汽車(chē)電子設計中PCB的可靠性如何檢測？

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。

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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。

圖3：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

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。

圖4：電源完整性分析可確定可能出現的長(cháng)期印刷電路板故障

空間狹窄可導致嚴重的可靠性問(wèn)題，而這一問(wèn)題可能幾年后才會(huì )顯現。電流過(guò)高會(huì )使空間溫度上升，從而導致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，并可確定虛擬樣機和高電平電流密度空間。然后設計人員便能夠對空間進(jìn)行擴大或在相鄰層創(chuàng )建平行電流路徑，從而在維持IC充足電流供應的同時(shí)解決這一問(wèn)題。

在測試室內通過(guò)使用物理樣機對電流密度問(wèn)題進(jìn)行測試并不實(shí)際，因為它可能在幾年后才能引發(fā)故障。而問(wèn)題可能永遠不會(huì )顯現出來(lái)，導致隨后出現這方面的故障。