汽車電子設(shè)計(jì)中PCB的可靠性如何檢測？

圖2：確定熱捷徑能引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員做出改變，使散熱發(fā)生很大變化

在PCB設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用復(fù)雜熱分析能帶來更好的熱管理和可靠性，且無需建立和測試多種物理樣機(jī)。這節(jié)約了大量時(shí)間和費(fèi)用。另外，有了與設(shè)計(jì)系統(tǒng)緊密整合的方便易用的軟件，設(shè)計(jì)人員能快速利用多種“假設(shè)”場景進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并獲得性能更好的解決方案。

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高加速壽命測試

車輛出現(xiàn)可靠性問題的另一原因是PCB的持續(xù)振動及隨后出現(xiàn)的組件引線和附件故障。一般可通過構(gòu)建樣機(jī)并將它們放置在加速室，使PCB發(fā)生振動和溫度循環(huán)試驗(yàn)，以檢測是否出現(xiàn)故障。隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展，這種方法需要構(gòu)建多個(gè)樣機(jī)，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零部件預(yù)期壽命的模擬。這是一項(xiàng)非常耗時(shí)且費(fèi)用極高的過程，因此可靠性增強(qiáng)測試可能并不完整和全面。

目前有軟件可以在虛擬樣機(jī)模式下開展同樣的測試。設(shè)計(jì)人員可利用這種軟件對PCB進(jìn)行界定并輕松開展損耗仿真實(shí)驗(yàn)。該軟件可在幾小時(shí)內(nèi)完成復(fù)雜的分析，并指出可能出現(xiàn)的故障（圖3）?？蓪@些故障進(jìn)行校正，并在新的設(shè)計(jì)版本中重新開展模擬。這種反復(fù)的過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(zhàn)車上。

圖3：可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成振蕩、震動和溫度循環(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(shè)計(jì)中，電源完整性是一項(xiàng)越來越復(fù)雜的問題。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(wěn)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(fù)雜的配電網(wǎng)來提供這些電壓和地線。為節(jié)省成本，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jié)果可能會出現(xiàn)像圖4一樣的配電網(wǎng)，內(nèi)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(xiàn)的長期印刷電路板故障

空間狹窄可導(dǎo)致嚴(yán)重的可靠性問題，而這一問題可能幾年后才會顯現(xiàn)。電流過高會使空間溫度上升，從而導(dǎo)致PCB像保險(xiǎn)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(jī)和高電平電流密度空間。然后設(shè)計(jì)人員便能夠?qū)臻g進(jìn)行擴(kuò)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(yīng)的同時(shí)解決這一問題。

在測試室內(nèi)通過使用物理樣機(jī)對電流密度問題進(jìn)行測試并不實(shí)際，因?yàn)樗赡茉趲啄旰蟛拍芤l(fā)故障。而問題可能永遠(yuǎn)不會顯現(xiàn)出來，導(dǎo)致隨后出現(xiàn)這方面的故障。