淺析電子通訊產品結構設計

【摘要】本文將電子通訊產品結構設計作為論述對象，指出了結構設計的作用及重要性，闡述了電子通訊產品結構設計的要求與原則，從結構需求分析、概要設計、詳細設計、驗證設計及定型設計方面，概括了電子通訊產品結構設計的基本過程。在結構組成的形式、材質的選擇、電磁兼容性設計及熱設計等細節方面，說明了電子通訊產品結構設計時應考慮的因素。

【關鍵詞】電子通訊產品；結構；設計

引言

當今信息化的時代，電子通訊產品已遍及各行各業，深入到人們學習、工作和生活當中，電子通訊產品的質量就尤為重要。而產品的質量是設計出來的，不是檢驗出來的。因此，一項成功的設計，不僅要有成熟的技術方案，而且還必須具有豐富的專業知識和設計經驗。結構設計是電子通訊產品設計中的重要組成部分，它從美觀、防護、散熱、抗震及抗干擾等方面對產品的本身進行了科學的規劃與實現，有效地保證了產品的功能、性能及其附加值。

1.產品結構設計的基本要求與準則

電子通訊產品一般由結構、電路及軟件組成，其外形大多屬于箱式結構，如：便攜式、機箱、插箱及機柜等。隨著人們審美觀以及對操作性要求的不斷提高，電子通信產品的結構除滿足電氣性能、環境要求及用戶需求之外，還要設計出符合操作者生理的結構，力求外形美觀， 使操作者感到方便、舒適，便于操作與觀察。

1.1 產品結構設計的基本要求

產品結構設計的基本要求來源于產品設計的總體方案及需求規格書，主要表現在：功能滿足需求，性能穩定可靠，工藝性好，材料選配合理，外型美觀大方，開發周期短，使用壽命長，開發成本低，環境適應性強，運輸方便，符合行業標準，國產化程度高等。

1.2 產品結構設計的基本原則

產品要滿足用戶的需求，設計要有繼承、創新、優質、經濟與高效的基本原則。

1.3 產品結構設計與檢查準則

1）以用戶為中心的設計。即從用戶的需求、感受及操作習慣出發，圍繞用戶進行設計。

2）可制造性設計。提高產品開發過程中設計、工藝及制造的質量，降低產品生命周期里各個方面的成本，縮短產品研發與生產的周期，減少或避免各個環節的反復。

3）可靠性設計。通過設計、生產和管理來實現產品的可靠性指標，其中首先是產品的設計，它決定著產品的本來具有的可靠性。產品的可靠性，主要體現在安規、散熱、電磁屏蔽及抗振等方面。

4）可服務性設計。從產品的安裝與維護角度來考慮，進行的產品設計。

2.產品結構設計的基本過程

2.1 結構需求分析

首先對產品總需求規格和總體設計方案進行分析，從中把產品結構需求篩選出來，這是結構設計、生產、檢驗及使用的依據。一般包括產品用途、使用環境要求、儲運要求、重量要求、外觀要求、安裝與關鍵尺寸、供電方式及重要性能指標要求等。

2.2 結構概要設計

描述整機結構參數、環境說明、重要性能指標、用戶接口及板間連接器說明；確定結構組成形式、機殼材質、表面處理方式、外形尺寸及安裝方式等；采取的散熱及電磁兼容方式說明；安規、IP防護、裝配工藝及成本說明等。

2.3 結構詳細設計

根據結構概要設計方案完成結構詳細設計，即完成產品圖紙設計、編制技術要求、零件清單及加工技術要求等；并根據產品結構設計的檢查準則，對詳細設計進行檢查與修改。結構詳細設計要能夠滿足結構概要設計方案里所有要求，從設計本身、材料、工藝及成本等方面完成產品結構的實現。

2.4 結構設計驗證

根據結構詳細設計完成樣機加工、試裝和設計修改，直到滿足產品結構功能需求；另外，還要配合相關人員進行產品的性能、安規、環境試驗及EMC的測試，直到滿足產品的性能需求。對于需要開模加工的結構零件，樣機合格后進行模具設計和制作，并完成模具試樣和修模，直至模具合格，模具樣件也要達到產品要求。

2.5 結構設計定型

編制結構件檢驗規范，主要包括鈑金件、塑膠件、機加工件、面膜標簽類零件及外購件。根據企業ERP系統的要求，分門別類的提交產品結構件零件號的申請；根據合格樣機的圖紙，編制產品結構設計文件資料，并儲存于服務器上的基線庫和生產專用庫。配合產品或項目經理編制產品定型發布文檔等。

