電子產(chǎn)品返修中的“飛線”問題研究

成明宇，潘麗君，成鋼

（蘭州空間技術(shù)物理研究所，甘肅蘭州 730000）

“飛線”是一個比較口語化的名稱，沒有嚴(yán)格的定義。通常所謂的“飛線”包括產(chǎn)品內(nèi)部的飛線，這是指不同電路單元、不同印制板之間的新增加的連線，還有就是同一塊印制板上的新增加的飛線，或者叫“跨接線”。原始設(shè)計的連接線是有明確固定的在印制板上的焊盤或接線柱，符合設(shè)計的原始狀態(tài)，但是由于返修或電路更改形成的跨接線往往是一種臨時的措施或者非規(guī)范的措施，對產(chǎn)品的可靠性會帶來影響。正確處理跨接線的問題不但關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，也是研制方和用戶都十分關(guān)注的問題。

1 跨接線的定義和概念

對跨接線提出要求的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要包括：GB/T 2036—94《印制電路名詞術(shù)語和定義》、GJB 2830—97《撓性和剛性印制板設(shè)計要求》。國外標(biāo)準(zhǔn)包括：IPC-T-50H《電子電路互連與封裝術(shù)語及定義》、IPC-A-610F《電子組件的可接受性》，IPC-7721《印制板和電子組件的修復(fù)和改裝》、MIL-STD-275E（1984年）《電子設(shè)備用的印制線路》、MIL-P-28809《印制線路組件》等。

根據(jù)GB/T 2036—94 的定義，跨接線（Jumper Wire）連接是指設(shè)計結(jié)束后，即“預(yù)定的導(dǎo)電圖形形成以后，加在印制板兩點之間的屬于原來設(shè)計的電氣連線。是印制板上任意兩點之間的（不是導(dǎo)體圖形部分）越連接的?！盵1]另外，給出了附加連線（Haywire）的名詞解釋：“預(yù)定的導(dǎo)電圖形形成以后，修改原來而設(shè)計加在印制板上的一種電氣連線?！睆挠⑽膯卧~的本意上講，Haywire 原意為雜亂纏繞的線，其實該詞更有“飛線”含義。將2 種定義結(jié)合起來就構(gòu)成了口語“飛線”所隱含的內(nèi)容和概念，言下之意“飛線”就是電氣連接形式之一。除了采用導(dǎo)線連接，還有用銅箔帶等預(yù)制金屬帶以及空心鉚釘?shù)绕渌问竭M行電氣跨接；但是，印制板上某點與板外某點的電氣連接線不屬于國家標(biāo)準(zhǔn)中所定義的跨接線，因此不應(yīng)歸入跨接線的范疇，所以不應(yīng)該用有關(guān)跨接線的標(biāo)準(zhǔn)對這種連接來提出要求。

在IPC-T-50H 中，跨接線被命名為“Jumper Wires”，中文譯本翻譯為“跳線”，在IPC（Institute of Printed Circuits，國際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會）中定義為：“一種獨立的電氣連接，該連接是原始設(shè)計的一部分內(nèi)容，用于跨接印制板上已經(jīng)設(shè)計的部分導(dǎo)電圖形?！盵2]

在IPC-A-610F《電子組件的可接受性》中，跨接線仍采用“Jumper Wires”一詞，定義為：在非連續(xù)的印制電路板上，來實現(xiàn)元器件相互連接所需要安裝（不是增加）的分立的導(dǎo)線，這些跨接線可以焊接在鍍覆孔、接線柱、焊盤以及元器件引出線。在實際的工程上，需要將跳線作為元器件來設(shè)計。

IPC 作為全球電子行業(yè)協(xié)會，對于跨接線的定義是比較權(quán)威的，在協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)體系中，對跨接線（Jumper Wires）的定義既包括了原設(shè)計的電氣連接，在實施過程中又模糊處理了原設(shè)計或是改裝帶來的導(dǎo)線跨接或者叫做“跳線”。而在GB/T 2036—94 中，既給出了跨接線（Jumper Wires）的定義，又給出了附加連線（Haywire）的定義，將原設(shè)計和修改的背景獨立定義成2 種不同的名稱。從英文的名稱來看，“跳線”與“跨接線”是同一種連接形式。從實踐上對連接關(guān)系的處理上看，“跳線”與“跨接線”也是同一種連接形式。從定義和溯源來看，口語中的“飛線”一詞是不嚴(yán)格的用詞，在正式場合和技術(shù)文件的行文中應(yīng)避免使用。連接到印制板以外的連接線是不應(yīng)該用“跳線”或“跨接線”。

