汽車電子設(shè)計中PCB的可靠性如何檢測？

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(jī)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(jī)。這節(jié)約了大量時間和費(fèi)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(jìn)行實驗，并獲得性能更好的解決方案。

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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(jī)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(jìn)展，這種方法需要構(gòu)建多個樣機(jī)，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(fèi)用極高的過程，因此可靠性增強(qiáng)測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試。設(shè)計人員可利用這種軟件對PCB進(jìn)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）。可對這些故障進(jìn)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。

圖3：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

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(jī)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。

圖4：電源完整性分析可確定可能出現(xiàn)的長期印刷電路板故障

空間狹窄可導(dǎo)致嚴(yán)重的可靠性問題，而這一問題可能幾年后才會顯現(xiàn)。電流過高會使空間溫度上升，從而導(dǎo)致PCB像保險絲一樣燒壞或爆板。而目前可在軟件中對這些配電網(wǎng)進(jìn)行分析，并可確定虛擬樣機(jī)和高電平電流密度空間。然后設(shè)計人員便能夠?qū)臻g進(jìn)行擴(kuò)大或在相鄰層創(chuàng)建平行電流路徑，從而在維持IC充足電流供應(yīng)的同時解決這一問題。

在測試室內(nèi)通過使用物理樣機(jī)對電流密度問題進(jìn)行測試并不實際，因為它可能在幾年后才能引發(fā)故障。而問題可能永遠(yuǎn)不會顯現(xiàn)出來，導(dǎo)致隨后出現(xiàn)這方面的故障。