如今電子產品成本占到整車成本的30-40%左右，并且這一數字還在穩步上升。這些電子產品不僅包括功能性元件，如發動機控制單元、制動系統和傳動系統控制裝置，也包括了娛樂和導航部件。近來LED技術的使用出現了爆炸式增長，也正好說明了這一點。例如，在歐洲所有新車必須配備日間行車燈，而LED則因為功耗低和效率高的特點成為了首選照明技術。

高效的熱管理非常重要，這是因為LED會不斷散發出熱量，并且LED的燈罩越來越小。隨著亮度和功率的不斷提高，被緊密排列在一起的LED(如汽車頭尾燈)卻無法用風扇等來降溫。因此可靠性和性能勢必會受到影響。當LED超過臨界結溫時，就會出現兩個問題。首先，LED會變暗，顏色也會改變。其次，如果溫度持續過高，它們的使用壽命就會縮短，繼而過早報廢。汽車LED的平均壽命有好幾千個小時，這些問題會為制造商帶來額外的保修成本。

良好的熱設計對高效的熱管理至為關鍵。LED元件是設計過程中的第一個環節(見圖1)。元件設計師利用熱分析軟件和測量硬件對元件的材料和結構進行分析，以確保結點產生的熱量能輕易地通過LED各層散發出來。子系統設計師會將LED排成陣列，并加入散熱器和其他冷卻裝置，然后對產品進行再次分析。他們可能會調整LED之間的間隔距離或添加額外的冷卻裝置，以確保LED不會超過臨界溫度。最后一步通常是由機械設計師利用機械計算機輔助設計(MCAD)系統來完成，設計師會將排列起來的LED燈放進燈罩(如汽車前燈)里，同時利用先進的計算流體動力學(CFD)軟件進行熱分析。

       圖1:在LED設計的各環節進行熱分析對良好的熱管理是必要的。

如果解決了元件層面的熱管理問題并不意味著也解決了子系統的這個問題。而解決了子系統的熱管理問題，也不代表系統的熱管理問題就解決了。只有把所有熱問題都解決了，才能確保這個設計具備良好的熱管理。

設計的空白

出色的CFD熱分析軟件已問世多年。FloTHERM等產品快速精確，其易用性對設計師來說十分理想。但這種分析的質量到底如何取決于提供給軟件的組件熱模式。不管分析質量有多好，不精確的模式只會誤導你。

供應商提供的典型LED數據表只會出現大量功率損耗(如最大正向電流和電壓)以及結點和某些參考之間的單個熱阻，如焊接點。并沒有熱量如何通過封裝各層并散發出去的信息。也沒有能夠用于界定各層熱阻和電容的熱路徑/障礙描述。

因此，熱專家通常會估測設備的內部結構，并創建一個熱模型來說明各層和各構造的熱阻和電容情況。但是熱專家只要幾個百分點的偏差就會導致分析不精確。使用這種方法時并沒有驗證或判斷熱模式精確性的方法。

因此優秀熱設計的過程中還存在空白。在產品開發的所有環節(元件、子系統和整個系統)中，熱分析絕對不能少。但只有在元件熱模型良好的情況下，熱分析結果才可以算是好的。在不了解組件內部結構的情況下，我們無法界定或驗證模型的精確性，并且通常元件供應商也不會泄露這方面的知識產權。

填補空白

解決這個問題的方法就是如圖2所示，通過界定和驗證組件簡化熱模式，在硬件測試/測量和熱分析之間建立一個連接。現有的硬件能夠測量一個元件的熱特性。例如，明導電子的T3Ster硬件貼在LED等電子元件上就能測量瞬態結溫，不論元件是否通電，都可精確到0.01攝氏度。在熱量從結點散發到周邊環境的過程中，瞬態溫度特征圖能夠在一分鐘內采集到一萬多個數據點，用于描述元件層的熱阻和電容情況。

有了這些數據，軟件能夠自動生成LED簡化熱模式。工程師們從而現在能擁有一個精確有效的模式。

       圖2:硬件測試和測量可用于創建或驗證LED簡化熱模式。

由于能夠創建精確有效的元件熱模型，熱管理設計過程中的空白得到了有效的填補。這給電子行業帶來了很多益處。LED供應商在設計過程中能利用這種技術來測試熱特性，并生成經過熱優化的設計，之后再為客戶測試和創建一個熱模式。子系統和系統開發商可以用它來驗證從供應商那里獲得的模型或者在供應商沒有提供模型的情況下自己創建模型。原始設備制造商受到了臨界可靠性電子產品的影響，因為質保和回收問題會直接影響他們的盈虧。他們需要百分百信任他們的產品設計。

熱測試附加效益

LED供應商和原始設備制造商目前在其它多個領域都會使用這一硬件技術。LED供應商正在最常見的兩個方面用到它。

第一個是無損故障診斷。在這種情況下，供應商可以利用熱測量技術對故障部分的“內部”進行檢查，而無需將這部分分開。圖3便給出了相應的例子。用過幾小時后功能退化的LED就會這樣被找出來。在熱阻-電容圖表中，藍色線條表示剛生產出來的LED,其它線條分別表示用過500小時、2000小時和3000小時的LED.水平方向上用過的LED的線條表示一個高熱阻層。這說明該層材料存在分層情況。空氣是一種比原材料更差的導熱體。這一類型的故障診斷測試能用于LED和IC封裝。

       圖3:熱阻-電容曲線圖中水平方向上的紅線、綠線和黑線代表高熱阻層和可能的分層。

第二種情況就是參與生產過程。在生產LED時，膠水厚度等參數并不是固定不變的，因此測量工具便是生產線上的重要一環。先取樣，然后快速對“黃金”部分進行測試，很快便能發現生產過程中的偏差，進而給予糾正。這種測試的投資回報非常可觀。負責子系統和系統開發的LED供應商與原始設備制造商可以使用一個完整的元件來完成整個產品設計、應用和故障分析(圖4)。

       圖4:完善的熱和光測試/測量應用如今已被實際應用于LED產品設計、生產質量以及無損故障分析。

為汽車供應鏈提供支持

汽車供應鏈上除了有汽車原始設備制造商，還有二級和一級供應商(如圖5所示)。好的熱設計要有熱分析，這也是一級和二級設計者所需要的。這種熱分析通過精準及時的物理測試和對組件、子系統以及系統的測量得到支持和驗證。汽車原始設備制造商想要證明的是他們所購買的產品將具備高度可靠性和低能耗運行。

雖然設計時使用廣泛的“虛擬樣機”可以讓產品更具競爭力，從而達到更快營銷的目的，但使用快速精確的測試和測量工具對供應鏈的作用仍不容小覷。要不然，開發出的產品會具有臨界可靠性，原始設備制造商也會為此付出高昂的代價。