如何為智能手機提供持續保護

摘 要：智能手機正在飛快地發展成為最普遍的電子消費品，如何保障智能手機不斷擴展的功能在不同環境下的有效運行成為迫切需要解決的問題。通過功能設計，采用膨體聚四氟乙烯（ePTFE）制造的減壓閥，在維持智能手機殼體內部壓力平衡的同時還能夠阻擋外界元素和日常液體，同時它還可以維持聲音性能，成功使智能手機避免潛在的失效因素，為手機提供持續有效的保護，最大限度實現自身價值。

關鍵詞：智能手機 功能設計 持續保護 減壓閥

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0001-02

智能手機正在飛快地發展成為最普遍的電子消費品。最近的研究表明半數以上（54.9%）的美國手機用戶擁有智能手機，而且預計這一比率還將持續增長[1]。數據的增長是引人注目的，在全球手機業務中，智能手機所占比例已超過82%[2]。如今的智能手機是一種越發復雜的無線設備，并且具備不斷擴展的功能其不僅可以用來打電話、發短信，還可以用來發郵件、使用即時通訊、上網、拍照、導航、看電影、甚至是看電視。由于運行條件更加多樣化，使用壽命也在逐步延長，智能手機正在成為越來越多的人的最佳通訊工具。而保證手機能夠長久為消費者和社會帶來便利最迫切需要的解決的問題是：如何使智能手機不斷更新的最新功能（包括高質量的音效）不管在哪里、不管如何使用都能夠有可靠的保證？這種要求增加了對手機持久保護的需求。從設計的角度來看，設備空間內的每一毫米都顯得異常珍貴。

1 智能手機面臨的風險

智能手機面臨著不斷增加的因接觸液體、顆粒物、溫度、壓力和腐蝕而受到損害的危險，對于手機上相關裝置的要求也隨之提高。事實上，在所有售出的智能手機中，有3%的手機在12個月內就會因接觸液體而受到損壞[3]。智能手機的聲音端口-麥克風、接收器和揚聲器，如果沒有受到恰當保護，都會成為問題的來源。例如，接觸到雨水或者灑出的咖啡，掉進沙灘的細沙中，以及目前環繞在我們周圍的粉塵和污垢。如果聲音傳感器沒有受到保護，音質會受損，最終設備會失效。圖1中就展示了智能手機容易受到液體、壓力、溫度以及顆粒物的影響而導致手機面臨風險的部位。因此，對脆弱部位采取有效的措施加強保護，以防各種危險情況對其造成的損害是目前研究的重點。

2 智能手機的部件故障

安全研究人員通過對智能手機部件相關測試發現了智能手機存在的漏洞及安全的問題：水、溫度、壓力和腐蝕是造成智能手機損害的四大常見因素。手機的觸感屏幕、高分辨率照相機、多聲傳感器以及外殼墊片和柔性接頭等機電原件都大大增加了對智能手機長期可靠性的挑戰。常見的部件故障原因如表1所示。

3 為智能手機提供持續的保護

智能手機會受到雨水的影響，這是經常發生的意外之一。即使防水的傳感器可以防止水進入設備的敏感部分，水和顆粒物仍然會附著在傳感器表面和周圍。如果將網狀保護材料覆蓋于傳感器之上，殼體內的電子原件仍會遭受到污染物的侵害。如果用無孔材料覆蓋在傳感器之上，傳感器隔膜上會產生壓力。這種壓力的聚集會減弱傳感器再次精確產生聲波的振動能力。壓差主要由以下兩種環境變化引起：劇烈的溫度變化，例如把手機從溫暖的汽車內拿到寒冷的室外；氣壓的改變，例如在飛機起飛或者降落期間。壓力在聲音腔體內聚集，在傳感器的柔性表面產生偏差，如揚聲器或接收器表面。這會減弱聲音輸出，最終損壞傳感器。

傳統設備制造商們會通過在聲音接口處安裝保護網的方法來解決這些問題。他們通常根據被禁止進入的最小顆粒大小來選擇保護網。然而，智能手機更新換代很快，當前的大多數智能手機部件都是新添加的，原標準已經不能保障安全可靠的性能了。專門為便攜電子設備設計的聲學透明材料減壓閥，在維持殼體內部壓力平衡的同時還能夠阻擋外界元素和日常液體，同時它還可以維持聲音性能，因此在初始設計階段就應該考慮減壓閥的安裝。

即便對于裝有防水傳感器的設備來說，要想防止其進水，以維持高質量的聲音性能，都需要安裝壓力減壓閥。壓力減壓閥可以在不損耗音質的情況下為設備提供保護，同時還可以從裝置中釋放壓力以避免之前討論過的傳感器偏差。在設備殼體內安裝減壓閥可以讓空氣流通自如、平衡殼體內壓力以及消除傳感器偏差。

4 關于材料-編織與非編織

許多設備制造商只是簡單地標明最大孔隙尺寸。然而，殼體內的測試表明考慮顆粒形狀和表面面積比考慮其大小對于材料可提供的保護水平有更直接的影響。根據所測得的纖維間方形開口寬度，編織材料僅僅能夠捕集大于或等于規定孔隙大小的球性顆粒。另外，捕集的顆粒會停留在材料表面，阻礙空氣流通并且削弱排氣能力。鑒于編織材料的形狀，大于或者等于規定空隙大小的人體毛發或者金屬纖維的顆粒仍然能夠穿過這種材料。針對這種情況，研究設計人員提出一種非編制材料。非編織材料可以捕集更多大小和形狀范圍的顆粒。如圖2所示為編制材料和非編制材料的示意圖。

通過使用專門建立的測試方法和殼體內環境測試設備，已經充分證實，與編織材料相比，非編織材料由于具有三維結構，能夠捕集不同形狀和大小的顆粒。因為非編織材料不受空隙大小的限制，在曲徑內完成顆粒捕集，它能夠保證持續的空氣流通。由這種材料制成的減壓閥在保護敏感電子原件免受污染物破壞的同時還可以保證外殼的透氣性，以防止由設備內部壓差和外界條件所造成的損害或失效。

目前，非編織材料可以為大多數情況提供充分的保護。然而，由于智能手機在復雜性和價值上的不斷改進，為了確保可靠的性能，對智能手機的防護等級也需隨之提升。膨體聚四氟乙烯的結點原纖結構使得氣體分子（空氣）能夠自由通過，同時將水和固體顆粒阻擋在膜外。膨體聚四氟乙烯薄膜可以對聲波作出迅速并輕松的回應，同時，薄膜振動能把空氣中的能量轉化為機械振動。對于智能手機存在的故障問題，采用膨體聚四氟乙烯薄膜制造減壓閥的原因，這些振動隨后將在薄膜的另一端重新產生，加上百分的防水保護，這些振動將產生高質量的音效-從細微的雨滴到完全的浸泡，薄膜都能夠提供上述保護。如圖3所示為完全浸泡在水中的手機。

通過圖3可以看出，因為膨體聚四氟乙烯薄膜的存在，即使將手機完全浸泡在水中也不會使手機受到影響。膨體聚四氟乙烯薄膜極薄，根據不同的種類和用途，材料厚度可低至0.24 mm，這將使殼體空間利用最大化。它可以為各種普通工業揚聲器、接收器、麥克風和外殼尺寸提供預切的形狀和大小，為智能手機提供實施保護。

參考文獻

[1]尼爾森移動觀察.2012，6.

[2]思科視覺網絡指數：全球移動數據流量預測更新.2011-2016.2012，2.

[3]SquareTrade調查簡報.智能手機的可靠性.2010，11.