對于許多 DIY 或原型項目設(shè)計人員來說，一旦完成電子設(shè)備的布局，往往要到最后一刻才會去尋找合適的外殼。如果項目是放在室內(nèi)桌子上或掛在墻壁上短時間使用，這種做法合情合理。但是，如果該項目打算長時間在戶外使用，那么很快就會受到氣候的影響，或因為惡意破壞或無聊的獵奇心而遭受有意或無意的破壞。
若使用可用的材料制作合適的外殼，這會非常困難，而且雖然現(xiàn)成的外殼可能符合耐用性要求，但它們的尺寸可能不合適，很容易被破壞，或者缺乏美觀。如果要在住宅或商業(yè)建筑的外部使用，后兩者可能會成為問題。
對于將要放置在外面的小型電子設(shè)備殼體或外殼，最好選擇一系列經(jīng)過官方 IP-68 鑒定，能夠有效地密封電子設(shè)備的聚碳酸酯外殼，以免受氣候影響。
本文將討論雨水、極端溫度和日光對電子系統(tǒng)及其外殼的影響；接著介紹 IP-68 防護的含義，之后再介紹 Hammond Manufacturing 提供的同時符合物理和美觀要求的外殼及相關(guān)襯墊。
為什么電子設(shè)備外殼需要提供環(huán)境防護
戶外使用的電子系統(tǒng)容易受熱、冷、濕氣、直射陽光（尤其是紫外線 (UV)）、振動和物理破壞的影響，從而引起性能下降。它們還會受到許多電氣和電磁噪聲源的影響。設(shè)計人員可通過適當(dāng)?shù)碾娐吩O(shè)計、元器件降額和熱管理技術(shù)（例如散熱器、風(fēng)扇），并通過最大限度地降低總功耗，來解決極端溫度問題。通過將印刷電路板安裝在隔振器，可以解決振動問題；使用濾波器、扼流圈和適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)，可以減少電氣和射頻噪聲。
不過，濕氣和濕度極為有害。一旦濕氣滲透到系統(tǒng)中，就會增加濕度，導(dǎo)致凝結(jié)物，繼而隨著時間的推移發(fā)生腐蝕，最終導(dǎo)致半導(dǎo)體的鈍化層、焊點和物理連接發(fā)生性能退化。再加上可能在外殼封閉前就進入外殼的污染物（如灰塵和碎屑等）時，損害效應(yīng)將會加倍。濕氣對元器件的影響體現(xiàn)在多個方面，包括電化學(xué)、電流、陽極和陰極影響。所有這些都會對電子設(shè)備的可靠性造成危害，其中有些比較細(xì)微，有些則更為明顯（圖 1）。
圖 1：隨著時間的推移，濕氣和濕度對電子元器件、電路板和互連器件可能會造成非常大的傷害。（圖片來源：PCFixit.au）
若采用在關(guān)鍵元器件上涂覆環(huán)氧樹脂或凝膠之類的材料，則可以緩解濕氣侵入的影響。對于大批量生產(chǎn)的系統(tǒng)，可以用 20 到 50 微米的保形涂層（極端情況下甚至可達(dá) 100 微米）覆蓋整個印制電路板，這是一種很好的解決方案。但是，某些元器件如 DIP 開關(guān)、可變電阻器和電池座，卻無法使用此類涂層。此外，保形涂層可能無法完全覆蓋邊緣（邊緣涂布不均），導(dǎo)致印制線和連接暴露在腐蝕環(huán)境之下。
濕氣的全部作用取決于熱量和相對濕度。有關(guān)室外設(shè)備完整的濕氣和濕度測試準(zhǔn)則，請參閱 ETSI EN 300 019-1-4 V2.2.1 (2014-04)“環(huán)境工程 (EE)；電信設(shè)備的環(huán)境條件和環(huán)境測試；第 1-4 部分：環(huán)境條件的分類；在無氣候防護場所固定使用”。
這對業(yè)余愛好者來說是一個有用的測試指南，對專業(yè)人士而言更是不可或缺。它將設(shè)備可能面臨的各種條件分類為地震、沖擊、太陽輻射和溫度，并進一步將環(huán)境類別細(xì)分為水、降雨、霉菌生長、動物攻擊（即白蟻）和空氣鹽度。此外，還包含一些與本文直接相關(guān)的實用定義，并強調(diào)了濕度的重要性：
絕對濕度：空氣/水蒸氣混合物中，一立方米干燥空氣對應(yīng)的水蒸氣質(zhì)量（克）。
無氣候防護場所：設(shè)備所在場所未針對直接氣候影響提供防護。
相對濕度：在給定溫度下，濕空氣中的水蒸氣分壓與相同溫度下飽和空氣中的水蒸氣分壓之比。
固定使用：使用固定安裝在結(jié)構(gòu)體或安裝裝置上的設(shè)備，或?qū)⒃O(shè)備永久放置在特定位置。
不過，對于設(shè)計人員而言，預(yù)防永遠(yuǎn)比治療更有效。這正是國際防護 (IP) 等級 IP-68 發(fā)揮作用的地方。
