PCB在汽车电子可靠性设计中的重要性

　　但是最终的虚拟样机必须在能预期的汽车环境下对最终产品外壳里的单个或多个PCB工况下执行。这种分析常见于典型的机械计算机辅助设计（MCAD）系统对产品有完整物理定义的机械设计领域，完整定义包括外壳、安装方法、散热器和热轨，及 PCB等。PCB设计人员必须将PCB设计数据传递给机械设计人员，让他们嵌入外壳。MCAD系统对元件及其引线等，以及完整产品的所有成分需要拥有完整的3D物理定义和热特性。机械设计人员接着使用明导的FloTHERM这类软件，运用计算流体力学并结合对流、辐射和热传导分析，来确定IC是否超出临界温度，以及是否可能引起可靠性或性能问题。

　　FloTHERM如今已经扩展到不仅能确定IC结温温度，还能给设计人员指导可能引起问题的原因以及如何解决问题。该软件可找出“热瓶颈”来显示热流路径哪部分被限制。设计人员利用这一信息能找出可替代的元件安装技术，以及PCB至外壳的更好热传导路径等，从而缓解瓶颈。

　　另一个有价值的做法是确定“热捷径”，其能指出可加快散热的潜在可能性设计方案。图2的例子显示了高热IC的原始问题以及解决问题的捷径确定。这种情况下在IC和外壳之间增加填充垫，能形成更直接的环境热传递路径。这个简单的变化能使IC温度降低74%。

　　图2：确定热捷径能引导设计人员做出改变，使散热发生很大变化。

　　在PCB设计和机械设计领域使用复杂热分析能带来更好的热管理和可靠性，且无需建立和测试多种物理样机。这节约了大量时间和费用。另外，有了与设计系统紧密整合的方便易用的软件，设计人员能快速利用多种“假设”场景进行实验，并获得性能更好的解决方案。

高加速寿命测试

　　车辆出现可靠性问题的另一原因是PCB的持续振动及随后出现的组件引线和附件故障。一般可通过构建样机并将它们放置在加速室，使PCB发生振动和温度循环试验，以检测是否出现故障。随着设计的进展，这种方法需要构建多个样机，并且通常需要几周甚至几个月的时间才能完成在加速室对汽车零部件预期寿命的模拟。这是一项非常耗时且费用极高的过程，因此可靠性增强测试可能并不完整和全面。

　　目前有软件可以在虚拟样机模式下开展同样的测试。设计人员可利用这种软件对PCB进行界定并轻松开展损耗仿真实验。该软件可在几小时内完成复杂的分析，并指出可能出现的故障（图3）。可对这些故障进行校正，并在新的设计版本中重新开展模拟。这种反复的过程可迅速获得合适的可靠性解决方案。以色列国防部早期成功将该软件部署在他们的新一代战车上。如果该软件可以在战车的极端环境下都对可能出现的故障进行分析，那么我将信赖其应用在我的汽车上。

　　图3：明导的H.A.L.T. 软件可以在数小时内完成振荡、震动和温度循环故障分析，而在测试室内则需要几周甚至几个月的时间。

　　电源完整性分析保证高可靠性

　　在电子产品设计中，电源完整性是一项越来越复杂的问题。几年前，所有的IC都是在5伏的电压下工作，您只需要一个5V电源和接地层即可为零部件提供充足稳定的电源。而如今，IC可在多个电压模式下工作，电压可低至0.9伏。因此，单个印刷电路板需要多个复杂的配电网来提供这些电压和地线。为节省成本，计算机辅助设计人员不得不将这些多个配电网（PDN）放入尽可能少的接地层中。结果可能会出现像图4一样的配电网，内部空间非常狭窄（颈部起伏），但又需要为 IC提供高电平电流。