元器件引腳與導(dǎo)線的 “搭接焊接”技術(shù)

在高可靠電子裝聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域，通孔插裝軸向引線元器件引腳和導(dǎo)線在印制電路板上的“搭接焊接”（射頻/微波電路板除外）是航天標(biāo)準(zhǔn)中需要研究、梳理和分析的標(biāo)準(zhǔn)之一；本文從“通孔插裝軸向引線元器件引腳和導(dǎo)線在印制電路板上的高可靠安裝焊接方法”，“搭接焊接的基本概念”，“搭接焊接中的禁限用工藝”，“通孔插裝軸向元器件引線在印制電路板焊盤上的搭接焊接工藝技術(shù)要求”和“導(dǎo)線在印制電路板焊盤上的搭接焊接工藝技術(shù)要求”五個方面進行了詮釋。

在“通孔插裝軸向元器件引線在印制電路板焊盤上的搭接焊接工藝技術(shù)要求”一節(jié)里，詳細介紹了搭接焊接的前提，元器件引線搭接焊接成形要求，不同形狀引線的搭接要求，通孔插裝元器件穿孔搭接焊接要求和插裝元器件貼裝焊接缺陷案例。

在“導(dǎo)線在印制電路板焊盤上的搭接焊接工藝技術(shù)要求”一節(jié)里，詳細介紹了導(dǎo)線與印制電路板的焊接要求，導(dǎo)線成形和穿孔粘固處理要求，導(dǎo)線在印制電路板上搭接焊接的禁限用工藝，搭接用的導(dǎo)線線芯的直徑的范圍，導(dǎo)線搭接焊接用貼裝焊盤的設(shè)計，導(dǎo)線貼裝焊接判據(jù)，導(dǎo)線搭接正常設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)和返修標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)分和軍用（空間）產(chǎn)品與民用產(chǎn)品返修標(biāo)準(zhǔn)中對導(dǎo)線搭接焊接的不同要求。

一.通孔插裝軸向引線元器件引腳和導(dǎo)線在印制電路板上的高可靠安裝焊接方法

1.QJ3012第5.2.1條規(guī)定：軸向引線元器件的安裝應(yīng)采用水平安裝，如圖9-68所示。

QJ3117A第5.4.1規(guī)定：通孔插裝元器件在印制電路板的安裝應(yīng)符合QJ3012的要求。

QJ165B第5.4.2.1規(guī)定：元器件通孔插裝應(yīng)符合QJ3012的要求。

圖1? QJ3012所示的軸向引線元器件采用水平安裝 ? ?

2.QJ3012第5.6.3條規(guī)定：跨接線應(yīng)看作軸向引線元器件，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)線作為軸向引線元器件插入金屬化孔內(nèi)安裝焊接

二.“搭接焊接”的基本概念

1.什么是搭接？

QJ2828《電子裝聯(lián)術(shù)語》第5.1.20定義：搭焊? lap soldering將調(diào)試的電子元器件的引線直接搭在焊點上的焊接過程。按QJ3012第5.6.3條規(guī)定，把跨接線看作軸向引線元器件，那么QJ2828對搭焊所做的定義中的“電子元器件”也應(yīng)包括導(dǎo)線在內(nèi)。

2.搭接什么：通孔插裝元器件引線和導(dǎo)線。

3.搭接的載體：搭接的載體包括普通印制電路板、射頻/微波電路板、導(dǎo)線和通孔插裝元器件引線。

4.搭接點：搭接點包括用來搭接引線元器件引腳和導(dǎo)線的獨立焊盤和印制導(dǎo)線等。

5.搭接概述

通過對搭接定義，搭接什么？搭接的載體和搭接點的梳理，對照QJ3012，QJ3171，QJ165B，Q/RJ557，QJ3117A，NASA-STD-8739.3和ECSS-Q- ST-70- 08C等國內(nèi)外航天七項標(biāo)準(zhǔn)、航天禁限用工藝規(guī)定和《航天電子產(chǎn)品常見質(zhì)量缺陷案例》書籍的規(guī)定，我們不難看出，對于“搭接”，有些是允許的，有些是“限用的”，有的則是“禁止”的；在允許搭接項目中也有十分具體的搭接工藝技術(shù)要求。

三.搭接焊接中的禁限用工藝（見圖3~圖10）

1.不允許通孔插裝元器件引線與通孔插裝元器件引線的搭接焊接

2.不允許導(dǎo)線與通孔插裝元器件引線的搭接焊接 ? ?

