In elettronica , il wrapping è una tecnica alternativa per la produzione di un circuito stampato , consistente nel sostituire le saldature con fili avvolti sui pin dei componenti, per produrre circuiti complessi in piccole quantità. Ha il vantaggio di essere facile da annullare, soprattutto durante la creazione di prototipi . Questa tecnica è ampiamente utilizzata per la produzione e il collegamento di interruttori telefonici , computer , console di controllo, radio , radar , sonar e altre apparecchiature complesse che devono essere prodotte solo in piccole quantità. Ad esempio, il computer di navigazione a razzo Apollo è stato costruito avvolto.
I circuiti assemblati in avvolgimento sono più affidabili dei circuiti stampati con binari: è meno probabile che i collegamenti si rompano in caso di vibrazioni o torsioni della piastra; l'assenza di saldature evita problemi di corrosione. I collegamenti stessi sono più forti e forniscono un ottimo collegamento elettrico, con il filo posizionato freddo sulle staffe.
Uno svantaggio dell'avvolgimento è la qualità dei segnali quando si lavora ad alte frequenze: la mancanza di adattamento di impedenza e il crosstalk possono generare fenomeni di riflessione e glitch su segnali critici (clock, bus veloci). Questi problemi possono essere critici da frequenze di poche decine di MHz. Ciò spiega in gran parte il fatto che il wrapping non è più una tecnica ampiamente utilizzata.
I componenti elettronici sono posti nei supporti. Questi supporti sono incollati con cianoacrilato (o colla siliconica ) su lastre epossidiche .
I contatti dei supporti sono prolungati da perni quadrati. Questi perni sono generalmente di 432 µm quadrati per 25,4 mm di lunghezza e vengono impiantati a intervalli di 2,54 mm . I perni premium sono realizzati in una lega di rame al berillio rivestita con uno strato d'oro da 64 µm per prevenire la corrosione. I perni economici e più comunemente usati sono realizzati in bronzo placcato peltro .
Viene utilizzato un filo specifico, tipicamente un filo di rame placcato argento di 30 gauge con una guaina in fluorocarbonio , che non emette gas tossici per riscaldamento. La guaina più utilizzata si chiama " Kynar ".
Per involucro speliamo il filo su 25 mm . Un utensile avvolgitore ha due fori: uno al centro nell'asse dell'utensile, di diametro leggermente superiore alla diagonale del mandrino, quest'ultimo permette la rotazione dell'utensile attorno al mandrino e, un altro più vicino alla circonferenza . In quest'ultimo foro viene introdotto il filo e circa 6,35 millimetri di guaina, mentre il foro centrale è posto sul mandrino.
Lo strumento dovrebbe accendersi rapidamente. Avvolge intorno al mandrino poco meno di 2 spire di filo rivestito più 7-9 spire di filo nudo. Il perno è abbastanza lungo da supportare fino a tre connessioni. Di solito ne mettiamo solo uno o due. Ciò consente di modificare o riparare il circuito aggiungendo manualmente gli involucri.
Il filo rivestito alla base permette al collegamento elettrico di non prendere tutta la trazione meccanica al primo giro. Sugli angoli del mandrino viene esercitata una pressione di diversi MPa, che garantisce un collegamento di qualità meccanica ed elettrica, intaccando leggermente il filo. Con 28 connessioni di questo tipo (ovvero sette giri completi su un mandrino quadrato), si ottiene una superficie di connessione molto ampia tra il filo e il mandrino.
Esistono tre modi per eseguire il wrapping:
Un wrapper manuale ha l'aspetto di una penna ed è adatto per piccole modifiche o riparazioni; i circuiti realizzati con questa tecnica sono più facili da riparare. I pin possono essere ricollegati fino a 10 volte senza perdite, a condizione che si utilizzi ogni volta un nuovo cavo.
