Сип что это такое в электрике: технические характеристики и применение с фото самонесущего изолированного провода

Что такое СИП: характеристики и особенности применения

Содержание

• 1 Особенности и преимущества
• 2 Монтаж СИП в дом
  • 2.1 Рекомендации по монтажу
• 3 Подключение кабеля. Видео

СИП – это самонесущий изолированный провод, применяемый для передачи электричества в наружных электросетях. Благодаря своим отличным характеристикам, СИП в последнее время применяется не только как воздушный вариант размещения электросетей на специальных опорах, но также для обеспечения подводки электрического тока непосредственно к дому.

Воздушные линии электропередачи с применением СИП

Особенности и преимущества

Конструкция этого провода представляет собой скрученные в определенном порядке токопроводящие алюминиевые жилы. Они снабжены изоляционным покрытием, имеющим в своей основе светостабилизированный термопластичный или сшитый по особой технологии полиэтилен.

Большинство типов таких проводов устроены следующим образом: одна из жил нулевая, остальные – фазные. Они окрашены в черный цвет, который благодаря конструктивным особенностям кабеля защищает его от ультрафиолетового излучения. Нулевая жила имеет стальной сердечник.

Допустимой температурой нагрева СИП при нормальной работе энергосистемы является граничное значение в 70-90 градусов по Цельсию. Его можно прокладывать при температуре окружающего воздуха минус 20 градусов, что является явным преимуществом по сравнению с возможностями кабеля ВВГ (у него такой порог составляет всего минус 15 градусов).

Провода изоляционного типа имеют ряд преимуществ при эксплуатации в наружных сетях по сравнению с незащищенными токопроводящими системами. Это, например, значительно меньшие затраты на организацию таких работ, как прокладка СИП.

Изоляция каждой жилы провода предотвращает возможность короткого замыкания в ветках деревьев, устраняется такая проблема, как возможный перехлест незащищенных проводов при мощных порывах ветра. Намного упрощается и технология монтажа на стене здания, ввод в дом является абсолютно безопасной по своим последствиям операцией. Чтобы иметь полное представление о преимуществах СИП, следует подробно ознакомиться с каждым характерным положительным эффектом от его применения:

• значительное уменьшение затрат на обслуживание и подключение;
• простой монтаж, который можно осуществлять в безопасном режиме;
• благодаря повышенной изоляции, допускается его прокладка прямо по стене дома;
• отсутствие при установке требований к наличию изоляторов, достаточно лишь иметь специальную арматуру, чтобы обеспечить крепление провода к столбу;

Принцип анкерного крепления СИП на столбе

• на линии СИП невозможно образование льда, кроме того, она сама по себе обладает большой устойчивостью к механическим воздействиям;

Подключение СИП к внутренней проводке здания на вводе в строение (так же как и переход на другой тип кабеля) осуществляется с помощью специальной арматуры.

• возможность применения герметических сжимов, позволяющих обеспечить ввод электрики в дом, не дает влаге проникать под изоляцию. Такое соединение, кроме всего прочего, гарантирует качественный контакт между внешней и внутренней системами электроснабжения.
• потери электричества на линии электропередач в три раза меньше, чем при использовании обычного, неизолированного провода;
• ввод электрики в дом можно выполнить без снятия напряжения с действующей электроустановки.

Не стоит проводить СИП непосредственно на ввод в деревянный дом. Для этой цели можно использовать медный кабель.

• невозможно несанкционированное подключение через воздушный провод с целью воровства электричества;
• продолжительность срока службы – более 25 лет.

Монтаж СИП в дом

Монтаж электропроводки является наиболее ответственным моментом при строительстве дома: ведь, исходя из ее назначения, главная задача – это обеспечить бесперебойную работу всех электроприборов. В последнее время все больше жителей крупных городов стремятся приобрести участок за городом для строительства на нем современной деревянной дачи, в которой семья может организовать полноценный воскресный отдых. Но подключение электричества к дому –  дело не безопасное. У деревянной конструкции жилого дома есть немаловажный недостаток – она имеет повышенный уровень пожароопасности.

Силовой кабель ВВГ: технические характеристики и особенности применения

С учетом важности этого факта, решать вопрос оборудования жилого строения электросетью нужно с соблюдением определенных мер предосторожности. Рассматривая правила, действующие при подключении СИП к любому зданию, можно руководствоваться условиями, регулирующими ввод кабеля в деревянный дом. Они содержат более жесткие требования, чем те, что предъявляются к монтажу проводки в обычном, кирпичном строении.

