Накрутка проводов — это метод сборки электронных компонентов, который был изобретен для подключения телефонных перемычек , а затем адаптирован для изготовления электронных плат . Электронные компоненты, установленные на изолирующей плате, соединены между собой отрезками изолированного провода, проходящего между их клеммами, при этом соединения выполняются путем наматывания нескольких витков неизолированных участков провода вокруг вывода компонента или штыря розетки.
Провода можно наматывать вручную или на машине, а затем модифицировать вручную. Он был популярен для крупномасштабного производства в 1960-х и начале 1970-х годов и по сей день продолжает использоваться для небольших серий и прототипов . Способ исключает проектирование и изготовление печатной платы . Намотка проволоки необычна среди других технологий прототипирования, поскольку она позволяет производить сложные сборки с помощью автоматизированного оборудования, а затем легко ремонтировать или модифицировать их вручную.
Конструкция с накруткой проводов позволяет создавать сборки более надежные, чем печатные схемы: соединения менее склонны к выходу из строя из-за вибрации или физических напряжений на основной плате, а отсутствие припоя исключает такие дефекты пайки , как коррозия, холодные соединения и сухие соединения. Сами соединения более прочные и имеют меньшее электрическое сопротивление за счет холодной приварки провода к клеммной стойке по углам.
Проволочная обмотка использовалась для сборки высокочастотных прототипов и небольших серий производства, включая гигагерцовые микроволновые схемы и суперкомпьютеры . Он уникален среди методов автоматизированного прототипирования тем, что можно точно контролировать длину проводов, а витые пары или витые четверки с магнитным экранированием можно прокладывать вместе.
Конструкция с намоткой проволоки стала популярной примерно в 1960 году в производстве печатных плат, и в настоящее время ее использование резко сократилось. Технология поверхностного монтажа сделала этот метод гораздо менее полезным, чем в предыдущие десятилетия. Макеты без пайки и снижение стоимости профессионально изготовленных печатных плат практически устранили эту технологию.
Провода, намотанные вручную, были обычным явлением в методах создания электронных устройств «точка-точка» в начале 20-го века , в которых требовалось прочное соединение для удержания компонентов на месте. Провода вручную обматывались вокруг клемм или лепестковых наконечников, а затем паялись.
Современная технология обмотки проводов была разработана после Второй мировой войны в лабораториях Bell как средство создания электрических соединений в новом реле, предназначенном для использования в телефонной системе Bell. [1] Группа разработчиков под руководством Артура К. Келлера разработала «пистолет для обмотки Keller», и вся система обмотки была передана компании Western Electric для промышленного применения. После того как комитет Western Electric по принципу «производи или покупай» решил поручить изготовление ручного инструмента стороннему поставщику, Western Electric отправила контракт на инструмент на торги. Keller Tool из Гранд-Хейвена, штат Мичиган, поставщик ручных вращающихся инструментов для Western Electric, выиграла контракт и внесла несколько изменений в конструкцию, чтобы упростить производство и использование инструмента. Келлер начал производство этих инструментов в 1953 году и впоследствии получил от Western Electric лицензию, позволяющую продавать эту технологию 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 проволочной обмоткой.
Компания Apple Computer использовала проволочную обмотку для изготовления ранних прототипов оригинального компьютера Macintosh (The Macintosh 128K ). [2]
Правильно выполненное намоточное соединение для провода 30 или 28 AWG представляет собой семь витков (меньше для провода большего размера) оголенного провода с половиной-полутора витками изолированного провода внизу для снятия натяжения. [3] [4] Таким образом, квадратный позолоченный штифт образует 28 резервных контактов. Посеребренная проволока приваривается к золоту методом холодной сварки. Если возникает коррозия, она возникает на внешней стороне проволоки, а не на газонепроницаемом контакте, куда кислород не может проникнуть и образовать оксиды. Правильно спроектированный инструмент для намотки проволоки прикладывает к каждому соединению силу до двадцати тонн на квадратный дюйм.
Электронные части иногда подключаются к розеткам . Розетки крепятся с помощью цианакрилата (или силиконового клея) к тонким пластинам эпоксидной смолы, армированной стекловолокном ( стекловолокном ).
Розетки имеют квадратные стойки. Обычные стойки имеют квадратную форму 0,025 дюйма (0,64 мм), высоту 1 дюйм (25,4 мм) и расположены с интервалом 0,1 дюйма (2,54 мм). Штифты премиум-класса изготовлены из твердотянутого медно-бериллиевого сплава и покрыты слоем золота толщиной 0,000025 дюйма (630 нм) для предотвращения коррозии. Менее дорогие столбы — бронзовые с лужением .
30 калибра (~0,0509 мм 2 ) посеребренный провод из мягкой меди изолирован фторуглеродом , который не выделяет опасные газы при нагревании. Самый распространенный утеплитель – « Кынар ». Провод Kynar 30 AWG разрезается на стандартные отрезки, затем с каждого конца удаляется по одному дюйму изоляции.