Lavori più grandi possono essere eseguiti con una "pistola avvolgitrice" manuale utilizzando un motore elettrico e molle per far girare il filo rapidamente. Questi strumenti sono stati ampiamente utilizzati per il relè telefono US nell'ultimo terzo del XX ° secolo, di solito con un filo più spesso (22 o 24 AWG ) come quelle utilizzate per i circuiti elettronici. I pin utilizzati sono più grandi e possono essere ricollegati cento volte. Queste connessioni sono ancora presenti nei relè telefonici dove i connettori della guaina forata non sono ancora diffusi.
Le fasciatrici semiautomatiche sono “pistole fasciatrici” posizionate su bracci mossi in entrambe le dimensioni da motori programmabili. Il posizionamento dell'involucro, la spremitura del grilletto e l'inserimento dei fili vengono effettuati manualmente. Questo sistema permette all'operatore di posizionare i fili senza preoccuparsi di controllare se sono sul mandrino corretto, il computer si occupa di posizionare l'utensile sul mandrino corretto.
Il wrapping semiautomatico viene utilizzato per i prototipi perché può posizionare coppie ritorte, il che consente la creazione di computer e radar complessi ad alta frequenza.
Le macchine avvolgitrici automatiche, come quelle prodotte dall'azienda Gardner Denver negli anni '60 e '70, erano in grado di posizionare, spellare e avvolgere fili su circuiti elettronici. Le macchine erano guidate da istruzioni su schede perforate, nastri Mylar e primi microcomputer.
Le prime macchine (ad esempio i modelli 14FB e 14FG) erano configurate per lavorare "in orizzontale", vale a dire che il circuito da cablare era posto capovolto (pin in alto) su un supporto orizzontale, che veniva poi fatto scorrere nella macchina e fissato su una piastra in grado di ruotare (4 posizioni di rotazione) e di scorrere (11 posizioni longitudinali). Queste macchine includevano enormi unità idrauliche per alimentare gli attuatori che giravano la vite che muoveva i carrelli, armadio elettronico alto 1,8 m riempito con relè di controllo IBM, dozzine di solenoidi che controllano sistemi pneumatici e un lettore di schede IBM 029 per leggere le istruzioni di posizionamento. Le macchine stesse erano molto grandi, 1,8 m di alta e 2,4 m di larghezza. La manutenzione dei dispositivi era estremamente complessa e spesso comportava l'inserimento per sbloccarli. Potrebbe essere pericoloso se i blocchi di sicurezza non fossero impostati correttamente; si vocifera nel settore che si siano verificati incidenti gravi con queste macchine.
Successivamente, le macchine più piccole (come la 14FV) sono diventate "verticali", il che significa che i circuiti del wrapper sono stati posizionati in modo che i loro perni fossero rivolti verso l'operatore. Le unità idrauliche sono state sostituite da motori sulle viti senza fine, con sensori angolari per conoscere le informazioni di posizione. Questo dava all'operatore una migliore visibilità, ma l'area avvolgibile era ridotta rispetto alle macchine orizzontali. La velocità massima delle macchine orizzontali era tipicamente di 500-600 fili all'ora, mentre le macchine verticali potevano arrivare fino a 1200 fili all'ora, a seconda della qualità dei circuiti e della configurazione del cablaggio.
I fili vengono posizionati sulla piastra, tramite "perni", e i carrelli abbassano gli involucri A e B sulla piastra. Il processo di avvolgimento viene eseguito come segue (il carrello A è a destra, B a sinistra):
Nel confezionamento, è possibile utilizzare strumenti di progettazione elettronica per ottimizzare l'ordine di posizionamento del filo.
Il primo passo è codificare lo schema del circuito in netlist . Il software di progettazione può farlo automaticamente "acquisendo" i disegni. La netlist è un elenco di pin in cui ogni pin è associato a un segnale.
Il passaggio successivo consiste nel codificare la posizione dei pin di ciascun componente. Il modo più semplice per farlo è assegnare una lettera a ciascuna riga e un numero a ciascuna colonna e fornire una riga e una colonna in cui posizionare i componenti. Il computer associa il pin 1 di ciascun componente nell'elenco a un'intersezione e denomina i componenti in base alla riga e alla colonna.