3.QJ3012第5.4.4條規(guī)定：不允許在元器件引線上或印制導(dǎo)線上搭接其它元器件（高頻電路除外）；

4.不允許導(dǎo)線在普通印制電路板印制導(dǎo)線上的搭接焊接

5.Q/RJ557航天型號產(chǎn)品禁（限）用工藝第87條規(guī)定：禁止任意元器件之間采用共用焊盤設(shè)計（微波、高頻電路中有特殊技術(shù)要求的除外）。

圖3? 通孔插裝元器件引線與通孔插裝元器件引線的搭接焊接

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圖 4? 元器件引線搭接在器件焊盤上?????????

圖 5? 元器件引線搭接在印制導(dǎo)線上

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖6?導(dǎo)線搭接在插裝元器件引線

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圖 7? 導(dǎo)線與其他器件引腳合用金屬化孔

圖 8? 元件焊端作連接點或過孔當(dāng)作連接點 ? ?

圖9? 共用焊盤

圖10? 導(dǎo)線搭接在貼裝元器件引線上

四.通孔插裝軸向元器件引線在印制電路板焊盤上的搭接焊接工藝技術(shù)要求

1.搭接前提

并不是所有通孔插裝軸向元器件引線都允許在印制電路板焊盤上的搭接焊接，QJ3171第4.5.1節(jié)規(guī)定：只有元器件重量小于1.4g時，才能采用小型軸向引線元器件的表面安裝。

QJ3171第4.5.1節(jié)的這個規(guī)定限定了兩個條件：第一，搭接的元器件重量必須小于1.4g；第二，必須是小型軸向引線元器件。因此在確定選用通孔插裝軸向元器件引線在印制電路板焊盤上的搭接焊接工藝時，設(shè)計師必須首先確定該元件的重量是否小于1.4g，對于重量大于1.4g的軸向引線元器件，不允許采用搭接焊接工藝。據(jù)不完全了解通孔插裝1/4W電阻的重量為1.5g，其引線直徑為0.6mm，也就是說對于1/4W以上的通孔插裝電阻不允許采用搭接焊接工藝。

2.引線成形要求

（1）QJ3171的第4.5.2規(guī)定：截面為矩形的軸向引線元器件應(yīng)符合QJ3171第4.4節(jié)“扁平封裝元器件”規(guī)定的扁平封裝元器件成形要求。彎曲過程應(yīng)使器件兩邊引線基本對稱，器件本體與印制電路板表面之間基本平行，如圖11所示。 ? ?

圖11? 扁平封裝集成電路表面安裝示意圖

（2）QJ3171的第4.5.2規(guī)定：截面為圓形的軸向引線元器件引線在規(guī)定的位置上，按下列要求壓扁后才能按圖9-78的要求成形：

1）當(dāng)引線直徑不小于0.64mm時，壓扁后的引線厚度T將為原直徑d的 50%～70%，如圖12所示；

圖12

2）當(dāng)引線直徑d小于0.64mm時，壓扁后的引線厚度T將為原直徑d的40%～60%，如圖 13所示。

圖 13

3）壓扁后的引線彎曲外形如圖14所示。

圖14

（3）QJ3012第4.3.8.5規(guī)定：元器件引線線徑不小于1.3mm時，一般不可彎曲成形，以免損傷元器件密封及引線與內(nèi)部的連接。但對線徑小于1.3mm的硬引線（回火引線），也不允許彎曲成形，必須成形時，需經(jīng)批準(zhǔn)后進行。

3.搭接要求 ? ?

