envoltura de alambre

El cableado por envoltura es una técnica de ensamblaje de componentes electrónicos que se inventó para cablear conmutadores de barras cruzadas telefónicas y que posteriormente se adaptó para construir placas de circuitos electrónicos . Los componentes electrónicos montados en una placa aislante se interconectan mediante tramos de cable aislado que discurren entre sus terminales , y las conexiones se realizan enrollando varias vueltas de secciones sin aislar del cable alrededor de un terminal del componente o un pin del conector.

Los cables se pueden enrollar a mano o a máquina, y posteriormente se pueden modificar manualmente. Esta técnica fue popular para la fabricación a gran escala en las décadas de 1960 y principios de 1970, y aún hoy se utiliza para series cortas y prototipos . El método elimina la necesidad de diseñar y fabricar una placa de circuito impreso . El enrollado de cables es una técnica singular entre las tecnologías de prototipado, ya que permite producir ensamblajes complejos mediante equipos automatizados, que luego se pueden reparar o modificar fácilmente a mano.

El cableado por envoltura se utilizaba para el ensamblaje de prototipos de alta frecuencia y series de producción pequeñas, incluidos circuitos de microondas de gigahercios y supercomputadoras . Es único entre las técnicas de prototipado automatizado, ya que permite controlar con precisión la longitud de los cables y conectar pares trenzados o cuádruples trenzados con blindaje magnético.

La técnica de cableado por envoltura se popularizó alrededor de 1960 en la fabricación de placas de circuito impreso, pero su uso ha disminuido drásticamente. La tecnología de montaje superficial ha hecho que esta técnica sea considerablemente menos útil que en décadas anteriores. Las placas de prototipos sin soldadura y la disminución del costo de las placas de circuito impreso fabricadas profesionalmente prácticamente han eliminado esta tecnología.

En los métodos de construcción electrónica punto a punto de principios del siglo XX, era común el enrollado manual de cables, ya que se requería una conexión sólida para mantener los componentes en su lugar. Los cables se enrollaban a mano alrededor de bornes o terminales de pala y luego se soldaban.

La tecnología moderna de enrollado 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 telefónico Bell. ^{[ 1 ]} Un equipo de diseño dirigido por Arthur C. Keller desarrolló la "Keller Wrap Gun", y todo el sistema de enrollado se transfirió a Western Electric para su aplicación industrial. Después de que un comité de "fabricar o comprar" en Western Electric decidiera que la herramienta manual fuera fabricada por un proveedor externo, Western Electric abrió una licitación para el contrato de la herramienta. Keller Tool de Grand Haven, Michigan, un proveedor de herramientas rotativas manuales para Western Electric, ganó el contrato e hizo varios cambios de diseño para facilitar la fabricación y el uso de la herramienta. Keller comenzó a fabricar las herramientas en 1953 y posteriormente obtuvo una licencia de Western Electric que le permitía vender la tecnología en el mercado abierto. La herramienta se comercializó con su nombre original, ya que el nombre del fabricante era, casualmente, el mismo que el del inventor.

Los primeros ordenadores transistorizados de IBM , presentados a finales de la década de 1950, se construyeron con el sistema modular estándar de IBM , que utilizaba placas base con cableado enrollado.

Apple Computer utilizó la técnica de enrollado de alambre para fabricar los primeros prototipos del ordenador Macintosh original (el Macintosh 128K ). ^{[ 2 ]}

Una conexión de envoltura de alambre correctamente hecha para cable 30 o 28 AWG es de siete vueltas (menos para cable más grueso) de alambre desnudo con media a una vuelta y media de alambre aislado en el extremo inferior para alivio de tensión. ^{[ 3 ] [ 4 ]} El poste cuadrado chapado en oro duro forma así 28 contactos redundantes. El recubrimiento de alambre chapado en plata se suelda en frío al oro. Si se produce corrosión, ocurre en el exterior del alambre, no en el contacto hermético al gas donde el oxígeno no puede penetrar para formar óxidos. Una herramienta de envoltura de alambre correctamente diseñada aplica hasta veinte toneladas de fuerza por pulgada cuadrada en cada unión.

Los casquillos tienen postes cuadrados. Los postes habituales miden 0,64 mm (0,025 pulg .) de lado, 25,4 mm ( 1 pulg .) de alto y están espaciados a intervalos de 2,54 mm (0,1 pulg .) . Los postes de alta calidad son de aleación de cobre-berilio estirada en frío y recubierta con 630 nm (0,000025 pulg .) de oro para prevenir la corrosión. Los postes más económicos son de bronce con baño de estaño .        

El cable de cobre blando plateado de calibre 30 (~0,0509 ^mm² ) está aislado con un fluorocarbono que no emite gases peligrosos al calentarse. El aislamiento más común es Kynar . El cable Kynar de calibre 30 AWG está disponible en rollos, para que el usuario lo corte y pele, o precortado en longitudes estándar, con una pulgada de aislamiento retirada en cada extremo.