Для подключения электричества к частному дому обычно используют воздушные сети ЛЭП.

Перед началом работ необходимо в обязательном порядке обратиться в энергосбытовую компанию для получения технических условий, чтобы избежать возможных неприятностей в будущем и правильно рассчитать нагрузку электросети на кабель.

Прокладка кабеля возможна только после выполнения некоторых условий:

• необходимо заказать разработку проекта энергоснабжения строения, который содержит в себе детальный план работ по устройству электроснабжения дома;
• найти профессионального исполнителя, способного правильно выполнить все пункты данного плана.

При эксплуатации электросети время от времени возникает необходимость отключать строение для проведения соответствующей перепланировки или других ремонтных работ. Чтобы каждый раз не обращаться с заявкой в энергосбыт на отключение сети, можно возле дома поставить собственную электроопору. На ней необходимо разместить автоматический выключатель на ввод электроэнергии, позволяющий в любое время обесточить дом.

Рекомендации по монтажу

Жилы, из которых состоит кабель, должны иметь сечение не менее чем 16 кв. мм, меньше запрещено по стандартам ПУЭ. В зависимости от количества проектируемых фаз можно выбрать СИП с двумя или четырьмя жилами.

Кабель СИП четырехжильный

Следует иметь в виду, что, если линия ЛЭП находится на расстоянии более 25 м от дома, то придется ставить дополнительную опору.

Приступая к работам, необходимо знать, как правильно и безопасно можно подвести электрику к деревянному строению. Такой ввод электричества возможен при точном соблюдении ряда правил:

• При ответвлении кабеля для электропитания дома от наружной линии нужно использовать специальные прокалывающие зажимы. Такое приспособление позволит сделать соединение без зачистки жил.
• При подключении к воздушной линии внешних сетей в обязательном порядке необходимо выполнить повторное заземлениеPEN-проводника.
• От столба до стены строения провод монтируется на высоте не менее чем 2,75 м от земли. При этом используются специальные анкерные крепления.
• Кабель к деревянной стене можно крепить штатными приспособлениями – анкерными зажимами, которые имеют соответствующие кронштейны. Благодаря конструкционным особенностям зажимов, они прочно удерживают кабель на стене, не допуская его провисания, и не повреждая при этом изоляцию.

При проведении работ следует помнить, что крепление провода на деревянной стене проводится с учетом пожароопасности конструкции. Его необходимо заводить в специальную гофру, или короб, или другую несгораемую конструкцию, что обеспечит необходимую защиту от перегрева участка стены.

• Заводить кабель в дом следует через специально подготовленный отрезок металлической трубы, в которой сам провод во избежание возможных повреждений размещается с использованием пластмассовой вставки. После того, как закончена прокладка, металлическая гильза закупоривается специальным противопожарным составом.

Как правильно ввести кабель СИП в стену деревянного дома

• После того, как выполнен ввод в дом, необходимо проложить кабель к главному распределительному щиту учета электроэнергии. Прокладка провода осуществляется любым способом: как в коробе, так и открытым вариантом. Главное при этом – обеспечение пожарной безопасности. Подойдет пластиковый короб или гофра. Правда, если речь идет о закрытом варианте прокладки кабеля, то следует использовать только металлическую толстостенную трубу. Это трудоемкий и затратный процесс.

Подключение кабеля. Видео

Как осуществляется монтаж провода СИП к дому, наглядно рассказано в этом видео.

Преимущества СИП при обеспечении электроснабжения зданий очевидны. В первую очередь это касается индивидуальных построек. Чтобы правильно выбрать способ подсоединения линии к дому, в том числе, если он построен из дерева (и чтобы прокладка кабеля по стене не создавала проблем), следует внимательно познакомиться со всеми правилами проведения этих работ.

Оцените статью:

Кабель СИП. Виды и устройство. Маркировка и применение. Монтаж

Старые неизолированные воздушные линии питания электричеством постепенно уходят в прошлое. В настоящее время на воздушных линиях все чаще применяются изолированные провода. Кабель СИП расшифровывается как «самонесущие изолированные провода». Они служат для возведения новых линий электропередач, а также для замены воздушных проводов, которые не имеют изоляции.

Кабель СИП разделяется на основные виды в зависимости от материала и конструктивных особенностей. Каждый отдельный вид кабеля отличается диаметром и числом жил, наличием нулевого проводника, материалом изоляции. Общим свойством таких кабелей СИП является наличие изоляции. В соответствии с ГОСТ они считаются проводами, но по факту это кабели.

