熱管理在汽車電子設(shè)計(jì)中的重要性
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電子設(shè)備的主要熱源是其半導(dǎo)體芯片(IC)，這些芯片對(duì)溫度非常敏感，使得冷卻方案的設(shè)計(jì)成了挑戰(zhàn)。過熱會(huì)使芯片過早失效。隨著功能的增加，相關(guān)散熱問題日益突顯，成為電子設(shè)備發(fā)展過程中的一個(gè)潛在制約因素。對(duì)關(guān)鍵器件，需要合適的冷卻策略來防止其過熱和失效。
圖1：當(dāng)今汽車中的電子類功能不斷增加
●讓產(chǎn)品及時(shí)面市。比計(jì)劃晚哪怕僅僅幾周都可能推遲新車型的交付，令汽車公司損失數(shù)百萬美元。
●讓設(shè)計(jì)人員能夠嘗試多種設(shè)計(jì)方案。打造出更高質(zhì)量、更優(yōu)性能和更具競爭力的產(chǎn)品。
●減少樣機(jī)數(shù)量。樣機(jī)會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)多的資金和時(shí)間。
●交付可靠性高的產(chǎn)品。節(jié)約保修和召回費(fèi)用，保持企業(yè)良好聲譽(yù)。
使用機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化(MDA)軟件的機(jī)械設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)產(chǎn)品除集成電路(IC)與PCB板以外其他所有部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此他們需要與使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)軟件的電子設(shè)計(jì)人員合作。過去，MDA與EDA這兩個(gè)領(lǐng)域通常僅通過傳遞全部數(shù)據(jù)的IDF標(biāo)準(zhǔn)來交互數(shù)據(jù)，該方法沒有傳遞散熱相關(guān)信息的數(shù)據(jù)過濾器。這就導(dǎo)致帶入熱分析的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)過多，使CFD模擬要么需要設(shè)計(jì)人員手工簡化模型，要么就要承受模型機(jī)械造成的過長的CFD運(yùn)行時(shí)間或收斂差。
圖2：包括電子控制單元(ECU)和泵控制器在內(nèi)的所有汽車電子器件都需要良好的熱管理
良好的熱管理應(yīng)當(dāng)在開發(fā)過程的概念階段就開始設(shè)計(jì)。這些產(chǎn)品常常是復(fù)雜的系統(tǒng)，需要幾個(gè)不同背景設(shè)計(jì)部門的協(xié)作：IC和(FPGA)工程師、PCB板布局工程師、制造工程師、軟件開發(fā)人員、可靠性工程師、機(jī)械設(shè)計(jì)師、營銷、無線射頻和高速電氣工程師等等。在概念階段需做出與產(chǎn)品的可行性相關(guān)的決定。其中就涉及到“根據(jù)給定的空間、尺寸規(guī)格、想要的性能與功能等條件，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能得到有效管理嗎？”
通過采用Mentor Graphics公司新的FloTHERM XT解決方案，機(jī)械設(shè)計(jì)師或熱設(shè)計(jì)工程師能輕松創(chuàng)建IC、PCB和機(jī)箱的概念模型，然后進(jìn)行模擬，看看能否有效散熱。如果能的話，那么從熱管理角度來看，設(shè)計(jì)就能進(jìn)行下去。如果任何一個(gè)其它設(shè)計(jì)部門的人員經(jīng)過概念階段后發(fā)現(xiàn)無法進(jìn)行下去，他們可能需要改變系統(tǒng)的功能規(guī)范、尺寸規(guī)格、使用的器件或其它一些因素。然而，如果在后續(xù)的開發(fā)過程中才發(fā)現(xiàn)問題并重新設(shè)計(jì)的話，所需成本就會(huì)顯著增加。
從開發(fā)過程的概念階段就開始考慮熱設(shè)計(jì)的另一個(gè)原因是為后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。在對(duì)PCB板或機(jī)箱進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)人員能夠輕松創(chuàng)建并對(duì)比多種概念設(shè)計(jì)方案，然后選擇最好的方案，并使用這些數(shù)據(jù)為詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
評(píng)論