Накрутка проводов — это метод сборки электронных компонентов, который был изобретен для проводки телефонных коммутаторов , а затем адаптирован для создания электронных плат . Электронные компоненты , установленные на изолирующей плате, соединены между собой отрезками изолированного провода, проложенного между их клеммами, при этом соединения выполняются путем намотки нескольких витков неизолированных участков провода вокруг вывода компонента или штыря розетки.
Провода можно наматывать вручную или с помощью машины, а затем вручную модифицировать. Это было популярно для крупномасштабного производства в 1960-х и начале 1970-х годов и по сей день используется для коротких партий и прототипов . Метод исключает проектирование и изготовление печатной платы . Наматывание проводов необычно среди других технологий прототипирования, поскольку позволяет производить сложные сборки с помощью автоматизированного оборудования, но затем легко ремонтировать или модифицировать вручную.
Конструкция с обмоткой проводов позволяет создавать сборки, которые более надежны, чем печатные схемы: соединения менее подвержены поломкам из-за вибрации или физических нагрузок на базовую плату, а отсутствие припоя исключает такие дефекты пайки , как коррозия, холодные соединения и сухие соединения. Сами соединения более прочные и имеют меньшее электрическое сопротивление из-за холодной сварки провода с клеммой по углам.
Накрутка проводов использовалась для сборки высокочастотных прототипов и мелкосерийного производства, включая гигагерцовые микроволновые схемы и суперкомпьютеры . Она уникальна среди автоматизированных методов прототипирования тем, что позволяет точно контролировать длину проводов, а витые пары или магнитно-экранированные витые четверки можно прокладывать вместе.
Конструкция с накруткой стала популярной около 1960 года в производстве печатных плат, и сейчас ее использование резко сократилось. Технология поверхностного монтажа сделала эту технологию гораздо менее полезной, чем в предыдущие десятилетия. Макетные платы без пайки и снижение стоимости профессионально изготовленных печатных плат практически устранили эту технологию.
Провода, намотанные вручную, были распространены в методах электронного строительства «точка-точка» начала 20 века , в которых требовалось прочное соединение для удержания компонентов на месте. Провода вручную наматывались вокруг клемм или наконечников, а затем спаивались.
Современная технология обмотки проводов была разработана после Второй мировой войны в Bell Laboratories как средство создания электрических соединений в новом реле, проектируемом для использования в телефонной системе Bell. [1] Группа разработчиков во главе с Артуром К. Келлером разработала «Keller Wrap Gun», и вся система обмотки была передана Western Electric для промышленного применения. После того, как комитет «сделай или купи» в Western Electric решил поручить изготовление ручного инструмента стороннему поставщику, Western Electric отправила контракт на инструмент на торги. Keller Tool из Гранд-Хейвена, штат Мичиган, поставщик вращающихся ручных инструментов для Western Electric, выиграл контракт и внес несколько изменений в конструкцию, чтобы сделать инструмент более простым в производстве и использовании. Keller начал производство инструментов в 1953 году и впоследствии получил лицензию от Western Electric, разрешающую продажу технологии на открытом рынке. Инструмент продавался под своим первоначальным названием — поскольку имя производителя по совпадению совпадало с именем изобретателя.
Первые транзисторные компьютеры IBM , представленные в конце 1950-х годов, были построены на основе стандартной модульной системы IBM , в которой использовались объединительные платы с обмоткой проводов.
Технология Wire-wrap использовалась компанией Apple Computer для создания ранних прототипов оригинального компьютера Macintosh ( Macintosh 128K ). [2]
Правильно выполненное соединение обмоткой для провода 30 или 28 AWG представляет собой семь витков (меньше для более крупного провода) голого провода с половиной или полутора витками изолированного провода внизу для снятия натяжения. [3] [4] Таким образом, квадратный позолоченный штырь образует 28 избыточных контактов. Посеребренное покрытие провода приваривается к золоту методом холодной сварки. Если происходит коррозия, то она происходит на внешней стороне провода, а не на газонепроницаемом контакте, куда кислород не может проникнуть, образуя оксиды. Правильно спроектированный инструмент для обмотки провода прикладывает до двадцати тонн силы на квадратный дюйм к каждому соединению.
Электронные части иногда подключаются к розеткам . Розетки крепятся цианоакрилатом (или силиконовым клеем) к тонким пластинам армированной стекловолокном эпоксидной смолы ( стекловолокна ).
Гнезда имеют квадратные штыри. Обычные штыри имеют квадрат размером 0,025 дюйма (0,64 мм), высоту 1 дюйм (25,4 мм) и расположены с интервалом 0,1 дюйма (2,54 мм). Премиальные штыри изготавливаются из сплава бериллиевой меди , покрытого слоем золота толщиной 0,000025 дюйма (630 нм) для предотвращения коррозии. Менее дорогие штыри изготавливаются из бронзы с луженым покрытием.
Мягкий посеребренный медный провод калибра 30 (~0,0509 мм2 ) изолирован фторуглеродом, который не выделяет опасных газов при нагревании. Наиболее распространенная изоляция — « Kynar ». Провод 30 AWG Kynar нарезается на стандартные отрезки, затем с каждого конца снимается один дюйм изоляции.
