如何針對嚴苛環境，使用密封式連接器進行相關設計

現今，設計人員需要將越來越多的電子元件納入日益難以操作或嚴格受限的空間裡，尤其是在運輸、工業系統，以及洗衣機等智慧型家電等應用。在此類應用中，由於灰塵、受潮、極端溫度和機械應力問題，互連佈線可能會有可靠性和依賴性的難題。

即使在同一個系統中，個別連接的要求也可能會存在很大差異。相較於馬達和配電應用中承載高電壓的粗型電線，承載低電壓數位訊號的纜線有許多不同的互連問題。若連接器選擇不當，可能會出現訊號完全或間歇性故障，也可能因停機付出高昂代價，並產生維護問題。

本文將探討在選擇適當加固纜線互連解決方案以便達到應用耐用需求時會遇到的難題。文中會說明適當使用 IP67 級 USCAR-2 Sealing Class 2 纜線連接器系統如何能夠確保可靠互連，同時降低維護與修理成本。然後會介紹 Molex 的多款 IP67 級 USCAR-2 Sealing Class 2 纜線互連解決方案，並說明這些產品如何用於應對各種應用要求。

工業互連設計考量

在設計工業環境專用設備時，設計人員必須考量到微粒污染物、液體和極端溫度。此外，工業系統也必須做好準備，應對環境或設備變化所產生的意外狀況。

工廠和倉庫等工業設施會使用各種互連解決方案，許多都是高耐用度解決方案。汽車和卡車也算是移動式工業環境。對於這些互連狀況，必須將一些通則納入考量。最基本的就是對各種懸浮微粒的耐抗性，範圍包括鐵屑和金屬碎片，以至於灰塵和細粉。懸浮微粒越細小，在空氣中傳播的機率就越大。例如，常見的灰塵、煤灰及其他來自高耐用度設備的細小微粒，在風扇和通風系統的吹拂下能夠持續留於空中，並落在來源處幾英呎外的地方。這些微粒能夠進入任何未密封的孔洞裡 (包括配接的連接器)，進而污染內部表面。這可能會造成配接問題，包括因連接受阻而出現間歇性故障，甚至完全鬆開。而且，如果懸浮微粒具磨蝕或腐蝕性，連接器可能會永久故障，需要花費昂貴成本及大量時間進行更換。

此外，工業環境中也會使用多種液體。水、汽油、油及各種化學品常見於高耐用度工業環境中。當這些液體以流體或蒸汽形式進入配接的連接器系統時，可能會引發短路，並再次造成設備故障。

IP67 級互連系統

產業並未針對不同的工業環境條件製造出多種連接器，而是在電線、纜線和 IP67 級連接器系統的使用上進行標準化。雖然 IP 這兩個字母正式代表的是三個詞，即「國際防護等級　(international protection rating)」，但「侵入防護」是 IP 最普遍的非正式名稱，也更為準確。IP67 定義了互連系統對微粒和異物的耐抗性，以及防水性。

IP67 中的「6」表示任何懸浮微粒完全無法滲入互連中，包括細塵。這主要是因為兩個配接連接器的配接外罩之間具有嚴密的密封性。「7」表示 IP67 互連系統能在水深一公尺內浸泡長達 30 分鐘。這對多數工業環境來說已足夠。

雖然兩個連接器配接外罩之間的嚴密密封性會有所幫助，但防水能力主要是來自連接器墊片。一般而言，墊片不只防水，還能耐抗許多化學品。不同墊片材料能耐抗不同的化學品，因此在挑選互連系統時，必須考量所用的墊片材料。

連接低功率數位訊號

當然，纜線互連系統的需求不盡相同。針對 IP67 級設備深處的數位邏輯訊號，互連解決方案通常只需要在 500 mA 左右的電流下處理 5 V 或更低的電壓。這些低功率訊號使用的纜線連接器輕盈小巧，而且通常不會受到太粗魯的對待。連接器必須方便配接，以便快速組裝設備，而且必須足夠輕盈，不能對纜線組件裡的低電流電線造成任何壓力。針對這些互連應用，Molex 推出了 Mizu-P25 迷你線對線連接器系統。這些防水連接器通過 IP67 認證，外罩便利小巧，能防止灰塵和水進入配接的組件中。