2 跨接線的要求

在GJB 2830—97 中，對于跨接線的使用提出了明確的要求，在撓性和剛性印制板上都可以使用跨接線?？缃泳€可以焊接在過孔、接線端子或焊盤上，并可當(dāng)作元件。同時要求，跨接線的使用應(yīng)短，而且不應(yīng)處在其他元器件之上或之下。不跨越印制板上的導(dǎo)電區(qū)域，長度小于13 mm 的跨接線可以不做絕緣防護。帶有絕緣層的跨接線應(yīng)和涂層材料適配[3]。

在IPC-A-610F 中明確規(guī)定：跳線長度應(yīng)盡量短。除非設(shè)計另有明文規(guī)定，跳線不能跨越元器件之上，也不能穿越其下，以免影響元器件更換。布線或加固導(dǎo)線時，設(shè)計上需要考慮安全間隙等空間限制因素。跳線長度不超過25 mm，不違反設(shè)計間隙要求、不跨越導(dǎo)電區(qū)域的跳線可以不做絕緣防護。當(dāng)要求進行敷形涂覆時，若要求使用帶有絕緣護套的導(dǎo)線，絕緣護套應(yīng)當(dāng)與敷形涂覆兼容[4]。

美軍標(biāo)MIL-STD-275 中規(guī)定：跨接線（Jumper Wires）可以用在剛性電路板組裝件上，跨接線應(yīng)該連接在孔或者接線端子上，也可以用在預(yù)先設(shè)計的連接盤上?？缃泳€可認(rèn)作元器件?？缃泳€盡可能短，不應(yīng)跨越或穿過元器件（包括其他跨接線），并永久固定在印制板上，固定點間隔不超過25.4 mm；未跨越導(dǎo)電區(qū)域或違反間隙要求的，長度小于13 mm 的跨接線可以不做絕緣處理，有需要時做絕緣處理，涂覆層應(yīng)和跨接線適應(yīng)[5]。

國軍標(biāo)對于跨接線的使用提出的要求基本上借鑒了IPC 的要求，但對于軍用標(biāo)準(zhǔn)，在執(zhí)行層面要求更為嚴(yán)格，將可以不做絕緣處理的導(dǎo)線長度由25.4 mm縮短成了13 mm，這和美軍標(biāo)的要求一致，借用了美軍標(biāo)的規(guī)定。

鍍銀多股線在電子產(chǎn)品中使用非常廣泛，由于銅比銀材料的活性高，兩者存在電位差，銅與銀直接接觸后，在潮濕環(huán)境下容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕的結(jié)果是生成氧化亞銅/氧化銅（紅斑）[6]，當(dāng)采用鍍銀多股線在進行跨接線時，特別是在印制板上搭焊時，由于助焊劑的芯吸作用造成焊劑滲入，而且難以完全清潔，因此會加劇多股鍍銀導(dǎo)線的腐蝕，而單股導(dǎo)線比較容易處理。

在NASA 的《最優(yōu)工藝實踐》（Best Workmanship Practice）中，關(guān)于線路的更改，對在印制板上采用跨接線（臨時線）也提出了強制性的要求，跳線應(yīng)為鍍錫的實心絕緣銅線，絞合或鍍銀線不得應(yīng)用。在國內(nèi)外高可靠等級的電子產(chǎn)品的應(yīng)用實踐中，跨接線采用單股線的優(yōu)勢是有目共睹的。但是在航天等軍工電子產(chǎn)品領(lǐng)域帶絕緣的單股安裝線供貨甚少，因此從實踐經(jīng)驗出發(fā)，推薦采用了漆包線作為跨接線進行印制板面的跨接。漆包線本身也可以作為絕緣導(dǎo)線，在高密度的互聯(lián)和返修改裝時，優(yōu)點非常多。在飛越非等電位導(dǎo)電區(qū)域時，可以采用外層增加套管的方式進行二次絕緣來提高安全性。

國軍標(biāo)GJB 2830—97 中指出：不允許使用單芯硬導(dǎo)線直接插入撓性或剛性印制板組件。應(yīng)通過使用電連接器來實現(xiàn)所有的對外部的電氣連接[3]。從側(cè)面說明了當(dāng)需要從印制板上對外焊接引線時，引線不應(yīng)該采用單股硬導(dǎo)線，以免導(dǎo)線晃動對焊點和印制板帶來損傷，因此應(yīng)采用比較柔軟的多股軟線。

3 跨接線的使用

如前文中討論的跨接線的概念，使用跨接線主要是為了對原電路進行更改，或者臨時修補板上連接線或其他的缺陷而被迫使用的，在設(shè)計的裝配圖上并沒有它?？缃泳€的使用是產(chǎn)品設(shè)計不成熟的表現(xiàn)。不論是對缺陷的修復(fù)，還是按設(shè)計要求使用跨接線，通常是在印制板組裝件生產(chǎn)階段和后來的調(diào)試階段使用的。

