غلاف سلكي

تقنية لف الأسلاك هي تقنية لتجميع المكونات الإلكترونية، وقد طُورت في الأصل لتوصيل مفاتيح الهاتف المتقاطعة ، ثم جرى تكييفها لاحقًا لبناء لوحات الدوائر الإلكترونية . تُربط المكونات الإلكترونية المثبتة على لوحة عازلة بأطوال من الأسلاك المعزولة الممتدة بين أطرافها ، ويتم التوصيل عن طريق لف عدة لفات من أجزاء غير معزولة من السلك حول طرف المكون أو دبوس المقبس.

يمكن لف الأسلاك يدويًا أو آليًا، كما يمكن تعديلها يدويًا لاحقًا. شاع استخدام هذه الطريقة في التصنيع واسع النطاق خلال الستينيات وأوائل السبعينيات، ولا تزال تُستخدم حتى اليوم في الإنتاج بكميات صغيرة والنماذج الأولية . تُغني هذه الطريقة عن تصميم وتصنيع لوحة الدوائر المطبوعة . يتميز لف الأسلاك عن غيره من تقنيات النماذج الأولية بأنه يسمح بإنتاج تجميعات معقدة بواسطة معدات آلية، ثم إصلاحها أو تعديلها بسهولة يدويًا.

استُخدمت تقنية لف الأسلاك لتجميع النماذج الأولية عالية التردد والإنتاج بكميات صغيرة، بما في ذلك دوائر الميكروويف ذات الترددات العالية (جيجاهرتز) والحواسيب العملاقة . وتتميز هذه التقنية عن غيرها من تقنيات النماذج الأولية الآلية بإمكانية التحكم الدقيق في أطوال الأسلاك، وإمكانية توصيل الأزواج الملتوية أو الرباعيات الملتوية المحمية مغناطيسيًا معًا.

شاع استخدام تقنية لف الأسلاك في تصنيع لوحات الدوائر الإلكترونية حوالي عام 1960، إلا أن استخدامها تراجع بشكل حاد الآن. وقد جعلت تقنية التثبيت السطحي هذه التقنية أقل فائدة بكثير مما كانت عليه في العقود السابقة. كما أن ظهور لوحات التجارب الإلكترونية بدون لحام وانخفاض تكلفة لوحات الدوائر المطبوعة المصنعة باحترافية قد قضى تقريبًا على هذه التقنية.

كانت الأسلاك الملفوفة يدويًا شائعة في أساليب بناء الدوائر الإلكترونية من نقطة إلى نقطة في أوائل القرن العشرين، حيث كانت هناك حاجة إلى اتصال قوي لتثبيت المكونات في مكانها. كانت الأسلاك تُلف يدويًا حول أطراف التوصيل أو أطراف التوصيل المسطحة ثم تُلحم.

طُوّرت تقنية لف الأسلاك الحديثة بعد الحرب العالمية الثانية في مختبرات بيل كوسيلة لإجراء التوصيلات الكهربائية في مرحل جديد كان يُصمّم للاستخدام في نظام بيل للهاتف. ^{[ 1 ]} قام فريق تصميم بقيادة آرثر سي. كيلر بتطوير "مسدس لف كيلر"، وسُلّم نظام اللف بالكامل إلى شركة ويسترن إلكتريك للتطبيقات الصناعية. بعد أن قررت لجنة "التصنيع أو الشراء" في ويسترن إلكتريك تكليف مورد خارجي بتصنيع الأداة اليدوية، طرحت الشركة مناقصةً للأداة. فازت شركة كيلر تول من غراند هافن، ميشيغان، وهي مورد للأدوات اليدوية الدوارة لشركة ويسترن إلكتريك، بالعقد وأدخلت عدة تعديلات على التصميم لتسهيل تصنيع الأداة واستخدامها. بدأت كيلر بتصنيع الأدوات في عام 1953، وحصلت لاحقًا على ترخيص من ويسترن إلكتريك يسمح ببيع التقنية في السوق المفتوحة. سُوّقت الأداة باسمها الأصلي، نظرًا لأن اسم الشركة المصنعة كان مصادفةً هو نفسه اسم المخترع.

تم بناء أول أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بالترانزستور من شركة IBM ، والتي تم طرحها في أواخر الخمسينيات، باستخدام نظام IBM المعياري المعياري الذي يستخدم لوحات خلفية ملفوفة بالأسلاك.

