明导：热管理在汽车电子设计过程中的重要性

Mentor Graphics(明导国际)近日发布一份题为《提高汽车产品的竞争力与可靠性 -- 热管理在汽车电子设计过程中的重要性》的研究报告。

1.报告作者介绍

John Isaac，Mentor Graphics公司市场开发部总监。

2.前言、背景

当今汽车中的电子类功能(图1)不断增加，并将很快超过机械类功能所提供的价值。电子类功能也正成为车型的主要竞争元素。车型按时交付的制约因素已经不再是机械设计，而是电子和软件。因此不仅要快速设计出这些电子部件来，还要让其具备较高的性能、质量并满足可靠性标准。如果它们的可靠性较低，且在售后出现故障，那么企业不但将承受巨额的保修和召回费用，还可能令其声誉受损。

图1 -- 当今汽车中的电子类功能不断增加

电子设备的主要热源是其半导体芯片 (IC)，这些芯片对温度非常敏感，使得冷却方案的设计成了挑战。过热会使芯片过早失效。随着功能的增加，相关散热问题日益突显，成为电子设备发展过程中的一个潜在制约因素。对关键器件，需要合适的冷却策略来防止其过热和失效。

图2 -- 包括电子控制单元 (ECU) 和泵控制器在内的所有汽车电子器件都需要良好的热管理

3.全文要点与大纲如下：

为何要从概念设计阶段开始?

通过采用Mentor Graphics公司新的 FloTHERM XT 解决方案，机械设计师或热设计工程师能轻松创建IC、PCB和机箱的概念模型，然后进行模拟，看看能否有效散热。如果能的话，那么从热管理角度来看，设计就能进行下去。如果任何一个其它设计部门的人员经过概念阶段后发现无法进行下去，他们可能需要改变系统的功能规范、尺寸规格、使用的器件或其它一些因素。然而，如果在后续的开发过程中才发现问题并重新设计的话，所需成本就会显著增加。

从开发过程的概念阶段就开始考虑热设计的另一个原因是为后续详细设计提供指导。在对PCB板或机箱进行详细的设计之前，设计人员能够轻松创建并对比多种概念设计方案，然后选择最好的方案，并使用这些数据为详细的系统设计提供指导。

使用 FloTHERM XT 设计汽车元器件

如图3所示为使用 FloTHERM XT 设计复杂部件的典型流程。该流程的第一步是PCB板的概念布局。这一步骤中，设计师可做出PCB板以及他/她知道将产生热量的元器件的粗略模型。使用该工具时，可自己创建元件模型或从 SmartParts™ 库中选取模型。SmartParts 库包含完整的元器件模型以及可轻松修改成实际元器件结构的模板。然后，即可把这些元器件定位在概念设计PCB板上。

图3 -- 使用 FloTHERM XT，在从概念到最终方案验证的设计过程都与 MDA 和 EDA 设计工具密切整合。

然后设计师可以创建一个概念设计机箱，并将PCB板置于机箱内。FloTHERM XT 拥有完整的机械设计功能，因此，可根据需要细化元器件或者机箱的模型，以正确描述目标产品。PCB板置于机箱内以后，便可添加边界条件并进行 CFD 热仿真分析。设计师可根据结果修改元器件布局、为过热元器件添加散热片、修改机箱，然后重新进行分析。

持续该过程直至设计师满意(他/她得到了很好的热管理解决方案)为止。与热相关的零部件正确放置于PCB板上。PCB板正确放置于机箱内。机箱形状和材料可提供良好的传导、对流或热辐射散热。然后，即可结束概念设计工作，信息传递给 MDA 和 EDA 设计师，用于详细设计。

图4 -- 拥有一个设计师和热专业人员都可以使用的快速而准确的热分析工具(与MDA 和 EDA 相结合)有助于满足汽车公司积极的业务需求。

4.研究报告总结

使用 FloTHERM XT，设计工程师可进行前端分析、把握趋势、快速解决问题、通过快速求解并对比不同的方案从而取得更大的项目进展，以此有效补充专职分析人员在项目后期验证阶段的工作。和传统CFD软件相比，可将仿真周期时间从几周缩短至几天或一天。设计师可对比多种设计方案，开发出更具竞争力和更可靠的产品，而较短的仿真周期时间则可加快产品上市(图4)。