選擇合適的連接器以符合嚴格的軍用／航太電氣與機械要求

作者：Bill Schweber

資料提供者：DigiKey 北美編輯群

2026-04-01

軍用及航太應用，包括航空電子、無人飛行載具 (UAV)、飛行器、雷達及衛星在內的連接器和互連元件，其所規定的要求遠比消費性、醫療及工業應用嚴格得多。這些軍用／航太連接器會受到多種電氣、機械及環境壓力的影響，但仍要繼續符合其額定的效能規格，反之這些壓力則會導致傳統裝置衰退甚至受損。

軍用／航太應用的高可靠度互連元件，不僅僅是裝在堅固外殼中的一個接觸器或一組接觸器而已。主體、密封件、接觸力以及接觸材料必須以整合系統的方式運作，以確保在指定條件下發揮效能。

本文將探討設計人員在挑選和使用軍用／航太應用互連元件時所面臨的挑戰。接著會介紹三個來自 Molex 的範例，並說明其如何應對這些挑戰。

強固型連接器的要求

強固型連接器是指能在極端的機械、環境和熱壓力下持續符合規格的連接器。這些壓力源會因工作環境而異，但也有不少重疊項目。舉例而言：

陸地型軍事系統的連接器必須能承受劇烈的振動、厚重的污垢累積 (灰塵、沙子、細砂) 以及極端的高溫和低溫。
海上及深海連接器必須能承受腐蝕性鹽水及巨大壓力的長時間暴露。
航太連接器必須能承受反覆的起飛與降落、飛行中的振動及寬廣的溫度範圍。
太空用的連接器會經歷更劇烈的溫度變化、真空曝露、氣體逸散以及發射和重返大氣層時的強烈機械應力。

要符合這些必要規格，就要瞭解多項基本的物理因素，包括：

振動：軍用車輛或戰鬥機上的連接器經過測試，可承受高達 20 g 的振動。
衝擊：這種在快速加速或減速期間產生的高衝擊力與振動不同。標準連接器的衝擊力可高達 50 g，微型與小型設計則可高達 100 g；甚至有針對暫態衝擊事件制訂的標準 (爆炸性裝置的引爆所造成的高幅度、高頻率、短時間的結構性振動，如火箭的分段分離或飛彈酬載的部署)。
溫度極限：地面型系統可能會面臨 -65 至 125°C 的溫度範圍，而太空系統則可達 200°C。熱循環會導致材料膨脹和收縮，可能導致材料衰退並影響導電性。此外，連接器內材料之間的熱膨脹係數 (CTE) 有所差異，因此會在材料介面上引進機械應力，隨著時間推移，可能會導致錯位或故障。
污染物暴露：為了確保長期可靠運作，連接器必須採用如 O 型環、墊圈和索環等密封解決方案，以避開濕氣、灰塵及其他污染物。
腐蝕：這是持續發生的問題，原因包括鹽霧和氧化等因素。連接器材料必須妥善挑選和應用，以免這些無法避免的現象造成連接器的完整性衰退。

什麼是可靠度？

簡單來說，長期可靠度代表即使在反覆使用、環境曝露及機械應力下，仍可維持穩定的效能。這種效能不僅取決於連接器的首次使用，還取決於其承受反覆配接循環及正常運作的能力。許多連接器，尤其是輸入／輸出 (I/O) 連接器，會經歷數百甚至數千次的配接循環。

成功的耐用設計有兩個層面互相交織而成：觸點本身以及將其固定就位的外殼 (主體) (圖 1)。

圖 1：觸點材料、幾何形狀及鍍層是強固型連接器設計的關鍵因素。(圖片來源：Molex)

接觸表面的設計是確保連接器維持低插力，同時提供可靠連接的關鍵要素。觸點幾何形狀的精密加工可減少連接處的磨損，而接觸表面鍍金 (Au) 則可避免氧化。鍍金厚度通常為 50 µin，且塗覆在鎳 (Ni) 底鍍層上，此底鍍層可增強鍍層的附著力並進一步提升抗腐蝕性。

這些鍍層是施加在觸點的銅 (Cu) 合金基材上。在航太、國防及太空應用中，鍍金與鎳底鍍層的組合是達到長期可靠性的關鍵要素。鈹銅 (BeCu) 由於具有優異的強度重量比以及卓越的疲勞抗性，因此廣泛當作基材使用。特別適用於彈簧元件接點，因為彈性和長期抗壓性至關重要。