استخدمت شركة أبل تقنية لف الأسلاك لصنع النماذج الأولية لجهاز الكمبيوتر الأصلي ماكنتوش ( ماكنتوش 128K ). ^{[ 2 ]}

تتكون وصلة لف الأسلاك الصحيحة لسلك قياس 30 أو 28 AWG من سبع لفات (أقل للأسلاك السميكة) من السلك العاري، مع نصف لفة إلى لفة ونصف من السلك المعزول في الأسفل لتخفيف الإجهاد. ^{[ 3 ] [ 4 ]} يشكل العمود المربع المطلي بالذهب الصلب 28 نقطة اتصال احتياطية. يتم لحام طبقة السلك المطلية بالفضة بالذهب على البارد. في حال حدوث تآكل، فإنه يحدث على السطح الخارجي للسلك، وليس على نقطة الاتصال المحكمة الإغلاق حيث لا يستطيع الأكسجين اختراقها لتكوين أكاسيد. تُطبق أداة لف الأسلاك المصممة بشكل صحيح قوة تصل إلى 20 طنًا لكل بوصة مربعة على كل وصلة.

تتميز المقابس بأعمدة مربعة. يبلغ مقاس الأعمدة العادية 0.64 مم مربعًا ، وارتفاعها 25.4 مم ، والمسافة بينها 2.54 مم . أما الأعمدة الممتازة فهي مصنوعة من سبيكة نحاس البريليوم المسحوبة على البارد والمطلية بطبقة من الذهب بسمك 630 نانومتر لمنع التآكل. بينما الأعمدة الأقل تكلفة فهي مصنوعة من البرونز المطلي بالقصدير .        

سلك نحاسي ناعم مطلي بالفضة عيار 30 (حوالي 0.0509 ^مم² ) معزول بمادة فلوروكربونية لا تُصدر غازات خطرة عند تسخينها. أكثر أنواع العزل شيوعًا هو الكينار . يتوفر سلك الكينار عيار 30 على شكل لفائف، ليقوم المستخدم بتقطيعها وتجريدها، أو مُقطّعًا مسبقًا إلى أطوال قياسية، مع إزالة بوصة واحدة من العازل من كل طرف.

توجد ثلاث طرق لوضع الأسلاك على اللوحة. في لوحات لف الأسلاك المصممة باحترافية، تُوضع الأسلاك الطويلة أولًا لتثبيتها ميكانيكيًا بواسطة الأسلاك الأقصر. ولتسهيل عملية الصيانة، تُوضع الأسلاك على شكل طبقات. وتكون أطراف كل سلك على نفس الارتفاع على العمود، بحيث لا يتطلب الأمر استبدال أكثر من ثلاثة أسلاك عند استبدال سلك واحد. كما تُستخدم ألوان مختلفة للعزل لتسهيل رؤية الطبقات. في لوحات لف الأسلاك المصممة للاستخدام في الفضاء أو الطيران، تُغلّف الأسلاك بصناديق، وقد تُغطى بطبقة متجانسة من الشمع لتقليل الاهتزاز. ولا يُستخدم الإيبوكسي أبدًا في التغطية لأنه يجعل اللوحة غير قابلة للإصلاح.

تحتوي أداة لف الأسلاك على فتحتين. يُوضع السلك وقطعة من السلك المعزول بطول 6.4 مم في إحدى الفتحتين القريبتين من حافة الأداة. أما الفتحة الموجودة في مركز الأداة فتُوضع فوق العمود.  

تُلف الأداة بسرعة. ينتج عن ذلك لفّ ما بين لفة ونصف إلى لفتين من السلك المعزول حول العمود، وفوق ذلك، لفّ ما بين سبع إلى تسع لفات من السلك غير المعزول حول العمود. يتسع العمود لثلاث وصلات من هذا النوع، مع أن الحاجة عادةً ما تكون إلى وصلة أو اثنتين فقط. هذا يُسهّل استخدام لفّ الأسلاك يدويًا لإجراء التعديلات أو الإصلاحات.

تساعد لفة ونصف من السلك المعزول على منع إجهاد السلك عند نقطة التقائه بالعمود.

فوق لفة السلك المعزول، يلتف السلك المكشوف حول العمود. تضغط زوايا العمود بقوة هائلة تصل إلى أطنان لكل بوصة مربعة، مما يدفع الغازات خارج المنطقة بين الصفيحة الفضية للسلك وزوايا العمود المطلية بالذهب أو القصدير. علاوة على ذلك، مع وجود 28 وصلة من هذا النوع (سبع لفات على عمود رباعي الزوايا)، تتشكل وصلة متينة للغاية بين السلك والعمود. كما أن زوايا الأعمدة حادة نسبيًا، بنصف قطر انحناء صغير.

