La envoltura de cables es una técnica de ensamblaje de componentes electrónicos que se inventó para cablear interruptores de barra transversal de teléfonos y luego se adaptó para construir placas de circuitos electrónicos . Los componentes electrónicos montados en una placa aislante están interconectados mediante tramos de cable aislado que pasan entre sus terminales, y las conexiones se realizan envolviendo varias vueltas de secciones no aisladas del cable alrededor de un cable de componente o una clavija de enchufe.
Los cables se pueden envolver a mano o a máquina, y luego se pueden modificar a mano. Fue popular para la fabricación a gran escala en los años 1960 y principios de los 1970, y hoy en día continúa utilizándose para tiradas cortas y prototipos . El método elimina el diseño y fabricación de una placa de circuito impreso . La envoltura de alambre es inusual entre otras tecnologías de creación de prototipos, ya que permite producir conjuntos complejos mediante equipos automatizados, pero luego repararlos o modificarlos fácilmente a mano.
La construcción con envoltura de alambre puede producir ensamblajes que son más confiables que los circuitos impresos: las conexiones son menos propensas a fallar debido a vibraciones o tensiones físicas en la placa base, y la falta de soldadura elimina fallas de soldadura como corrosión, uniones frías y uniones secas. Las conexiones en sí son más firmes y tienen menor resistencia eléctrica debido a la soldadura en frío del cable al poste terminal en las esquinas.
Se utilizó envoltura de alambre para ensamblar prototipos de alta frecuencia y series de producción pequeñas, incluidos circuitos de microondas y supercomputadoras de gigahercios . Es única entre las técnicas de creación de prototipos automatizadas porque las longitudes de los cables se pueden controlar con precisión y los pares trenzados o los cuadretes trenzados con protección magnética se pueden enrutar juntos.
La construcción con envoltura de alambre se hizo popular alrededor de 1960 en la fabricación de placas de circuitos, y su uso ha disminuido drásticamente en la actualidad. La tecnología de montaje en superficie ha hecho que la técnica sea mucho menos útil que en décadas anteriores. Las placas de pruebas sin soldadura y el costo cada vez menor de los PCB fabricados profesionalmente casi han eliminado esta tecnología.
Los cables enrollados manualmente eran comunes en los métodos de construcción electrónica punto a punto de principios del siglo XX , en los que se necesitaba una conexión fuerte para mantener los componentes en su lugar. Los cables se enrollaban a mano alrededor de postes de unión o terminales de pala y luego se soldaban.
La tecnología moderna de envoltura de cables se desarrolló después de la Segunda Guerra Mundial en los Laboratorios Bell como un medio para realizar conexiones eléctricas en un nuevo relé que se estaba diseñando para su uso en el sistema Bell Telephone. [1] Un equipo de diseño encabezado por Arthur C. Keller desarrolló la “Keller Wrap Gun” y todo el sistema de envoltura se pasó a Western Electric para su aplicación industrial. Después de que un comité de “fabricación o compra” de Western Electric decidió que un proveedor externo fabricara la herramienta manual, Western Electric envió el contrato de la herramienta a licitación. Keller Tool de Grand Haven, Michigan, proveedor de herramientas manuales rotativas de Western Electric, ganó el contrato e hizo varios cambios de diseño para que la herramienta fuera más fácil de fabricar y usar. Keller comenzó a fabricar las herramientas en 1953 y posteriormente obtuvo una licencia de Western Electric que permitía la venta de la tecnología en el mercado abierto. La herramienta se comercializó con su nombre original, ya que casualmente el nombre del fabricante coincidía con el nombre del inventor.
Las primeras computadoras transistorizadas de IBM , introducidas a fines de la década de 1950, se construyeron con el sistema modular estándar de IBM que utilizaba placas posteriores envueltas en cables.
Apple Computer utilizó Wire Wrap para crear los primeros prototipos de la computadora Macintosh original (The Macintosh 128K ). [2]
Una conexión enrollada de alambre realizada correctamente para cables de 30 o 28 AWG consiste en siete vueltas (menos para cables más grandes) de cable desnudo con entre media y una vuelta y media de cable aislado en la parte inferior para aliviar la tensión. [3] [4] El poste cuadrado dorado duro forma así 28 contactos redundantes. El revestimiento de alambre plateado se suelda en frío al oro. Si se produce corrosión, se produce en el exterior del cable, no en el contacto estanco al gas donde el oxígeno no puede penetrar para formar óxidos. Una herramienta para enrollar cables correctamente diseñada aplica hasta veinte toneladas de fuerza por pulgada cuadrada en cada unión.
Las piezas electrónicas a veces se conectan a enchufes . Los encajes se fijan con cianoacrilato (o adhesivo de silicona ) a placas delgadas de epoxi reforzado con fibra de vidrio ( fibra de vidrio ).
Los enchufes tienen postes cuadrados. Los postes habituales son de 0,64 mm (0,025 pulgadas) cuadrados, 25,4 mm (1 pulgada) de alto y están espaciados a intervalos de 2,54 mm (0,1 pulgadas). Los postes premium son de aleación de cobre y berilio trefilado y recubiertos con 0,000025 pulgadas (630 nm) de oro para evitar la corrosión. Los postes menos costosos son los de bronce con estañado .
El alambre de cobre blando chapado en plata de calibre 30 (~0,0509 mm 2 ) está aislado con un fluorocarbono que no emite gases peligrosos cuando se calienta. El aislamiento más común es el " Kynar ". El cable Kynar de 30 AWG se corta en longitudes estándar y luego se retira una pulgada de aislamiento en cada extremo.