（1）端頭搭接類型

QJ3171第4.1.1節(jié)“端頭搭接”規(guī)定：端頭搭接包括圓形和扁平引線兩種，引線的成形應(yīng)使其引線腳與焊盤相接觸。引線腳翹起或離開焊盤表面高度不應(yīng)超過0.25mm，如果采用絲網(wǎng)印刷，元器件引線成形應(yīng)按相應(yīng)的技術(shù)文件或工藝文件要求，如圖15所示。

（2）圓形引線搭接要求

QJ3171第4.1.1.1節(jié)“圓形引線搭接”規(guī)定：圓形引線搭接在焊盤上的長度，最小為3.5倍引線直徑，最大為5.5倍引線的直徑，但不應(yīng)小于1.25mm。引線剪切后的端面應(yīng)離焊盤邊緣至少為0.5倍引線直徑。如圖16所示。

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圖15? 端頭搭接要求??????????????圖16? 圓形引線搭接示意圖

（3）扁平引線搭接要求

QJ3171第4.1.1.2節(jié)“扁平引線搭接”規(guī)定：扁平引線搭接在焊盤上的長度，最小應(yīng)為3倍引線的寬度，最大為5倍引線的寬度（W），引線剪切后的端面離焊盤邊緣至少為0.25mm。在扁平引線寬度小于0.50mm時，扁平引線的搭接長度不應(yīng)小于1.25mm。如圖17所示。 ? ?

（a）扁平引線單面搭接?????????（b）扁平引線穿孔焊接

圖17? 扁平引線和連接焊盤焊接示意圖

（4）端頭折彎要求

QJ3171第4.1.2節(jié)“端頭折彎” 規(guī)定：導(dǎo)線或元器件引線的折彎部分長度應(yīng)不小于焊盤最大尺寸的0.5倍或0.80mm，取其中最大值，但不應(yīng)大于焊盤最大長度。引線彎曲應(yīng)沿著焊盤最長尺寸方向或沿與焊盤相連的印制導(dǎo)線方向折彎，如圖18所示。

圖18? 端頭折彎要求

（5）QJ165B第5.4.2.10規(guī)定：元器件安裝后，引線端頭采用彎曲連接時，應(yīng)符合圖19要求，包含了QJ3171的圓形引線搭接要求和扁平引線搭接要求。

圖19? 元器件通孔插裝引線彎曲搭接長度 ? ?

（6）QJ3012第5.4節(jié)規(guī)定的通孔插裝元器件穿孔搭接焊接，如圖20所示。

圖20?? QJ3012第5.4節(jié)的通孔插裝元器件穿孔搭接焊接

（7）國外標(biāo)準(zhǔn)

1）NASA-STD-8739.3第8.5節(jié)規(guī)定：搭接端由圓形和扁平帶狀引線組成。最好的安裝方式是元器件引線的焊腳整個長度與焊盤完全接觸。元器件引線的焊腳部分與焊盤的表面之間的分離距離不應(yīng)超過0.25mm。圓形引線與焊盤的搭接最小為3.5倍引線直徑，最大為5.5倍引線直徑，但是搭接長度決不能小于1.27?mm。引線剪切端到焊盤邊緣的距離不能小于1/2引線直徑。對于元器件本體和焊接焊盤位于PWB同側(cè)的搭接連接，跟部焊料填充是強制性的。

2）NASA-STD-8739.3第13.6節(jié)第2條規(guī)定的拒收條件包括：對于搭接焊接，引線在焊盤上不合適地放置。插裝元器件表面貼裝時，元器件引線成形后與印制板平齊的部分應(yīng)搭接在焊盤上，圓形引線與焊盤的搭接長度為3.5-5.5倍引線直徑，但是搭接長度決不能小于1.27 mm,引線焊接部分在焊盤中央位置，引線距離焊盤邊緣的距離應(yīng)不小于0.2 mm,并且焊接后焊點跟部應(yīng)填錫。