Существует три способа размещения проводов на плате. В профессионально изготовленных платах для накрутки проводов сначала размещаются длинные провода, чтобы более короткие провода механически закрепляли длинные провода. Кроме того, чтобы сделать сборку более ремонтопригодной, провода накладываются слоями. Концы каждого провода всегда находятся на одной высоте на стойке, так что для замены провода требуется заменить максимум три провода. Кроме того, чтобы слои было легче увидеть, они изготавливаются с разной цветовой изоляцией. В сборках для накрутки проводов, предназначенных для использования в космосе или в воздухе, провода помещаются в коробки и могут быть конформно покрыты воском для снижения вибрации. Эпоксидная смола никогда не используется для покрытия, поскольку она делает сборку неремонтопригодной. [ необходима цитата ]
«Инструмент для обмотки проводов» имеет два отверстия. Провод и 1 ⁄ 4 дюйма (6,4 мм) изолированного провода помещаются в отверстие около края инструмента. Отверстие в центре инструмента помещается над столбом.
Инструмент быстро скручивается. В результате вокруг стойки наматывается от 1,5 до 2 витков изолированного провода, а выше этого вокруг стойки наматывается от 7 до 9 витков оголенного провода. На стойке есть место для трех таких соединений, хотя обычно требуется только одно или два. Это облегчает ручную обмотку проводов для использования при модификациях или ремонте.
Полтора витка изолированного провода помогают предотвратить усталость провода в месте его соединения со столбом.
Над витком изолированного провода голый провод обматывается вокруг столба. Углы столба вгрызаются с давлением в тонны на квадратный дюйм. Это вытесняет все газы из области между серебряной пластиной провода и золотыми или оловянными углами столба. Кроме того, при 28 таких соединениях (семь витков на четырехугольном столбе) между проводом и столбом существует очень надежное соединение. Более того, углы столбов довольно «острые»: они имеют довольно малый радиус кривизны. [ необходима цитата ]
Автоматизированные машины для обмотки проводов, выпускаемые компанией Gardner Denver Company в 1960-х и 1970-х годах, были способны автоматически прокладывать, резать, зачищать и обмотку проводов на электронной «задней плате» или «печатной плате». Машины управлялись инструкциями по монтажу проводов, закодированными на перфокартах , [5] майларовой ленте с перфорацией и ранних микрокомпьютерах.
Самые ранние машины (например, модели 14FB и 14FG) изначально были сконфигурированы как «горизонтальные», что означало, что плата для обмотки проводов помещалась вверх дном (штырьками вверх) на горизонтальную инструментальную пластину, которая затем вкатывалась в машину и фиксировалась на вращающемся (положение вращения стола TRP из четырех положений) и смещающемся (PLP = продольное положение поддона из 11 положений) сборочном поддоне. Эти машины включали в себя очень большие гидравлические блоки для питания сервоприводов, которые приводили в движение каретки приводов «A» и «B», установленные на шарико-винтовой передаче, электронный шкаф высотой 6 футов (1,8 м), загруженный сотнями управляющих реле IBM, многими десятками соленоидов для управления различными пневматическими механическими подсистемами и считывателем карт IBM 029 для инструкций по позиционированию. Сами автоматические машины для обмотки проводов были довольно большими, высотой 6 футов (1,8 м) и площадью 8 футов (2,4 м). Обслуживание машин было чрезвычайно сложным и часто означало залезание внутрь них только для того, чтобы поработать с ними. Это может быть весьма опасно, если защитные блокировки не обслуживаются должным образом.
Позже, несколько меньшие машины стали «вертикальными» (14FV), что означало, что платы помещались на инструментальную пластину со штифтами, обращенными к оператору машины. Гидравлические агрегаты ушли в прошлое, в пользу двигателей с прямым приводом для вращения шариковых винтов , с вращающимися энкодерами для обеспечения обратной связи по позиционированию. Это, как правило, обеспечивало лучшую видимость продукта для оператора, хотя максимальная площадь обертывания была значительно меньше, чем у горизонтальных машин. Максимальная скорость на горизонтальных машинах обычно составляла около 500-600 проводов в час, в то время как вертикальные машины могли достигать скорости до 1200 в час, в зависимости от качества платы и конфигурации проводки.
Wire-wrap хорошо работает с цифровыми схемами с небольшим количеством дискретных компонентов, но менее удобен для аналоговых систем с большим количеством дискретных резисторов, конденсаторов или других компонентов (такие элементы можно припаять к разъему и подключить к гнезду для монтажа накруткой). [6] Гнезда являются дополнительными расходами по сравнению с прямой вставкой интегральных схем в печатную плату и увеличивают размер и массу системы. Несколько жил провода могут вносить перекрестные помехи между схемами, что не имеет большого значения для цифровых схем, но является ограничением для аналоговых систем. Взаимосвязанные провода могут излучать электромагнитные помехи и иметь менее предсказуемое сопротивление, чем печатная плата. Конструкция с монтажом накруткой не может обеспечить заземляющие плоскости и плоскости распределения питания, возможные для многослойных печатных плат, что увеличивает вероятность возникновения шума. [7]
