折叠屏手机,噱头还是未来手机的发展方向

 

 
01

序言:柔性屏时代即将到来

 

在手机市场激烈竞争的今天,折叠屏手机作为增长最快的细分市场,是手机厂家的兵家必争之地,比如华为发布了Mate X折叠屏手机系列,三星发布的Flip Z 和 Fold 系列,以及Moto发布了RAZR系列。折叠屏手机以其特有的优势正迎来新的历史性机遇,开启新的增长周期。

折叠屏手机,噱头还是未来手机的发展方向

图1:不同厂家折叠屏手机示意图

 

 

折叠屏手机在满足大屏的同时占用空间少、方便携带、而且柔性屏应用可拓展至可穿戴设备、车载显示屏等场景,未来将拥有极大的市场规模。但柔性屏/折叠屏的设计同时也会带来折叠疲劳寿命、散热、铰链设计等问题,利用达索系统SIMULIA一体化解决方案,可对手机折叠疲劳寿命、5G天线、散热、无线充电、触摸屏、跌落等进行仿真分析,预研和开发一些新结构、新工艺,并通过多参数权衡分析找到最佳的技术方案,实现缩短研发、制造、交付的周期的目的。

 

02

折叠屏手机面临的典型技术挑战及解决方案

 

2.1

 折叠屏疲劳寿命

折叠屏幕的疲劳寿命和折痕是影响折叠屏手机的使用和推广的关键因素。折叠屏手机在经过多次使用后,会出现屏幕外层贴膜翻起、脱落,同时出现屏幕竖线、黑屏等显示故障,折叠部分有明显的折痕和损坏(如图2所示)。

折叠屏手机,噱头还是未来手机的发展方向

图2:不同厂家折叠屏手机折痕示意图

 

通过SIMULIA Abaqus 可以模拟折叠屏的应力和疲劳寿命,并结合Isight进行不同层的组合优化选型,达到快速选型设计,进而节省开发周期和成本。

 

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图3:多层薄膜叠层组合优化

 

 

2.2

 手机铰链

对于折叠屏手机铰链的设计,有3个主要技术难点:一是当两个平面叠在一起弯折,由于两个平面的弯曲半径不一样,导致叠在下面的平面会“变长”; 二是屏幕在折叠的过程中会遇到变形的难题,需要保证不管在展开态还是折叠态下,都保持平整;三是一些方便好用、性价比比较高的折叠方案已被其它手机厂家注册了专利,后来者必须要尝试各种可能的方案,迭代多次设计,以突破专利壁垒。

 

折叠屏手机,噱头还是未来手机的发展方向

 

图4:不同厂家折叠屏手机铰链设计

 

 

通过Simpack 和 Abaqus快速验证新型铰链方案,指导迭代设计,以突破专利壁垒。铰链的设计应使其保证较小的折叠半径,展开时则完全拉伸柔性屏幕,以此来减少折痕。比如华为Mate X独家专利设计的转轴,在手机折叠与展开的过程中,能够自主根据折叠的角度,自动伸缩,从而保证整部手机的平整状态。

 

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图5:铰链运动分析动画

 

 

2.3

柔性PCB板

手机折叠导致其内置中的PCB板或线缆也需要折弯,进而影响PCB板的信号完整性和电磁兼容,造成一系列手机使用故障,为保证柔性PCB板的信号完整性/电磁兼容,故提前需对不同弯折半径及弯折角度进行评估,以确保设计的可靠性。
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图6:柔性PCB板

 

通过SIMULIA CST,可以快速评估不同折叠角度和折叠半径对信号完整性和EMC的影响。

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图7:不同折叠角度和折叠半径对电磁性能的影响

 

 

 

2.4

柔性线缆的装配工艺

柔性线缆或PCB在组装的过程中,可能会发生脱落和破损断裂的情况。通过Abaqus仿真分析快速验证cable在组装过程中是否会有脱落或断裂的风险,并找到FPC等最佳折叠路径,以此改进柔性线缆的组装工艺,使其不脱落和不破损断裂。

 

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图8:柔性线缆

 

 

03

总结:基于达索系统平台的仿真核心价值

 

3.1

 仿真与系统工程集成

基于3DEXPERIENCE实现仿真与系统工程的集成,进而实现端到端仿真闭环验证。统一平台下,实现仿真流程、数据的有效管理、知识工程集成及与产品设计、工艺、试验之间的高效协同。

 

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图9:仿真与系统工程集成        

 

 

3.2

 多物理场耦合仿真

协同化创建、执行、应用和管理涉及多学科、多物理场的虚拟仿真验证。

 

 

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10SIMULIA手机多物理场解决方案

 

 

3.3

折叠屏手机一体化解决方案

 

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图11:SIMULIA 折叠屏手机一体化解决方案      

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