權衡外殼材料的利弊

現今外殼樣式、尺寸和形狀眾多，但外殼的製造材料往往才是選購新產品時的首要考量，也可說是決定外殼效能的最大因素。瞭解常用的材料對電氣和電子組件的規劃、選購及維護非常重要。

廣義來說，外殼材料可分為金屬和非金屬類。

非金屬

多數非金屬外殼都是由塑膠製成 (通常是 ABS 或聚碳酸酯)，但也包括玻璃纖維。

非金屬能被無線射頻 (RF) 波所穿透，適合用於需要輕易收發訊號的無線通訊元件。相反地，如果元件必須隔絕電磁干擾 (EMI) 與無線射頻干擾 (RFI)，這項特點反而可能有害。

ABS

ABS 係指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，這是一種低成本、易於加工和成型的熱塑性塑膠。ABS 是室內用途的塑膠首選，儘管費用相對低廉，但防撞性和耐熱性佳且功能多元。一般用途 ABS (GPABS) 是最經濟的類型，還有阻燃劑 ABS (FRABS)，後者提供中度至高度阻燃性 (UL 94V-0)。

ABS 外殼通常為黑色、灰色或白色，但黃色、紅色和藍色等款式也很常見。ABS 容易進行機械加工和修改。可惜的是，ABS 在高衝擊性應用中的表現並不理想，而且很難呈現透明效果。

圖 1：Hammond 1551MINI 系列 ABS 塑膠外殼。ABS 無法做到完全透明，因此常為半透明或「霧面」類型。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

聚碳酸酯

聚碳酸酯是塑膠領域的明星級材料。聚碳酸酯具有出色的防撞性、廣大的工作溫度範圍及抗 UV 能力，許多戶外、高衝擊性和航海應用均選用此塑膠。抗 UV 聚碳酸酯能防止褪色和因接觸陽光而脆化，且本身完全透明。因此，聚碳酸酯經常用於眼鏡鏡片、賽車擋風玻璃等產品，以及優質的外殼。聚碳酸酯具有高阻燃等級。因此一如預期，聚碳酸酯的費用相對高於 ABS，尤其是專案一啟動時，但由於使用壽命長，即使用於嚴苛的環境，長期下來仍能節省成本。

圖 2：Hammond 1591T 系列透明聚碳酸酯塑膠外殼。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

玻璃纖維

強化玻璃纖維聚酯的縮寫為 FRP 或 GRP，這是一種以玻璃纖維進行強化的聚酯塑膠。FRP 和聚碳酸酯一樣適合戶外使用，並具有良好的防撞性和廣大的工作溫度範圍，該範圍甚至比聚碳酸酯更廣大。但是，FRP 可能會因 UV 照射而褪色。基於內在的組成元素，FRP 可能會在切割時散發玻璃微粒，而得利用專門的 PPE 和其他工具予以修改。

聚碳酸酯和 FRP 具有良好的化學抗性，都非常適合用於高鹽度環境。FRP 能耐受溶劑和經過稀釋的酸與鹼。聚碳酸酯能有效耐抗酸鹼及某些溶劑。在選擇材料之前，務必先研究並瞭解特定的危害。

圖 3：Hammond 零件編號 1590ZGRP084 強化玻璃纖維聚酯外殼。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

金屬

相對於非金屬，金屬製外殼具有更好的 RFI 與 EMI 屏蔽特性。金屬之間彼此接觸對達到完整屏蔽和接地非常重要，是安全處理外殼內部電氣元件的必要流程。金屬通常能用於戶外應用，且防撞性佳。

使用金屬時，必須注意電流腐蝕 (又稱為異質金屬腐蝕)。如果兩種不同的金屬相互接觸，其中較「鹼性」或較容易發出電子的金屬會開始加速腐蝕，導致損及結構與美觀性。例如，使用者應小心避免同時使用鍍鋅螺絲 (或鍍鋅鋼連接件) 與不鏽鋼外殼。

鋁

鋁是一種非鐵質金屬，儘管重量相對較輕，但非常堅固。鋁不僅形式多樣 (例如鋁片、擠型鋁和壓鑄鋁)，還具有不同的屬性，視使用的合金而定。合金是由基材 (鋁) 和其他金屬或元素組成。某些合金比其他合金更堅固、抗拉性更強，或與某些塗層相容性更好等。

鋁易於加工和成型，是成本最低的外殼金屬材料。

壓鑄鋁

壓鑄鋁外殼是將熔融金屬倒入成形模頭 (也稱為模穴) 中製作而成。壓鑄最適合用於中小型外殼，因此較大的產品將傾向使用鈑金而非鑄金屬。流程需時短，並能產生出一致的產品。壓鑄外殼和射出成型塑膠外殼都有「脫模斜度」這項特點。箱壁必須稍微向外傾斜，才能從鑄件上正確取下外殼。因此，壓鑄鋁外殼的壁面會傾斜幾度。

圖 4：Hammond 零件編號 1590Z110 厚壁壓鑄鋁外殼。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

擠型鋁

擠壓成型也需要熔融鋁和模頭，但做法不是填充模穴，而是強行驅動擠型鋁通過模頭以形成特定的形狀，產生出非常長的擠壓成型段，再切割至一定的大小。擠型鋁外殼通常由擠型管件和金屬或塑膠端蓋組成。擠出可切割的長段對製造商很有利，製造商手邊能留存大量管件，並視需要提供許多不同的外殼長度。