磷青銅 (CuSnP) 是非彈簧觸點的合適替代材料，可在強度與導電性之間達到平衡。具有抗腐蝕性、適中的彈性特性，常用於需要一定彈性，但不會受到持續彎折的緊湊型和細間距連接器。

設計強固型連接器時需仔細考量多個因素 (圖 2)：

維持正向力是達到可靠性的關鍵。高效能彈簧材料可維持接觸壓力和耐久性。
較強的接觸力可減少氣隙、降低阻抗並提升訊號完整性。最佳化的幾何結構可分散壓力以達到穩定的導電性。
觸點接合是指引腳與插槽之間的軸向重疊，這可平衡力道、連續性和機械穩定性。

維持正向力對可靠性至關重要示意圖 圖 2：維持正向力是達到可靠度的關鍵 (上)，而較強的接觸力可減少氣隙 (下)，進而降低阻抗並提升訊號完整性。(圖片來源：Molex)

在微觀層面上，配接接觸區不僅僅是兩個光滑平坦表面相遇而已。反之，此介面包含微觀的粗糙性、尖峰和不規則性，也會決定歐姆觸點的通電或斷開。施加更大的力道可將這些粗糙點壓平，進而改善導電性、降低阻抗，並確保效能一致。然而，增加力道也會影響配接及斷開的力道以及接觸面的磨損。

設計良好的接觸系統可在接合長度和正向力之間達到平衡，以避免接觸不良、過度磨損及機械應力。若接觸力太低，電阻會增加，導致訊號不穩定。相反地，過大的力道會加速鍍層磨損，而導致觸點結構提前疲勞。

耐用形連接器與具有一個或可能兩個觸點的商用連接器不同，而是採用多點接觸系統，將來自振動或衝擊的機械負載分散 (圖 3)。這些觸點系統可避免因微小移動而引起的電弧或訊號損耗，並可針對關鍵系統提供備援接觸路徑。

多點接觸設計可提升穩定性與訊號完整性示意圖 圖 3：多點接觸設計可提升穩定性與訊號完整性。(圖片來源：Molex)

此觸點系統也可能包含彈簧元件，可在時間推移下維持一致的接觸力。這些彈簧加載觸點可針對觸點對齊的輕微差異進行補償，同時確保在重複配接循環時達到可靠的導電性。然而，過大的力道會導致觸點鍍層磨損過度。

觸點之外：連接器外罩與外殼

雖然強固型連接器的效能始於觸點，但連接器外罩不僅僅是包覆內部電氣觸點而已，還負責保護觸點，免受機械壓力、極端溫度、腐蝕性物質和濕氣侵入，同時在耐用性與重量之間維持平衡。設計人員有多種外罩材料可供選擇：

熱塑性聚合物，如聚醚醚酮 (PEEK)、聚苯硫醚 (PPS) 和聚醚酰亞胺 (PEI) 等，都可提供優異的機械強度、耐熱性及化學穩定性。這些材料能在輕量結構中有效吸收振動與衝擊。
複合式材料，如玻璃纖維強化聚合物和碳纖維複合材料，都可提供優異的強度重量比。可透過設計，達到特定性質的最佳化，如抗拉強度、抗衝擊性或熱穩定性。
由於航太與國防應用中具有劇烈的衝擊、振動與電磁干擾 (EMI)，因此不鏽鋼與鋁合金是連接器外罩的首選材料。

不鏽鋼連接器外罩提供卓越的抗腐蝕性和機械強度，因此非常適合用於會暴露在濕氣、化學品或鹽霧的航海、工業及航太應用。鋁合金可在強力 EMI 屏蔽、輕量化與加工簡易性方面達到良好的平衡，因次是軍用車輛、航空電子及太空應用中連接器外罩的首選材料，特別是必須減輕重量的應用。

有些強固型連接器會使用薄型閂鎖系統，以提供穩定性和牢固的配接，同時還可縮小整體尺寸。以彈簧加載鎖或按壓式鎖定機構為例，就可讓連接器在戰場條件下兼顧機械可靠性與操作簡便性。

太空等級：另一個疆界

衛星、深空探測器和高空航太系統所使用的連接器，會持續暴露在電離輻射中，會讓材料退化、電氣效能衰減，並導致結構完整性劣化。這些連接器的結構必須可抵抗輻射引起的脆化、導電性的喪失及原子氧侵蝕，同時在真空環境中維持可靠性。