例如，Molex 的 0521160240 插頭與 Molex 的 0521170240 插座雙腳位防水連接器系統，便是一對配接的 IP67 級 Mizu-P25 連接器 (圖 1)。兩個連接器完全配接時只有 25.5 mm 長，適合用於小型壓接式外殼。

圖 1：Molex 的 Mizu-P25 0521160240 插頭與 0521170240 插座雙腳位配接連接器系統，能提供可靠的防水防塵性。連接器配接後只有 25.5 mm 長，正確配接時還會發出卡嗒聲，牢牢卡入定位。(圖片來源：Molex)

每個連接器的外罩和蓋帽均以聚酯製成，因此具有極佳的防水性與防火性，長期日照下也不會褪色或裂開。此外，聚酯連接器也不會斷裂，而且正常使用下能彎曲，不會變形。這使得連接器系統足夠堅固，能夠承受設備組裝期間粗暴的配接處理。聚酯連接器也具備極佳的抗剪力，十分適合應對配接和斷開連接器時所發生的滑動磨損。

連接器固定環密封和電線端密封都使用矽墊片，這能提供氣密式密封，達到防水防塵。矽墊片和密封能在低溫下保持彈性，因此這些連接器非常適合用於冰箱和戶外寒天設備等低溫設備。這些連接器具有兩個腳位，間距為 5 mm，能安全地隔離兩個訊號。使用者可使用壓接的引腳自行組裝連接器，操作非常簡便。

連接器系統的設計便於配接，無論系統開發人員選擇何種壓接端子。正確配接時，連接器會發出清晰的卡嗒聲，表示連接器已牢固配接。這能在系統組裝過程中幫助技術人員，並確保配接密封達到緊密效果。

Molex 的這款 Mizu-P25 連接器系統額定電壓為 250 V，工作溫度範圍為 -40°C 至 +105°C。這使得 Molex 的 Mizu-P25 0521160240 插頭與 0521170240 插座連接器系統，適合用於白色家電和許多嚴寒工業系統。對於設備設計人員來說，IP67 防護等級表示連接器系統能防水防塵，且不需接受廣泛的環境測試。

堅固耐用的密封式互連，方便維護

有時，互連系統必須處理較大的電流，而且能讓人在嚴苛的環境中方便維護。互連系統不只需要安全連接，不致意外斷線，也必須能在維護期間輕易斷開。針對這些狀況，設計人員可使用 Molex 的 Squba 密封式線對線互連系統。此外，Squba 連接器也是 IP67 防護等級，而且能提供更多電量、尺寸更小。舉例來說，Molex 的 Squba 2042230004 插頭與 2042200004 插座是一種間距為 1.80 mm 的 4 腳位連接器，能可靠地傳輸電力和訊號 (圖 2)。

圖 2：Molex 的 Squba 2042230004 插頭 (左) 與 2042200004 插座 (右) 是一種 4 腳位互連系統，能在潮濕環境中提供可靠的大電流防護。(圖片來源：Molex)

Molex 的這些 Squba 連接器使用壓接端子，並且在正確配接時會發出卡嗒聲。插座上的連接器閂鎖採薄型設計，因此卡在外部設備上的機率微乎其微。此閂鎖提供安全穩固的連接，而且只要手指穩穩向上推或使用標準拆撬工具，即可在維護期間輕鬆拆開。

Squba 插頭和插座外罩以尼龍製成，相當強韌，且能耐抗多數工業化學品。因此，Molex 的 Squba 互連系統適用於連接器可能會被設備移動、推動或撞擊的任何環境。此互連系統採用矽密封，具有防塵與防潮能力。