Hammond 的擠型鋁外殼帶有陽極電鍍塗層。陽極處理是一種將外殼氧化層增厚並提高表面堅固度的製程。陽極處理可使用許多種顏色。有些鋁合金的陽極處理效果很好，有些則欠佳；Hammond 的擠型外殼與陽極處理相容，壓鑄鋁外殼則與之不相容，這種外殼採用粉末塗層。

圖 5：經過藍色陽極處理的擠型鋁外殼 (已組裝完成)。Hammond 零件編號 1455L1201BU。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

圖 6：圖 5 中採用藍色陽極處理塗層的擠型鋁外殼 (已拆解)。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

鋁片

鋁片可供切割和折疊以形成外殼與面板。有別於擠壓成型與模頭 (受刀具特點和尺寸所限制)，使用折疊型鈑金能製出各式各樣的外殼設計。鋁片無法支撐太大的重量 (尤其是規格較薄時)，如果過載，鋁片可能會彎曲或翹起。

圖 7：Hammond 1444 系列折疊型鋁製機殼的內部圖。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

鋼

鋼是一種廣泛運用的可靠材料，用於諸多產業。鋼是一種鐵合金，即以鐵和碳合製而成。鋼板用於建造外殼和面板，鋼有許多種類型，可依實際應用做挑選。鋼比鋁更重，特別是不鏽鋼的成本可能更高。

軟鋼

軟鋼又稱為「低碳鋼」，碳含量低於標準鋼且較易於成型和焊接。軟鋼成本低、用途多元，但除非經過拋光，否則會在天氣條件下氧化。這就是軟鋼外殼採用粉末塗層的原因，不鏽鋼或鋁質外殼則可能為天然或拋光度較低。內部面板不會暴露在天氣下，因此能採用天然軟鋼。

圖 8：Hammond 零件編號 ST12126LG 軟鋼外殼 (塗有淺灰色粉末塗層)。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

鍍鋅鋼

鍍鋅鋼是由採用鋅塗層的浸鋼製成。這能避免鋼材的富鐵表面快速腐蝕。鍍鋅鋼無法很有效地抵抗超高腐蝕性的化學品或海洋環境。鍍鋅鋼是內部面板和一般用途室內商用外殼的常用材料。採用粉末塗層時，可用於具有光線的戶外環境。

不鏽鋼

不鏽鋼是一種含有鉻的鐵合金 (由鉻提供抗腐蝕性)。納入額外的元素能產生不同等級的不鏽鋼。不鏽鋼可防鏽，無需拋光。不鏽鋼對酸鹼和溶劑具有高耐抗性，用於戶外時效能極佳，且易於清潔，因此非常適合用於衛生環境，例如需要經常沖洗外殼的醫療或飲食應用。

兩種最常見的不鏽鋼等級是：

• 304 – 最常見的不鏽鋼等級。
• 316 – 更專業的不鏽鋼等級，上述所有不鏽鋼優點不僅全部具備，且由於鉬元素的緣故，而具有更強的抗腐蝕性。用於海洋環境時，316 不鏽鋼的效能非常出色。

圖 9：Hammond 零件編號 HN4FS726036SS 獨立式不鏽鋼外殼。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

防護等級和材料

外殼防護等級和材質的關係相當密切，因為 NEMA、UL 和 IP 等防護等級系統是根據外殼在許多條件下的效能來斷定外殼。

NEMA – NEMA 防護類型是工業和電氣外殼最常見的防護等級系統，描述外殼用於室內或戶外用途、是否具抗腐蝕性，以及對水和污垢等危害源的防護表現。一些常見的 NEMA 類型包括：

• 12 和 13 – 用於室內，對污垢和滴水具有一定的防護能力
• 3R – 用於室內或戶外，能防塵和防禦潮濕的天氣型態 (雨水、雨雪、雪)
• 4 – 用於室內或戶外，能有效防禦灰塵、潮濕的天氣型態、潑濺或軟管導出的水
• 4X – 與 NEMA 4 類似，但增添了抗腐蝕性

圖 10：Hammond HYW 系列不鏽鋼外殼的機門 (襯有衛生型藍色矽樹脂墊片)。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

侵入防護 (IP) – IP 防護等級是由國際電工委員會 (IEC) 所確立。IP 是電子外殼較典型的術語，但 IP 與 NEMA 防護等級也有重疊之處。IP 防護等級的第一個數字與防塵有關，第二個數字與防水有關。一些常見的 IP 防護等級包括：

• IP54 – 防塵、防潑水
• IP65 – 防水用途最低防護等級、戶外用途最低推薦等級、防塵、防噴水
• IP66 – 防塵、防強力噴水
• IP67 – 防塵、暫時性浸水防護
• IP68 – 防塵、連續性浸水防護

UL 認證 - UL 列名的產品經過獨立實驗室的測試。外殼符合 UL 508A 列出的標準。測試期間不應進水，否則產品無法成為 UL 列名產品。亦考量其他因素，例如材料的一致性、工廠製程、UV 防護力和耐燃等級。UL 認證是效能、品質和安全性的重要指標。

圖 11：Hammond 零件編號 1554C2GYCL UL 列名聚碳酸酯外殼內的 UL 貼紙標籤。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

結論

設計電氣或電子組件可能需考慮許多層面，希望本文對外殼材料及防護等級提供的概述，能幫助讀者更輕易挑選外殼。

無論實際應用需為手持式開關使用簡易的塑膠盒，還是需要堅固耐用、必須抵禦碼頭鹹空氣的不鏽鋼機櫃，外罩無疑都是任何組件的重要一環。