車輛中心 環能與車電工程處

全球汽車保有量超過10億，作為現代人依賴的重要交通工具，據統計，全球每年約有135萬人因為道路交通意外而失去生命，因此在現今科技日新月異下，除了耳熟能詳的電動車或油電混和的動力系統外，近年國內外各大車廠也陸續推出各式先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)，期透過相關先進的主動安全技術來輔助駕駛者，進而降低因人為因素所造成的交通事故發生。

在車電產品日益普及應用於車上的今日，造成駕駛者越來越倚賴這些輔助系統，一旦這些輔助系統設計不良突然發生失效的情況時，反而可能對駕駛者或乘員造成傷害。有鑑於此，車電產品在設計開發過程中，其可靠度的議題就顯得十分重要。根據研究調查顯示，電子設備的失效原因有55%是因為其溫度管理不當所產生的，本文將探討如何以熱流CAE技術進行車電產品的散熱設計，進而提升產品的可靠度。

車用電子散熱CAE分析
毫米波雷達為近期車輛ADAS系統(如AEB、ACC、FCW…等)常常會使用的感測器之一，以下透過熱流CAE分析技術來模擬毫米波雷達在車輛實際運行之操作條件(或安規條件)下，其內部電子元件之溫度分佈，進而檢視各元件是否符合安全規定，並搭配最終?升實驗，設計出一個高可靠度的產品(參考圖1-4)。

圖1. 車用ADAS系統產品結構圖
（圖片來源：amkor.com）

毫米波雷達散熱CAE分析範例：
?環溫：85℃
?根據供應商規格書，設定印刷電路板(PCB:2S2P)上之積體電路(IC)最大瓦數，MCU:2.2W、Receiver:1.2W、Transmitter:1.2W、VCO:0.86W
?模擬結果：在裸板情況下，除了MCU低於廠商規格(TJmax=150)外，其他IC皆無法符合廠商規格(TJmax =125)。

圖2. 散熱CAE分析結果

?嘗試添加散熱鰭片再次進行CAE分析，從數據上可得知所有IC皆符合廠商所要求的規格值。

圖3. 散熱鰭片添加之示意圖
     

圖4. 添加散熱鰭片後的散熱CAE分析結果

以一般車電產品來說，除了IC外，被動元件也扮演著不可或缺的角色。其中，電容依照Arrhenius方程式得知，當元件溫度上升10℃，其壽命則約下降1倍。因此，熱流CAE分析技術不僅可於設計階段協助工程師找出熱點並確認各項改善對策之可行性，亦可在產品設計前期給予工程師在元件的選擇上相關建議。另，倘若可搭配其他領域（如結構強度、EMC…等）之CAE分析技術，將可適時地進行產品全方位的整合性對策(Total Solution)。

車輛中心(ARTC)長年在電腦輔助工程CAE分析技術上進行深耕與精進，期許能成為車輛產業的最佳夥伴，並協助國內業者提升其產品競爭力，進軍國際市場。若需要進一步瞭解相關內容細節，歡迎洽詢ARTC 環能與車電工程處/工程分析中心  賴文光工程師 04-7811222 ext.3331 wengkuang@artc.org.tw

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