3）ECSS-Q- ST-70- 08C第8.4.4節(jié)規(guī)定：圓形引線搭接在焊盤上，其最小搭接長度為引線直徑的3.5倍或1.3 mm，取大者；最大搭接長度為5.5倍引線直徑。引線剪切端到焊盤末端的距離最少留有0.5倍導(dǎo)線直徑的距離。引線末端不應(yīng)伸出焊盤的邊緣(適用于導(dǎo)線搭接焊接)。為了形成可靠的焊點，導(dǎo)線與印制板表貼焊盤搭接時，導(dǎo)線端頭應(yīng)與表貼焊盤末端存在0.5倍導(dǎo)線直徑的距離。

4）國外標(biāo)準(zhǔn)分析??通過對引用的NASA-STD-8739.3和ECSS-Q- ST-70- 08C所規(guī)定的對元器件引線搭接要求的分析，我們可以看到，這些要求與QJ3012、QJ3171、QJ165B和QJ3117A的要求都是相同的。

4.通孔插裝元器件穿孔搭接焊接要求

QJ3117A第5.4.12規(guī)定：高頻電路中的導(dǎo)線端頭與電子元器件引線若采用搭接，導(dǎo)線端頭與電子元器件引線應(yīng)平行緊靠。焊料應(yīng)均勻滲入到搭接的導(dǎo)線端頭和電子元器件引線之間，焊接點表面應(yīng)光滑。導(dǎo)線端頭和電子元器件引線不應(yīng)起翹，焊料不應(yīng)流入導(dǎo)線和電子元器件的根部。

5.插裝元器件貼裝焊接缺陷案例

（1）引線成形后與印制板搭接的部分過長，使引線未完全搭接在表貼焊盤上，引線跟部伸出表貼焊盤末端，從而導(dǎo)致引線跟部未填錫，產(chǎn)生不可靠的焊接連接。見圖21所示。

圖21? 元件引線成形缺陷導(dǎo)致不可靠的焊接連接

（2）引線成形后與印制板搭接的部分過短，導(dǎo)致導(dǎo)線與印制板焊盤搭接長度不足。

五.導(dǎo)線在印制電路板焊盤上的搭接焊接工藝技術(shù)要求

1.導(dǎo)線在普通印制電路板焊盤上的搭接應(yīng)滿足QJ3117A第5.5條“導(dǎo)線與印制電路板的焊接”的要求。

導(dǎo)線與印制電路板的焊接可用搭焊或通孔焊接，導(dǎo)線應(yīng)按QJ3117A圖10的要求穿孔，應(yīng)采取應(yīng)力消除措施。搭焊如圖22所示。并按要求進行成形和在穿孔出作粘固處理。 ? ?

圖22? QJ3117A圖10

圖中：d—導(dǎo)線芯線直徑；D—導(dǎo)線直徑；H—絕緣間隙，1mm≤H≤2mm；R—導(dǎo)線彎曲半徑，R≥2D；L—導(dǎo)線芯線露出印制電路板的長度，L=l.5mm土0.8mm；r—導(dǎo)線芯線彎曲半徑，r≥2d。

2.QJ3117A第5.5條給出了導(dǎo)線與印制電路板焊接前導(dǎo)線的穿孔粘固和成形要求，但QJ3117A并沒有給出搭接用的導(dǎo)線線芯的直徑的范圍、導(dǎo)線線芯所要搭接焊接的焊盤的設(shè)計要求、導(dǎo)線線芯與搭接焊接的焊盤的匹配關(guān)系。

3.按照QJ3012關(guān)于“不得共用焊盤，不得焊接在印制導(dǎo)線上，不得焊接在金屬化孔焊盤上，不得焊接在其它元器件的引線或焊端上”的規(guī)定；搭接的導(dǎo)線芯線必須焊接在為搭接導(dǎo)線芯線設(shè)計的焊盤上。

