PCB在汽車電子可靠性設(shè)計(jì)中的重要性

汽車電子其實(shí)并非與其它復(fù)雜電子產(chǎn)品完全不同：多個(gè)中央處理器、網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集，以及極為復(fù)雜的PCB。汽車行業(yè)的設(shè)計(jì)壓力與其它類型的電子產(chǎn)品相似：設(shè)計(jì)時(shí)間短，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。那么汽車電子與例如一些高端娛樂(lè)產(chǎn)品電子之間有什么區(qū)別？天壤之別！如果PCB在娛樂(lè)產(chǎn)品中發(fā)生故障，人們的性命不受威脅；但要是在汽車中發(fā)生故障，人們的性命就岌岌可危了。因此，汽車電子部件的可靠性設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的一個(gè)主要方面。

　　時(shí)間和費(fèi)用壓力

　　與承受著設(shè)計(jì)時(shí)間和開發(fā)費(fèi)用壓力的所有產(chǎn)品一樣，汽車部件也不例外。一項(xiàng)開發(fā)實(shí)踐能給電子產(chǎn)品公司滿足這些基本商業(yè)目標(biāo)提供很大幫助，它是使用虛擬樣機(jī)來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并且無(wú)需費(fèi)用和時(shí)間來(lái)建立多種物理樣機(jī)，測(cè)試這些模型以及根據(jù)測(cè)試結(jié)果做出遞增修改。另外，影響產(chǎn)品可靠性的許多因素需要經(jīng)過(guò)數(shù)周、數(shù)月或者數(shù)年的物理破壞才能發(fā)現(xiàn)。因此這些情況下的物理樣機(jī)不是可行的方式。即使在實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，你也不可能精準(zhǔn)無(wú)誤地復(fù)制數(shù)年的物理振蕩、熱環(huán)境、震動(dòng)和溫度循環(huán)破壞。

　　仿真是關(guān)鍵

　　仿真，或者說(shuō)虛擬樣機(jī)，已經(jīng)成為了設(shè)計(jì)過(guò)程中越來(lái)越重要的步驟。正如前文所述，仿真不僅節(jié)省開發(fā)過(guò)程中的時(shí)間和費(fèi)用，還能仿真出汽車苛刻環(huán)境中更長(zhǎng)期的濫用效應(yīng)。正如明導(dǎo)電子的Expedition Enterprise一樣，一個(gè)復(fù)雜的PCB系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案含有多種形式的虛擬樣機(jī)功能，包括：

　　●模擬和數(shù)字信號(hào)完整性分析

　　●電磁干擾

　　●熱管理

　　●電源完整性

　　●振蕩和震動(dòng)

　　●制造設(shè)計(jì)

　　利用了所有這些功能的一個(gè)慣例是：一位優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員將在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用所有功能，而非等到最后（圖1）。直至過(guò)程結(jié)束時(shí)才開始結(jié)合這些仿真結(jié)果來(lái)重新設(shè)計(jì)，浪費(fèi)時(shí)間和精力并且容易妥協(xié)。將好的虛擬樣機(jī)整合進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程會(huì)引起過(guò)度設(shè)計(jì)（即采用極為保守的設(shè)計(jì)方法），但通常這樣的結(jié)果是增加產(chǎn)品成本以及損耗性能，同時(shí)還不能保證持續(xù)的可靠性。讓我們來(lái)看看產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中三例好的虛擬樣機(jī)做法。

　　圖1：虛擬原型應(yīng)當(dāng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都加以使用，從而減少循環(huán)時(shí)間和費(fèi)用，以及制造出一種可靠的產(chǎn)品。

　　熱控制

　　影響可靠性的最關(guān)鍵的一點(diǎn)（這里是就性能而言）是熱。集成電路（IC）過(guò)熱會(huì)隨時(shí)間出現(xiàn)問(wèn)題，汽車環(huán)境也會(huì)變得非常無(wú)情。例如，過(guò)熱發(fā)動(dòng)機(jī)艙里的部件，或開車經(jīng)過(guò)從密歇根州冬季直至亞利桑那州夏季這樣的氣候。從IC封裝開始，貫穿PCB，直至運(yùn)行環(huán)境下的完整產(chǎn)品，都應(yīng)能控制熱度。因此我們需要在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段一直采用虛擬樣機(jī)功能，以確保我們有一個(gè)熱可靠的產(chǎn)品。

　　首先IC供應(yīng)商通常分析元件包裝并提供熱特性模型。接著我們希望隨著設(shè)計(jì)展開對(duì)單機(jī)PCB進(jìn)行分析。PCB設(shè)計(jì)