手機設計概論

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手機設計概論

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这些都是以前从失败中总结出来的了!
首先给各位讲一下手机的结构和组成部份:
1、评估ID图，确认其可行性，根据工艺、结构可行性提出修改意见；
2、建模前根据PCBA、ID工艺估算基本尺寸；
3、根据ID提供的线框构建线面。所构线面需有良好的可修改性，以便后面的修改。线面光顺、曲面质量好，注意拔模分析；
4、分件时要注意各零件要避免出现锐角，以免倒圆角后出现大的缝隙。各零件之间根据需要预留适当的间隙；
5、采用TOP-DOWN设计思想建立骨架文件，各零件间尽量避免出现相互参考的情况；
6、翻盖机的主要问题。要注意预压角的方向，以及打开和运转过程中FLIP和HOUSING之间的干涉。如果转轴处外观为弧形，需注意分件后FLIP转轴处过渡自然，以免与HOUSING上盖干涉；
7、如有手写笔，则建模前需讨论其固定方式以预留其空间。一般笔粗3～4mm，少数有到5mm的；
8、IO口不宜太深，否则数据线插入时，端口会与机壳干涉；
9、预留螺丝孔空间（ID设计FLIP时应充分考虑螺丝孔位，设计美观的螺丝孔堵头）
10、按键设计时需注意预留行程空间，让开螺丝孔位；
11、饰片不可压住螺丝孔，给以后的拆装带来不便（ID设计时注意避免）
12、滑盖机要根据滑轨的位置定上下滑盖的分割面；
13、设计滑盖机的数字键时需注意上滑盖滑开后不可遮挡数字键，不可做突出状的防盲点，以免阻碍滑动；
14、滑盖机的电池分割要注意尽量将螺丝孔放在电池里面，避免放在外观面上。


手机的一般结构
手机结构一般包括以下几个部分：
    1、LCD LENS
    材料：材质一般为PC或压克力；
    连结：一般用卡勾+背胶与前盖连结。
    分为两种形式：a. 仅仅在LCD上方局部区域；b.与整个面板合为一体。
    2、上盖（前盖）
    材料：材质一般为ABS+PC；
    连结：与下盖一般采用卡勾+螺钉的连结方式（螺丝一般采用φ2，建议使用锁螺丝以便于维修、拆卸，采用锁螺丝式时必须注意Boss的材质、孔径）。Motorola 的手机比较钟爱全部用螺钉连结。
    下盖（后盖）
    材料：材质一般为ABS+PC；
    连结：采用卡勾+螺钉的连结方式与上盖连结；
    3、按键
    材料：Rubber，pc + rubber，纯pc；

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连接： Rubber key主要依赖前盖内表面长出的定位pin和boss上的rib定位。Rubber key没法精确定位，原因在于：rubber比较软，如key pad上的定位孔和定位pin间隙太小（<0.2-0.3mm），则key pad压下去后没法回弹。
    三种键的优缺点见林主任讲课心得。
    4、Dome
    按下去后，它下面的电路导通，表示该按键被按下。
    材料：有两种，Mylar dome和metal dome，前者是聚酯薄膜，后者是金属薄片。Mylar dome 便宜一些。
    连接：直接用粘胶粘在PCB上。
    5、电池盖
    材料一般也是pc + abs。
    有两种形式：整体式，即电池盖与电池合为一体；分体式，即电池盖与电池为单独的两个部件。
    连结：通过卡勾 + push button（多加了一个元件）和后盖连结；
    6、电池盖按键
    材料：pom
    种类较多，在使用方向、位置、结构等方面都有较大变化；
    7、天线
    分为外露式和隐藏式两种，一般来说，前者的通讯效果较好；
    标准件，选用即可。
    连结：在PCB上的固定有金属弹片，天线可直接卡在两弹片之间。或者是一金属弹片一端固定在天线上，一端的触点压在PCB上。
    8、Speaker
    通话时发出声音的元件。为标准件，选用即可。
    连结：一般是用sponge 包裹后，固定在前盖上（前盖上有出声孔）；通过弹片上的触点与PCB连结。
    Microphone  (麦克风)
    通话时接收声音的元件。为标准件，选用即可。
    连结：一般固定在前盖上，通过触点与PCB连结。
    Buzzer  (蜂鸣器)
    铃声发生装置。为标准件，选用即可。
    通过焊接固定在PCB上。Housing 上有出声孔让它发音。
    9、Ear jack(耳机插孔)。
为标准件，选用即可。
通过焊接直接固定在PCB上。Housing 上要为它留孔。
    10、Motor (电动机)
    motor 带有一偏心轮，提供振动功能。为标准件，选用即可。
    连结：有固定在后盖上，也有固定在PCB上的。DBTEL一般是在后盖上长rib来固定motor。
    11、LCD
    直接买来用。