Кабель СИП-1

Этот вид кабеля состоит из алюминиевых жил, которые изолированы материалом ПЭТ. Если кратко описать этот вид изоляции, то можно сказать, что ПЭТ – полиэтилентерефталат, термопластичный полиэфирный материал в виде синтетической ткани или пленки. Это покрытие не пропускает ультрафиолетовые лучи. Нулевая жила выполняется в 2-х вариантах: изолированная и без изоляции. СИП-1А — это кабель с изолированным нулем. На это указывает буква «А».

СИП-2

У этого вида кабеля аналогичная конструкция. Отличие состоит лишь в материале изоляции. Все жилы изолированы специальной полиэтиленовой изоляцией (ПЭТ). Такой вид кабеля используют при установке ЛЭП напряжением до 1000 В. Его применяют для натяжки главных линий и вспомогательных веток. Такой кабель целесообразно использовать для северных регионов и районов с умеренным климатом. Он также может применяться для дачных участков, при условии напряжения 380 В.

По стандарту провода должны выдерживать длительный нагрев до определенной температуры. СИП-1А может выдержать 70 градусов, а СИП-2А способен работать при 90 градусах. При установке провода необходимо выполнять требования по наименьшему радиусу изгиба, который по правилам должен быть более 10-кратного размера диаметра кабеля.

СИП-3

Этот вариант кабеля имеет значительные отличия. Его конструкция состоит из стального сердечника с алюминиевой оплеткой, которая состоит из сплава алюминия, магния и кремния. Снаружи провод имеет изоляцию из ПЭТ, которая не пропускает ультрафиолетовые лучи. Такой 1-жильный провод используется для строительства электрических линий 20 киловольт. Он рекомендован для применения в разных типах климата, кроме арктического и резкоконтинентального. По стандарту нормальная температура работы должна быть 70 градусов, допускается температура -20 +90 градусов.

СИП-4

Этот кабель изготавливается из нескольких пар жил. Нулевой провод отсутствует. На конце обозначения есть маркировка «Н», которая свидетельствует о том, что материалом жил является сплав. Если буквы в обозначении нет, то значит жила сделана из чистого алюминия. Снаружи жил имеется изоляция из термопластичного ПВХ, который имеет устойчивость к ультрафиолету.

СИП-5

Устройство этой марки провода подобно кабелю СИП-4, но отличается материалом изоляции, которая выполнена из ПЭТ. Это дает возможность повысить продолжительность воздействия допустимой температуры на 30%. Кабель СИП-5 служит для возведения ЛЭП 2,5 киловольт, а также для подведения к зданиям, уличного освещения, ответвления на загородные дома. Применение СИП-5 рекомендуется для районов умеренного и холодного климата.

Технические свойства провода СИП различных видов указаны в таблице.

Маркировка

Кабель СИП обозначается с помощью цифр, букв и расцветки изоляции. Рассмотрим пример обозначения провода СИП-1, расшифруем его:

СИП – 1 — 3х70 + 1х95 — 0,6 / ТУ 16-705.500 – 2006

Кабель имеет 3 фазные жилы сечением 70 мм², одна жила без изоляции, сечением 95 мм². Рабочее напряжение жил 0,6-1 киловольт.

Маркировка кабеля выполняется по определенным правилам, следующим образом:

• Жилы фаз обозначаются цифрами, полосами, способом печати или тиснения.
• Нулевая жила не обозначается.
• Вместо цифр и букв может применяться цветная полоса шириной более 1 мм.
• Вспомогательные жилы освещения обозначаются В1, В2, В3.
• Кабель маркируется через каждые 50 см по всей длине.
• Обозначения стандартных размеров: ширина знака более 2 мм, высота 5 мм.
• Вспомогательные контрольные жилы могут не иметь обозначений.
• Маркировка должна быть устойчивой к ультрафиолетовым лучам и сохраняться в течение всего срока службы.

Расшифровав обозначение кабеля по его маркировке, можно сориентироваться в его выборе и правильном применении.

Свойства кабеля

Технические данные кабеля должны быть стандартизированы по ГОСТ Р 52373 – 2005. Этот стандарт определяет применение кабеля СИП для линий электропередач не выше 35 киловольт. Сечение жил может быть до 240 мм². На участках магистрали ЛЭП диаметр основного кабеля делают выше сечения жил ответвляющего кабеля. Технические свойства кабеля позволяют его устанавливать для организации уличного освещения. Для таких задач подойдет кабель СИП с жилами 25 мм².

В стандарте отражается характеристика предельных величин. Если какие-либо параметры не совпадают с ГОСТом, то такой провод использовать нельзя.