3.產品結構設計時應考慮的因素

3.1 產品結構組成形式及結構件材質的選擇

電子通訊產品的結構形式一般是盒式、箱式或柜式結構。盒式結構比較輕小，便攜的因素多，其結構形式有：塑膠件與塑膠件組合、塑膠件與鈑金件組合、鈑金件與鈑金件組合、鋁型材與鈑金件或塑膠件組合等；箱式結構一般是指19英寸標準機箱及類似該尺寸左右的非標機箱，其結構形式有：鈑金件與鋁型材組合、鈑金件與鈑金件組合及鈑金件與塑膠件組合等，此種機箱多用于通訊機柜里的設備；柜式結構一般也是指19英寸標準機柜及類似該尺寸左右的非標機柜，其結構形式有：鈑金件與鈑金件組合、鈑金件與鋁型材組合，此種機柜多用于通訊機柜、電力機柜或設備的控制柜等。以上結構形式中，零件的具體數量及其形狀也有不同的風格組合，需要根據相關要求來確定。

電子通訊產品的結構件一般采用塑膠件、硅橡膠件、鈑金件、鋁型材及機加工等零件。常用的塑膠件是ABS、PC、POM及PA66等，一般通過開模注塑的工藝來實現；硅橡膠件多用于按鍵、密封圈及保護套等零件上，通過開模來實現；常用的鈑金件是：SPCC冷軋鋼板、SECC電解板、SGCC電鍍鋅板、不銹鋼304板、鈹青銅板及鋁板等，一般通過數控沖數控折彎或沖壓模具來實現；鋁型材的常用牌號是6063，通過拉伸模再加工來實現，多用于通訊行業的插箱上；機加工件的常用材質是普通鋼、不銹鋼、鋁合金、黃銅及非金屬材料，主要通過車、銑、鉆等工序來完成。產品結構組成的形式需要根據用戶要求、功能與性能需要、安裝方式、使用環境、防護要求、抗干擾要求、美觀性、工藝性、成本及周期等因素來決定，而結構件的材質需要根據產品結構組成的形式等方面來確定。

3.2 電子通訊產品結構的電磁兼容性設計

影響電子通訊產品電磁兼容性有兩方面因素：一是電路模塊本身的抗電磁干擾能力是否過關；另一個就是產品的外殼也就是屏蔽體之間是否保持著連續的導電狀態，這是電子產品抗電磁干擾的屏蔽墻。電磁輻射泄露的結構部位主要是：屏蔽體間的縫隙、面板開孔及傳輸電纜。因此，常用的電磁屏蔽結構設計措施主要采取以下幾個方面：

1）外殼材質具有電磁屏蔽性能，其表面鍍鋅或導電氧化，縫隙處配合面不得噴塑噴漆；

2）零件之間緊固點的間距按照30-100mm選取，或在配合的縫隙中加裝屏蔽材料；

3）提高零件的剛性，保證屏蔽體之間有效接觸。一般采用提高板料厚度及折彎的方式；

4）加大配合面縫隙的深度?？p隙的深度，一般是板料厚度的10倍左右；

5）面板上盡量開小圓孔，避免開長圓孔。圓孔直徑小于波長的1/20，一般是3-5mm；

6）傳輸電纜的屏蔽一般采用屏蔽插頭與插座轉接，以及通過濾波來實現屏蔽。

3.3 電子通訊產品結構的熱設計

影響電子通訊產品散熱的結構因素，主要是零件之間的導熱阻力大、內部空間的熱對流不暢及機殼表面的熱輻射效率低，因此熱設計的常用措施主要是以下幾個方面。

1）選用導熱系數較大的材料，減少接觸熱阻，加大熱傳導面積及縮短熱傳導路徑等措施，以增強熱傳導散熱。如：鋁合金材料及導熱硅脂等比較常用。

2）機殼設計有專門的進風、通風、出風的通道，以加大散熱對流的暢通。常用的辦法是：在機箱的相對面上或溫差較大的面上開散熱孔（進風口距出風口盡可能遠），把發熱器件放置在內部的風道上（封閉的風道效率當然更高）。發熱量小的一般采用自然散熱，而發熱量大的，一般采用加風扇強制散熱。

3）通過鋁合金型材散熱片或金屬外殼本身來散熱，以提高熱輻射的效率。材料表面的黑度及面積越大，散熱的效果就越好。

4.結語

一個能滿足用戶需求，有效地保證可制造性、可靠性、可服務性的電子通訊產品結構設計，必須具有過硬的專業知識和設計經驗，嚴格地按照科學的設計程序來開發。只要這樣，才能夠提升產品的技術含量與質量，縮短開發進度，降低開發成本，延長產品的生命周期。電子通訊產品結構設計的內容比較多、涉及面廣，本文只是提出了一些設計要點，希望能給電子通訊等行業的結構設計人員有所幫助。

參考文獻

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[4]周旭.現代電子設備設計制造手冊[M].電子工業出版社，2008.

作者簡介：倪廣樹（1963—），男，陜西咸陽人，大學本科，資深結構設計師，主要從事機械電子結構方面的研究與開發。