Design für langfristige Zuverlässigkeit?

Ich muss eine kleine Tafel entwerfen, die in eine große öffentliche Infrastruktur passt, die viele Jahrzehnte halten soll. Ich bin auf der Suche nach Papieren und Ähnlichem, die auf der Grundlage echter Forschung Anleitungen für ein solches Design geben .

Diese Platine wird aus mechanischen Gründen viel größer sein, als es für einen geräumigen Schaltkreis erforderlich ist, um die Funktion mit diskreten Teilen zu erreichen. Dinge wie breite Spuren sind ein Kinderspiel.

Der Kunde möchte die Anzahl der Teile minimieren und möchte, dass sie durch das Loch gehen. Ich sehe den Punkt über das Minimieren von Teilen, aber welcheteile spielen auch eine große rolle, und es ist wichtig, in der zukunft ersetzt zu werden. Diese Funktion kann mit einer Handvoll diskreter Transistoren und Widerstände implementiert werden, aber der Kunde würde lieber einen einzelnen Logik-IC im DIP-Gehäuse verwenden. Er findet das Durchgangsloch zuverlässiger, aber ich glaube, ich erinnere mich an eine Studie, die das Gegenteil besagt. Außerdem mache ich mir Sorgen um die Verfügbarkeit eines 16- oder 20-poligen DIP-Logikchips in 20-50 Jahren. Aber sind SOT-23-Transistoren und 0805-Widerstände die bessere Wahl? Es wird einige Optoisolatoren geben. Es scheint mir, dass diese alles andere in Bezug auf Zuverlässigkeit und zukünftige Verfügbarkeit überfluten werden. Ja, ich werde die LEDs mit einem kleinen Bruchteil der Nennleistung betreiben, um die Lebensdauer zu verlängern.

Ich suche also nach wirklich definitiven forschungsbasierten Informationen zum Entwerfen für langfristige Zuverlässigkeit. Dies ist ein Bereich, in dem man leicht über das 10% -Problem nachdenken kann, aber das 90% -Problem übersehen kann, das das 10% -Problem irrelevant macht.

Hinzugefügt:

Ich suche nach evidenzbasierten Antworten. Ich mag es zu glauben, ich kenne mich mit Elektronik ziemlich gut aus und kann verschiedene plausibel klingende Gründe nennen, warum ein Ansatz vielleicht besser ist als der andere, und ich bin sicher, dass andere dies auch können. Ich traue diesen jedoch nicht, weil das, was plausibel klingt und auf der Klangphysik basiert, korrekt sein kann, aber einen anderen dominanten Effekt vermisst. Ich mache mir Sorgen, dass hier fundierte Vermutungen zu erheblich falschen Schlussfolgerungen führen könnten. Deshalb bitte ich um evidenzbasierte Antworten, Unterlagen aus aktuellen Studien, Regeln, auf denen die NASA bestehen könnte usw.

Hinzugefügt 2:

Betrachten Sie die Umwelt "industriell". Ich bin mir nicht sicher, wie gut die Umgebung kontrolliert wird, wenn überhaupt. Die Bretter werden vor den Elementen geschützt, aber möglicherweise keine Klimaanlage oder Heizung. Ich weiß nicht viel über Vibration, wahrscheinlich nicht viel.

Diese Platinen werden in einem Schrank installiert, in dem sich andere Teile des elektrischen Systems befinden. Servicetechniker können bei Bedarf zum Schrank gehen. Die Schwierigkeit der Wartung ist nicht das Problem, aber die Ausfallzeit ist das Problem. Dies ist nicht der Fall, aber stellen Sie sich vor, dass eine Autobahn stillgelegt wurde, bis das System wieder betriebsbereit ist. Natürlich gibt es bereits Redundanzen, aber Fehler sollten Sie unbedingt vermeiden.

Die NASA hat viel zu sagen über die langfristige Zuverlässigkeit der Elektronik. Hier ist ein Beispiel -> https://nepp.nasa.gov/files/20223/09_109_1%20JPL_Spence%20Longterm%20Reliability%20of%20Hand%20Soldering%20M55365%20Ta%20Capacitors%2009_30%2011_09%203_2_10.pdf ein Beispiel (Referenzen sind am Ende).

Ich kann Ihnen keinen guten Link zu allem geben, was damit zu tun hat (die NASA-Website ist ziemlich chaotisch), aber das googeln von "NASA-Elektronik für Langzeitzuverlässigkeit" enthält viele Links zu Artikeln zu diesem Thema.

Ich werde zu dieser Antwort hinzufügen, was ich weiß.

Um damit zu beginnen „Kriechen corosion“, haben Sie eine Untersuchung hier

Es ist eigentlich mit schwefelhaltigen Umgebungen verwandt. Es ist eine Lektüre wert, wenn nichts anderes ein interessantes Thema ist.

Es gibt eine Menge Artikel zu ROHS und Tin Whiskers von der NASA, Links .

Eine weitere zu berücksichtigende Sache ist das FR4-Material selbst und CAFing. Dies ist keine Studie, aber sie verdeutlicht das Problem.

Über die Zuverlässigkeit von SMD wurde 1993 eine Studie durchgeführt und es gibt einige interessante Briefe im Anhang. Link .

Für Kondensatoren würde ich Keramik-MLCC wählen, hier ein Vergleich zwischen Edelmetallelektrode und Basismetallelektrode. Enthalten ist eine Tabelle mit geprüften Einheiten.

Für Keramik gibt es Kondensatorkonstruktionen mit einer "weichen Elektrode" und solchen, die im "offenen Modus" eher versagen. Im Allgemeinen möchten Sie Teile erhalten, die mindestens für die Automobilindustrie qualifiziert sind.

Laut dem Kondensatorhandbuch (Cletus J. Kaiser) sind die Glaskondensatoren die zuverlässigsten, und ich erinnere mich, dass die NASA sie verwendet hat. Ich habe noch keine Zuverlässigkeitsdaten gefunden.

Versuchen Sie dies für Zuverlässigkeitsdaten. Auch für andere Kondensatortypen.

Meine Antwort basiert nicht auf echter Forschung , sondern auf echter Anwendung. Ich empfehle Ihnen, die zuverlässigsten Komponenten zu verwenden und mit ihnen eine Platine zu erstellen. Bestimmen Sie die MTBF. Bauen Sie auf der Grundlage dieser MTBF genügend Boards zusammen, um die Gesamtdauer dieses Designs abzudecken, und verdoppeln Sie diese Anzahl. Wenn zum Beispiel die MTBF 10 Jahre beträgt und die Zeit, die das Design dauern soll, 50 Jahre beträgt, müssen Sie 10 Bretter herstellen.
Um die Ausfallzeit zu minimieren, kann automatisch eine Reihe von Schaltern aktiviert werden, um die fehlerhafte Karte zu trennen und an ihrer Stelle eine gute Karte anzuschließen. Die fehlerhafte Karte kann dann durch eine gute ersetzt werden und ist für den nächsten Kartenausfall bereit. Sie müssen sich keine Sorgen machen, dass Ersatzteile nicht verfügbar sind - Sie haben sie bereits!