Основные параметры провода по стандарту:

• Наибольшая допускаемая нагрузка. Чем больше сечение, тем допустимая нагрузка выше.
• Наибольшая температура работы.
• Предел температуры при критическом режиме (130 градусов).
• Допускаемый радиус изгиба (не менее 10 диаметров жил).
• Гарантийный срок 3 года.
• Срок службы при условии выполнения требований эксплуатации более 40 лет.

Некоторые данные кабеля могут иметь отличия у разных производителей, однако, они должны быть в пределах стандартных значений.

Арматура кабеля СИП

В комплект кабеля входят монтажные элементы и арматура:

• Прокалывающие зажимы, которые совмещаются с любым видом кабеля. Они дают возможность выполнить герметичное соединение, так как при этом изоляция не снимается с жилы. После установки зажимов на изоляцию, производят затяжку крепежных болтов. Зубцы прокалывают изоляцию и создают контакт с металлической жилой.
• Ответвляющая арматура используется для поддержки и натяжения жил. Зажимы выполнены по принципу, упрощающему установку и демонтаж провода без дополнительного оборудования. Натяжитель применяют для навешивания кабеля к поверхности.
• Анкерный крепеж служит для закрепления зажимов. Совместно с крюками и зажимами применяется бандажная лента. Крепежная арматура имеет устойчивость к ржавчине и перепадам температуры.

 

Особенности монтажа

Кабель СИП служит для проведения линии на открытом воздухе. Его подключение осуществляется к централизованной линии. Чтобы самому подключить такой кабель к центральной линии, необходимо согласовать эту работу с соответствующими организациями, которым принадлежат эти сети. Перед этим в обязательном порядке разрабатывается проект. Для установки кабеля применяют специальные приборы и инструменты.

Для врезки провода используют прокалывающие зажимы, позволяющие произвести подключение без зачистки изоляции кабеля. Затем подключают наконечники. Чтобы подвесить провода на длине больше 25 метров, между столбами натягивают трос. На столбах фиксируют держатели для удобной и быстрой установки кабеля.

Для проведения кабеля по фасаду здания, применяют особые анкерные крепления, которые относятся к штатному комплекту кабеля. Количество анкеров и зажимов должно соответствовать количеству вводных жил. Разрешается заводить кабель в здание не больше, чем на 1 м. Затем осуществляют разводку внутри дома. Особенностью установки кабеля в изоляции является тот фактор, что работы можно проводить без отключения питания сети.

Если материал постройки дома негорючий, то кабель СИП по наружной стене проводят открыто. Конечно, это не придает дому эстетичности, так как кабель черного цвета, и хорошо виден на стене, особенно на фасадной. Чтобы этого избежать, на стену устанавливают пластиковый короб, либо специальную гофрированную трубу. Тем более, если дом деревянный.

Сфера применения

Такие марки провода используют для воздушных ответвлений к домам, а также для прокладки по стенам зданий и сооружений.

Кабель СИП 2 х 16 применяют для отходящих ответвлений внутренних линий передач в помещениях. В качестве ответвляющего провода, СИП 2х16 подходит для подключения к электричеству дачных домиков.

Хотя у СИП имеется много изоляции, но его вес небольшой, что создает удобство для установки. Определить вес по марке кабеля помогает таблица, к примеру, для двухжильного СИП-4:

Применение СИП вместо проводов без изоляции дает возможность не допустить коротких замыканий и удара током при повреждениях линии.

Достоинства проводов СИП:

• Нет необходимости в установке мощных изоляторов на линии.
• Изолированная линия безопасна для специалистов, обслуживающих ее.
• Ширина трассы линии уменьшена из-за того, что все жилы соединены в одной изоляции.
• Применяется в любых условиях погоды.
• Не подвержены коррозии.
• Кража проводов затруднительна, и легко видна.
• Экологически безвредны для людей и животных.
• Невосприимчивы к перехлестыванию проводов.
• Простая и легкая укладка линии.

Из недостатков отмечаются следующие факторы:

• Значительный вес одного метра кабеля. Опоры необходимо ставить чаще, чем при применении оголенного провода. Установка деревянных столбов не доставляет особой трудности, однако бетонные конструкции имеют высокую стоимость и сложную установку.
• При использовании в масштабах промышленности кабель требует усиленной изоляции.

