Mentor Graphics（明導(dǎo)）近日發(fā)布一份題為《電裝株式會社：汽車熱設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀》的研究報(bào)告。中文版的報(bào)告全文可在 Mentor Graphics 的官方網(wǎng)站閱讀和下載： http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=243 。 

 

 

電裝株式會社 (DENSO Corporation) 是領(lǐng)先的汽車供應(yīng)商，致力于為全球大型汽車制造商設(shè)計(jì)和制造先進(jìn)的車輛控制技術(shù)、系統(tǒng)和零件。電裝創(chuàng)立于1949年，總部位于日本刈谷市，在35個國家和地區(qū)經(jīng)營業(yè)務(wù)，全球員工人數(shù)約12萬人。該公司的電子系統(tǒng)業(yè)務(wù)部門提供發(fā)動機(jī)、傳送裝置、電源管理電子控制單元(ECU)以及半導(dǎo)體傳感器、集成電路和電源模塊。 

 

 

 

在制造高能效的環(huán)保汽車時，車輛及零件的ECU尤為復(fù)雜。成功的熱設(shè)計(jì)對制造商而言至關(guān)重要。

 

 

圖1：縮小元件尺寸推進(jìn)散熱技術(shù)發(fā)展促成這樣一個車輛系統(tǒng)的集成電路或場效應(yīng)晶體管(FET) 的結(jié)點(diǎn)溫度必須在正常工作的溫度范圍內(nèi)。由于不可能直接測量結(jié)點(diǎn)溫度，工程師過去常常根據(jù)對表面測量溫度的假設(shè)來預(yù)測電子元件的結(jié)點(diǎn)溫度，并設(shè)立更寬泛的設(shè)計(jì)冗度。 

為應(yīng)對當(dāng)前激烈的價(jià)格競爭，保證質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)冗度和達(dá)到整體成本效益非常重要。

 

 

自2006年起，電裝一直在加強(qiáng)對模擬軟件的使用，以便減少花在物理原型方面的時間和成本。2009年，對模擬與物理原型的使用之比為20:80，到2010年已提高到50:50。2012年則達(dá)到了70:30。這種轉(zhuǎn)變使熱設(shè)計(jì)相關(guān)的時間和成本在不到六年的時間內(nèi)降低了50%。電裝計(jì)劃進(jìn)一步加大對模擬的使用，到2015年將這一比例提高到90:10以上。 

 

 

圖2：熱管理方面的技術(shù)創(chuàng)新 

 

 

在熱設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員通常主要通過改變外殼形狀來增強(qiáng)散熱效果。通過在熱設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員間分享外殼形狀與電子設(shè)計(jì)可以達(dá)到最佳效果。電裝已經(jīng)決定使用現(xiàn)有的元件模型（圖3）。機(jī)械組創(chuàng)造了更小的產(chǎn)品外殼、電路設(shè)計(jì)組按照新規(guī)格重新設(shè)計(jì)了10%-20%的電路，而測量組量取了溫度進(jìn)行熱分析。 

 

 

圖3：熱技術(shù)集中化的優(yōu)勢 -- 模擬與測量 

 

 

將 T3ster 測量數(shù)據(jù)輸入FloTHERM可以提高設(shè)計(jì)中的結(jié)點(diǎn)溫度預(yù)測準(zhǔn)確性，從而確保結(jié)點(diǎn)溫度不超過規(guī)定限值。這個要求非常高，需要對模擬模型有很強(qiáng)的信心。如今達(dá)成共識的結(jié)點(diǎn)溫度上升范圍必須控制在試驗(yàn)數(shù)值的10%以內(nèi)。電裝希望到2015年將這一范圍進(jìn)一步控制在5%以內(nèi)。 

 

電裝發(fā)現(xiàn)有必要通過電子元件進(jìn)行準(zhǔn)確測量，以便提高模擬的精確性，從而消除設(shè)計(jì)中過多的熱工裕量。

 

 

FloTHERM產(chǎn)品系列（包括FloTHERM PCB和FloTHERM PACK）已經(jīng)成為一個重要的工具包，被用于電裝的整個熱設(shè)計(jì)流程。在通過 T3Ster 測量獲得的高精度封裝熱模型、材料特性數(shù)據(jù)和界面電阻值的支持下，明導(dǎo)的熱解決方案已經(jīng)幫助電裝在熱設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)超過90%的虛擬化，同時使開發(fā)時間和成本減少了50%以上，預(yù)計(jì)未來將得到進(jìn)一步改善。 

 

本文最初發(fā)表于明導(dǎo)旗下刊物《Engineering Edge》。