通讯设备用3D结构光栅组件设计

　　做通讯终端配套结构设计快十年，经手的光栅类组件少说也有几十款，这次的3D光栅结构是针对6s类通讯设备的光学信号适配做的专项设计，最早立项的时候，现场调试的同事反馈原有光栅的栅格均匀度不够，在户外强光环境下设备的信号接收误码率一直降不下来，而且原有结构的安装定位边公差留得太松，批量组装的时候经常出现栅格偏移，导致光学通路对位偏差，整机组装的返修率一度接近8%，所以这次建模的时候从安装边界到栅格参数都做了全流程的校核。

　　先从安装边界说起，这款光栅的整体外轮廓是带单侧缺角的矩形结构，缺角位置是专门给设备内部的FPC软板走线预留的避让空间，之前的老款结构没做这个避让，组装的时候软板要硬掰着从光栅侧边绕过去，时间长了软板铜箔断裂的不良品在售后端占比不低，这次建模的时候直接把避让缺口整合到光栅本体轮廓上，缺口的边缘做了R0.3的圆角处理，避免组装的时候割伤软板绝缘层。整个光栅的安装定位采用两个对角布置的定位柱，定位柱的直径公差控制在±0.02mm，和设备中框上的定位孔采用间隙配合，单边间隙留0.05mm，既不会因为公差太紧导致组装压损，也不会因为间隙太大出现光栅偏移。光栅的整体厚度做了2.2mm的薄型化设计，适配现在通讯设备越来越薄的内部堆叠空间，背面做了0.1mm深度的背胶贴合槽，背胶贴装的时候不会出现溢胶到栅格区域的问题，之前的老款没有做贴合槽，背胶贴歪了溢到栅格上，直接挡住光学通路，导致信号接收灵敏度下降的问题出过不少批次。

　　再说到栅格的功能设计，这款光栅的核心作用是对通讯设备的光学信号传输做规整过滤，把杂散的环境光挡在接收通路外面，同时让有效信号均匀通过栅格到达接收传感器。栅格的排布采用等间距横纵交错的矩阵结构，横向栅条和纵向栅条的宽度都做了0.15mm的等宽设计，栅格的透光孔是正方形，边长0.8mm，整个透光区域的占比控制在62%左右，这个参数是反复和光学工程师做了三次仿真验证才定下来的，透光率太高的话杂散光过滤效果不够，强光下误码率压不下来，透光率太低的话有效信号衰减太多，弱光环境下的接收灵敏度不够。栅条的高度和光栅本体厚度一致，栅条的侧壁做了0.02mm的拔模斜度，方便后续开模注塑的时候脱模，不会出现栅条拉伤变形的问题，之前有一款光栅拔模斜度留得太小，注塑出来的栅条有飞边和拉伤，透光孔的尺寸偏差超过0.1mm，整批零件都报废了，这次建模的时候特意把拔模斜度做在非光学工作面，不会影响光线的通过路径。

　　从实际应用场景来看，这款光栅主要用在手持通讯终端的光学信号收发位置，日常使用的时候会面临高低温环境、轻微摔落冲击、汗液腐蚀等情况，所以建模的时候在光栅的四个边角都做了R0.5的圆角，避免摔落的时候应力集中导致边角开裂，栅条和外框的连接位置做了0.2mm的加强圆角，不会因为轻微的挤压就出现栅条断裂的问题。之前做过一款类似的光栅，栅条和外框是直角连接，做跌落测试的时候有接近30%的样品出现栅条从根部断裂的情况，这次的加强圆角设计在后续的样机测试里，1.2米高度自由跌落到水泥地面，栅条断裂的不良率降到了0.2%以下，完全满足量产的可靠性要求。

　　建模过程中还考虑了后续量产的工艺性，整个光栅的分型面选在光栅的背面，也就是背胶贴合的那一面，所有的栅条结构都在动模侧，不会因为分型面的错位导致栅格出现台阶影响透光效果，进胶点选在光栅缺角对侧的外框边缘，进胶点的直径做0.8mm，后续修剪进胶口的时候不会影响到光栅的外观和安装面，也不会出现胶流冲歪栅条的问题。之前有一款光栅把进胶点开在栅格区域附近，注塑的时候胶流速度太快，把细栅条冲变形了，整模的零件栅格都是歪的，根本没法用，这次的进胶位置选在外框最厚的位置，胶流从外框往栅格区域平稳填充，模流仿真的时候显示填充时间均匀，没有出现困气和熔接痕在栅格区域的问题。

　　另外在安装配合上，光栅的侧边和设备中框的配合间隙留了0.1mm，避免温度变化的时候塑料件膨胀挤压中框导致整机变形，光栅的表面没有做额外的晒纹处理，光学工作面保持模面的高光洁度，减少光线在光栅表面的漫反射，提升信号传输的效率。整个建模过程里所有的尺寸都做了参数化关联，后续如果要调整栅格间距或者整体尺寸，只需要修改对应的参数就能快速更新模型，不用重新画整个结构，给后续的衍生型号设计留足了调整空间，比如后续如果要做适配不同尺寸传感器的版本，只需要调整透光区域的大小和栅格数量，外框的安装结构可以直接通用，减少后续的重复建模工作量，也能让后续的零件开模成本降下来，不用重新做整套模具，只需要更换模芯部分就能生产不同规格的光栅组件。