书城艺术话说手机产品设计
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第8章 手机产品连接器设计

手机中的连接器主要用在如下几部分:SIM卡连接器、电池连接器、板对板连接器、输入/输出(I/O)接口连接器、耳机插座、SD卡连接器、扬声器和振动连接器、FFC/FPC连接器及其他。

这里以Molex公司的连接器产品为例,分别加以介绍。

5.1 SIM卡连接器设计

5.1.1 SIM卡

用户确认模块即SIM卡(Subscriber Identification Module Card)是GSM(Global System for Mobile Communication)数字移动通信系统的手机(移动台)中的重要部分。SIM卡是一种符合ISO标准的微型智能卡(Smart Card,又称IC卡),IC卡内部装有微机集成电路,能够实现计算和安全存储信息,1974年由Roland Moreno发明的。而SIM卡是专门供手机使用的IC卡。SIM卡尺寸为25mm×15mm,micro-SIM卡尺寸为12mm×15mm。

SIM卡的作用就好像一把钥匙,把它从手机中取出,手机就不能正常使用和通信。用户只要有一张电话公司(如中国移动通信公司、联通公司等)提供的SIM卡,就可以装入和使用任何一部相应GSM系统的手机。SIM卡中存有公司提供的用户业务和服务信息等重要资料。当手机开机后,机内系统就与SIM卡进行通信,获取相关的服务信息。

SIM卡的内部硬件与普通的IC卡类似,由CPU、ROM、RAM和EEPROM等部件组成的完整单片计算机,生产厂商已经在每一张卡内存入了厂商代号、生产串号和卡的资源配置数据等基本参数,并为卡的正常工作提供了适当的软、硬件环境。它与手机内其他部分的物理界面有数据线(DATA)、串行输入/输出(I/O)、复位线(RST)、时钟(CLK)、编程电压(VPP)、电源(VCC)和地(GND)。这些都需要通过连接器同机内其他部分相互连接。

5.1.2 SIM卡连接器

Molex公司为移动通信工业提供SIM卡用连接器,用于记账、加密和储存电话号码等。SIM卡的参数由ISO GSM Sim Card标准规定。虽然卡是标准化了,但由于电话设计千差万别,常常不能使用标准化的连接器。Molex同客户密切合作,开发出一套完整系列的SIM卡连接器,它既满足了一系列标准的选项,又具有定制设计能力,满足特定的用途。

Molex的SIM卡连接器产品可配合0.03in厚的GSM 11.11卡使用,一般有6个电路引脚。SIM卡连接器大体有如下几种类型。

1.非焊接型

非焊接型SIM卡连接器的特点。

西门子S3com(S5)和S3com BOM手机就是采用的这种连接器,占用的板空间为13mm×23mm。

2.紧凑小型

摩托罗拉d160手机采用了这种连接器。

3.带开关的紧凑型

带开关的紧凑型SIM卡连接器的特点。

摩托罗拉Star TAC手机采用了这种SIM卡连接器。

4.带有弹出器型

带有弹出器型SIM卡连接器的特点。

西门子S7、S10手机,以及一些索尼DM-DX2000都采用了这种带有弹出器的SIM卡连接器。此外,西门子S4和索尼CMX-DX1000等还采用了一种尺寸更小的微型带弹出器的SIM卡连接器。

5.支座型(无弹出器)

支座型(无弹出器)SIM卡连接器的特点。

西门子S6手机采用的就是这种SIM卡连接器。

6.其他

其他还有一些类型双响键式的SIM卡8销用连接器、micro-SIM和SIM双用连接器等。

5.2 输入/输出(I/O)接口连接器设计

5.2.1 手机用I/O接口连接器

手机上I/O接口连接器是手机与外部设备联系的通道,经常安排在手机的下部。要求它具有长的拔插寿命,多功能,具有多种形式的端子,甚至可以传输红外数据,并且可以根据客户的要求定制。一种手机I/O接口连接器从前后两个侧面看到的视图。

I/O接口连接器安装在手机上的部分,它还应该有另一部分与它连接,这就是插头连接器,Molex公司的Mobi-Mate I/O插头连接器的分解示意图。其中插头座体是插入手机上的I/O接口连接器用的,射频(RF)接插头也包含在内,上下外壳起保护作用,锁销和螺钉等起对位和固定作用。

同轴接口部分,可以选择是否装有开关触点的。已经证明,同轴接口当连接器分离间隙达1.5mm时也能正常工作,这点对在震动环境下工作很关键。手机同轴元件能够承受“猛烈粗暴”拔插,甚至插头角度达60°时,都不会损坏。

5.2.2 手机I/O接口连接器的材料与指标

以Molex产品为例介绍。

1.I/O接口连接器在手机部分所用材料

2.I/O接口连接器的插头部分所用材料

3.I/O接口连接器的电气指标

4.I/O接口连接器的机械指标

5.2.3 手机I/O接口连接器形式

手机I/O接口连接器在满足基本要求的基础上,还根据客户需要、厂家的设计意向、成本等诸多因素变化,形式上有所变化。以连接器的电路接触体为例,就有平接触头和刀形两种,再配合不同外形的座体,就会产生各种不同形式。Molex的I/O接口连接器在20世纪90年代就经历了变化。I/O接口连接器经历了由简单到复杂、由功能少到功能更多的演变。另外从Molex的产品品种分又有平头型(flat pad)、移动设备的I/O系统、连接器和压紧型连接器(compression connector)。它们都是多功能的,如包含电池端子、充电端、数据传输端、圆形直流(DC)插座、圆形立体声插座、麦克风插座和射频接触体等,甚至红外模块也都集成在连接器中。Molex公司供应和定制各种形态的产品。