4.搭接用的導(dǎo)線線芯的直徑的范圍

（1）并不是所有導(dǎo)線都允許搭接焊接。鑒于QJ3117A并沒有給出搭接用的導(dǎo)線線芯的直徑范圍，參照QJ3171第4.5.1節(jié)“只有元器件重量小于1.4g時，才能采用小型軸向引線元器件的表面安裝。”搭接用的導(dǎo)線線芯的直徑應(yīng)與重量小于1.4g的元器件引線的線徑相同。

（2）元器件引線使用的是線徑（直徑），而導(dǎo)線的規(guī)格一般使用的截面積。根據(jù)S=πr2計算出與截面積相對應(yīng)的導(dǎo)線線芯直徑。式中：S-導(dǎo)線線芯截面積；r-導(dǎo)線線芯半徑；π-圓周率，取3.14。?

則：芯線截面積為0.12mm2的導(dǎo)線的線芯直徑約為0.4mm；

芯線截面積為0.2mm2的導(dǎo)線的線芯直徑約為0.5mm；

芯線截面積為0.30mm2的導(dǎo)線的線芯直徑約為0.6mm；? ??

據(jù)不完全了解通孔插裝1/4W電阻的重量為1.5g，其引線直徑為0.6mm，按此計算，即允許導(dǎo)線芯線截面積小于0.30mm2的導(dǎo)線線芯搭接焊接。

5.導(dǎo)線搭接焊接用貼裝焊盤的設(shè)計

鑒于QJ3117A并沒有給出導(dǎo)線線芯所要搭接焊接的焊盤的設(shè)計要求，參照QJ165B第5.4.2.11節(jié)“跨接線的安裝應(yīng)符合軸向元器件的安裝要求”和QJ165B第5.4.2.10的“元器件安裝后，引線端頭采用彎曲連接時應(yīng)符合圖5的要求”的規(guī)定，導(dǎo)線搭接焊接用貼裝焊盤的設(shè)計應(yīng)符合圖23的要求。

圖23 導(dǎo)線搭接焊接用貼裝焊盤的設(shè)計

6.導(dǎo)線貼裝焊接判據(jù)

（1）合格

1）導(dǎo)線在印制電路板焊盤上的搭接焊接應(yīng)符合圖22。

2）導(dǎo)線與焊盤匹配關(guān)系如圖23所示。

3）引線長度和焊料填充長度等于（P），如圖24所示。

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圖24? 導(dǎo)線與焊盤的合格搭接焊接

4）焊料應(yīng)均勻滲入到搭接的導(dǎo)線端頭和焊盤之間，焊接點表面應(yīng)光滑。導(dǎo)線端頭不應(yīng)起翹，焊料不應(yīng)流入導(dǎo)線絕緣層。

（2）不合格 ? ?

1）導(dǎo)線搭接導(dǎo)線端頭伸出表貼焊盤，如圖25所示。

2）導(dǎo)線搭接導(dǎo)線端頭伸出表貼焊盤，如圖26所示。

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圖25? 導(dǎo)線搭接導(dǎo)線端頭伸出表貼焊盤?????

圖26? 導(dǎo)線搭接導(dǎo)線端頭伸出表貼焊盤

3）導(dǎo)線鉤接焊接在元器件的引腳和焊盤上，如圖27。

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圖27? 導(dǎo)線焊接在元器件的引腳和焊盤上

4）導(dǎo)線搭接在元器件引腳上，如圖28。

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圖28? 導(dǎo)線搭接在元器件引線上

5）導(dǎo)線搭接在裝有表面貼裝元件的焊盤上，如圖29。

6）導(dǎo)線搭接在表面貼裝元件焊端上，如圖30。

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圖29? 導(dǎo)線搭接在裝有表面貼裝元件的焊盤上??? 圖30? 導(dǎo)線搭接在表面貼裝元件焊端上 ? ?