每個連接器引腳都能提供 125 V 直流或交流電。建議的線規為 22 至 24 AWG。藉助壓接至 22 AWG 絞線的引腳，每個引腳都能在 30°C 下處理最多 5.25 A 的電流，最大載流能力為 21 A。最大電流容量隨溫度而異，因此設計人員需要密切留意連接器的說明文件，確保連接器的預期電流流率適合實際情況。

連接器的工作溫度額定值介於 -40°C 至 +105°C，搭配 IP67 防護等級，適用的環境包括 HVAC 系統、飲品供應設備，以及必須在低溫或潮濕環境中運作的工業設備等。

多重電路可浸沒式互連

有時，互連系統並非是簡單地將相同訊號互接在一條纜線上。偶爾必須沿著相同佈線傳輸多種電路，包括數位訊號、高電流控制訊號，以及電源供應器連接。在這些情況中，需要使用能處理不同觸點尺寸的混合互連系統。針對這些應用，設計人員可以使用 Molex 的 MX150 Hybrid 纜線組件互連系統。MX150 Hybrid 系統經驗證符合 USCAR-2 Sealing Class 2 要求 (與 IP67 防護等級類似)。USCAR-2 Class 2 要求必須通過水下壓力真空測試。

組裝好後，Molex 的 MX150 Hybrid 是完全密封的連接器系統，適合用於以下情況：配接的連接器可能會被浸沒，或位於通常存在液體和高壓噴水的高濕度環境。

Molex 的 MX150 Hybrid 1601126001 12 腳位插頭與 1601116006 12 腳位插座如圖 3 所示，能混合使用多達 10 個 1.5 mm 扁平端子和多達兩個 2.5 mm 扁平端子。1.5 mm 端子能用於承載低位準邏輯訊號，而兩個 2.8 mm 扁平端子則能用於承載高達 22 A 的電流。因此，此互連系統適合某些汽車和工業應用，其中單條接線線束需要同時將電力和資料傳輸至單一機器。

圖 3：Molex 的 MX150 Hybrid 1601126001 12 腳位插頭 (左) 及其 1601116006 配接插座 (右)，能安全地處理可浸沒式互連系統中的混用 1.5 mm 與 2.80 mm 扁平端子。(圖片來源：Molex)

完整組裝及配接後，MX150 IP67 Hybrid 互連系統不會因為污物或灰塵而受污染。此產品能浸入水中，工作溫度範圍為 -40°C 至 +125°C。連接器外罩以尼龍和玻璃組合製成，非常耐用，且能耐受粗暴處理和輕微撞擊。因此，此互連系統適用於嚴苛的工業環境和許多家用電器，以及連接器會承受極端溫度、高壓噴水和重物猛力撞擊的汽車引擎應用。

Molex 的 MX150 Hybrid 1601126001 插頭與 1601116006 插座必須組裝為纜線或接線線束的一部分。這種組裝需要將端子插入插頭和插座中。不過，組裝技術人員有時可能未將端子完全插入連接器外罩中，導致連接品質不可靠。針對這些狀況，每個連接器都含有端子定位保證 (TPA) 外罩。

在將引腳成功插入 TPA 外罩的過程中，組裝技術人員會感覺到引腳牢牢鎖入定位。如果端子插入有誤，配接時插頭和插座將無法閂上。這樣能確保正確插入引腳，提高系統可靠性。

結論

在設計工業、運輸或家用電器系統時，設計人員需要確保連接部分能承受嚴苛的應用條件，包括空間狹小、塵垢、極端溫度、液體、油及其他滲透性物質。為幫助簡化設計流程，設計人員可以尋找經過特殊設計的 IP67 級連接器，或者防塵垢式連接器，以及防潮防液式連接器。

如本文所述，目前有多種 IP67 級連接器適合用於眾多應用要求，從低位準數位訊號到高電流電力傳輸等等。若選擇正確的 IP67 級連接器組件，可確保系統的可靠性，還能將產生昂貴停機或修理成本的風險降到最低。