Hay tres formas de colocar cables en un tablero. En los tableros para envolver cables construidos profesionalmente, los cables largos se colocan primero para que los cables más cortos aseguren mecánicamente los cables largos. Además, para que un conjunto sea más reparable, los cables se aplican en capas. Los extremos de cada cable están siempre a la misma altura en el poste, por lo que es necesario reemplazar como máximo tres cables para reemplazar un cable. Además, para que las capas sean más fáciles de ver, se fabrican con diferentes colores de aislamiento. En los conjuntos de envoltura de cables aptos para uso espacial o en condiciones de volar, los cables están en cajas y pueden recubrirse con cera para reducir la vibración. Nunca se utiliza epoxi para el recubrimiento porque hace que el conjunto sea irreparable. [ cita necesaria ]
Una "herramienta para enrollar cables" tiene dos agujeros. El cable y 6,4 mm ( 1 ⁄ 4 de pulgada) de cable aislado se colocan en un orificio cerca del borde de la herramienta. El agujero en el centro de la herramienta se coloca sobre el poste.
La herramienta se tuerce rápidamente. El resultado es que se enrollan de 1,5 a 2 vueltas de cable aislado alrededor del poste y, por encima de eso, se enrollan de 7 a 9 vueltas de cable desnudo alrededor del poste. El poste tiene espacio para tres de estas conexiones, aunque normalmente sólo se necesitan una o dos. Esto facilita la utilización del enrollado manual de cables para modificaciones o reparaciones.
La vuelta y media del cable aislado ayuda a prevenir la fatiga del cable donde se encuentra con el poste.
Por encima de la vuelta del cable aislado, el cable desnudo se enrolla alrededor del poste. Las esquinas del poste se hunden con presiones de toneladas por pulgada cuadrada. Esto expulsa todos los gases del área entre la placa de plata del cable y las esquinas de oro o estaño del poste. Además, con 28 conexiones de este tipo (siete vueltas en un poste de cuatro esquinas), existe una conexión muy confiable entre el cable y el poste. Además, las esquinas de los postes son bastante "afiladas": tienen un radio de curvatura bastante pequeño. [ cita necesaria ]
Las máquinas automáticas para envolver cables, fabricadas por Gardner Denver Company en las décadas de 1960 y 1970, eran capaces de enrutar, cortar, pelar y envolver cables automáticamente en una "placa posterior" o "placa de circuito" electrónica. Las máquinas funcionaban mediante instrucciones de cableado codificadas en tarjetas perforadas , [5] cinta perforada Mylar y las primeras microcomputadoras.
Las primeras máquinas (modelos 14FB y 14FG, por ejemplo) se configuraron inicialmente como "horizontales", lo que significaba que la placa de envoltura de alambre se colocaba boca abajo (con las clavijas hacia arriba) sobre una placa de herramientas horizontal, que luego se enrollaba dentro de la máquina y se bloqueaba. sobre un conjunto de palet giratorio (posición de rotación de la mesa TRP de cuatro posiciones) y desplazable (PLP = posición longitudinal del palet de 11 posiciones). Estas máquinas incluían unidades hidráulicas muy grandes para alimentar los servos que impulsaban los carros de accionamiento "A" y "B" montados en husillos de bolas, un gabinete electrónico de 6 pies (1,8 m) de altura cargado con cientos de relés de control IBM, muchas docenas de solenoides para controlando los distintos subsistemas mecánicos neumáticos y un lector de tarjetas IBM 029 para instrucciones de posicionamiento. Las máquinas automáticas de envoltura de alambre eran bastante grandes, de 1,8 m (6 pies) de alto y 2,4 m (8 pies) cuadrados. El mantenimiento de las máquinas era extremadamente complejo y, a menudo, implicaba subirse al interior de ellas sólo para trabajar en ellas. Esto podría ser bastante peligroso si los dispositivos de seguridad no se mantuvieran adecuadamente.
Más tarde, las máquinas algo más pequeñas eran "verticales" (14FV), lo que significaba que las tablas se colocaban sobre una placa de herramientas con los pasadores mirando al operador de la máquina. Atrás quedaron las unidades hidráulicas, en favor de motores de accionamiento directo para girar los husillos de bolas , con codificadores giratorios para proporcionar retroalimentación de posicionamiento. En general, esto proporcionaba una mejor visibilidad del producto para el operador, aunque el área máxima de envoltura era significativamente menor que la de las máquinas horizontales. Las velocidades máximas en las máquinas horizontales eran generalmente de entre 500 y 600 cables por hora, mientras que las máquinas verticales podían alcanzar velocidades de hasta 1200 por hora, dependiendo de la calidad de la placa y las configuraciones del cableado.
La envoltura de alambre funciona bien con circuitos digitales con pocos componentes discretos, pero es menos conveniente para sistemas analógicos con muchas resistencias, capacitores u otros componentes discretos (dichos elementos se pueden soldar a un cabezal y enchufar a un enchufe de envoltura de alambre). [6] Los enchufes suponen un coste adicional en comparación con la inserción directa de circuitos integrados en una placa de circuito impreso, y añaden tamaño y masa a un sistema. Múltiples hilos de cable pueden introducir interferencias entre circuitos, lo que tiene pocas consecuencias para los circuitos digitales pero es una limitación para los sistemas analógicos. Los cables interconectados pueden irradiar interferencias electromagnéticas y tener una impedancia menos predecible que una placa de circuito impreso. La construcción con envoltura de alambre no puede proporcionar los planos de tierra y de distribución de energía posibles con placas de circuito impreso multicapa, lo que aumenta la posibilidad de ruido. [7]