Похожие темы:

• Кабель frls. Виды и устройство. Применение и как выбрать. Особенности
• Кабель ААБл. Устройство и маркировка. Параметры и применение
• Кабель ВББШВ. Виды и устройство. Применение и параметры
• Провод ПУГВ. Маркировка и устройство. Параметры и применение
• Провод ПУГНП. Устройство и особенности. Популярность и опасность
• Кабель АСБ. Устройство и особенности. Маркировка. Характеристики
• Шинопроводы. Виды и устройство. Применение и особенности
• Кабель МКЭШ. Устройство и применение. Маркировка и характеристики
• Провод ШВВП. Виды и устройство. Маркировка и применение
• Провод ППВ. Устройство и параметры. Маркировка и применение
• Провод ПВ. Виды и особенности. Характеристики и применение
• Провод РКГМ. Устройство и особенности. Характеристики и как выбрать
• Кабель NYM. Устройство и применение. Характеристики и как выбрать
• Кабель КГ. Устройство и маркировка. Характеристики и применение
• Провод ПВС. Виды и устройство. Характеристики и применение
• Кабель ВВГ. Виды и устройство. Характеристики и применение
• Контрольные кабели. Виды и устройство. Маркировка и применение
• Электрические провода. Виды и устройство. Маркировка и особенности
• Сечение по ГОСТу или ТУ. Особенности и отличия
• Силовые кабели. Виды и структура. Характеристики и маркировки

Как запустить электроэнергию через SIP

значок календаря

16 декабря 2015 г. , 10:35:23

Эл Кобб, приглашенный обозреватель

Время чтения

3 минуты чтения

Строители в Марипоза Медоуз следуют этим рекомендациям по прокладке электрических проводов с помощью лотков.

Беседы с теми, кто плохо знаком с SIP, неизбежно приводят к проблемам и вопросам о том, как провести электричество через структурно-изолированные панели. Большинство считает, что прочная сердцевина SIP препятствует усилиям вашего электрика по эффективной прокладке проводов через стены и крышу. На самом деле, с небольшим предварительным планированием и опытными установщиками SIP, Sparky может проложить провода от А до Б с минимальными усилиями.

Никакое планирование и общение с вашим электриком не могут привести к такому сценарию. Например, если электрические розетки должны быть размещены на высоте 16 дюймов от готового пола, большинство производителей размещают на этой высоте горизонтальную прорезь во всех стеновых панелях. Точно так же, поскольку над кухонными стойками требуются электрические розетки, логично разместить дополнительную горизонтальную прорезь в панели на высоте 42–44 дюйма от пола. Некоторые производители размещают верхнюю горизонтальную направляющую на высоте переключателя. Однако мой опыт показал, что 99% всех выключателей находятся рядом с дверями, поэтому я рекомендую вертикальную канавку на расстоянии 6 дюймов от края двери. Если проектировщик SIP не знает, в какую сторону открывается дверь, вполне разумно разместить вертикальный желоб по обеим сторонам двери на расстоянии 6 дюймов от чернового проема. Этот вертикальный канал позволит электрику протянуть провод к распределительной коробке и продолжить его к внешнему свету или даже к системе верхнего этажа или за ее пределами.

В производственном процессе SIP используются предварительно определенные местоположения коробок для проектирования их расположения стандартных каналов. Многие размещают вертикальную канавку в каждой панели для системы панелей шириной четыре фута или каждые четыре-восемь футов, если это гигантская панель. Следовательно, если вы позволите производителю диктовать расположение чейзов, у вас может быть много чейзов, которые никогда не будут использоваться. Что случилось с этим? Теперь вам нужно заделать много дыр в вашей стеновой системе.

Я хочу, чтобы оболочка моего здания была как можно более герметичной, поэтому в моем подходе используется небольшое предварительное планирование, чтобы указать как вертикальные, так и горизонтальные каналы только там, где они необходимы. Если планы меняются и требуется дополнительный путь, существуют простые методы, которые позволяют устанавливать канавки прямо в поле. Моя идеальная планировка фабричной установки будет включать вертикальную канавку во всех известных распределительных коробках. Добавьте к этому горизонтальную канавку на высоте 42 дюйма над полом для панелей в кухонной зоне и не забудьте поискать прилавки в других местах, например, в прачечных. Наконец, я добавлю вертикальные погони по мере необходимости, чтобы обеспечить доступ к любым отдаленным областям или местам, для которых нет лучшего варианта.

Здесь стенные и напольные штробы четко обозначены монтажной бригадой SIP.