Существует три способа размещения проводов на плате. В профессионально изготовленных платах с проволочной обмоткой длинные провода размещаются первыми, чтобы более короткие провода механически закрепляли длинные провода. Также, чтобы сделать сборку более ремонтопригодной, провода накладывают слоями. Концы каждого провода всегда находятся на стойке на одной высоте, поэтому для замены одного провода необходимо заменить не более трех проводов. Также, чтобы слои было лучше видно, их делают с утеплителем разного цвета. В узлах с намоткой из проволоки, предназначенных для использования в космосе или в полете, провода помещены в коробку и могут быть покрыты соответствующим воском для уменьшения вибрации. Для покрытия никогда не используется эпоксидная смола, поскольку она делает сборку неремонтопригодной. [ нужна цитата ]
«Инструмент для намотки проволоки» имеет два отверстия. Провод и изолированный провод толщиной 1 ⁄ дюйма (6,4 мм) помещаются в отверстие рядом с краем инструмента. Отверстие в центре инструмента размещается над стойкой.
Инструмент быстро закручивается. В результате вокруг столба наматывается от 1,5 до 2 витков изолированного провода, а сверху - от 7 до 9 витков оголенного провода. В посте есть место для трех таких соединений, хотя обычно требуется только одно или два. Это облегчает ручную намотку проволоки для модификаций или ремонта.
Полтора витка изолированного провода помогает предотвратить усталость провода в месте его соприкосновения со штырем.
Над витком изолированного провода оголенный провод наматывается на опору. Углы столба вгрызаются с давлением в тонны на квадратный дюйм. Это вытесняет все газы из области между серебряной пластиной проволоки и золотыми или оловянными углами столба. Далее, при 28 таких соединениях (семь витков на четырехугольном столбе) между проводом и столбом существует очень надежная связь. Кроме того, углы стоек довольно «острые»: они имеют совсем небольшой радиус кривизны. [ нужна цитата ]
Автоматизированные машины для намотки проводов, произведенные компанией Gardner Denver в 1960-х и 1970-х годах, были способны автоматически прокладывать, резать, зачищать и наматывать провода на электронную «объединительную плату» или «схемную плату». Машины приводились в движение с помощью инструкций по подключению, закодированных на перфокартах , [5] майларовой перфоленте и первых микрокомпьютерах.
Самые ранние машины (например, модели 14FB и 14FG) изначально были сконфигурированы как «горизонтальные», что означало, что плата для намотки проволоки помещалась вверх дном (штифтами вверх) на горизонтальную инструментальную пластину, которую затем закатывали в машину и фиксировали. на вращающийся (положение вращения стола TRP, четыре положения) и перемещаемый (PLP = продольное положение поддона, 11 положений) узел поддона. Эти машины включали в себя очень большие гидравлические агрегаты для привода сервоприводов, которые приводили в движение приводные каретки «А» и «В», установленные на шариковых винтах, электронный шкаф высотой 6 футов (1,8 м), загруженный сотнями управляющих реле IBM, многими десятками соленоидов для управление различными пневмомеханическими подсистемами и устройство считывания карт IBM 029 для получения инструкций по позиционированию. Сами автоматические машины для обмотки проволоки были довольно большими: 6 футов (1,8 м) в высоту и 8 футов (2,4 м) в квадрате. Обслуживание машин было чрезвычайно сложным, и часто приходилось забираться внутрь них только для того, чтобы поработать с ними. Это может быть весьма опасно, если защитные блокировки не обслуживаются должным образом.
Позже станки несколько меньшего размера стали «вертикальными» (14FV), что означало, что доски помещались на инструментальную пластину штифтами, обращенными к оператору станка. Ушли в прошлое гидравлические агрегаты, в пользу двигателей с прямым приводом для вращения шариковинтовых пар и поворотных энкодеров , обеспечивающих обратную связь по позиционированию. В целом это обеспечивало лучший обзор продукта для оператора, хотя максимальная площадь упаковки была значительно меньше, чем у горизонтальных машин. Максимальная скорость горизонтальных машин обычно составляла около 500–600 проводов в час, тогда как вертикальные машины могли достигать скорости до 1200 проводов в час, в зависимости от качества платы и конфигурации проводки.
Намотка проводов хорошо работает с цифровыми схемами с небольшим количеством дискретных компонентов, но менее удобна для аналоговых систем с множеством дискретных резисторов, конденсаторов или других компонентов (такие элементы можно припаять к разъему и подключить к разъему для намотки проводов). [6] Розетки требуют дополнительных затрат по сравнению с прямой установкой интегральных схем в печатную плату, а также увеличивают размер и массу системы. Несколько жил провода могут вызвать перекрестные помехи между цепями, что не имеет большого значения для цифровых цепей, но является ограничением для аналоговых систем. Соединенные между собой провода могут излучать электромагнитные помехи и иметь менее предсказуемый импеданс, чем печатная плата. Конструкция с намоткой проводов не может обеспечить возможность создания плоскостей заземления и распределения питания при использовании многослойных печатных плат, что увеличивает вероятность возникновения шума. [7]