Il computer converte quindi l'elenco dei componenti in un elenco completo di pin per il circuito, utilizzando modelli per ogni tipo di componente, con un modello che rappresenta il diagramma dei pin per ciascun componente. Puoi codificarlo una volta e quindi usarlo per tutti i componenti dello stesso tipo.
Alcuni sistemi ottimizzano lo schema circuitale scambiando le posizioni dei componenti e delle porte logiche per ridurre la lunghezza del filo da utilizzare. Dopo ogni mossa, i pin nella netlist vengono rinominati. Altri sistemi possono anche rilevare automaticamente i pin di alimentazione dei componenti e generare il cablaggio ai punti di alimentazione più vicini.
Il programma fonde quindi la netlist con la lista dei pin (entrambi ordinati per nome del pin) e trasferisce le coordinate fisiche dal diagramma di pinout alla netlist . Questo viene quindi ordinato in base al nome del segnale.
Il programma cerca quindi di riordinare ogni segnale nell'elenco per "instradare" ciascun segnale lungo il percorso più breve possibile. Questo problema è equivalente al problema del venditore ambulante ; è quindi NP-completo e quindi non può essere portato a una soluzione perfetta. Uno degli algoritmi di routing consiste nel portare il pin più lontano dal centro del circuito, quindi utilizzare un algoritmo avido per selezionare il pin più vicino con lo stesso nome di segnale.
Una volta instradato, ogni coppia di nodi associati a un segnale diventa un thread in un "elenco di thread". Il computer quindi legge le informazioni sul materiale (colore del filo, ordine nel circuito, lunghezza del filo, ecc.) Nella netlist e le interpreta per rinumerare l'elenco dei fili ottimizzando l'ordine e il posizionamento dei fili durante l'assemblaggio . L'elenco dei thread viene quindi ordinato in base al numero di thread.
Ad esempio, i fili hanno sempre "salite e discese", cioè sono posizionati alternativamente sulla parte superiore e inferiore dei perni, il che significa che non devono essere rimossi più di tre fili durante il taglio. 'Una riparazione o modifica.
I fili più lunghi vengono solitamente posizionati per primi, consentendo loro di essere trattenuti con i fili più corti posti sopra. Questo riduce le vibrazioni ai cavi lunghi, rendendo il circuito più resistente alle vibrazioni: questo è necessario ad esempio nei veicoli.
Mettere insieme tutti i fili di una certa lunghezza facilita l'utilizzo di una macchina manuale o semiautomatica con filo pretagliato. In particolare, viene accelerato il confezionamento manuale.
Puoi anche mettere insieme i fili dello stesso colore. I fili sono spesso blu; i fili riservati all'alimentazione sono spesso rossi e neri. I cavi del segnale dell'orologio (o altri cavi speciali) sono spesso gialli o bianchi. I doppini intrecciati sono generalmente in bianco e nero.
Un'altra ottimizzazione consiste nel selezionare, per ogni dimensione e colore del filo, il filo successivo più vicino al perno corrente, per ridurre lo spostamento dell'involucro. Ciò consente di risparmiare fino al 40% del tempo di avvolgimento e riduce anche l'utilizzo delle macchine.
Ultimamente, la direzione di posizionamento di un filo può essere ottimizzata per gli operatori destrimani, ovvero i fili vengono posizionati da destra a sinistra. In un sistema semiautomatico, ciò significa che l'involucro si allontana dalla mano dell'utente quando posiziona il filo. L'operatore può quindi utilizzare la mano destra e l' occhio guida per posizionare il filo.
Al termine dell'ottimizzazione, l'elenco dei fili viene stampato per essere utilizzato da un operatore o codificato su un nastro o una scheda per le macchine. Viene inoltre archiviata una copia per computer di questi dati.