Дизайн для довгострокової надійності?


30

Мені потрібно розробити невелику дошку, яка увійде у великий куточок суспільної інфраструктури, який повинен тривати багато десятиліть. Я шукаю документи тощо, які дають вказівки щодо такого дизайну на основі реальних досліджень .

Ця дошка буде набагато більшою з механічних причин, що її потрібно мати навіть для просторого контуру, щоб досягти функції з дискретними частинами. Такі речі, як широкі сліди, не сприймають.

Замовник хоче мінімізувати загальну кількість деталей і хоче, щоб вони пройшли через отвір. Я бачу сенс у мінімізації деталей, але якийЗапчастини також мають велике значення, і важлива можливість отримати заміну в майбутньому. Ця функція може бути реалізована за допомогою декількох дискретних транзисторів та резисторів, але замовник скоріше використовує єдиний логічний ІМС у пакеті DIP. Він вважає, що через отвір надійніше, але я думаю, що пам’ятаю, що бачив дослідження, яке говорить про протилежне. Також мене турбує наявність 16-ти або 20-контактного логічного чіпа DIP за 20-50 років. Але, чи краще транзистори SOT-23 та резистори 0805? Будуть якісь оптоізолятори. Мені здається, вони заграють все інше з точки зору надійності та майбутньої доступності. Так, я запускаю світлодіоди на невеликій частці рейтингу, щоб збільшити термін служби.

Отже, я шукаю реальну остаточну інформацію, засновану на дослідженні, щодо проектування для довгострокової надійності. Це сфера, де легко подумати над проблемою 10%, але пропустити проблему на 90%, що робить питання 10% нерелевантним.

Додано:

Я шукаю відповіді, засновані на доказах. Мені подобається думати, що я знаю електроніку досить добре і можу придумати різні правдоподібні причини, чому один підхід може бути кращим за інший, і я впевнений, що і інші можуть. Однак я не вірю тим, що те, що звучить правдоподібно і ґрунтується на звуковій фізиці, може бути правильним, але не вистачає деяких інших більш домінуючих афектів. Я переживаю, що саме тут освічені здогадки можуть призвести до суттєво неправильних висновків. Ось чому я прошу відповіді, засновані на доказах, документи з фактичних досліджень, правила, на яких NASA може наполягати тощо.

Додано 2:

Вважайте довкілля «промисловим». Я не впевнений, наскільки добре контролюється навколишнє середовище, якщо воно взагалі є. Дошки будуть захищені від елементів, але, можливо, відсутня кондиціонер або опалення. Я не знаю про вібрацію, напевно, не дуже.

Ці дошки будуть встановлені в шафі, в якому розміщені інші частини електричної системи. Технічні працівники можуть підходити до кабінету, коли це необхідно. Складність обслуговування - це не проблема, але простої - це. Це не те, що відбувається, але уявіть, якби міждержавне шосе було закрите, поки система не запрацює і не працює знову. Звичайно, вже є надмірність, але невдача - це те, чого ви дійсно хочете уникати.


в точці прорізування проти SMT: wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042513-011426/… (резюме: SMT є більш стійким проти теплового циклічного руху, вібрацій тощо за рахунок менших розмірів )
Філ Мороз

Я не можу відповісти на ваше повне запитання, але в кінці 90-х та на початку 2000-х рр. Було проведено шквал досліджень, які розглядали вплив переходу на припой без свинцю, і на диво було висновок, що цей пай без свинцю насправді більше надійний для типових деталей на типових дошках.
Едвард

3
Це справді цікаве питання, але воно, здається, справді широке. Є так багато речей, про які ви могли б подумати, наприклад, олов'яні вуса (особливо з розами). Багато буде спекуляцій (наприклад, ми можемо повністю закінчити спінтроніку через 50 років). Мені дуже хотілося б побачити деякі відповіді, але, ймовірно, це буде великий список, і багато відповідей дають лише деякі ідеї та підказки. Можливо, одна вікі спільноти відповідає, що люди редагують свої пункти, за бажанням, посилання на документи будуть хорошим форматом?
ПлазмаHH

