电子产品返修中的“飞线”问题研究.pdf

Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 18 期111文章编号：2095-6835（2023）18-0111-03电子产品返修中的“飞线”问题研究成明宇，潘丽君，成 钢（兰州空间技术物理研究所，甘肃 兰州 730000）摘要：电子产品中的“飞线”，在产品返修、改装过程中经常被应用。飞线的材料选用和布局对操作难易程度和产品的质量有着很大的影响。结合相关标准和应用经验，对“飞线”问题进行了探讨，提出了“飞线”的应用原则和使用方法。关键词：电子产品；印制板；飞线；跨接线中图分类号：TN41文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.18.032“飞线”是一个比较口语化的名称，没有严格的定义。通常所谓的“飞线”包括产品内部的飞线，这是指不同电路单元、不同印制板之间的新增加的连线，还有就是同一块印制板上的新增加的飞线，或者叫“跨接线”。原始设计的连接线是有明确固定的在印制板上的焊盘或接线柱，符合设计的原始状态，但是由于返修或电路更改形成的跨接线往往是一种临时的措施或者非规范的措施，对产品的可靠性会带来影响。正确处理跨接线的问题不但关系到产品的质量和可靠性，也是研制方和用户都十分关注的问题。1跨接线的定义和概念对跨接线提出要求的国内标准主要包括：GB/T203694印制电路名词术语和定义、GJB 283097挠性和刚性印制板设计要求。国外标准包括：IPC-T-50H电子电路互连与封装术语及定义、IPC-A-610F电子组件的可接受性，IPC-7721印制板和电子组件的修复和改装、MIL-STD-275E（1984年）电子设备用的印制线路、MIL-P-28809印制线路组件等。根据 GB/T 203694 的定义，跨接线（JumperWire）连接是指设计结束后，即“预定的导电图形形成以后，加在印制板两点之间的属于原来设计的电气连线。是印制板上任意两点之间的（不是导体图形部分）越连接的。”1另外，给出了附加连线（Haywire）的名词解释：“预定的导电图形形成以后，修改原来而设计加在印制板上的一种电气连线。”从英文单词的本意上讲，Haywire 原意为杂乱缠绕的线，其实该词更有“飞线”含义。将 2 种定义结合起来就构成了口语“飞线”所隐含的内容和概念，言下之意“飞线”就是电气连接形式之一。除了采用导线连接，还有用铜箔带等预制金属带以及空心铆钉等其他形式进行电气跨接；但是，印制板上某点与板外某点的电气连接线不属于国家标准中所定义的跨接线，因此不应归入跨接线的范畴，所以不应该用有关跨接线的标准对这种连接来提出要求。在IPC-T-50H中，跨接线被命名为“Jumper Wires”，中文译本翻译为“跳线”，在 IPC（Institute of PrintedCircuits，国际电子工业联接协会）中定义为：“一种独立的电气连接，该连接是原始设计的一部分内容，用于跨接印制板上已经设计的部分导电图形。”2在 IPC-A-610F电子组件的可接受性中，跨接线仍采用“Jumper Wires”一词，定义为：在非连续的印制电路板上，来实现元器件相互连接所需要安装（不是增加）的分立的导线，这些跨接线可以焊接在镀覆孔、接线柱、焊盘以及元器件引出线。在实际的工程上，需要将跳线作为元器件来设计。IPC 作为全球电子行业协会，对于跨接线的定义是比较权威的，在协会的标准体系中，对跨接线（Jumper Wires）的定义既包括了原设计的电气连接，在实施过程中又模糊处理了原设计或是改装带来的导线跨接或者叫做“跳线”。而在 GB/T 203694 中，既给出了跨接线（Jumper Wires）的定义，又给出了附加连线（Haywire）的定义，将原设计和修改的背景独立定义成 2 种不同的名称。从英文的名称来看，“跳线”与“跨接线”是同一种连接形式。从实践上对连接关系的处理上看，“跳线”与“跨接线”也是同一种连接形式。从定义和溯源来看，口语中的“飞线”一词是不严格的用词，在正式场合和技术文件的行文中应避免使用。连接到印制板以外的连接线是不应该用“跳线”或“跨接线”。2跨接线的要求在 GJB 283097 中，对于跨接线的使用提出了明确的要求，在挠性和刚性印制板上都可以使用跨接线。