Как насчет дюбелей в наружных стенах? Я просто поручу своим обученным установщикам SIP просверлить пластину на месте, отметить палубу для местоположения, просверлить снизу панели с помощью бурового долота 1 ½ дюйма до высоты около 16 дюймов, а затем отметить панель. Эта простая подготовка покажет электрику, где именно у него есть доступ к стене, и ему не придется сверлить пластину — сложное упражнение, когда SIP уже на месте. С помощью этой процедуры мой электрик остается довольным и движется вместе с проводкой с невероятной скоростью. Подвал или подвальное помещение становятся «горизонтальной погоней», и мы просто протягиваем трос на 14 дюймов в каждом предварительно просверленном месте.

Есть бетонная плита? Это один из немногих случаев, когда я заказываю на заводе нижнюю горизонтальную канавку.

Так что, когда ваш клиент или строитель начинает говорить о том, чтобы сделать вертикальные прорези в каждой панели, подумайте, как молекула воздуха. Многочисленные пути прохождения воздуха через ограждающие конструкции усложняют победу в битве за энергоэффективность (герметичность). Если пути созданы электрическими погонями, вы должны запланировать вернуться и заполнить или заткнуть их все. Мой совет: планируйте заранее полную электрическую схему и устанавливайте чеки только там, где они вам нужны.

значок календаря

16 декабря 2015 г., 10:35:23 ·

Время чтения

3 минуты чтения

Почему SiP? | Электронный дизайн

>> Ресурсы по проектированию электронных устройств
. . >> Библиотека: Серия статей
.. .. >> Серия: Путь к системам

Интеграция была движущей силой полупроводниковой промышленности с момента изобретения транзистора. Основное предположение заключается в том, что ответом было размещение большего количества транзисторов на куске кремния — теперь «какой у вас был вопрос?» Много лет назад мы использовали такие термины, как SSI, MSI и LSI (мелкомасштабная интеграция, среднемасштабная интеграция и крупномасштабная интеграция соответственно). Эти термины представляли собой развитие технологий и процессов интеграции транзисторов.

Эта последовательность, однако, не описывала функциональную интеграцию, возникшую в результате. Следовательно, были названы такие описания, как ASIC и SoC (интегральная схема для конкретного приложения и система на кристалле). Все эти термины помогли сохранить в перспективе стремление к большей системной интеграции. Например, . На рис. 1 показана разница в функциональных возможностях двух однокристальных систем DSP от Texas Instruments (TI) с разницей примерно в 10 лет.

1. Сравнение интеграции двух процессоров с разницей в 10 лет.

Наряду с повышенной производительностью при гораздо меньшем технологическом узле процессор C6A8168 объединяет специальные ядра для обработки графики, отображения видео и ядро ​​Cortex A8 ARM. Наряду с этими ядрами новый процессор также объединяет несколько подсистем для подключения, синхронизации, хранения данных и периферийных устройств. Сравнение показывает, как далеко продвинулась отрасль.

По мере того, как мы продвигаемся вперед в этой области с интеграцией как на уровне транзисторов, так и на функциональном уровне, новые достижения в технологии корпусов и печатных плат привели к появлению таких терминов, как MCM, SOM и SiP (многочиповый модуль, система на модуле). и система-в-пакете).

Темой этой статьи является этот последний дескриптор интеграции. Мы будем использовать термин «система в корпусе» (SiP), так как он лучше всего описывает, что это такое — следующая революция в интеграции схем.

Давайте начнем с представления «изнутри» SiP-устройства.

Под капотом

Общая концепция разработки SiP является негласным результатом следования закону Мура. То есть, чтобы продолжать интеграцию, нам нужно было сосредоточить разработку кремниевых процессов на каждом из различных типов схем. Например, поскольку микропроцессор нуждался в другом процессе, отличном от процесса запоминающего устройства, аналоговой схемы, устройства управления питанием или сенсорного устройства, очевидным ответом была интеграция на системном уровне. Это можно назвать источником технологии SiP.

Несмотря на относительную новизну термина, SiP в той или иной форме существуют уже давно. Дискреционная проводка ¹ , MCM и гибридные интегральные схемы (HIC) ² были созданы в 1970-х годах. Ранняя адаптация нынешней формы SiP-технологии произошла в конце 90-х, когда Intel Pentium Pro

3 объединил процессор и кэш-память на отдельных кристаллах. В отличие от первых дней, SiP превратился в нишевое решение с приложениями для беспроводной связи и датчиков.

SiP — это полупроводниковое устройство, в которое интегрированы системы. На рис. 2 показан пример SiP OSD335x-SM. Компоненты SiP включают кристалл; в этом примере он соединен проволокой с подложкой. Часто может быть более одного разнородного кристалла, например, микросхемы управления питанием, аналоговые физические устройства и память. SiP также может интегрировать упакованные части и другие модули SiP. Кроме того, методы интеграции также могут различаться, например, многослойный кристалл, флип-чип, через кремний через (TSV) или 3D SiC (3D многослойная ИС).