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有两种固定样式：a.固定在金属框架里，金属框架通过四个伸出的脚卡在PCB上；b.没有金属框架，直接和PCB的连结：一种是直接通过导电橡胶接触；一种是排线的形式，将排线插入到PCB上的插座里。
    12、Shielding case(隔离罩)
    一般是冲压件，壁厚为0.2mm。作用：防静电和辐射。
    13、其它外露的元件
    test port
    直接选用。焊接在PCB上。在housing 上要为它留孔。
    SIM card connector
    直接选用。焊接在PCB上。在housing 上要为它留孔。
    battery connector
    直接选用。焊接在PCB上。在housing 上要为它留孔。
    charger connector
    直接选用。焊接在PCB上。在housing 上要为它留孔。

结构了解了,下面了解一下在设计过程中必须注意的事项:
1)        建模前应该先根据规划高度分析，宽度分析与长度分析，目的是约束ID 的设计。
2)        建模时将硬件取零件图纸的最大值（NND 厂商通常将公差取为正负0.1,气死我了）
3)        设计尺寸基本上为二次处理后的尺寸（NND 模具厂肯定反对了，哈哈）
4)        手机的打开角度为150-155，开盖预压为4-7度（建议5度）。合盖预压为20度左右
5)        壁厚必须在1.0以上(为了防止缩水，可以将基本壁厚作到1.5，此时一定要注意胶口的选择)。
6)        胶口的选择一定要考虑熔接线的位置，注意
7)        尽力减少配合部分（但是不代表减少必要的配合）。
8)        音腔高度在1.2以上（实际情况应该是空间尺寸要足够大，对不同的产品其数值会不同，最好采用MIC  SPEAKER RECERVE的厂商建议值）。
9)        粘胶的宽度必须在4mm以上（大部分厂商可以作到3。5，但是为了安全起见，还是留点余量好）（另外电铸件的胶宽可以作到1，原理也较为简单可行，如果有人用过的话请补充）。
10)        上下壳的间隙保持在0.3左右。
11)        防撞塞子的高度要0.35左右。
12)        键盘上的DOME 需要有定位系统。
13)        壳体与键盘板的间隙至少1.0mm.。
14)        键盘导电柱与DOME 的距离为0.05mm.（间隙是为了手感）,
15)        保证DOME 后的PCB 固定紧。
16)        导电柱的高度至少0.25mm.直径至少1.8mm(韩国建议值为2.5-2.7mm).美工线的距离最好0.2-0.3mm.
17)        轴的部分完全参照厂商建议的尺寸。
18)        侧键嘛，不好做，间隙包括行程间隙，手感间隙0.05以及制造误差间隙0.1.最好用P+R 的形式
19)        FPC 的强度要保证。与壳体的间隙必须控制在0。5以上

