網關產品的結構設計及其發展趨勢

摘要：網關產品是一種無線網絡傳輸設備，隨著WIFI技術的發展，網關產品的結構設計也需進一步優化使可靠性更好，安全性更高，外觀更美觀甚至達到防水防塵的優點。 本文就網關產品的結構設計提供一定的設計思考，為后續網關產品的設計提供一定的參考依據。

關鍵詞：網關產品;結構設計;發展趨勢

1導言

網關產品的結構設計需配合硬件和ID外形進行處理，考慮電子零件堆棧，天線位置，結構強度，表面處理，模具成型等因素。一方面結合功能需要來確定基本結構和設計規范，另一方面在同一成本范圍下要選擇合適的材料，散熱方案，成型工藝，表面處理技術;考慮加工，組裝，重工便捷性，成型周期和良率優化等多個方面。

2網關產品結構設計特點

網關產品的結構設計有以下四個主要特點。1.結構設計結合電路設計同步進行，相互協調修改。2.考慮散熱及其因散熱方案的不同導致的可靠性差異和成本的差異。 3.除滿足常規可靠性要求外，還需要通過鋼球測試，使人手指不觸及ELV （extra-low voltage） circuit電路/及其TNV（telecommunication network voltage）電路。4.需要提前考慮天線布局及其走線。

3網關產品結構設計原則理念

3.1外觀處理及其分模分件的考慮

通過ID和artwork文件，分析使用何種材料及工藝。以最少化分件為原則。設計初期考慮：1.確認拔模角度是否足夠。 ID文件通常不會考慮拔模和表面紋理的關系，需結構設計時根據表面紋理來確認拔模角度是否足夠。2.外觀是否會導致料厚不均。產品料厚不均，會導致應力及其成型困難。3.材質的選用是否可以達到外觀效果。4.避免后置處理以減少不良和降低成本。最少化分模分件理念：1.不同顏色的部份拆成不同零件。2.結合產品需求量優先考慮雙色成型。3.同顏色部分整合成一個部件。4. 根據不同等級的外觀面來設置分模線位置。

3.2散熱的設計及其優化

網關設備的工作溫度直接決定壽命和穩定性，優質的產品不僅需要在硬件性能方面實現良好的工作狀態，還必須配備良好的散熱處理。設計原則遵循：1.以PCBA layout的散熱為主，通過Ground分散熱源，并利用PCB組件表面向周圍空氣散熱。2.以通用散熱片和散熱膏為優先選擇避免新增物料。3.優先自然對流，避免使用風扇。4.散熱孔的設置需要符合安規UL-60950的規范。

3.3網關產品裝配方式

網關產品特別需要考慮可重工性。因此對網關產品的組裝要求是：好裝好拆好檢測。歸類幾種常見組裝方式：1.螺絲裝配，包含自攻螺絲和機械牙螺絲。塑料外殼使用自攻螺絲而鋁合金等金屬外殼或者鑲嵌銅螺母的外殼使用機械牙螺絲。如產品需求量夠大則可購入自動鎖螺絲機。對IP68防水防塵產品，優先選用機械牙螺絲，螺絲間距<=50mm來達成O-ring的密封壓力。2.卡扣裝配方式。是直接將卡扣設計在殼體上，通過殼體卡扣的扣合來保證殼體的組裝?？圻B接強度不如螺絲，但成本優于螺絲連接。 卡扣設計需結合產品外形合理布置數量和方向，達到可靠性和拆裝便捷性的平衡。在最易變形方向進行最大扣合量的設計，并可通過仿真模擬沖擊來確認設計合理性。下圖是本人所開發產品的卡扣優化組合設計，可以順利通過1.3m高，500g 的鋼球測試。

3.Over molding或超聲波組裝。此類方式最大優勢是沒有間隙外觀漂亮，同時在人員勞動強度和工時成本上有優勢。缺點是不可無損拆開。適用于整體電路成本不大，電路簡單的產品。

3.4間隙和外觀孔設計

間隙根據公差分析進行布局，分為定位間隙和強度間隙。定位間隙用于定位，數值小;強度間隙用于產品受沖擊時間隙變為0，讓內部結構連成整體提高強度。外觀孔的設計需遵守國標GB8898—2011或國際標準UL60950規范，避免因為孔尺寸過大而不能通過安規認證。

4網關產品結構設計的發展趨勢

隨著WIFI和5G技術的發展，物流網和智能家居的興起，網關產品結構可預見向以下幾個趨勢發展：1.WIFI6即MU-MIMO（多用戶多入多出）技術的使用;2.內置天線，需要考慮更合理的走線布局并避免天線相互干擾;3.扁平外形向立方體外形發展，單一大PCB向多個PCB組合發展;4.智能網關對屏幕顯示和語音的需求，需我們掌握屏幕和聲學方面的設計和測試規范;5.戶外防水防塵要求，需要我們掌握防水防塵規范。

5結語

網關產品的飛速發展已經成為工業制造和居家生活中的重要組成部分，對網關產品的結構設計也提出了更高的要求。因此要求進一步考慮優化網關產品堆棧尺寸，散熱及其天線排布，以符合制造的基礎成本和生產能力。本文論述網關產品的特點和設計原則理念，并在此基礎上，分析了發展趨勢，希望為行業提供一些參考。

參考文獻

[1] 王家慶.塑料模具設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2] 黎恢來 產品結構設計實例教程[M] 電子工業出版社，2013

[3] 趙占西 產品造型設計材料與工藝 [M] 機械工業出版社，2011

作者簡介：肖劍鋒（1981.6- ），男，廣西柳州，學士，公司資深工程師;主要從事網關新產品機構開發，研究方向：結構設計，熱設計.