Введение

Stripboard – общее название широко используемого типа материала для прототипирования электронных схем, представляющего собой плату с заранее сформированной регулярной (прямоугольной) сеткой отверстий и широкими параллельными полосами медного покрытия, проходящими в одном направлении по всей поверхности изолирующей склеенной бумажной основы. Он также широко известен под названием оригинального продукта Veroboard, являющегося зарегистрированным товарным знаком в Великобритании, принадлежащим компаниям Vero Technologies Ltd и Pixel Print Ltd, а также в Канаде. Разработка и внедрение Stripboard начались в начале 1960-х годов в отделе электроники компании Vero Precision Engineering Ltd (VPE). Он был представлен как универсальный материал для создания электронных схем, в отличие от специализированных печатных плат (PCB), позволяющий собирать различные схемы с использованием стандартной монтажной платы. При работе с платой в проводниках делаются разрывы, обычно вокруг отверстий, для разделения полос на отдельные электрические узлы. При аккуратном выполнении можно делать разрывы между отверстиями, чтобы размещать компоненты с двумя рядами выводов, расположенными на расстоянии одного шага друг от друга, например, двухрядные разъемы для IDC. Stripboard не предназначен для поверхностного монтажа компонентов, хотя некоторые из них можно припаять к стороне проводников, особенно если полосы предварительно разрезать или придать им форму ножом или небольшим отрезным диском на роторном инструменте. Первая модель Veroboard единого размера стала предшественником многочисленных типов прототипных монтажных плат, которые, благодаря более чем пятидесятилетнему использованию во всем мире, стали широко известны как stripboard. Общие термины «veroboard» и «stripboard» теперь считаются синонимами.

История

К середине 1950-х годов печатная плата (PCB) стала обычным явлением в производстве электроники. В начале 1959 года был создан отдел электроники VPE, когда управляющий директор Джеффри Вердон Роу нанял двух бывших сотрудников Saunders Roe Ltd, Питера Х. Винтера (отдел проектирования самолетов) и Терри Фицпатрика (отдел электроники). После провала проекта по разработке оборудования для управления станками, отдел оставался в рабочем состоянии благодаря успеху в изобретении и разработке нового материала. Новое оборудование с использованием печатных плат было представлено на выставке Федерации производителей радио- и электронных компонентов (RECMF), проходившей в отеле "Дорчестер", Парк-Лейн, Лондон. Типичная конфигурация большинства печатных плат того времени предполагала размещение компонентов в регулярном порядке, а цепи формировались сложными проводящими дорожками, напоминающими лабиринт. Интересную альтернативу, предложенную Фицпатриком после посещения выставки RECMF от имени VPE, заключала в использовании стандартной платы с прямыми проводниками, на которых компоненты могли быть удобно размещены и подключены к проводникам для создания необходимой схемы. 25 мая 1959 года была подана заявка на патент, а изобретение было доработано для Vero сотрудниками Винтером, Фицпатриком и инженерами-механиками. Появление интегрированной среды разработки Arduino, предназначенной для обучения компьютерному программированию новичков, не знакомых с разработкой программного обеспечения, открывает новые возможности для использования Veroboard. Разработка Arduino часто включает использование "щитов", которые подключаются к основной плате Arduino с помощью стандартных 0.1-дюймовых разъемов и содержат специализированное оборудование ввода-вывода для конкретного проекта. Однако конструкция Arduino затрудняет это, поскольку один из четырех разъемов смещен от 0.1-дюймового шага остальных на 0.05 дюйма. Британская компания Vero Technologies Ltd в настоящее время владеет товарным знаком Veroboard в Великобритании. В Америке товарный знак Veroboard теперь принадлежит канадской компании Pixel Print Ltd. из Ванкувера.

