手机是如今人们生活的必须产品,几乎在大街小巷中都可以看到人人一部手机,而且手机内部结构复杂,堪称一部微型电脑,其更轻更薄更大屏的发展趋势,需对手机的内部空间进一步压缩,这对其设计提出了严峻的考验。各主流手机品牌厂商均已引入CAE仿真,并将CAE仿真结果作为产品设计中必要的设计依据,CAE仿真作为产品设计中重要的环节已从产品“事后验证”逐渐发展到“CAE引领、指导设计”。
智能手机朝大屏和超薄方向发展的同时,手机整体的扭转强度显著降低,极易导致手机受外力作用出现扭转变形、角部起翘等现象。元王依托十余年的CAE技术背景和工程经验,运用有限元分析方法,协助手机厂商在手机设计阶段对手机的扭转强度进行评估,及时发现设计缺陷并进行优化设计,有效解决大屏超薄手机的扭转变形问题。以下为元王为某手机企业进行的整机扭转分析案例。
分析背景:
手机整机扭转,手机两端夹持15mm,扭矩2000N.mm。
工况

失效准则
部件 | 失效准则 | 失效判据值 | 单位 |
LCM | LE | 3300 | 微应变 |
TP | LE | 9000 | 微应变 |
IC | LE | 1550 | 微应变 |
前壳塑胶 | PEEQ | 0.01141 | |
塑胶电池盖 | PEEQ | 0.405 | |
天线支架 | PEEQ | 0.53 | |
EMN器件 | PCB板应变 | 2000 | 微应变 |
芯片焊锡(焊球) | 焊锡四角PCB板应变 | 2000 | 微应变 |
芯片焊锡(焊盘) | 焊锡四角PCB板应变 | 5000 | 微应变 |
顺时针扭转分析结果
1、加载2000N.mm扭矩卸载后整机残余变形0.0182281弧度(1.044°)

2、壳体塑性应变云图
前壳塑胶件最大等效塑性应变0.0106,小于材料PC+30GF%的最大断裂延伸率0.01141,失效风险低。

后壳最大等效塑性应变0.354,小于材料PC的最大断裂延伸率0.405,失效风险低。

铝电池盖最大等效塑性应变3.02e-3,小于材料Al6063的最大断裂延伸率0.095,结构无风险。

前壳金属件最大等效塑性应变0.012,小于材料Al-ADC12的最大断裂延伸率0.01236结构无风险。

音腔支架最大等效塑性应变0.083,小于材料PC-DX1135的最大断裂延伸率0.53,失效风险低,上图灰色区域为塑性变形区域。

天线支架最大等效塑性应变0.0,无塑性变形。

3、芯片焊锡四角处主板应变云图

建议增加MIC胶套,增加局部刚度,降低MIC附近主板变形
逆时针扭转分析结果
1、加载2000N.MM扭矩卸载后整机残余变形0.0169397弧度(0.97°)

2、壳体塑性应变云图
前壳塑胶件最大等效塑性应变0.0106,小于材料PC+30GF%的最大断裂延伸率0.01141,失效风险低。

后壳最大等效塑性应变0.256,小于材料PC的最大断裂延伸率0.405,失效风险低。

铝电池盖最大等效塑性应变3.8e-3,小于材料Al6063的最大断裂延伸率0.095,结构无风险。

前壳金属件最大等效塑性应变0.0119,小于材料Al-ADC12的最大断裂延伸率0.01236结构无风险。

音腔支架最大等效塑性应变0.223,小于材料PC-DX1135的最大断裂延伸率0.53,失效风险低,上图灰色区域为塑性变形区域。

天线支架最大等效塑性应变0.0,无塑性变形。

3、芯片焊锡四角处主板应变云图

建议增加MIC胶套,增加局部刚度,降低MIC附近主板变形
结果汇总
芯片焊锡四角处主板最大主应变,红色区域为高风险,超过了2000的失效判据值。
部件 | 焊锡类型 | 顺时针旋转 | 逆时针旋转 |
最大主应变 e-6 | 最大主应变 e-6 | ||
CPU | 焊球 | 333.0 | 381.0 |
Memory | 焊球 | 257.9 | 254.5 |
PMI | 焊球 | 258.4 | 294.6 |
PMU | 焊球 | 188.0 | 178.6 |
RF_PA2 | 焊盘 | 443.4 | 682.4 |
RF_PA1 | 焊盘 | 114.4 | 399.4 |
Transcevier | 焊球 | 224.7 | 153.0 |
Wifi | 焊球 | 199.3 | 308.5 |
Flash_led | 焊盘 | 393.2 | 450.4 |
Light_Sensor | 焊盘 | 314.7 | 383.4 |
Red_Led 焊盘 | 焊盘 | 153.0 | 381.5 |
Mic_Main | 焊盘 | 2232 | 3014 |
Mic_Sub 焊盘 | 焊盘 | 155.7 | 168.2 |
优化建议
建议增加MIC胶套,增加局部刚度,降低MIC附近主板变形
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