Кіріспе

Электрондық компоненттерді сымдау техникасы электрониканы өндіру және прототиптеу техникасы

Сымды орау – телефондық қиылыстырмалы коммутаторларды сымдау үшін ойлап табылған, кейіннен электрондық схемаларды құрастыруға бейімделген электрондық компоненттерді құрастыру техникасы. Оқшаулағыш тақтаға орнатылған электрондық компоненттер, олардың қосылыстары сымның оқшауланбаған бөліктерінің бірнеше айналымын компоненттің қосылысына немесе ұяшыққа орау арқылы жасалатын, ұзындығы бойынша оқшауланған сымдармен біріктіріледі. Сымдар қолмен немесе машинамен оралуы мүмкін, содан кейін қолмен түзетулер енгізілуі мүмкін. 1960 және 1970 жылдардың басында кең көлемде өндіріс үшін танымал болды және бүгінгі күні қысқа партиялар мен прототиптер үшін қолданыла береді. Бұл әдіс баспалы схема тақтасын жобалау және жасау қажеттілігін жояды. Сымды орау, басқа прототиптеу технологияларының арасында ерекшелігі – күрделі құрастырмаларды автоматтандырылған жабдықтармен жасауға мүмкіндік береді, бірақ содан кейін оларды қолмен оңай жөндеуге немесе өзгертуге болады. Сымды орау құрылымы баспалы схемалардан сенімдірек құрастырмаларды жасауға мүмкіндік береді: қосылыстар тербеліс немесе негізгі тақтаға түсетін физикалық күштерге байланысты бұзылуға көбірек төзімді, ал дәнекерлеудің болмауы коррозия, суық тістеу және құрғақ тістеу сияқты дәнекерлеу ақауларын жояды. Қосылыстардың өзі берік және сымның терминалға суық дәнекерленуі нәтижесінде электрлік кедергісі төмен. Сымды орау жоғары жиілікті прототиптерді және кішкентай партияларды құрастыру үшін қолданылды, соның ішінде гигагерцтік микротолқынды схемалар мен суперкомпьютерлерді. Бұл автоматтандырылған прототиптеу техникасының бірегейлігі – сымның ұзындығын дәл басқаруға және бұралған жұптарды немесе магниттік қорғаныспен жабдықталған төрттік сымдарды бірге жүргізуге болады. Сымды орау 1960 жылдар шамасында баспалы схемаларды өндіруде танымал болды, бірақ қазіргі уақытта оның қолданылуы күрт төмендеді. Жер бетіне орнату технологиясы бұл әдісті бұрынғы онжылдықтарға қарағанда әлдеқайда аз пайдалы етті. Дәнекерлеусіз макеттік тақталар және кәсіби түрде жасалған баспалы схемалардың бағасының төмендеуі бұл технологияны дерлік жойды.

Тарих

Қолмен оралған сымдар 20-ғасырдың басында электрондық құрылымдарды жасауда кең таралған, мұнда компоненттерді орнында ұстау үшін берік байланыс қажет болды. Сымдар байлау тіректеріне немесе лопата тәрізді ұштарға қолмен оралып, содан кейін дәнекерленді. Қазіргі заманғы сым орау технологиясы Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін Bell Laboratories-те Bell телефон жүйесінде пайдалануға арналған жаңа реледе электр байланыстарын жасау мақсатымен әзірленді. Артур К. Келлер басқарған жобалау тобы "Келлер орау тапаншасын" (Keller Wrap Gun) жасады, ал бүкіл орау жүйесі өнеркәсіптік қолдану үшін Western Electric компаниясына берілді. Western Electric компаниясының "өндіру немесе сатып алу" комитеті құралды сыртқы жеткізуші жасауы керек деп шешкеннен кейін, Western Electric құрал келісімшарына конкурс жариялады. Мичиган штатының Гранд-Хейвен қаласындағы Keller Tool компаниясы, Western Electric компаниясына айналмалы қол құралдарының жеткізушісі, конкурс жеңіп, құралды өндіруге және пайдалануға ыңғайлы ету үшін бірнеше өзгерістер енгізді. Keller 1953 жылы құралдарды өндіруді бастады, содан кейін Western Electric компаниясынан лицензия алып, технологияны ашық нарықта сатуға рұқсат алды. Құрал бастапқы атауымен сатылды, себебі өндірушінің аты ойлап тапқанның атымен сәйкес келді. IBM-нің алғашқы транзисторлық компьютерлері, 1950-ші жылдардың соңында ұсынылған, сыммен оралған артқы панельдерді қолданған IBM стандартты модульдік жүйесімен құрастырылды. Apple Computer компаниясы алғашқы Macintosh компьютерінің (Macintosh 128K) прототиптерін жасау үшін сым орауды пайдаланды.