1.Mobi-Mate I/O接口连接器

Mobi-Mate是Molex公司设计与生产的一种I/O接口连接器,供移动设备使用,当然也包括手机在内。它满足了现代手持或袖珍系统对连接器的要求。

实际就是Mobi-Mate连接器。另外,它安装在PCB正面板上时,其芯线部分要高出PCB 4.8mm,避免了为保证安全而使用昂贵的保险装置,同时PCB的背面还能安装其他元部件和布线,有利于节省空间。信号接触体(片)与PCB只有0.5mm的间隙,使占用空间最小,保证最精确地控制间隙和共面性,最有利于目视检查。利用螺钉和栓柱把插头的接触体部分安全地锁在外罩内,最终用户不能打开插头。此外,为缓解电缆和座体的应力,Molex公司也采取了特殊措施,保证恶劣环境条件下良好电性能。

2.平头(Flat Pad)I/O接口连接器

平头I/O接口连接器是Molex公司设计与生产的另一种I/O接口连接器。

平头I/O接口连接器的特点。

3.I/O接口连接器在手机中的应用

1)阿尔卡特(Alcatel)HD系列

阿尔卡特HD手机的I/O接口连接器和直流充电插头及附件插头。它的I/O接口连接器有14个“平头”型电路引脚,连接器上有锁,用做紧固插头用。焊脚也提供连接器与电路板额外的紧固作用。

2)西门子S3com(S5)手机

西门子(Siemens)S3com(S5)手机上使用的一些连接器。其中I/O接口连接器上有16个信号接触体,导孔是为将手机安放在托架上用的,有SMT焊脚。

5.3 电池连接器设计

手机上的电池连接器的设计要求。

按照接触体簧片安排区分,电池连接器可分两种:悬式自由端和有罩式。两种接触体簧片结构图。悬式自由端电池连接器是表面安装的,接触体的定位调准是利用手机的机壳,机壳也起保护接触体不受损坏的作用。有罩式的电池连接器也是SMT的。但是接触体簧片都排列在连接器座体内,并维持在预装好的位置上,提供强的接触力。

Molex公司提供多种式样的电池连接器,Molex的产品范例。

电池连接器有9个穿孔式电路引脚(在PCB上穿孔焊接);每个接触体簧片端可承受电流2.5A;引脚间距为2.54mm;额定接触力最小值为1.0N;1500次拔插寿命;两侧有支撑维持垂直稳定性及定位的固位钉。

电池连接器有4个SMT的电路引脚;引脚间距为3.0mm;接触体簧片材料是磷青铜;座体材料是尼龙46;每个电路引脚最大承受电流为2.0A;拔插寿命是5000次;具有固位钉。

电池连接器有4个穿孔式电路引脚;拔插寿命5000次;接触体簧片的铅镍镀层上薄镀一层金以提高耐久性;座体材料是尼龙46;每个电路引脚最大承受电流可达3.0A;接触簧片受压最大偏离时额定弹力160g。

电池连接器有6个电路引脚,间距为4.00mm;产品90683是SMT的,座体材料是尼龙46,产品90178材料是15%的G.F.PBT;接触簧片在铅镍镀层上再薄镀一层金以提高耐久性;每个电路引脚最大承受电流为2.0A;具有定位钉和固位钉。

电池连接器有4个SMT兼容的电路引脚,间距为3.0mm,接触簧片用磷青铜制作,座体材料为尼龙46;每个电路引脚最大承受电流3.0A;拔插寿命5000次;具有固位钉。

电池连接器只有一个电路引脚,是SMT的;为了机械上固位牢靠,还另有一个SMT的焊接片。

手机中应用的电池连接器例子。西门子S6手机中使用的电池连接器,它具有4个电路引脚,接触力1.4N,与PCB无焊连接。摩托罗拉StarTAC手机上使用的电池连接器,它有两个电路引脚。

5.4 LCD连接器

手机上的液晶显示屏(LCD)尺寸现在趋向于做得较大,连接器出脚也日益增多,以便显示更多的文本内容或是访问因特网。把LCD连接到主板有若干方法,例如,①直接焊接;②弹塑性连接器;③扁平柔性电缆(FLC)连接器;④压紧式连接器。手机中LCD与主板通过FLC与主板连接的例子。

Molex公司提供多种方法用于连接LCD到主板,包括柔性电缆连接器和微型板到板压紧式连接器。Molex的LCD连接器产品系列。

其中易于安装的FFC连接器用于连接来自LCD的柔性电路脚,它通常是单件式、零拔插力(ZIF)的SMT连接器。它的压线装置运动方式有两种,一种是滑入压紧式,另一种是旋转压紧式。零拔插力的旋转压紧式连接器,连接器旁画有扁平电缆,把它放入连接器,对齐接触端,把上面的旋转压紧器向下旋转即可压紧电缆,实现可靠连接。另外,有一种单件式的压紧式连接器,它以SMT方式安装在主板上,并同来自LCD的柔性电路脚压合。Molex制造各种高度和出脚形态的压紧式连接器。LCD同主板连接器也可以不用柔性电缆,直接使用板到板连接器,一个LCD板到板压紧式连接器。