熱管理在汽車(chē)電子設計中的重要性
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電子設備的主要熱源是其半導體芯片(IC)，這些芯片對溫度非常敏感，使得冷卻方案的設計成了挑戰。過(guò)熱會(huì )使芯片過(guò)早失效。隨著(zhù)功能的增加，相關(guān)散熱問(wèn)題日益突顯，成為電子設備發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)潛在制約因素。對關(guān)鍵器件，需要合適的冷卻策略來(lái)防止其過(guò)熱和失效。
圖1：當今汽車(chē)中的電子類(lèi)功能不斷增加
●讓產(chǎn)品及時(shí)面市。比計劃晚哪怕僅僅幾周都可能推遲新車(chē)型的交付，令汽車(chē)公司損失數百萬(wàn)美元。
●讓設計人員能夠嘗試多種設計方案。打造出更高質(zhì)量、更優(yōu)性能和更具競爭力的產(chǎn)品。
●減少樣機數量。樣機會(huì )耗費相當多的資金和時(shí)間。
●交付可靠性高的產(chǎn)品。節約保修和召回費用，保持企業(yè)良好聲譽(yù)。
使用機械設計自動(dòng)化(MDA)軟件的機械設計人員負責產(chǎn)品除集成電路(IC)與PCB板以外其他所有部件的結構設計。因此他們需要與使用電子設計自動(dòng)化(EDA)軟件的電子設計人員合作。過(guò)去，MDA與EDA這兩個(gè)領(lǐng)域通常僅通過(guò)傳遞全部數據的IDF標準來(lái)交互數據，該方法沒(méi)有傳遞散熱相關(guān)信息的數據過(guò)濾器。這就導致帶入熱分析的設計細節過(guò)多，使CFD模擬要么需要設計人員手工簡(jiǎn)化模型，要么就要承受模型機械造成的過(guò)長(cháng)的CFD運行時(shí)間或收斂差。
圖2：包括電子控制單元(ECU)和泵控制器在內的所有汽車(chē)電子器件都需要良好的熱管理
良好的熱管理應當在開(kāi)發(fā)過(guò)程的概念階段就開(kāi)始設計。這些產(chǎn)品常常是復雜的系統，需要幾個(gè)不同背景設計部門(mén)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(kāi)發(fā)人員、可靠性工程師、機械設計師、營(yíng)銷(xiāo)、無(wú)線(xiàn)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“根據給定的空間、尺寸規格、想要的性能與功能等條件，系統產(chǎn)生的熱能得到有效管理嗎？”
通過(guò)采用Mentor Graphics公司新的FloTHERM XT解決方案，機械設計師或熱設計工程師能輕松創(chuàng )建IC、PCB和機箱的概念模型，然后進(jìn)行模擬，看看能否有效散熱。如果能的話(huà)，那么從熱管理角度來(lái)看，設計就能進(jìn)行下去。如果任何一個(gè)其它設計部門(mén)的人員經(jīng)過(guò)概念階段后發(fā)現無(wú)法進(jìn)行下去，他們可能需要改變系統的功能規范、尺寸規格、使用的器件或其它一些因素。然而，如果在后續的開(kāi)發(fā)過(guò)程中才發(fā)現問(wèn)題并重新設計的話(huà)，所需成本就會(huì )顯著(zhù)增加。
從開(kāi)發(fā)過(guò)程的概念階段就開(kāi)始考慮熱設計的另一個(gè)原因是為后續詳細設計提供指導。在對PCB板或機箱進(jìn)行詳細的設計之前，設計人員能夠輕松創(chuàng )建并對比多種概念設計方案，然后選擇最好的方案，并使用這些數據為詳細的系統設計提供指導。
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