PCB在汽車(chē)電子可靠性設計中的重要性

　　但是最終的虛擬樣機必須在能預期的汽車(chē)環(huán)境下對最終產(chǎn)品外殼里的單個(gè)或多個(gè)PCB工況下執行。這種分析常見(jiàn)于典型的機械計算機輔助設計（MCAD）系統對產(chǎn)品有完整物理定義的機械設計領(lǐng)域，完整定義包括外殼、安裝方法、散熱器和熱軌，及 PCB等。PCB設計人員必須將PCB設計數據傳遞給機械設計人員，讓他們嵌入外殼。MCAD系統對元件及其引線(xiàn)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。機械設計人員接著(zhù)使用明導的FloTHERM這類(lèi)軟件，運用計算流體力學(xué)并結合對流、輻射和熱傳導分析，來(lái)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(wèn)題。

　　FloTHERM如今已經(jīng)擴展到不僅能確定IC結溫溫度，還能給設計人員指導可能引起問(wèn)題的原因以及如何解決問(wèn)題。該軟件可找出“熱瓶頸”來(lái)顯示熱流路徑哪部分被限制。設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計方案。圖2的例子顯示了高熱IC的原始問(wèn)題以及解決問(wèn)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：確定熱捷徑能引導設計人員做出改變，使散熱發(fā)生很大變化。

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

高加速壽命測試

　　車(chē)輛出現可靠性問(wèn)題的另一原因是PCB的持續振動(dòng)及隨后出現的組件引線(xiàn)和附件故障。一般可通過(guò)構建樣機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，以檢測是否出現故障。隨著(zhù)設計的進(jìn)展，這種方法需要構建多個(gè)樣機，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汽車(chē)零部件預期壽命的模擬。這是一項非常耗時(shí)且費用極高的過(guò)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(kāi)展同樣的測試。設計人員可利用這種軟件對PCB進(jìn)行界定并輕松開(kāi)展損耗仿真實(shí)驗。該軟件可在幾小時(shí)內完成復雜的分析，并指出可能出現的故障（圖3）?？蓪@些故障進(jìn)行校正，并在新的設計版本中重新開(kāi)展模擬。這種反復的過(guò)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車(chē)上。如果該軟件可以在戰車(chē)的極端環(huán)境下都對可能出現的故障進(jìn)行分析，那么我將信賴(lài)其應用在我的汽車(chē)上。

　　圖3：明導的H.A.L.T. 軟件可以在數小時(shí)內完成振蕩、震動(dòng)和溫度循環(huán)故障分析，而在測試室內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)品設計中，電源完整性是一項越來(lái)越復雜的問(wèn)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)復雜的配電網(wǎng)來(lái)提供這些電壓和地線(xiàn)。為節省成本，計算機輔助設計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。結果可能會(huì )出現像圖4一樣的配電網(wǎng)，內部空間非常狹窄（頸部起伏），但又需要為 IC提供高電平電流。