PCB在汽車電子可靠性設(shè)計中的重要性

　　但是最終的虛擬樣機必須在能預(yù)期的汽車環(huán)境下對最終產(chǎn)品外殼里的單個或多個PCB工況下執(zhí)行。這種分析常見于典型的機械計算機輔助設(shè)計（MCAD）系統(tǒng)對產(chǎn)品有完整物理定義的機械設(shè)計領(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)計人員必須將PCB設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞給機械設(shè)計人員，讓他們嵌入外殼。MCAD系統(tǒng)對元件及其引線等，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。機械設(shè)計人員接著使用明導(dǎo)的FloTHERM這類軟件，運用計算流體力學(xué)并結(jié)合對流、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)擴展到不僅能確定IC結(jié)溫溫度，還能給設(shè)計人員指導(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。

　　另一個有價值的做法是確定“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。這個簡單的變化能使IC溫度降低74%。

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

　　在PCB設(shè)計和機械設(shè)計領(lǐng)域使用復(fù)雜熱分析能帶來更好的熱管理和可靠性，且無需建立和測試多種物理樣機。這節(jié)約了大量時間和費用。另外，有了與設(shè)計系統(tǒng)緊密整合的方便易用的軟件，設(shè)計人員能快速利用多種“假設(shè)”場景進行實驗，并獲得性能更好的解決方案。

高加速壽命測試

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

　　目前有軟件可以在虛擬樣機模式下開展同樣的測試。設(shè)計人員可利用這種軟件對PCB進行界定并輕松開展損耗仿真實驗。該軟件可在幾小時內(nèi)完成復(fù)雜的分析，并指出可能出現(xiàn)的故障（圖3）?？蓪@些故障進行校正，并在新的設(shè)計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)境下都對可能出現(xiàn)的故障進行分析，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)小時內(nèi)完成振蕩、震動和溫度循環(huán)故障分析，而在測試室內(nèi)則需要幾周甚至幾個月的時間。

　　電源完整性分析保證高可靠性

　　在電子產(chǎn)品設(shè)計中，電源完整性是一項越來越復(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可在多個電壓模式下工作，電壓可低至0.9伏。因此，單個印刷電路板需要多個復(fù)雜的配電網(wǎng)來提供這些電壓和地線。為節(jié)省成本，計算機輔助設(shè)計人員不得不將這些多個配電網(wǎng)（PDN）放入盡可能少的接地層中。結(jié)果可能會出現(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。