PCB在汽車電子可靠性設(shè)計(jì)中的重要性

　　但是最終的虛擬樣機(jī)必須在能預(yù)期的汽車環(huán)境下對(duì)最終產(chǎn)品外殼里的單個(gè)或多個(gè)PCB工況下執(zhí)行。這種分析常見于典型的機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（MCAD）系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品有完整物理定義的機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，完整定義包括外殼、安裝方法、散熱器和熱軌，及 PCB等。PCB設(shè)計(jì)人員必須將PCB設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)械設(shè)計(jì)人員，讓他們嵌入外殼。MCAD系統(tǒng)對(duì)元件及其引線等，以及完整產(chǎn)品的所有成分需要擁有完整的3D物理定義和熱特性。機(jī)械設(shè)計(jì)人員接著使用明導(dǎo)的FloTHERM這類軟件，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)并結(jié)合對(duì)流、輻射和熱傳導(dǎo)分析，來確定IC是否超出臨界溫度，以及是否可能引起可靠性或性能問題。

　　FloTHERM如今已經(jīng)擴(kuò)展到不僅能確定IC結(jié)溫溫度，還能給設(shè)計(jì)人員指導(dǎo)可能引起問題的原因以及如何解決問題。該軟件可找出“熱瓶頸”來顯示熱流路徑哪部分被限制。設(shè)計(jì)人員利用這一信息能找出可替代的元件安裝技術(shù)，以及PCB至外殼的更好熱傳導(dǎo)路徑等，從而緩解瓶頸。

　　另一個(gè)有價(jià)值的做法是確定“熱捷徑”，其能指出可加快散熱的潛在可能性設(shè)計(jì)方案。圖2的例子顯示了高熱IC的原始問題以及解決問題的捷徑確定。這種情況下在IC和外殼之間增加填充墊，能形成更直接的環(huán)境熱傳遞路徑。這個(gè)簡(jiǎn)單的變化能使IC溫度降低74%。

　　圖2：確定熱捷徑能引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員做出改變，使散熱發(fā)生很大變化。

　　在PCB設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用復(fù)雜熱分析能帶來更好的熱管理和可靠性，且無需建立和測(cè)試多種物理樣機(jī)。這節(jié)約了大量時(shí)間和費(fèi)用。另外，有了與設(shè)計(jì)系統(tǒng)緊密整合的方便易用的軟件，設(shè)計(jì)人員能快速利用多種“假設(shè)”場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并獲得性能更好的解決方案。

高加速壽命測(cè)試

　　車輛出現(xiàn)可靠性問題的另一原因是PCB的持續(xù)振動(dòng)及隨后出現(xiàn)的組件引線和附件故障。一般可通過構(gòu)建樣機(jī)并將它們放置在加速室，使PCB發(fā)生振動(dòng)和溫度循環(huán)試驗(yàn)，以檢測(cè)是否出現(xiàn)故障。隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展，這種方法需要構(gòu)建多個(gè)樣機(jī)，并且通常需要幾周甚至幾個(gè)月的時(shí)間才能完成在加速室對(duì)汽車零部件預(yù)期壽命的模擬。這是一項(xiàng)非常耗時(shí)且費(fèi)用極高的過程，因此可靠性增強(qiáng)測(cè)試可能并不完整和全面。

　　目前有軟件可以在虛擬樣機(jī)模式下開展同樣的測(cè)試。設(shè)計(jì)人員可利用這種軟件對(duì)PCB進(jìn)行界定并輕松開展損耗仿真實(shí)驗(yàn)。該軟件可在幾小時(shí)內(nèi)完成復(fù)雜的分析，并指出可能出現(xiàn)的故障（圖3）?？蓪?duì)這些故障進(jìn)行校正，并在新的設(shè)計(jì)版本中重新開展模擬。這種反復(fù)的過程可迅速獲得合適的可靠性解決方案。以色列國(guó)防部早期成功將該軟件部署在他們的新一代戰(zhàn)車上。如果該軟件可以在戰(zhàn)車的極端環(huán)境下都對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，那么我將信賴其應(yīng)用在我的汽車上。

　　圖3：明導(dǎo)的H.A.L.T. 軟件可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成振蕩、震動(dòng)和溫度循環(huán)故障分析，而在測(cè)試室內(nèi)則需要幾周甚至幾個(gè)月的時(shí)間。

　　電源完整性分析保證高可靠性

　　在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，電源完整性是一項(xiàng)越來越復(fù)雜的問題。幾年前，所有的IC都是在5伏的電壓下工作，您只需要一個(gè)5V電源和接地層即可為零部件提供充足穩(wěn)定的電源。而如今，IC可在多個(gè)電壓模式下工作，電壓可低至0.9伏。因此，單個(gè)印刷電路板需要多個(gè)復(fù)雜的配電網(wǎng)來提供這些電壓和地線。為節(jié)省成本，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)人員不得不將這些多個(gè)配電網(wǎng)（PDN）放入盡可能少的接地層中。結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)像圖4一樣的配電網(wǎng)，內(nèi)部空間非常狹窄（頸部起伏），但又需要為 IC提供高電平電流。