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20)        INSERT 的装配需要实验数据的确认，但是数据要求每次T都检验。
21)        螺钉位置需要考虑拧紧时的状态，确定误差所在的位置。
22)        尽量少采用粘接的结构。
23)        翻盖上壳的装饰部分最好不要作在曲线复杂部分。
24)        翻盖外观面一定要注意零件之间的断差，此处断差的方向最好指定。。
25)        重要的位置拔模斜度与圆角必须作全，图纸与实物要相同。
26)        电池要留够PCB 布线的部分。尽量底壳厚电与薄电通用。
27)        电池外壳的厚度至少0.6mm,内壳的壁厚至少0.4 mm.（如果是金属内壳，T=0.2）
28)        壳体与电池中间的配合间隙要留0.15mm
29)        电池的厚度要完全依照电池厂的要求制作。注意区分国产电芯与进口电芯的区别（国产电芯小一些,变形大一些）。
30)        卡扣处注意防止缩水与熔接痕，公卡扣处的壁厚要保持0。7以上（防止拆卸的时候外边露白）
31)        局部最薄壁厚为0.4mm，如果过薄会产生除裂痕外还有喷涂后的色差问题（韩国通常采用局部挖通，然后贴纸的做法）
32)        可能的话尽量将配合间隙放大。
33)        天线部分有可能因为熔接痕而断裂，设计时考虑改善（此处缩水与断裂的可能性都很大，请仔细考虑）
34)        转轴处的上壳可能因为熔接痕而断裂，此处结构设计注意。
35)        PMMA镜片的厚度至少0.7mm，切割的镜片厚度最小为0.5(此处的厚度应该留有余量，最好采用厂商建议值)
36)        设计关键尺寸时考虑留出改模余量。
37)        行位要求在4mm以上（每家模具企业不同）
38)        配合部分不要过于集中。
39)        天线连接片的安装性能一定考虑。
40)        内LENCE 最好比壳体低0。05
41)        双面胶的厚度建议取0.15
42)        设计一定要考虑装配
43)        基本模具制作时间前后顺序
         键盘模具比塑料壳体的模具制作时间应该提前15天进行。
         LCD与塑料壳体同时进行制作。
         镜片与塑料壳体同时进行。
         金属件与塑料壳体同时进行（金属件提前完成与壳体配合）
         天线应该比壳体提前一周进行（要先开样品模，确认后开正式模具）
         
44)        最好采用下壳四棵螺钉，上壳如果有两可的话一定要在靠近HINGE 处。
45)        后期的T1 装机需要提前将天线确认，并调节好之后装机。
46)        图纸未注公差为±0.05mm;角度

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MD做好后，开结构设计检讨会议！没有问题后，发包做首板！ 首板做好后，装机。将装机的问题相对结构图进行修改！建议在开模前多做一次首板，减少开模风险！在开模前最好和模具厂在开一次检计会议！ 结构工程师的水平还是很有限的，有些问题可能他一个人也很难想到，开模具周期，45天右右！

在开模具的过程中,要密切关注模具的状况,上面说的开模只是壳料的开模,还应将五金件,橡胶,3M胶等很多的东西进行开模.打样和承认! 等到T1出来的时候,好有这些样品试装, 如果没有什么大的问题,就可以给模具厂承认产品的模具结构,否则,继续修模具到OK为止.模具不要修的次数太多! 一般手机的量产都在10万台以内(国产机),但是也有例外的!一款产品的成败都在壳料的结构上!模具完成。进行样品制作并发样给客户，而且还要测试。通过信息的反馈后在进行第二次及第三次的设计变更后可以量产。

下面我将会传些手机测试的资料!
表面裝饰测试
1.磨擦测试（Abrasion Test - RCA）
    测试环境：室温。
    试验方法：将手机外壳固定在RCA试验机上，用175g力摩擦300cycles。
    检验标准：耐磨点涂层不能脱落，不可露出底材质地。
2.附着力测试（Coating Adhesion Test）
    测试环境：室温
    试验方法：使用百格刀刻出100个1平方毫米的方格，划格的深度以露出底材为止，再用3M610号胶带纸用力粘贴在方格面，1分钟后迅速以90度的角度撕脱，检查方格面油漆。
    检验标准：方格面油漆脱落应小于3%。
    测试环境：60 oC，90%RH
    试验方法：把滤纸放于酸性或碱性溶液充分浸透，用胶带将浸有酸性或碱性溶液的滤纸粘在手机外壳喷漆表面，并且确保试纸与手机外壳喷漆表面充分接触，然后放在测试环境中，48小时后，将手机外壳从测试环境中取出，并且放置2小时后，检查手机外壳表面。
    检验标准：喷漆表面无变色、起皮、脱落、褪色等异常。
3.硬度测试（Hardness Test）
    测试环境：室温
    试验方法：用2H铅笔，在45度角下，以1Kg的力度在机壳及镜盖表面划出3~5cm长的线条。
    检验标准：用橡皮擦去铅笔痕迹后，应不留下划痕。
4.镜盖摩擦测试（Lens Scratch Test）
    测试环境：室温
    试验方法：以1Kg的力用棉布作用于手机外屏镜盖表面，接触面为10mm直径的圆，往复摩擦20,000次,行程20mm,速度30次/分钟。
    检验标准：镜盖表面没有明显划痕，透明度没有变化。
5.紫外线照射测试（UV illuminant Test）
    测试环境：60° C

