Czy chcesz uzyskać długoterminową niezawodność?

Muszę zaprojektować małą tablicę, która wejdzie w dużą część infrastruktury publicznej, która ma trwać wiele dziesięcioleci. Szukam artykułów i tym podobnych, które zawierają wskazówki dotyczące takiego projektu w oparciu o prawdziwe badania .

Ta płyta będzie znacznie większa z powodów mechanicznych, że musi być w nawet przestronnym obwodzie, aby osiągnąć funkcję z dyskretnymi częściami. Rzeczy takie jak szerokie ślady są oczywiste.

Klient chce zminimalizować całkowitą liczbę części i chce, aby były one dziurawe. Widzę sens minimalizowania części, ale któreCzęści też mają duże znaczenie, a możliwość uzyskania wymiany w przyszłości jest ważna. Tę funkcję można wdrożyć za pomocą kilku dyskretnych tranzystorów i rezystorów, ale klient wolałby użyć pojedynczego układu logicznego w pakiecie DIP. Uważa, że ​​dziura jest bardziej niezawodna, ale myślę, że pamiętam badanie, które mówi coś przeciwnego. Martwię się także o dostępność 16 lub 20 pinowego układu logicznego DIP za 20-50 lat. Ale czy tranzystory SOT-23 i rezystory 0805 są lepszym rozwiązaniem? Będą pewne optoizolatory. Wydaje mi się, że zaleją wszystko inne pod względem niezawodności i dostępności w przyszłości. Tak, uruchomię diody LED na niewielkim ułamku wartości znamionowej, aby zwiększyć żywotność.

Tak więc szukam prawdziwych, opartych na badaniach informacji o projektowaniu zapewniającym długoterminową niezawodność. Jest to obszar, w którym łatwo jest pomyśleć o problemie 10%, ale pomija się problem 90%, który sprawia, że ​​problem 10% jest nieistotny.

Dodany:

Szukam odpowiedzi opartych na dowodach. Lubię myśleć, że dość dobrze znam elektronikę i potrafię wymyślić różne prawdopodobne powody, dla których jedno podejście może być lepsze od drugiego, i jestem pewien, że inne też. Jednak nie ufam tym, ponieważ to, co brzmi wiarygodnie i opiera się na fizyce dźwięku, może być poprawne, ale brakuje jakiegoś innego dominującego efektu. Martwię się, że w tym przypadku zgadywanie może prowadzić do bardzo błędnych wniosków. Dlatego pytam o odpowiedzi oparte na dowodach, dokumenty z faktycznych badań, zasady, na które NASA może nalegać itp.

Dodano 2:

Traktuj środowisko jako „przemysłowe”. Nie jestem pewien, jak dobrze środowisko jest kontrolowane, jeśli w ogóle. Deski będą chronione przed żywiołami, ale prawdopodobnie nie będzie klimatyzacji ani ogrzewania. Nie wiem o wibracjach, prawdopodobnie niewiele.

Płyty te zostaną zainstalowane w szafce, w której znajdują się inne części instalacji elektrycznej. W razie potrzeby technicy serwisowi mogą podejść do szafki. Trudność serwisu nie jest problemem, ale przestoje są. Nie o to chodzi, ale wyobraź sobie, że autostrada międzystanowa została zamknięta, dopóki system nie uruchomi się ponownie. Oczywiście istnieje już nadmiarowość, ale porażki to coś, czego naprawdę chcesz uniknąć.

NASA has a lot to say about long term reliability of electronics. Here's one example -> 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 one example (references are at the end).

I can't give you good link to everything related (NASA web site is quite messy), however, googling 'nasa long term reliability electronics' gives a lot of links to papers on the topic.

Dodam do tej odpowiedzi to, co wiem.

Aby rozpocząć od „korozji pełzającej”, musisz przeprowadzić tutaj dochodzenie

W rzeczywistości jest to związane ze środowiskiem zawierającym siarkę. Warto przeczytać, jeśli nic innego nie jest interesującym tematem.

Istnieje wiele artykułów związanych z ROHS i blaszanymi wąsami z NASA, linki .

Inną rzeczą do rozważenia jest sam materiał FR4 i CAFing. To nie jest studium, ale ilustruje problem.

Jeśli chodzi o niezawodność SMD, badanie przeprowadzono w 1993 r. W dodatku znajduje się kilka interesujących liter. Link .

W przypadku kondensatorów powiedziałbym, że stosuję z ceramicznym MLCC, oto porównanie między elektrodą z metalu szlachetnego a elektrodą z metalu nieszlachetnego. W zestawie znajduje się stół z testowanymi jednostkami.

W przypadku ceramiki istnieją konstrukcje kondensatorów, które mają „miękką elektrodę” i takie, które są bardziej podatne na awarię w „trybie otwartym”. Ogólnie rzecz biorąc, chcesz uzyskać części, które są co najmniej kwalifikowane w branży motoryzacyjnej.

Według podręcznika kondensatora (Cletus J. Kaiser) kondensatory szklane są najbardziej niezawodne i pamiętam, że NASA ich używała. Nie znalazłem jeszcze danych o niezawodności.

Wypróbuj to, aby uzyskać dane o niezawodności. Także dla innych typów kondensatorów.

My answer is not based on real research, but rather on real application. I recommend that you use the most reliable components and and create a board with them. Determine its MTBF. Based on this MTBF, assemble enough boards to cover the total time this design is supposed to last, and double that number. For example if the MTBF is 10 yrs, and the time the design is supposed to last is 50 yrs, then you need to make 10 boards.
To minimize the "down" time, a set of "switches" can be automatically activated to disconnect the bad board and connect a good board in its place. The bad board can then be replaced with a good one and be ready for the next board failure. You will not need to worry about repair parts not being available - you already have them!