2. Показан OSD335x-SM Octavo Systems, на котором показаны компоненты SiP.

Зачем использовать SiP?

Последние несколько лет были не лучшими для закона Мура. Переход к следующему узлу обработки теперь требует инвестиций в миллиарды долларов. В результате отрасль стремится оптимизировать процессы и производить эффективные полупроводниковые продукты, одновременно ища лучшие пути интеграции.

Промышленность также сталкивается с длительными циклами проектирования. Современные встроенные системы имеют сложные функциональные возможности, реализованные на высокоскоростных линиях передачи данных и конкретных протоколах PHY. Многие высокоскоростные интерфейсы, такие как Ethernet, используют аналоговую сигнализацию. Многие продукты теперь также имеют блоки преобразования и обработки аналоговых сигналов, которые не вписываются в SoC. Датчики МЭМ являются хорошим примером. Память — еще один нелогический компонент, который в настоящее время интегрируется в большинство IoT/встраиваемых устройств. Все это создает сложные встраиваемые системы, но с поразительными общими чертами.

Несмотря на то, что соблюдение закона Мура было сложным для логики, масштабирование процесса было сложнее для аналоговых и смешанных сигналов. В результате у нас больше нет единственного производственного процесса ИС. Как видно из Рисунок 3 , мы создали процессы, которые нужно оптимизировать для конкретных нужд. Существует оптимизированный процесс для высокопроизводительных микропроцессоров, памяти, высокопроизводительного управления питанием звука и радиочастотных цепей.

3. Закон Мура заставляет полупроводниковые процессы развиваться в нескольких направлениях.

Из-за компонентов с высокоскоростными интерфейсами, которые необходимо интегрировать отдельно, конечный продукт часто бывает сложным, что приводит к увеличению затрат на проектирование и производство. Наряду с увеличением сложности дизайна и времени выхода на рынок это налагает фундаментальные ограничения на новые и инновационные продукты с высоким барьером входа для новых компаний, занимающихся проектированием систем.

Технология SiP решает все эти проблемы. Некоторые преимущества описаны ниже:

Упрощение: Разработчики систем могут интегрировать SiP-компоненты в качестве абстрактных строительных блоков, что позволяет им быстрее проектировать и значительно сократить цикл проектирования. Дизайн интерфейса с удвоенной скоростью передачи данных (DDR) является ярким примером этого преимущества. Компоновка DDR вместе с дизайном и распределением питания являются одними из распространенных мест, которые требуют повторного вращения / перепроектирования. Сложность текущей среды проектирования приводит к тому, что циклы проектирования составляют 12–24 месяца. В зависимости от того, что интегрирует SiP, цикл проектирования может быть сокращен вдвое, часто без необходимости большого опыта проектирования оборудования в команде. Кроме того, системный подход к интеграции позволяет упростить производство материалов (BOM), устраняя отладку для тривиальных, но важных интерфейсов, таких как DDR. Это приводит к получению готового продукта намного быстрее, чем в противном случае.

Технологичность и выход: Хотя технологичность является постоянно развивающейся концепцией, когда речь идет о полупроводниковой промышленности, чем менее сложна конструкция, т. продукт. Это та область, где опыт SiP может оказаться очень кстати. Подобно приготовлению пищи по правильному рецепту, при правильном подходе к дизайну SiP, выборе подложки, подборе состава для форм и термомеханическому моделированию выход и технологичность могут быть чрезвычайно положительными.

Миниатюризация: Другим высоко ценимым аспектом полупроводников, особенно в эпоху интеллектуальных гаджетов IoT, является минимизация размера системы. В средней системе, где только 10 % компонентов составляют интегральные схемы, ⁴ миниатюризация является сложным процессом и иногда невозможна без компромиссов или более дорогой системы. Правила проектирования SiP допускают не только гораздо более тесную интеграцию кристалла, но и более тесную пассивную интеграцию. Это уменьшает общий размер системы на целых 65%. ⁵ Таким образом, во многих отношениях SiP можно рассматривать как дополнение к закону Мура с системным подходом к интеграции.