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试验方法：在温度为60° C，紫外线为340W/mm2的光线下直射油漆表面48小时。试验结束后将手机外壳取出，在常温下冷却2小时后检查喷漆表面。
    检验标准：油漆表面应无褪色及色变现象。

手机结构测试标准
　　1.全参数测试
    Full Parametric Test 25℃±5℃, 60%±15%RH (room ambient)，功能、外观及参数测试全通过。
　　2.高温操作测试
    High Temperature Operation +55℃,2h,开机状态。
　　3.低温操作测试
    Low Temperature Operation -25℃，2h,开机状态。
　　4.热冲击测试
　　Thermal Shock Test 冷热冲击是在15秒内，实现–40℃ 和+85℃的瞬间转换。且在每个温度停留30分钟，重复转换30次。
　　5 温度循环测试
　　Temperature Cycle Test 25℃±5℃, 60%±15%RH，1h→  +70℃，25%RH,1h →+40℃，90%RH,1h → -30℃, 1h→ 25℃±5℃, 60%±15%RH;  27 循环，关机状态。
　　6.静电放电测试
    ESD Test 直接放电电压(±4V)，空气放电电压 ( ±8KV)。
　　7.高温高湿存贮测试
    High Temp.& Humid. Storage 裸机，关机，65℃，90%RH，持续48小时。
　　8.低温存贮测试
    Low Temp. Storage 裸机，关机，-30℃，持续48小时。
　　9.卡通箱振动测试
　　Carton-packed Vibration Test 类型/ Type：正弦振动/ Sinusoidal Sweep；
　　方向/ Direction：三个轴向/ Three orthogonal axes；
　　加速度/ Acceleration：1m/s2 (5~200 Hz ), 0.3m/s2 (200~500 Hz )；
　　持续时间/ Duration：2小时/2h/axis。
　　10.表面喷涂及丝印测试
     Surface Painting & Silk-screen Test 用NORMAN Tool Inc的RCA#7-IBB机器，用在测试表面的负荷为175g，NTI的11/16宽度的磨擦纸，17Cycle/min，循环长度16cm。不低于350次(此项测试以HAIER为准，我们的标准为500次)。
　　11.盐雾测试
    Salt Fog Test 温湿度/ Temp & Humid: +35℃, 85%RH， pH=6.5~7.2；
　　沉降量/ Fallout rate=1.0~2.0 ml/80cm2/h；
　　持续时间/ Duration: 48h。
　　12.裸机跌落测试
    Unpacked Drop Test 木质地面，高度/ Drop height:  (165 cm)，开盖跌落时，一面一次/Onetime for each

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face with opened flip。
   　合盖跌落时，一面一次/ One time for each face with closed flip。
　　13.裸机碰撞测试
    Unpacked Bump Test 裸机、装上电池，频谱/ Spectrum: 半正弦/ Half sine；
　　持续时间/ Duration: 6ms；
　　加速度/ Acceleration: 250m/s2(Approximately 25g)；
　　方向/ Direction: 6 faces；
　　次数/ Number: 每个方向500次/ 500 bumps in each direction频谱/ Spectrum: 半正弦/ Halfsine；
　　持续时间/ Duration: 6ms；
　　加速度/ Acceleration: 250m/s2 (Approximately 25g)；
　　方向/ Direction: 6 faces；
　　次数/ Number: 每个方向500次/ 500 bumps in each direction。

