如何为智能手机提供持续保护

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如何为智能手机提供持续保护

2013-07-30

1  引言

智能手机正在飞快地发展成为最普遍的电子消费品。最近的研究表明，半数以上(54.9%)的美国手机用户拥有智能手机，而且预计这一比例还将持续增长[1]。与此同时，在全球手机业务中，智能手机所占比例已超过82%[2]。

如今的智能手机是一种越发复杂的无线设备，并且具备不断扩展的功能。它不仅可以用来打电话、发短信，还可以用来发邮件、即时通讯、上网、拍照、导航、看电影甚至是看电视。由于运行条件更加多样化，其使用寿命也在逐步延长，智能手机正在成为越来越多的人的最佳通讯工具。

要保证这样的产品能够长久为消费者和社会带来便利，最迫切需要解决的问题是：如何使智能手机不断更新的最新功能(包括高质量的音效)不管在哪里、不管如何使用都能够有可靠的保证？这种要求增加了对手机持久保护的需求。从设计的角度来看，设备空间内的每一毫米都显得异常珍贵。

2  智能手机面临的风险

智能手机面临着不断增加的因接触液体、颗粒物、温度、压力和腐蚀而受到损害的危险，因此对手机上相关装置的要求也随之提高。

事实上，在所有售出的智能手机中，有3%的手机在12个月内就会因接触液体而受到损坏[3]。智能手机的声音端口——麦克风、接收器和扬声器，如果没有受到恰当的保护，音质将会受损，最终设备会失效。图1展示了智能手机容易受到颗粒物、液体以及压力和温度上的突变影响的脆弱部分。


图1  智能手机的脆弱部分

3  智能手机的部件故障

通过对智能手机部件故障持续不断的测试，戈尔公司发现：水、温度、压力和腐蚀是造成智能手机损害的四大常见因素。手机的触感屏幕、高分辨率照相机、多声传感器以及外壳垫片和柔性接头等机电原件，都大大增加了对智能手机长期可靠性的挑战。常见的部件故障原因有：

(1)由环境条件造成的故障

1)水和颗粒物通过端口和连接器进入部件

2)灰尘、污垢和金属颗粒

3)静电放电

(2)由温度或高度变化造成的压差而导致的运行故障

1)键盘和屏幕膨胀

2)传感器的永久性偏差

(3)机械故障

1)由意外跌落造成的撞击

2)重复循环导致的疲劳

(4)其他

1)液体和颗粒的进入

2)风干扰

3)椎体上松散的金属颗粒

4)声学设计

4  为智能手机提供持续的保护

智能手机会受到雨水的影响，这是经常发生的意外之一。即使防水的传感器可以防止水进入设备的敏感部分，但水和颗粒物仍然会附着在传感器表面和周围。如果将网状保护材料覆盖于传感器之上，壳体内的电子原件仍会遭受到污染物的侵害。如果用无孔材料覆盖在传感器之上，传感器隔膜上会产生压力。

这种压力的聚集会减弱传感器再次精确产生声波的振动能力。压差主要由以下两种环境变化引起：剧烈的温度变化，例如把手机从温暖的汽车内拿到寒冷的室外；气压的改变，例如在飞机起飞或者降落期间。压力在声音腔体内聚集，在传感器的柔性表面产生偏差，如扬声器或接收器表面。这会减弱声音输出，最终损坏传感器。

传统的设备制造商们会通过在声音接口处安装保护网的方法来解决这些问题，通常根据被禁止进入的最小颗粒大小来选择保护网。然而，智能手机更新换代很快，当前的大多数智能手机部件都是新添加的，原标准已经不能保障安全可靠的性能了。

专门为便携电子设备设计的声学透明材料减压阀，在维持壳体内部压力平衡的同时还能够阻挡外界元素和日常液体，同时它还可以维持声音性能，因此在初始设计阶段就应该考虑减压阀的安装。

5  用压力减压阀来保护手机

压力减压阀可以在不损耗音质的情况下为设备提供保护，同时还可以从装置中释放压力以避免传感器偏差。

通过测试，戈尔公司已经能够证实，与编织材料相比，非编织材料由于具有三维结构，能够捕集不同形状和大小的颗粒。由这种材料制成的减压阀在保护敏感电子原件免受污染物破坏的同时还可以保证外壳的透气性，以防止由设备内部压差和外界条件所造成的损害。

目前，非编织材料可以为大多数情况提供充分的保护。然而，由于智能手机在复杂性和价值上的不断改进，为了确保可靠的性能，对智能手机的防护等级也需随之提升。为此，戈尔采用ePTFE(膨体聚四氟乙烯)薄膜制造减压阀，ePTFE的结点原纤结构使得气体分子能够自由通过，同时将水和固体颗粒阻挡在膜外。ePTFE薄膜可以对声波做出迅速轻松的回应，同时，薄膜振动能把空气中的能量转化为机械振动。这些振动随后将在薄膜的另一端重新产生，加上百分百的防水保护，这些振动将产生高质量的音效。从细微的雨滴到完全的浸泡(图2)，薄膜都能够提供上述保护。



图2  ePTFE薄膜可以防止手机进水

ePTFE薄膜极薄，根据不同的种类和用途，材料厚度可低至0.24mm，这将使壳体空间利用最大化。它可以为各种普通工业扬声器、接收器、麦克风和外壳尺寸提供预切的形状和大小。

作者简介：戴添基，戈尔公司亚太区产品经理。

参考文献：

[1]尼尔森.移动观察[R]. 2012.

[2]思科系统公司.思科视觉化网络指数：全球移动数据流量预测更新2011—2016[R].2012.

[3]SquareTrade.智能手机的可靠性[R].2010.

作者： Victor
Lusvardi Chuck Seipel 戴添基  来源： 《移动通信》2013年第09期