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，布線可能面對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連線問題。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強纜線連線解決方案，以便達到應用的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連線，同時降低維護與修理成本。
工業連線設計考量
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連線解決方案，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。對於這些連線狀況，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，以及灰塵和細粉。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，可能會造成配接問題，包括設備因連線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連線系統
產業並未針對不同的工業環境條件製造出多種連接器，而是標準化電線、纜線和IP67連接器系統。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定義了連線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連線中，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連線系統能在水深一公尺內浸泡長達30分鐘，此規格對於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對連接防護有所幫助，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，因此在挑選連線系統時，必須考量所用的墊片材料。
連接低功率數位訊號
纜線連線系統的需求不盡相同，針對 IP67等級的數位邏輯訊號，連線解決方案通常只需要在500mA左右的電流下處理5V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，而且必須足夠輕巧，不能對纜線組件裡的低電流電線造成任何壓力。針對這些連線應用，廠商如Molex推出了Mizu-P25迷你線對線連接器系統。此防水連接器通過IP67認證，外罩便利小巧，能防止灰塵和水進入配接的組件中。其中0521160240插頭與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25.5mm長，適合用於小型壓接式外殼。
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5mm，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。上述的Mizu-P25連接器系統額定電壓為250V，工作溫度範圍為-40°C至 +105°C，使得同系列插頭與插座連接器系統，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。
密封式連線堅固耐用/方便維護
有時候連線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。連線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 諸如Molex的Squba密封式線對線連線系統。Squba連接器通過IP67防護等級，而且電量更多、尺寸更小。舉例來說，Molex的 Squba 2042230004插頭與2042200004插座是一種間距為1.80mm的4腳位連接器，能可靠地傳輸電力和訊號(圖2)。
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較小。此閂鎖提供安全穩固的連接，而且只要手指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，能耐抗多數工業化學品。因此，此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，同時採用矽密封，具有防塵與防潮能力。該系統每個連接器引腳都能提供125V直流或交流電。建議的線規為22至24AWG。藉助壓接至22AWG絞線的引腳，每個引腳都能在30°C下處理最多5.25A的電流，最大載流能力為21A。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。
多重電路可浸沒式連線
連線系統並非是簡單地將相同訊號互接在一條纜線上，偶爾必須沿著相同布線傳輸多種電路，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連線系統。針對這些應用，設計人員可以使用如Molex的MX150 Hybrid纜線組件連線系統。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。
其中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1.5mm扁平端子和多達兩個2.5mm 扁平端子。1.5mm端子能用於承載低位準邏輯訊號，而兩個2.8mm扁平端子則能用於承載高達22A的電流。因此，此連線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。
完整組裝及配接後，MX150 IP67 Hybrid連線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，能耐受粗暴處理和輕微撞擊。因此，此連線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。該插頭與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。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。
系統設計需考量極端條件
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。