手机的跌落测试
Test specification
    Test name
    DROP TEST FOR UNPACKED APPARATUS
    Evaluate the shock resistance of an apparatus unpacked to resist a series of drop tests.
    评估无包装的仪器的耐震强度来进行一系列下落测试
1. STANDARD标准
    This test is according to the standard NFC 20 732 equivalent to the standard CEI 68-2-32 此测试根据等同于标准cei68-2-32的标准nfc20732。
2. PRINCIPLE原理
    The test samples suffer 14 successive drops with different angles on a pinewood board. 测试样品满足14次连续不同角度下落在松木板上
3. DIRECTIONS FOR USE :使用方向
    3.1 Test surface测试表面
    Pinewood board of 5 cm thickness 5cm厚度的松木板
    3.2 Dropping height下落高度
    The height shall be measured from the part of the specimen nearest to the test surface, when the specimen is suspended prior to letting it fall.
    It’s 1.5 m
    当样品悬挂好时,下落高度应从最靠近测试表面的样品的部分来测试
    3.3 Method of release释放方法
    The method of releasing the specimen shall be such as to allow free fall from the position of suspension, with a minimum of disturbance at the moment of release.
    释放样品的方法应是伴随释放时扰动的最小值,从悬挂处自由落体
    3.4 Initial measurements首次测试

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The specimen shall be visually examinated and electrically and mechanically checked. 样品外观要检查,电力方面和机械方面也要检查
    Points to check :
    &#8226; Switch on and off the mobile开关手机
    &#8226; All buttons/keys are functioning.所有的按钮都要检查是否能使用
    &#8226; Transaction with SIM card处理sim卡
    &#8226; Check that all the pixels are functional (Use the specified function of the software for this test. Example for BE1 and BE3, type 000000* then choose the function “checker”). 检查所有像素[使用供测试用的专门软间,比如be1,be3]
    &#8226; Check the communication检查通讯
    3.5 Number of products minimum产品最小值
    3 apparatus minimum must be tested.三个仪器的最小值必须被检查
    3.6 During the test测试时
    14 consecutive drop tests on all the faces as defined in the diagram : one on each face and corner while the apparatus is working. Even if the apparatus doesn’t fall on the face or corner desired, the drop isn’t done again.
所有表面上的14个连续下落测试如图表中定义的:当仪器在运转中,每一个表面和角落上的.即使仪器没有下落在理想的表面或角落上,下落也无须再做1次
    The battery, unless a contrary request, must not be fixed with an external tool. 除非有相反的要求,否则电池组无须固定在外部工具上
    Between each drop, the specimen shall be visually examinated and electrically and mechanically checked. 在每一次下落间, 样品外观要检查,电力方面和机械方面也要检查
    Points to check :
    &#8226; Switch on and off the mobile开关手机
    &#8226; All buttons/keys are functioning.所有的按钮都要检查是否能使用
    &#8226; Transaction with SIM card处理sim卡
    &#8226; Check that all the pixels are functional (Use the specified function of the software for this test. Example for BE1 and BE3, type 000000* then choose the function “checker”). 检查所有像素[使用供测试用的专门软间,比如be1,be3]
    &#8226; Check the communication检查通讯
4. JUDGEMENT判断
    The specimen shall be visually examinated and electrically and mechanically checked after each drop. 在每一次下落后,样品外观要检查,电力方面和机械方面也要检查
    &#8226; Checking performances of equipment.检查设备的性能
    - Possibility to switch on and off the mobile开关手机
    - Mobile stay switched on alone手机保持单独打开
    - All buttons/keys are functioning. 所有的按钮都要检查是否能使用
    - Transaction with SIM card possible. 处理sim卡

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- Check that all the pixels are functional (Use the specified function of the software for this test. Example for BE1 and BE3, type 000000* then choose the function “checker”). 检查所有像素[使用供测试用的专门软间,比如be1,be3]
    - Check that communication is possible.检查通讯
    &#8226; Check the aspect of the equipment after the falling:在下落后,检查仪器的每一方面
    - no injury can be caused due to damage.由于破坏,无损坏被引起
    - damage due to casing must not affect operation.由于装箱的破坏必须不影响操作 interface with all the accessories still functional和所有附件的接口依然有功能。
在结构设计的过程中,要注意壳料的厚度,空间本来就很有限,有些地方不能做的太薄,要看模具厂的注塑机的机型,有高速机的话,可以做0.3左右,但是在空间允许的司况下,千万不要这样做,以后量产是会出问题,有可能有很多的机通不过测试!
模具的铜公和模仁,要用高速电脑锣来锣,才能够保证模具的精度!模胚要用龙记或富得巴(小日本).
建议用龙记的,不用小日本的!