跨接线可以焊接在过孔、接线端子或焊盘上，并可当科技与创新Science and Technology&Innovation1122023 年 第 18 期作元件。同时要求，跨接线的使用应短，而且不应处在其他元器件之上或之下。不跨越印制板上的导电区域，长度小于 13 mm 的跨接线可以不做绝缘防护。带有绝缘层的跨接线应和涂层材料适配3。在 IPC-A-610F 中明确规定：跳线长度应尽量短。除非设计另有明文规定，跳线不能跨越元器件之上，也不能穿越其下，以免影响元器件更换。布线或加固导线时，设计上需要考虑安全间隙等空间限制因素。跳线长度不超过 25 mm，不违反设计间隙要求、不跨越导电区域的跳线可以不做绝缘防护。当要求进行敷形涂覆时，若要求使用带有绝缘护套的导线，绝缘护套应当与敷形涂覆兼容4。美军标 MIL-STD-275 中规定：跨接线（JumperWires）可以用在刚性电路板组装件上，跨接线应该连接在孔或者接线端子上，也可以用在预先设计的连接盘上。跨接线可认作元器件。跨接线尽可能短，不应跨越或穿过元器件（包括其他跨接线），并永久固定在印制板上，固定点间隔不超过 25.4 mm；未跨越导电区域或违反间隙要求的，长度小于 13 mm 的跨接线可以不做绝缘处理，有需要时做绝缘处理，涂覆层应和跨接线适应5。国军标对于跨接线的使用提出的要求基本上借鉴了 IPC 的要求，但对于军用标准，在执行层面要求更为严格，将可以不做绝缘处理的导线长度由 25.4 mm缩短成了 13 mm，这和美军标的要求一致，借用了美军标的规定。镀银多股线在电子产品中使用非常广泛，由于铜比银材料的活性高，两者存在电位差，铜与银直接接触后，在潮湿环境下容易发生电化学腐蚀。电化学腐蚀的结果是生成氧化亚铜/氧化铜（红斑）6，当采用镀银多股线在进行跨接线时，特别是在印制板上搭焊时，由于助焊剂的芯吸作用造成焊剂渗入，而且难以完全清洁，因此会加剧多股镀银导线的腐蚀，而单股导线比较容易处理。在 NASA 的最优工艺实践（Best WorkmanshipPractice）中，关于线路的更改，对在印制板上采用跨接线（临时线）也提出了强制性的要求，跳线应为镀锡的实心绝缘铜线，绞合或镀银线不得应用。在国内外高可靠等级的电子产品的应用实践中，跨接线采用单股线的优势是有目共睹的。但是在航天等军工电子产品领域带绝缘的单股安装线供货甚少，因此从实践经验出发，推荐采用了漆包线作为跨接线进行印制板面的跨接。漆包线本身也可以作为绝缘导线，在高密度的互联和返修改装时，优点非常多。在飞越非等电位导电区域时，可以采用外层增加套管的方式进行二次绝缘来提高安全性。国军标 GJB 283097 中指出：不允许使用单芯硬导线直接插入挠性或刚性印制板组件。应通过使用电连接器来实现所有的 对外部的电气连接3。从侧面说明了当需要从印制板上对外焊接引线时，引线不应该采用单股硬导线，以免导线晃动对焊点和印制板带来损伤，因此应采用比较柔软的多股软线。3跨接线的使用如前文中讨论的跨接线的概念，使用跨接线主要是为了对原电路进行更改，或者临时修补板上连接线或其他的缺陷而被迫使用的，在设计的装配图上并没有它。跨接线的使用是产品设计不成熟的表现。不论是对缺陷的修复，还是按设计要求使用跨接线，通常是在印制板组装件生产阶段和后来的调试阶段使用的。在产品里面，跨接线越短，它对产品自重以及为了克服在力学环境下作用而增加的固定点数量等带来的影响就越小。所以在国内外不同的标准里，对跨接线的要求都是一致的，即跨接线应尽可能地短。对于长度而言，跨接线是一根跨接两电气端接点之间的连线，而不论它有多长。按 GJB 283097 规定，当跨接线长度小于 13 mm，且不越过导电区，符合间距要求的跨接线可以不做绝缘，如图 1 所示。可用裸线作跨接线，这种情况在早期的单面印制电路板设计中非常常见，可以方便有效地解决同一布线平面内的导线交叉问题。注：上图箭头所指为单股裸线搭接，下图为漆包线作跨接线。