Ви шукаєте прогностичні дослідження / методи, такі як Belcore / Telcordia SR-332 та MIL-HDBK-217? Або ви більше шукаєте фактичних досліджень, проведених протягом 10-20 років. Я думаю, що це виходить за рамки звичайного обчислення MTBF, і підхід HALT тестування.
Деякий апаратний хлопець

Ви можете сказати трохи більше про навколишнє середовище? Термічний велосипед, Температурні крайнощі, вібрація, потрапляння елементів (Дощ, Сонце, солона вода.) @PhilFrost, я лише обійняв ваше посилання, схоже на все комп'ютерне моделювання, чи зробили якісь "справжні" тестування? Я почув слух, що через отвір може бути краще в тепловому кругообігу, тому що провідники візьмуть на себе частину напруги .. (але це було для транзисторів.)
Джордж Герольд,

Відповіді:


10

NASA має багато що сказати про довгострокову надійність електроніки. Ось один приклад -> 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 знаходяться в кінці).

Я не можу надати вам хорошого посилання на все, що пов'язане (веб-сайт NASA досить безладний), однак, гуглінг «електроніка довгострокової надійності наса» дає багато посилань на статті з цієї теми.


2
Зв'язаний документ добре підходить для оцінки ручної пайки проти інших методів, але він не торкається дискретних компонентів проти ІМС або пакетів ІС, що, на мою думку, було головним моментом у питанні. Крім того, було б добре включити резюме висновків у свою відповідь, якщо посилання в майбутньому вмирає.
skrrgwasme

1
@skrrgwasme, це навіть не робить. Як кажуть у відкритті, у них не було достатньої кількості вибірок (лише 100), щоб отримати добру статистику.
Джордж Герольд

4

Я додам до цієї відповіді те, що знаю.

Для початку "повзуча корозія", у вас тут розслідування

Це насправді пов'язане з оточенням, що містять сірку. Варто прочитати, якщо нічого іншого - це цікава тема.

Є багато статей , пов'язаних з ROHS і олов'яних вусів з НАСА, посилання .

Ще одна річ, яку слід врахувати, це сам матеріал FR4 та CAFing. Це не дослідження, але воно ілюструє проблему.

Щодо надійності SMD, в 1993 році було проведено дослідження, в додатку є кілька цікавих листів. Link .

Що стосується конденсаторів, я б сказав, що йде з керамічним MLCC, ось порівняння між дорогоцінним металом-електродом і базовим металом-електродом. У комплекті - таблиця з перевіреними одиницями.

Для кераміки існують конденсаторні конструкції, які мають "м'який електрод", і такі, що швидше виходять з ладу у "відкритому режимі". Взагалі кажучи, ви хочете отримати частини, які принаймні є автомобільними.

Згідно з підручником з конденсаторами (Cletus J. Kaiser) скляні конденсатори є найбільш надійними, і я пам'ятаю, NASA їх використовувало. Дані про надійність я ще не знайшов.

Спробуйте це для даних про надійність. Також для інших типів конденсаторів.


0

Моя відповідь базується не на реальних дослідженнях , а на реальному застосуванні. Я рекомендую використовувати найнадійніші компоненти та створити з ними плату. Визначте його MTBF. На основі цього MTBF зібрати достатньо дощок, щоб покрити загальний час, який ця конструкція повинна тривати, і подвоїти це число. Наприклад, якщо MTBF становить 10 років, а час розробки повинен тривати 50 років, то вам потрібно зробити 10 дощок.
Щоб мінімізувати час "вниз", набір "комутаторів" може бути автоматично активований для відключення поганої плати та підключення хорошої дошки на її місці. Потім погану дошку можна замінити на хорошу та бути готовою до наступної відмови на дошці. Вам не потрібно буде турбуватися про те, що деталі для ремонту недоступні - у вас їх вже є!


Я не думаю, що це відповідає на питання - це пояснює, як боротися з низькою надійністю, але не говорить про отримання високої надійності.
Грег д'Еон
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.