什么是 IP-68？
IP 是英文 Ingress Protection（侵入防護）的首字母縮寫，IP 編碼源自 EN 60529 標(biāo)準(zhǔn)，其中分配了兩位數(shù)字來指示所提供的灰塵和濕氣防護等級（圖 2）。分配的數(shù)字就針對固體物（例如手指和手）以及灰塵和水提供的防護程度進行了分類。目的是明確地闡述“防水”之類模糊且主觀的術(shù)語。
IP 后的第一個數(shù)字與固體有關(guān)，第二個數(shù)字與液體有關(guān)。因此，就 IP-68 而言，系統(tǒng)如果能夠針對灰塵 (6) 以及長時間的水流噴射或受壓沉浸 (8) 提供完全防護，則表明其符合要求。
圖 2：IP 代碼分配了指示系統(tǒng)灰塵（左）和濕氣（右）防護程度的數(shù)字。（圖片來源：focusondrives.com）
如何滿足 IP-68 要求
盡管可以從頭開始設(shè)計 IP-68 外殼，但由于 Hammond Manufacturing 等公司已經(jīng)完成相應(yīng)的基礎(chǔ)工作，實際上并不需要重起爐灶。該公司的 1557 系列外殼適用于惡劣環(huán)境，采用了紫外線穩(wěn)定型聚碳酸酯材料，達(dá)到 IP-68 要求，同時還兼顧了美觀性，擁有“現(xiàn)代化”的外觀和“柔和”曲線，并提供兩種顏色（黑色和淺灰色）選擇（圖 3）。
圖 3：1557 系列外殼可滿足 IP-68 和設(shè)計美觀性要求，同時提供多種安裝選擇。（圖片來源：Hammond Manufacturing）
1557 系列具有 UL94-5VA 可燃性等級，并通過采用兩件式榫槽結(jié)構(gòu)以及通過 UL 認(rèn)證的耐高溫硅橡膠墊片（型號為 1557BGASKET），來達(dá)到防塵、防油和防水的效果（圖 4）。
圖 4：1557BGASKET 由通過 UL 認(rèn)證的硅橡膠制成，有助于 1557 外殼達(dá)到 IP-68 要求。（圖片來源：Hammond Manufacturing）
然后，用 M4 不銹鋼機械螺絲（型號為 SC576-50）固定蓋子（圖 5）。它們被旋入耐腐蝕的襯套中，允許重復(fù)拆裝（例如在設(shè)計的原型階段）。
圖 5：SC576-50 型 M4 機械螺絲牢固地旋入耐腐蝕的襯套中，可允許重復(fù)拆裝。（圖片來源：Hammond Manufacturing）
1557 系列具有寬尺寸范圍，可滿足各種應(yīng)用需求，并附帶多種安裝選件（包括印制電路板），因此安裝靈活。尺寸基于四種基本平面尺寸，并分別具有兩種高度。尺寸包括：
安裝選件如下所示（同樣參見圖 3）：
重型墻壁法蘭安裝（安裝支腳向外）
齊平壁裝（將安裝支腳作為鎖孔插槽）
臺式/桌面式安裝（包括橡膠支腳）
每個選項都有明確的側(cè)重點。重型壁裝型號帶有一組兩個或四個壁裝凸耳，可以用螺釘牢固地安裝于外殼的背面。凸耳從外殼的邊緣突出，以便用戶使用他們選擇的五金件將外殼牢固地安裝到墻上。對于安全性至關(guān)重要且永久安裝的應(yīng)用來說，這就是理想的選擇。
齊平壁裝型號具有相同的壁裝凸耳，不同的是它們可以翻過來并將外殼背面安裝到空腔中。在此配置中，凸耳充當(dāng)鎖孔槽，可實現(xiàn)更優(yōu)雅的嵌裝外觀。對于將外殼臨時固定在墻上的應(yīng)用，此配置也是理想的選擇。
每個外殼均包含四個用于臺式/桌面式安裝的粘性橡膠支腳。在這種模式下，不再使用壁裝凸耳，而是在每個角上安裝橡膠支腳。每個角都有一個與橡膠支腳大小匹配的凹陷區(qū)域，以確保正確安裝，保持較低的高度并確保支腳穩(wěn)固就位。如有必要，可以訂購更多的橡膠支腳（型號為 1421T6CL）。
外殼附帶的配件包括液密性電線夾/電纜密封套和立桿安裝套件。
結(jié)語
設(shè)計人員將大量開發(fā)工作集中在電子設(shè)備的設(shè)計上，以至于他們可能低估了為戶外應(yīng)用選擇合適外殼的重要性。如果沒有適當(dāng)?shù)姆雷o，濕度、極端溫度、灰塵、油污和其他污染物組合在一起，可能會損害設(shè)計的電氣和結(jié)構(gòu)完整性。
不過，設(shè)計這種外殼非常困難。設(shè)計人員可以選擇滿足 IP-68 要求的現(xiàn)成外殼，迅速將設(shè)計推向市場，以應(yīng)對長期戶外使用面臨的挑戰(zhàn)。