針對這些應用，輻射硬化熱塑性塑料，如 PEEK 和 PPS 等，可提供優越的輻射抗性，同時維持低逸散性。由航太級鋁合金製成的金屬屏蔽，搭配無電鍍鎳塗層，可提供結構耐用性，同時在輻射與原子氧暴露下提供防護。最後，鍍金可形成一層保護屏障，防止輻射損害，並在長期太空任務中維持電氣完整性和接觸可靠性。

連接器系列展現多種解決方案

沒有單一種強固型連接器類型可滿足所有需求，因此像 Molex 這類企業都會提供多樣選擇。只要檢視 D-Sub、RF 終端和 RF 板連接器，就可瞭解其功能與應用、額定值，以及鎖定與固定機制等多項特性。

制訂完善的 D-Sub 因具有多種觸點數 (9、15、25、37 和 50)、訊號處理能力、實體鍵控以及多種配接和固定選項，因此廣泛使用。Molex 的 0732841811 (圖4) 就是例子之一。這款 EMI 濾波、9 針母端對 9 針公端 (插頭／插槽) 採用「自由懸掛」方式排列。可用來連接公母端連接器，也可用於其他應用。

Molex 的 0732841811 9 針公／母 D-Sub 配接器圖片 圖 4：0732841811 是一款 9 針公／母 D-Sub 配接器。(圖片來源：Molex)

其引腳具有低至 10 mΩ 的接觸電阻，而內建的 1000 pF 電容可提供 3 dB 的 3.2 MHz 截止頻率，以達到 EMI 與 RFI 濾波。外殼尺寸大約為寬 0.304 in.× 長 064 in.(7.72 × 16.26 mm)，由鍍鎳鋅製成，而主體絕緣體則為玻璃纖維強化聚酯。

針對 RF 電纜端接應用，0732870620 (圖 5) 是一款 26.5 GHz、50 Ω 的同軸連接器插頭 (公引腳)，可用於封閉 (端接) 未使用的 RF 埠。如此一來就可避免訊號能量沿著電纜反射回來，避免造成訊號失真、干擾，甚至破壞敏感的電子元件。

Molex 的 0732870620 26.5 GHz、50 Ω SMA 端接器圖片 圖 5：0732870620 是一款 26.5 GHz、50 Ω 的 SMA 端接器，可用於封閉未使用的 RF 埠，以避免訊號反射。(圖片來源：Molex)

0732870620 在 DC 時的電壓駐波比 (VSWR) 幾近於 1.05:1，在最大頻率時僅上升至 1.35:1。主體採用鈍化不鏽鋼，導線則為鍍金鈹銅。此裝置在 25˚C 時的額定處理功率為 1 W (連續)，最大額定值為 1 kW，採用 5 µs 脈衝和 0.05% 工作週期。

RF 濾波板的互連元件不如標準連接器為人所知，但同樣重要。這些是專門用途的高密度元件，其設計可在隔板或模組層級抑制 EMI。與訊號直通不同，濾波板會在指定的頻率範圍內阻擋或衰減 EMI，以便維持訊號完整性並減少雜訊，同時在高頻應用中避免串音和失真。

像是 0732860030 這樣的濾波板 (圖 6 左) 就具有多條濾波訊號線，可減少安裝人力並節省電路板空間。具有兩列各六個直式引腳，各置於長 1.06 in.(26.92 mm) 板中，並使用一個 100 pF 饋通式電容 (C 型) 濾波器，具有 3 dB 的 50.3 MHz 截止頻率。在約 50 MHz 時的插入損耗為 0 dB，在 10 GHz 時上升至 50 dB (典型值) (圖 6 右)。

圖 6：0732860030 濾波板 (左) 具有兩列各六個引腳，使用 100 pF C 型濾波器，具有 3 dB 的 50.3 MHz 截止頻率，插入損耗在約 50 MHz 時為 0 dB，並在 10 GHz 時上升到 50 dB (典型值) (右、B 線)。(圖片來源：Molex)

機底黃銅板經過鍍錫，而鍍金引腳可承受 100 V、3 A 的訊號。

嚴苛應用中的連接器和互連元件，其要求以及材料，由多個組織的標準所規定。許多規定會列在相關標準中。¹

結論

軍用、航太、近太空及深空以及其他嚴苛環境中使用的強固型連接器與互連元件，都有極為嚴格的要求。因此對材料、設計的權衡，以及觸點與外罩的製造都必須有所瞭解並謹慎考量，以生產適合這些條件的連接器。Molex 提供堅固耐用的解決方案，每種方案都具備多種選項，因此設計人員能選擇最佳化的解決方案，以達成關鍵的效能目標。