一．塑料壳体（Housing）
手机中壳体的作用：是整个手机的支承骨架；对电子元器件定位及固定；承载其他所有非壳体零部件并限位。壳体通常由工程塑料注塑成型。
1．壳体常用材料（Material）
ABS：高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件（不直接受到冲击，不承受可靠性测试中结构耐久性测试的部件），如手机内部的支撑架(Keypad frame，LCD frame)等。还有就是普遍用在要电镀的部件上（如按钮，侧键，导航键，电镀装饰件等）。目前常用奇美PA-727，PA757等。
PC+ABS：流动性好，强度不错，价格适中。适用于绝大多数的手机外壳，只要结构设计比较优化，强度是有保障的。较常用 GE CYCOLOY C1200HF。
C：高强度，贵，流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳（如翻盖手机中与转轴配合的两个壳体，不带标准滑轨模块的滑盖机中有滑轨和滑道的两个壳体等，目前指定必须用PC材料）。较常用GE LEXAN EXL1414和Samsung HF1023IM。
在材料的应用上需要注意以下两点：
避免一味减少强度风险，什么部件都用PC料而导致成型困难和成本增加；
在对强度没有完全把握的情况下，模具评审Tooling Review时应该明确告诉模具供应商，可能会先用PC+ABS生产T1的产品，但不排除当强度不够时后续会改用PC料的可能性。这样模具供应商会在模具的设计上考虑好收缩率及特殊部位的拔模角。
通常外壳都是由上、下壳组成，理论上上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素的影响，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面壳）。可接受的面刮<0.15mm,可接受底刮<0.1mm。在无法保证零段差时，尽量使产品的面壳大于底壳。一般来说，面壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大，一般选0.5%。底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选0.4%，即面壳缩水率一般比底壳大0.1%。即便是两件壳体选用相同的材料，也要

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提醒模具供应商在做模时，后壳取较小的收缩率。

壳体厚度(Wall Thickness)
壳体设计的第一个步骤是抽壳（Shell），首先要确定壳体的基本壁厚。壳体的壁厚对部件的很多关键特性的影响至关重要，包括结构强度，外观，成型及成本。设计阶段优化的壳体厚度可以降低后续可靠性测试的风险，修模的成本以及成型的困难。简单地讲，对于平板状截面(Flat wall section)，每增加10%的壁厚，部件的刚性会增加33%左右；对于一个简单的塑料面，厚度增加25%可以使壳体的刚度增加一倍。但增加厚度会对手机的外观，部件的成型时间，成本及整个手机的重量带来负面的影响。
壳体厚度的设计上要注意以下几点：
壁厚要均匀，厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内（低缩水率材料<0.5%），可以避免明显的翘曲，填充及外观缺陷等问题。
对于直板机，在厚度方向上壳体的厚度尽量在1.1-1.2mm，侧面厚度1.5-1.7mm。镜片支承面厚度0.8mm，整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm，且该处背面不是A级外观面，并且面积不得大于100mm2。
对于折叠机和滑盖机，在厚度方向上壳体的厚度1mm，侧面厚度1.2mm。外镜片支承面厚度0.8mm，内镜片支承面厚度最小0.7mm，转轴处壁厚1.1-1.2mm，滑轨滑道面1.0mm, 整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm，且该处背面不是A级外观面，并且该处面积不得大于100mm2。
电池盖Battery cover折叠机和滑盖机壁厚取0.9-1.0mm，直板机取1.0mm。


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7、天线
分为外露式和隐藏式两种，一般来说，前者的通讯效果较好；
标准件，选用即可。
连结：在PCB上的固定有金属弹片，天线可直接卡在两弹片之间。或者是一金属弹片一端固定在天线上，一端的触点压在PCB