Әдіс

30 немесе 28 AWG сымдары үшін дұрыс жасалған сым орамасының қосылымы жеті айналым (ірі сым үшін азырақ) жалаңаш сымнан, ал төменгі жағында жартыдан бір жарым айналымға дейін оқшауланған сымнан тұрады, бұл созылуды азайтуға көмектеседі. Сөйтіп, қатты алтынмен қапталған төртбұрышты тірек 28 артық контактіні қамтамасыз етеді. Күміспен қапталған сым алтынмен суық дәнекерленеді. Егер коррозия пайда болса, ол газ өткізбейтін контактіде емес, сымның сыртында пайда болады, себебі оттегі тотықтар түзу үшін сол жерге енуге мүмкіндік алмайды. Дұрыс жасалған сым орамалы құралы әр қосылысқа шаршы дюймға 20 тоннаға дейін күш түсіреді. Электрондық бөліктер кейде ұяларға (розеткаларға) қосылады. Ұялар цианоакрилатпен (немесе силикон жабысқышымен) шыны талшығымен күшейтілген эпоксидті (шыны талшығы) жұқа пластиналарға бекітіледі. Ұяларда төртбұрышты тіректер болады. Әдеттегі тіректер төртбұрышты, биік және белгілі бір аралықпен орналасқан. Жоғары сапалы тіректер коррозияны болдырмау үшін алтынмен қапталған, берік мыс қорытпасынан жасалған. Төмен бағалы тіректер мырышпен қапталған қоладан жасалған. 30 калибрлі (~0,0509 мм²) күміспен қапталған жұмсақ мыс сым, қызған кезде қауіпті газдар шығармаса, фторкарбонатпен оқшауланады. Ең көп қолданылатын оқшаулау материалы – "Kynar". 30 AWG Kynar сымы стандартты ұзындықта кесіледі, содан кейін әр екі шетінен 2,5 см оқшаулау сызылып алынады. Сымдарды тақтаға орналастырудың үш тәсілі бар. Кәсіби түрде жасалған сым орамалы тақталарда, алдымен ұзын сымдар орналастырылады, содан кейін қысқа сымдар ұзын сымдарды механикалық түрде бекітеді. Сонымен қатар, құрастыруды жөндеуді жеңілдету үшін сымдар қабаттар бойынша орналастырылады. Әр сымның ұштары тіректе әрқашан бірдей биіктікте болады, сондықтан бір сымды ауыстыру үшін ең көп дегенде үш сымды ауыстыру қажет. Сондай-ақ, қабаттарды анық көру үшін олар әртүрлі түсті оқшаулаумен жасалады. Ғарышқа арналған немесе авиациялық сым орамалы құрастыруларында сымдар қорапқа салынады және дірілді азайту үшін маймен қапталуы мүмкін. Эпоксидті қаптама ретінде пайдалануға болмайды, себебі ол құрастыруды жөндеуге келмейтін етеді.

Құрал жасау

"Қаршыластырмалы құралдың" екі тесігі болады. Сым мен оқшауланған сым құралдың шетіндегі тесікке салынады. Құралдың ортасындағы тесігі тіреуге (постқа) қойылады. Құрал жылдам бұрылады. Нәтижесінде 1,5-2 айналым оқшауланған сым тіреудің айналасына оралады, ал одан жоғары 7-9 айналым жалаңаш сым тіреудің айналасына оралады. Тіреуде үш мұндай қосылымға орын бар, бірақ көбінесе бір немесе екі қосылым жеткілікті. Бұл өзгертулер мен жөндеулер кезінде қолмен сым орауға мүмкіндік береді. Оқшауланған сымның бір жарым айналымы сымның тіреуге жанасқан жерінде сымның шаршауын болдырмауға көмектеседі. Оқшауланған сым айналымының үстінде жалаңаш сым тіреуді айналдыра оралады. Тіреу бұрыштарының қысымы шаршы дюймге тонналармен жетеді. Бұл сымның күміс қаптамасы мен тіреудің алтын немесе қалайы бұрыштары арасындағы кеңістіктегі барлық газдарды сығып шығарады. Әрі, 28 мұндай қосылыммен (төрт бұрышты тіреудегі жеті айналым) сым мен тіреу арасында өте сенімді байланыс құрылады. Сонымен қатар, тіреу бұрыштары өте "жіті": олардың қисықтық радиусы өте кішкентай.