Снижение стоимости: Миниатюризация часто связана с увеличением стоимости. На самом деле это может быть не так в случае системы в корпусе из-за эффекта масштаба в полупроводниковой промышленности. Это связано с тем, что стоимость производства с рядом интегрированных компонентов в больших объемах снижает стоимость для всех клиентов. Снижение затрат не останавливается на достигнутом. Стоимость сборки, дискретные накладные расходы на спецификацию и стоимость проектирования печатной платы могут значительно снизиться в зависимости от системы. Анализ SiP OSD335x показывает экономию средств до 20 %.

Надежность: По сравнению с системой печатных плат, использующей дискретные компоненты (ИС, пассивные устройства), SiP не уступает или лучше с точки зрения вероятности отказа. В SiP используется тот же квалифицированный набор кремниевых и пассивных устройств, что и в версии с упакованными компонентами, поэтому внутренняя надежность этих отдельных компонентов будет такой же. Потенциальное улучшение достигается за счет надежности паяного соединения. В случае формованных SIP-панелей, таких как OSD3358-BSM, паяные соединения составных корпусных микросхем и пассивных устройств полностью герметизированы формовочным компаундом. Формовочный компаунд защищает места пайки от напряжений.

Наиболее распространенные нагрузки, вызывающие выход из строя паяных компонентов, связаны с изгибом и изгибом платы, ударами и вибрацией, а также температурными циклами. В каждом из этих случаев напряжение значительно снижается из-за защитного формовочного компаунда, окружающего компоненты. Кроме того, SIP проходят те же интенсивные квалификационные испытания, что и полупроводниковые компоненты; эти тесты, как правило, более строгие, чем обычно используемые квалификационные тесты печатных плат. На рис. 4 показаны результаты типичного квалификационного теста OSD3358-BSM.

4. Результаты типичного квалификационного теста OSD3358-BSM.

Требования следующего поколения: продолжение разработки монолитных SoC создает препятствия на нескольких фронтах. Проверка конструкции и технологичность усложняются по мере увеличения размера матрицы просто из-за большей вероятности примесей / производственных дефектов на большей матрице.

Еще одним ключевым вопросом является интеллектуальная собственность и юридические вопросы, возникающие при повторном использовании дизайна. По мере того, как изобретаются новые достижения, такие как более эффективные протоколы связи и методы модуляции, попытки разработать монолитные кристаллы, которые не отстают, становятся ни экономичными, ни быстрыми. В этом контексте SiP является отличной альтернативой. С другой стороны, SiP также устраняет/значительно уменьшает ограничения существующей технологии производства печатных плат. SiP уменьшает форм-фактор системы, значительно увеличивает пропускную способность между чипами и снижает энергопотребление системы за счет коротких и тонких электрических дорожек.

Но в чем проблема?

Но необходимо учитывать и недостатки: отсутствие гибкости; невозможность настройки и необходимость больших объемов, чтобы быть жизнеспособным в процессе производства ИС.

Отсутствие гибкости

Поскольку SiP — это системы, а не компоненты, они по своей природе зависят от приложений и, как правило, более специфичны для приложений, чем SoC. SoC предназначены для использования в качестве компонентов, используемых во многих системах, и поэтому, как правило, не зависят от клиента, а разрабатываются как стандартные компоненты. Таким образом, экономия за счет масштаба, характерная для крупносерийных SoC, теряется в мире SiP.

Невозможность настройки

Системы, построенные на дискретных компонентах, обеспечивают большую гибкость при проектировании и разработке; небольшие изменения в дизайне часто вносятся без серьезного редизайна. Такие изменения нецелесообразны в SiP, потому что основные компоненты, такие как подложка или соединительные системы, требуют серьезных изменений, связанных с изменением конструкции подложки. Редизайн не только увеличит стоимость проекта, но и приведет к задержке графика на несколько месяцев. В идеале хотелось бы иметь SiP с гибкостью системы с дискретными компонентами, но при этом иметь экономию от масштаба SoC.

Потребность в больших объемах

Полупроводниковая промышленность добилась успеха благодаря стремлению снизить себестоимость производства. Ключевым компонентом этого стремления являются методы крупносерийного производства. Это создает серьезную проблему для проектирования системы, которая требует только тысячи в месяц, а не миллионы в месяц. Очевидно, что потребность в больших объемах является ключом к успеху любой технологии ИС, включая технологию SiP. Вопрос заключается в том, как производить системные компоненты небольшого объема, не изменяя при этом крупносерийный производственный процесс.

Заключение

В предыдущей статье этой серии мы описали возможности и проблемы, стоящие перед полупроводниковой промышленностью. Акцент сместился с компонентного взгляда на системный подход к проектированию, и промышленность требует более высокой производительности при меньшей сложности и большей технологичности.