Existen tres formas de colocar los cables en un tablero. En los tableros de cableado profesionalmente diseñados, los cables largos se colocan primero para que los cables más cortos los sujeten mecánicamente. Además, para facilitar la reparación, los cables se colocan en capas. Los extremos de cada cable siempre están a la misma altura en el poste, de modo que se necesitan reemplazar como máximo tres cables para sustituir uno. Asimismo, para que las capas sean más visibles, se utilizan aislamientos de diferentes colores. En los conjuntos de cableado para uso espacial o en aeronaves, los cables se alojan en cajas y pueden recubrirse con cera para reducir las vibraciones. Nunca se utiliza epoxi para el recubrimiento, ya que dificulta la reparación del conjunto.

Una herramienta para enrollar cables tiene dos orificios. El cable y 6,4 mm (1/4 pulg . ) de cable aislado se colocan en un orificio cerca del borde de la herramienta. El orificio central se coloca sobre el poste.  

La herramienta se gira rápidamente. Como resultado, se enrollan entre 1,5 y 2 vueltas de cable aislado alrededor del poste, y encima de estas, entre 7 y 9 vueltas de cable desnudo. El poste tiene espacio para tres conexiones de este tipo, aunque normalmente solo se necesitan una o dos. Esto facilita el enrollado manual de cables para realizar modificaciones o reparaciones.

La vuelta y media de cable aislado ayuda a prevenir la fatiga del cable en el punto de contacto con el poste.

Por encima de la vuelta del cable aislado, el cable desnudo se enrolla alrededor del poste. Las esquinas del poste ejercen una presión de toneladas por pulgada cuadrada. Esto expulsa todos los gases del espacio entre el revestimiento 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), se logra una conexión muy fiable entre el cable y el poste. Asimismo, las esquinas de los postes son bastante afiladas: tienen un radio de curvatura muy pequeño.

Las máquinas automáticas de bobinado de cables, fabricadas por la empresa Gardner Denver en las décadas de 1960 y 1970, eran capaces de enrutar, cortar, pelar y bobinar automáticamente los cables sobre una placa base electrónica o circuito impreso. Estas máquinas se controlaban mediante instrucciones de cableado codificadas en tarjetas perforadas , ^{[ 5 ]} cinta perforada de Mylar y los primeros microordenadores.

Las primeras máquinas (modelos 14FB y 14FG, por ejemplo) se configuraron inicialmente como "horizontales", lo que significaba que la placa de bobinado se colocaba boca abajo (con los pines hacia arriba) sobre una placa de herramientas horizontal, que luego se introducía en la máquina y se fijaba a un conjunto de paletas giratorias (posición de rotación de la mesa TRP de cuatro posiciones) y desplazables (posición longitudinal de la paleta PLP de 11 posiciones). Estas máquinas incluían grandes unidades hidráulicas para alimentar los servomotores que accionaban los carros de accionamiento "A" y "B" montados sobre husillos de bolas, un armario electrónico de 1,8 m de altura con cientos de relés de control IBM, decenas de solenoides para controlar los diversos subsistemas neumáticos y un lector de tarjetas IBM 029 para las instrucciones de posicionamiento. Las máquinas automáticas de bobinado eran bastante grandes, de 1,8 m de altura y 2,4 m de lado. El mantenimiento de las máquinas era extremadamente complejo y, a menudo, implicaba subirse a su interior para trabajar en ellas. Esto podía ser muy peligroso si no se mantenían correctamente los enclavamientos de seguridad.      

Posteriormente, se desarrollaron máquinas algo más pequeñas de tipo "vertical" (14FV), lo que significaba que las placas se colocaban sobre una placa de herramientas con pasadores orientados hacia el operario. Se eliminaron las unidades hidráulicas y se sustituyeron por motores de accionamiento directo para girar los husillos de bolas , con codificadores rotativos para proporcionar información sobre el posicionamiento. Esto generalmente ofrecía una mejor visibilidad del producto para el operario, aunque el área máxima de envoltura era significativamente menor que en las máquinas horizontales. Las velocidades máximas en las máquinas horizontales solían rondar los 500-600 cables por hora, mientras que las máquinas verticales podían alcanzar velocidades de hasta 1200 por hora, dependiendo de la calidad de la placa y la configuración del cableado.

El cableado envolvente funciona bien con circuitos digitales con pocos componentes discretos, pero es menos conveniente para sistemas analógicos con muchas resistencias, condensadores u otros componentes discretos (estos elementos se pueden soldar a un conector y enchufar en un zócalo de cableado envolvente). ^{[ 6 ]} Los zócalos suponen un coste adicional en comparación con la inserción directa de circuitos integrados en una placa de circuito impreso, y aumentan el tamaño y la masa del sistema. Los múltiples hilos de cable pueden introducir diafonía entre circuitos, lo cual tiene poca importancia para los circuitos digitales, pero representa una limitación para los sistemas analógicos. Los cables interconectados pueden irradiar interferencia electromagnética y tienen una impedancia menos predecible que una placa de circuito impreso. La construcción mediante cableado envolvente 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 ]}

• Tablero de tiras
• Escultura de alambre
• Lápiz de cableado

• Tarjeta perforada utilizada para controlar una máquina de bobinado de alambre electroneumática.
• Vídeo promocional de Burroughs Corporation que muestra una máquina de envoltura de alambre en el minuto 09:50.
• Manual descriptivo de la máquina mencionada anteriormente, fabricada por Gardner Denver .