PCB在汽车电子可靠性设计中的重要性

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。

　　图4：明导的HyperLynx电源完整性分析可确定高电平电流密度空间和可能出现的长期印刷电路板故障

　　空间狭窄可导致严重的可靠性问题，而这一问题可能几年后才会显现。电流过高会使空间温度上升，从而导致PCB像保险丝一样烧坏或爆板。而目前可在软件中对这些配电网进行分析，并可确定虚拟样机和高电平电流密度空间。然后设计人员便能够对空间进行扩大或在相邻层创建平行电流路径，从而在维持IC充足电流供应的同时解决这一问题。

　　在测试室内通过使用物理样机对电流密度问题进行测试并不实际，因为它可能在几年后才能引发故障。而问题可能永远不会显现出来，导致随后出现这方面的故障。

　　结论

　　可靠性在汽车电子中非常重要，而如今鉴于来自产品上市时间和成本缩减的压力，采取在软件虚拟样机环境中相对于测试室内的物理样机进行分析的方法显得愈发必要。目前因软件的存在，从而使电子和机械设计人员可进行更多的模拟仿真方案。