在產(chǎn)品里面，跨接線越短，它對產(chǎn)品自重以及為了克服在力學(xué)環(huán)境下作用而增加的固定點數(shù)量等帶來的影響就越小。所以在國內(nèi)外不同的標(biāo)準(zhǔn)里，對跨接線的要求都是一致的，即跨接線應(yīng)盡可能地短。

對于長度而言，跨接線是一根跨接兩電氣端接點之間的連線，而不論它有多長。按GJB 2830—97 規(guī)定，當(dāng)跨接線長度小于13 mm，且不越過導(dǎo)電區(qū)，符合間距要求的跨接線可以不做絕緣，如圖1 所示?？捎寐憔€作跨接線，這種情況在早期的單面印制電路板設(shè)計中非常常見，可以方便有效地解決同一布線平面內(nèi)的導(dǎo)線交叉問題。

圖1 跨接線與器件引腳的搭接

關(guān)于在印制板上布線，IPC-A-610F 和IPC-7721 的要求為：①盡可能在X、Y方向布線，即橫平豎直，盡可能減少轉(zhuǎn)彎；②跨接線在印制板上的高度不超過3.2 mm；③須有足夠的線長用于布線、剝線和固定；④跨接線布線時應(yīng)有應(yīng)力釋放彎；⑤跳線可以跨越焊盤，但是跳線需要預(yù)留足夠的長度，一旦需要更換元器件，條線可以從焊盤上移開即可，不影響焊接操作；⑥在穿越印制板鍍覆孔時，應(yīng)采用絕緣套進行絕緣，鉆孔時孔直徑應(yīng)該比絕緣套大0.25 mm；⑦為了便于元器件的更換，跨接線不允許從元器件的上方跨過，也不應(yīng)從下方穿過，即跨接線的上、下方都不允許有元器件存在；⑧跳線不應(yīng)接觸可能會產(chǎn)生高溫的元器件或散熱器；⑨跨接線不允許穿過或跨過元器件，但可以跨越粘接在印制板上的散熱板、支架等；⑩跳線不能通過元器件引線焊接區(qū)域；?跳線盡可能取直而短的路徑，不允許跨越印制板上作為調(diào)試或測試試點，并且要避開測試點。

跨接線的固定應(yīng)從以下4 方面考慮：①跳線可用粘合劑或膠帶固定在印制板或機械零部件上。IPC 規(guī)定固定點的間隔應(yīng)不大于25 mm，而國軍標(biāo)和美軍標(biāo)規(guī)定為13 mm；在實際工程應(yīng)用中，確保導(dǎo)線在力學(xué)環(huán)境條件下不會發(fā)生較大的位移和振動。②在選擇固定方式時要充分考慮材料的兼容性以及使用環(huán)境對產(chǎn)品的影響；所有粘合劑應(yīng)充分固化；要在跳線所有拐彎的彎曲半徑內(nèi)加以固定。③在使用環(huán)氧膠等硬度高的粘接材料進行導(dǎo)線固定時，點膠量要適當(dāng)，不能溢出粘接到相鄰的焊盤或元器件上。④跨接線的固定點不應(yīng)放置在插座安裝的元器件上或可移動的部件上。

跨接線的連接（焊接）可以采用以下任何一種方式來連接：①通過焊盤孔進行焊接的跨接線；②跨接線連接到引線元器件時，可以在元器件引線上進行搭焊，搭接長度為3～5 倍的引線直徑，搭接焊接應(yīng)當(dāng)采用工裝進行，以免產(chǎn)生擾動焊點；③跨接線連接到表貼元器件時，可以搭焊到元器件一端的焊盤上；④印制導(dǎo)線與導(dǎo)線連接需要焊接的導(dǎo)線沿印制導(dǎo)線的中心線放置，并在此位置上焊接，搭接焊點的焊料填充長度不小于2 mm，搭接導(dǎo)線直徑應(yīng)小于引線寬度的2/3；⑤加工時應(yīng)避免焊劑浸入導(dǎo)線和絕緣套管之間。

4 結(jié)論

跨接線（跳線）在電子產(chǎn)品中扮演著重要的角色，特別是在單件小批量的產(chǎn)品研制生產(chǎn)階段，由于產(chǎn)品設(shè)計的不成熟性和設(shè)計輸入的不確定性，在工程實踐中，往往需要改變原來的設(shè)計，在原來的電路基礎(chǔ)上進行修改或者增加元器件等，對電路進行改裝以滿足產(chǎn)品的性能要求。需要合理選擇跨接線的材料、規(guī)格以及滿足電氣間距的布線要求，這是保證產(chǎn)品可靠性的前提條件。