Автоматтандыру

1960 және 1970 жылдары Gardner Denver компаниясы шығарған автоматтандырылған сым орағыш машиналар сымдарды автоматты түрде электрондық "негізгі тақтаға" немесе "схемалық тақтаға" бағыттауға, кесуге, қабығын сыпыруға және орауға қабілетті болды. Машиналар перфокарталарға, Майлар перфолентасына және алғашқы микрокомпьютерлерге енгізілген сымдау нұсқауларымен жұмыс істеді. Ең алғашқы үлгілер (мысалы, 14FB және 14FG модельдері) бастапқыда "көлденең" конфигурацияда жасалған, яғни сым орағыш тақта тік қалпында (ұштырғыштар жоғары қарап) көлденең құралдық тақтаға орналастырылып, содан кейін машинаға ішке тартылып, айналмалы (TRP үстелінің айналу позициясы – төрт позиция) және жылжымалы (PLP = паллеттің бойлық позициясы – 11 позиция) паллеттік жиналымға бекітілді. Бұл машиналар "А" және "Б" жетектегі шаналарды басқаратын сервожетектерді қуаттандыру үшін өте үлкен гидравликалық блоктарды, жүздеген IBM басқару релелерімен жабдықталған 2 метрлік электроникалық шкафты, пневматикалық механикалық жүйелерді басқару үшін көптеген электромагниттерді және орналасу нұсқауларын оқуға арналған IBM 029 карта оқығышын қамтыды. Өзінің сым орағыш машиналарының биіктігі 2 метр, ал көлденеңі 2 метр болатын. Машиналарды күту өте күрделі болды және көбінесе олардың ішіне кіріп жұмыс істеуді қажет етті. Қауіпсіздік құлыптары дұрыс сақталмаса, бұл өте қауіпті болуы мүмкін. Кейіннен, сәл кішірек машиналар "тік" (14FV) болып жасалды, яғни тақталар операторға ұштырғыштары қарап тұрған құралдық тақтаға орналастырылды. Гидравликалық блоктар алынып тасталды, шарлы бұрандаларды тікелей жетектегі моторлар айналдырды, ал позицияны бақылау үшін роторлық энкодерлер қолданылды. Бұл операторға өнімді жақсы көруге мүмкіндік берді, бірақ ораудың максималдық ауданы көлденең машиналарға қарағанда айтарлықтай төмен болды. Көлденең машиналардың максималдық жылдамдығы әдетте сағатына 500-600 сымды құрады, ал тік машиналар тақтаның сапасына және сымдау конфигурациясына байланысты сағатына 1200 сымға дейін жете алатын.

Қарастырылатын мәселелер

Сым орамы аздаған дискретті компоненттері бар цифрлық тізбектермен жақсы жұмыс істейді, бірақ көптеген дискретті резисторлары, конденсаторлары немесе басқа компоненттері бар аналогтық жүйелер үшін ыңғайсыз (мұндай элементтерді тіреуге дәнекерлеп, сым орамы ұясына қосуға болады). Ұялар интегралды тізбектерді тікелей баспалы схема тақтасына орнатуға қарағанда қосымша шығын болып табылады және жүйеге көлем мен салмақ қосады. Сымдардың көп болуы тізбектер арасында өзара әсерді тудыруы мүмкін, бұл цифрлық тізбектер үшін маңызды емес, бірақ аналогтық жүйелер үшін шектеу болып табылады. Бірімен-бірі байланысқан сымдар электромагниттік кедергілерді таратуы мүмкін және баспалы схема тақтасына қарағанда кедергісінің болжамдылығы төмен болады. Сым орамының құрылымы көп қабатты баспалы схема тақталарында мүмкін болатын жер жазықтықтары мен қуат тарату жазықтықтарын қамтамасыз ете алмайды, бұл шудың көбеюіне әкеледі.