图 1跨接线与器件引脚的搭接关于在印制板上布线，IPC-A-610F 和 IPC-7721 的要求为：尽可能在 X、Y 方向布线，即横平竖直，尽可能减少转弯；跨接线在印制板上的高度不超过3.2 mm；须有足够的线长用于布线、剥线和固定；跨接线布线时应有应力释放弯；跳线可以跨越焊Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 18 期113盘，但是跳线需要预留足够的长度，一旦需要更换元器件，条线可以从焊盘上移开即可，不影响焊接操作；在穿越印制板镀覆孔时，应采用绝缘套进行绝缘，钻孔时孔直径应该比绝缘套大 0.25 mm；为了便于元器件的更换，跨接线不允许从元器件的上方跨过，也不应从下方穿过，即跨接线的上、下方都不允许有元器件存在；跳线不应接触可能会产生高温的元器件或散热器；跨接线不允许穿过或跨过元器件，但可以跨越粘接在印制板上的散热板、支架等；跳线不能通过元器件引线焊接区域；跳线尽可能取直而短的路径，不允许跨越印制板上作为调试或测试试点，并且要避开测试点。跨接线的固定应从以下 4 方面考虑：跳线可用粘合剂或胶带固定在印制板或机械零部件上。IPC 规定固定点的间隔应不大于 25 mm，而国军标和美军标规定为 13 mm；在实际工程应用中，确保导线在力学环境条件下不会发生较大的位移和振动。在选择固定方式时要充分考虑材料的兼容性以及使用环境对产品的影响；所有粘合剂应充分固化；要在跳线所有拐弯的弯曲半径内加以固定。在使用环氧胶等硬度高的粘接材料进行导线固定时，点胶量要适当，不能溢出粘接到相邻的焊盘或元器件上。跨接线的固定点不应放置在插座安装的元器件上或可移动的部件上。跨接线的连接（焊接）可以采用以下任何一种方式来连接：通过焊盘孔进行焊接的跨接线；跨接线连接到引线元器件时，可以在元器件引线上进行搭焊，搭接长度为 35 倍的引线直径，搭接焊接应当采用工装进行，以免产生扰动焊点；跨接线连接到表贴元器件时，可以搭焊到元器件一端的焊盘上；印制导线与导线连接需要焊接的导线沿印制导线的中心线放置，并在此位置上焊接，搭接焊点的焊料填充长度不小于 2 mm，搭接导线直径应小于引线宽度的 2/3；加工时应避免焊剂浸入导线和绝缘套管之间。4结论跨接线（跳线）在电子产品中扮演着重要的角色，特别是在单件小批量的产品研制生产阶段，由于产品设计的不成熟性和设计输入的不确定性，在工程实践中，往往需要改变原来的设计，在原来的电路基础上进行修改或者增加元器件等，对电路进行改装以满足产品的性能要求。需要合理选择跨接线的材料、规格以及满足电气间距的布线要求，这是保证产品可靠性的前提条件。参考文献：1中华人民共和国电子工业部.GB/T 203694 印制电路术语S.出版社不详，1994.2IPC 术语与定义委员会.IPC-T-50H 电电路互连与封装术语及定义S.出版社不详，2021.3中国电子工业总公司.GJB 283097 挠性和刚挠印制板设计要求S.出版社不详，1997.4IPC 产品保证委员会.IPC-A-610F 电子组件的可接受性S.出版社不详，2014.5美军标准化委员会.MIL-STD-275E 电子设备用的印制线路S.出版社不详，1984.6于新生，王光琦.镀银铜线腐蚀（红斑）防护方法研究J.飞机设计，2019，39（2）：60-62.作者简介：成明宇（1994），男，甘肃兰州人，本科，工程师，主要从事航天电子产品研制。（编辑：张超）（上接第 110 页）4结束语本文设计了高集成度的配电变压器能效检测系统，并对额定容量为 400 kVA 的配电变压器能效等级进行了测量，测量数据符合变压器的真实情况，测量结果所对应能效等级与变压器真实等级相对应，符合实验要求。同时兼具准确性、快捷性，简化实验操作，大大提高了变压器能效检测效率，打破了传统检测装备的空间局限性，为变压器能效检测提供了新方法。参考文献：1钱宇骋，甄超，季坤，等.变压器在线监测数据异常值检测与清洗J.哈尔滨理工大学学报，2020，25（5）：15-22.2弓耀波.节能技术在电力变压器设计中的应用J.新型工业化，2022，12（7）：192-195.3王能超.数值分析简明教程M.2 版.北京：高等教育出版社，2003：36-394全国高电压试验标准化分技术委员会.GB/T 77142015变压器空、负载损耗测试仪通用技术条件S.出版社不详，2015.5中国机械工业联合会.JB/T 5012006 电力变压器试验导则S.北京：机械工业出版社，2006.6国家标准化管理委员会.GB 200522020 电力变压器能效限定值及能效等级S.北京：中国标准出版社，2020.作者简介：张威（1982），男，湖北荆州人，本科，中级职称，研究方向为电气设备绝缘诊断技术。（编辑：严丽琴）