7）多根導(dǎo)線與片式元件共同焊接在表面貼裝焊盤上，如圖31。

8）導(dǎo)線搭接在金屬化孔上，如圖32。

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圖31 多根導(dǎo)線與片式元件共同焊接在表面貼裝焊盤上??????? 圖32? 導(dǎo)線搭接在金屬化孔上

9）導(dǎo)線垂直搭接在焊盤上，如圖33。

10）多根導(dǎo)線搭接在表面貼裝焊盤上，如圖34。

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圖33? 導(dǎo)線垂直搭接在焊盤上???? 圖34 多根導(dǎo)線搭接在表面貼裝焊盤上

11）焊料流入導(dǎo)線絕緣層如圖35所示，助焊劑浸入絕緣層如圖36所示。

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圖35 焊料流入導(dǎo)線絕緣層?????? 圖36? 助焊劑浸入絕緣層

7.正常設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)和返修標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)分

對于導(dǎo)線在印制電路板上的搭接焊接，有人提出ECSS-Q-ST-28C《空間使用印制電路板組件的維修和變更》返修標(biāo)準(zhǔn)是允許導(dǎo)線順搭在表貼引線上及雙列直插引線上的；導(dǎo)線順搭在表貼引線上及雙列直插引線上在QJ2940A《航天用印制電路板組裝件修復(fù)和改裝技術(shù)要求》里也有完全相同的展示；如圖37所示。??? ? ?

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圖37? ECSS-Q-ST-28C允許的導(dǎo)線搭接連接

這里就存在返修標(biāo)準(zhǔn)的適用性問題，也就是ECSS-Q- ST-70- 08C《高可靠性電連接的手工焊接》標(biāo)準(zhǔn)與ECSS-Q-ST-28C《空間使用印制電路板組件的維修和變更》標(biāo)準(zhǔn)或QJ2940A《航天用印制電路板組裝件修復(fù)和改裝技術(shù)要求》的區(qū)別；正常的設(shè)計和工藝與返修是有嚴(yán)格區(qū)別的，返修是要影響可靠性的，返修標(biāo)準(zhǔn)上允許的或合格的做法并不表示在正常情況下就允許或表示合格，這里有一個質(zhì)量控制問題；產(chǎn)品的返修是針對不合格產(chǎn)品而言的，按QJ2940A總則的規(guī)定，印制電路板返修中添加導(dǎo)線采用搭接（或其它連接方式）屬于修復(fù)和改裝范疇，必須嚴(yán)格遵循QJ2940A總則的規(guī)定，遵循修復(fù)和改裝的相關(guān)要求，并結(jié)合產(chǎn)品的技術(shù)條件和使用環(huán)境要求制定嚴(yán)格的返修質(zhì)量控制程序，具體參見本章9.9“高可靠電子整機與單元電裝返工返修工藝程序控制”。

8.嚴(yán)格區(qū)分軍用（空間）產(chǎn)品和民用產(chǎn)品返修標(biāo)準(zhǔn)中對導(dǎo)線搭接焊接的不同要求

軍用產(chǎn)品產(chǎn)品返修標(biāo)準(zhǔn)有QJ2940A，民用產(chǎn)品返修標(biāo)準(zhǔn)有IPC-7711B/7721B；在導(dǎo)線搭接連接的要求上QJ2940A（ECSS-Q-ST-70- 08C）與IPC-7711B/7721B也不相同。 ? ?

在ECSS-Q-ST-28C和QJ2940A標(biāo)準(zhǔn)中只有圖37所示的四種搭接焊接可以在返修允許中允許使用，而在IPC-7711B/7721B中還有圖27c，圖28，圖29和圖32可以在返修允許中允許使用。我們把QJ2940A允許的搭接方式和IPC-7711B/7721B允許的搭接方式進行比較，發(fā)現(xiàn)除了圖37c所示的QJ2940A允許的搭接方式和圖28c所示的IPC-7711B/7721B允許的搭接方式基本相同外，其余都是不一樣的。

因此，即使在返修中應(yīng)用導(dǎo)線搭接方式，也必須嚴(yán)格執(zhí)行ECSS-Q-ST-28C和QJ2940A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

審核編輯：黃飛

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