Расстояние между отверстиями

Отверстия в стрипборде просверливаются с центровкой. Такое расстояние позволяет вставлять компоненты с выводами, соответствующими этому шагу. Совместимые компоненты включают в себя DIP-микросхемы, цоколи для микросхем, некоторые типы разъемов и другие устройства. С течением времени стрипборды эволюционировали и появились различные варианты и сопутствующие продукты. Например, доступна более крупная версия с шагом 0,15 дюйма (3,81 мм) и большими отверстиями, но она, как правило, менее популярна (вероятно, из-за несовместимости со стандартным шагом выводов микросхем).

Размеры доски

Стрипборд доступен в различных размерах. Один из распространённых размеров (по крайней мере, в Великобритании) — 160 мм x 100 мм.

Сборки

Компоненты обычно размещаются на плоской стороне платы, а их выводы выступают через отверстия. Затем выводы припаиваются к медным дорожкам на другой стороне платы для создания необходимых соединений, и излишки проволоки обрезаются. Непрерывные дорожки можно легко и аккуратно разрезать по мере необходимости, чтобы образовать разрывы между проводниками, используя сверло с диаметром 3 мм, специальный ручной инструмент для резки дорожек или нож. Дорожки можно соединять с обеих сторон платы с помощью проволоки. При достаточной практике можно создавать очень аккуратные и надежные сборки, однако этот метод трудоемок и поэтому не подходит для серийного производства, за исключением очень малых партий. Внешние проводные соединения к плате выполняются либо припайкой проводов через отверстия, либо, для проводов, слишком толстых для прохождения через отверстия, припайкой к специальным контактам, называемым Veropins, которые плотно входят в отверстия. В качестве альтернативы, некоторые типы разъемов имеют подходящее расстояние между контактами для непосредственной установки в плату.

Производство

Производство предлагаемого нового продукта Veroboard было осуществлено отделом станков и инструмента VPE. Листы медного текстолита SRBP толщиной 1,6 мм (0,06 дюйма) закупались и разрезались на платы размером 122 мм x 456 мм (4,8 дюйма x 18 дюймов), после чего отдельные платы обрабатывались для получения конечного продукта в соответствии с оригинальной спецификацией Veroboard. Был изготовлен многолезвийный фрезерный инструмент, состоящий из ряда боковых и торцевых фрез с режущими зубьями соответствующей формы, предназначенный для удаления части медного покрытия с каждой платы, оставляя 21 проводящую дорожку. Для второй операции был сконструирован специальный инструмент с 63 закаленными пуансонами диаметром 1,35 мм (0,052 дюйма), установленными на прочной опорной плите, для последовательного пробивания матрицы отверстий с определенным шагом через медные дорожки и основание платы. До достижения возможности выпуска готовых плат приемлемого качества в достаточном количестве было решено множество проблем, связанных с размерами, качеством материалов и оснастки. Эти технологические проблемы были вызваны отсутствием в 1960 году передовых методов фрезерования и сверления печатных плат, а также технологий химического травления медных дорожек. В 1961 году, с ростом объемов производства и накоплением опыта, Vero Electronics Ltd была выделена в отдельную компанию для продвижения растущих продаж Veroboard.

Использование

Как и в случае с другими стрипбордами, при использовании Veroboard компоненты располагаются соответствующим образом и припаиваются к проводникам для формирования необходимой схемы. В дорожках можно делать разрывы, обычно вокруг отверстий, чтобы разделить полосы на несколько электрических узлов, что позволяет повысить сложность схемы. Этот тип монтажной платы может использоваться для первоначальной разработки электронных схем, для создания прототипов для испытаний или для производства небольших партий готовых электронных устройств. Veroboard впервые был использован для создания прототипов в отделе электроники компании Vero Electronics в 1961 году. На изображениях подблока бинарного десятичного счетчика четко видны как собранные компоненты, так и медные проводники с необходимыми разрывами. Несколько таких подблоков соединялись между собой с помощью разъемов, установленных на материнской плате, аналогичной изображенной на схеме Veroboard Display, и представляли собой очень раннюю систему на основе печатной платы. Каждый подблок имел цифровую емкость, эквивалентную 1/2 байта памяти, то есть для хранения 1 мегабайта потребовалось бы 2 000 000 таких блоков. Veroboard выпускается в двух вариантах с шагом отверстий 2,54 мм (0,1 дюйма) или 3,5 мм (0,15 дюйма). Более широкий шаг считался более удобным для сборки, особенно в то время, когда многие разработчики все еще были знакомы с лампами и макетными платами. Однако все более популярные интегральные схемы в двухрядных корпусах подходили только к платам с шагом 0,1 дюйма. Вскоре шаг 0,1 дюйма стал доминирующим. Интегральные схемы и типичная компоновка коротких параллельных дорожек, выступающих с боков корпуса ИС, способствовали разработке специализированных плат, таких как Verostrip. Это была длинная, узкая плата с медными дорожками, расположенными поперек, а не вдоль. Для изоляции сторон ИС был предусмотрен готовый центральный разрыв. Чертеж производства Vero Electronics Ltd 1979 года демонстрирует специальный продукт Veroboard, изготовленный для RS Components Ltd. Универсальность Veroboard/stripboard подтверждается большим количеством примеров схем, доступных в Интернете.