كانت آلات لف الأسلاك الآلية، التي صنعتها شركة غاردنر دنفر في الستينيات والسبعينيات، قادرة على توجيه الأسلاك وقطعها وتجريدها ولفها تلقائيًا على لوحة إلكترونية خلفية أو لوحة دوائر. وكانت هذه الآلات تعمل بواسطة تعليمات توصيل الأسلاك المشفرة على بطاقات مثقبة ، ^{[ 5 ]} وشريط مايلر مثقوب، وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة المبكرة.

كانت الآلات الأولى (طرازات 14FB و14FG، على سبيل المثال) مُهيأة في البداية للعمل بشكل أفقي، ما يعني وضع لوحة لف الأسلاك مقلوبة (مع توجيه الدبابيس للأعلى) على لوحة أدوات أفقية، ثم تُدحرج اللوحة داخل الآلة وتُثبت على مجموعة منصات نقالة دوارة (طاولة TRP ذات أربعة مواضع) ومتحركة (PLP ذات 11 موضعًا طوليًا). تضمنت هذه الآلات وحدات هيدروليكية ضخمة لتشغيل المحركات المؤازرة التي تُحرك عربات القيادة "أ" و"ب" المثبتة على براغي كروية، وخزانة إلكترونية بارتفاع 1.8 متر ( 6 أقدام) مُحمّلة بمئات من مرحلات التحكم من IBM، وعشرات الملفات اللولبية للتحكم في الأنظمة الميكانيكية الهوائية المختلفة، وقارئ بطاقات IBM 029 لتلقي تعليمات تحديد المواقع. كانت آلات لف الأسلاك الأوتوماتيكية نفسها كبيرة الحجم، بارتفاع 1.8 متر (6 أقدام ) ومساحة 2.4 متر مربعة ( 8 أقدام) . كانت صيانة الآلات معقدة للغاية، وغالباً ما كانت تتطلب الدخول إليها لمجرد العمل عليها. وقد يكون هذا الأمر خطيراً للغاية إذا لم تتم صيانة أجهزة التعشيق الآمنة بشكل صحيح.      

لاحقًا، ظهرت آلات أصغر حجمًا تُعرف باسم "الآلات الرأسية" (14FV)، ما يعني وضع اللوحات على لوحة أدوات مع توجيه الدبابيس نحو مشغل الآلة. استُبدلت الوحدات الهيدروليكية بمحركات دفع مباشر لتدوير براغي الكرات ، مع مشفرات دوارة لتوفير بيانات تحديد المواقع. وفر هذا النظام رؤية أفضل للمنتج للمشغل، على الرغم من أن مساحة التغليف القصوى كانت أقل بكثير من الآلات الأفقية. تراوحت السرعات القصوى للآلات الأفقية بين 500 و600 سلك في الساعة، بينما وصلت سرعة الآلات الرأسية إلى 1200 سلك في الساعة، وذلك حسب جودة اللوحة وتكوينات الأسلاك.

تُعدّ تقنية لف الأسلاك فعّالة مع الدوائر الرقمية ذات المكونات المنفصلة القليلة، لكنها أقل ملاءمة للأنظمة التناظرية التي تحتوي على العديد من المقاومات والمكثفات المنفصلة أو المكونات الأخرى (حيث يمكن لحام هذه العناصر بموصل وتوصيلها بمقبس لف الأسلاك). ^{[ 6 ]} تُشكّل المقابس تكلفة إضافية مقارنةً بإدخال الدوائر المتكاملة مباشرةً في لوحة الدوائر المطبوعة، كما أنها تزيد من حجم النظام وكتلته. قد تُؤدي خيوط الأسلاك المتعددة إلى حدوث تداخل بين الدوائر، وهو أمرٌ ذو أهمية ضئيلة للدوائر الرقمية ولكنه يُشكّل قيدًا على الأنظمة التناظرية. يمكن للأسلاك المتصلة أن تُشعّ تداخلًا كهرومغناطيسيًا، كما أن مقاومتها أقل قابلية للتنبؤ من مقاومة لوحة الدوائر المطبوعة. لا يُمكن لتقنية لف الأسلاك توفير مستويات التأريض ومستويات توزيع الطاقة المُتاحة في لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات، مما يزيد من احتمالية حدوث ضوضاء. ^{[ 7 ]}

• لوح خشبي
• منحوتة سلكية
• قلم توصيل الأسلاك

• بطاقة مثقبة تستخدم للتحكم في آلة لف الأسلاك الكهروهوائية.
• فيديو ترويجي لشركة بوروز يعرض آلة لف الأسلاك عند الدقيقة 09:50.
• دليل وصفي للآلة المذكورة أعلاه، من إنتاج شركة غاردنر دنفر .