的电池片，一般用0.15~0.25mm厚的SUS-301钢片及弹簧钢，表面镀镍。

9.3.2、我们常用电池‘+’‘-’片的外形图如图9-9所示形式：

1） 图中a、b、c主要要用于‘AAA，AA’电池。

2) ‘+’片d和‘-’片f、g一般用于L43、L44电池上。

3） ‘+’片e和‘-’片h一般用于2032电池上。

9.3.3、目前我们使用最多的是扭扣电池，无论是哪种型号的电池，建议‘+’

‘-’片都采用最少两点接触比较可靠，如图示：d、e、f、g、h。