Вариации

Стрипборд доступен у многих поставщиков. Все версии имеют медные дорожки на одной стороне. Некоторые изготавливаются с использованием технологий травления и сверления печатных плат, в то время как другие имеют фрезерованные дорожки и пробитые отверстия. В оригинальном Veroboard использовался материал FR 2 – синтетическая смола, армированная бумагой (SRBP), также известный как фенольная плата, в качестве основы. В некоторых современных версиях стрипборда применяется более качественный материал FR 4 (эпоксидный ламинат, армированный стекловолокном).

Сравнение с другими системами

Для прототипирования с высокой плотностью, особенно цифровых схем, проволочная обмотка быстрее и надежнее, чем монтажная плата Stripboard для опытного персонала. Veroboard по концепции и применению схожа с макетной плате (breadboard), но дешевле и обеспечивает более постоянное соединение – соединения паяются, и хотя ограниченное повторное использование возможно, несколько циклов пайки и отпайки, скорее всего, сделают как компоненты, так и плату непригодными для использования. В отличие от этого, соединения на макетной плате удерживаются силой трения, и макетную плату можно использовать многократно. Однако макетная плата не очень подходит для прототипирования, которое должно оставаться в заданной конфигурации в течение длительного времени, для физических макетов, содержащих рабочую схему, или для сред, подверженных вибрации или движению. Монтажные платы Stripboard эволюционировали в более широкий класс прототипных плат, доступных в различных формах и размерах с различными схемами проводящих дорожек. Например, один из вариантов называется платой TriPad. Она похожа на Stripboard, за исключением того, что проводящие дорожки не проходят непрерывно по всей плате, а разбиты на секции, каждая из которых охватывает три отверстия. Это позволяет легко соединять выводы двух или трех компонентов в схеме, не создавая разрывов в дорожках. Однако для соединения более трех отверстий необходимо создавать перемычки или проводниковые мосты, что может привести к менее компактной компоновке, чем при использовании обычной Stripboard. Другой вариант – Perf+. Лучше всего ее описать как селективную Stripboard. Вместо того, чтобы все отверстия были соединены в полосу, на плате Perf+ отверстия могут быть соединены с шиной с помощью небольшого количества припоя. На обратной стороне шины проходят в другом направлении, что позволяет создавать компактные схемы сложной конфигурации, прокладывая сигналы друг над другом на разных слоях платы. Другие варианты прототипных плат имеют универсальную компоновку для упрощения создания прототипов с интегральными схемами, обычно в корпусах DIP, или с транзисторами (площадки, образующие треугольники). В частности, некоторые платы имитируют компоновку макетных плат, чтобы упростить переход от временного прототипа на макетной плате к постоянной конструкции на печатной плате (PCB). Некоторые типы плат имеют шаблоны для разъемов по периметру, такие как DB9 или IDC-коннекторы, чтобы обеспечить возможность использования разъемов с нестандартным шагом контактов. Некоторые имеют специальные физические формы для прототипирования подключаемых плат для компьютерных шинных систем.