Дизайн для долгосрочной надежности?


30

Мне нужно спроектировать маленькую доску, которая войдет в большую часть общественной инфраструктуры, рассчитанной на многие десятилетия. Я ищу документы и тому подобное, которые дают рекомендации по такому дизайну на основе реальных исследований .

Эта плата будет намного больше по механическим причинам, поэтому она должна быть даже для просторной схемы, чтобы достичь функции с дискретными частями. Такие вещи, как широкие следы, не представляет никакой сложности.

Заказчик хочет минимизировать общее количество деталей и хочет, чтобы они были через отверстие. Я вижу смысл минимизации частей, но которыезапчасти также имеют большое значение, и возможность получить замену в будущем очень важна. Эта функция может быть реализована с помощью нескольких дискретных транзисторов и резисторов, но клиент предпочел бы использовать одну логическую ИС в DIP-пакете. Он думает, что сквозная дыра более надежна, но я думаю, что помню исследование, которое говорит об обратном. Кроме того, меня беспокоит доступность 16 или 20-контактного логического чипа DIP через 20-50 лет. Но лучше ли ставить транзисторы SOT-23 и резисторы 0805? Там будет несколько оптоизоляторов. Мне кажется, что они затопят все остальное с точки зрения надежности и доступности в будущем. Да, я буду запускать светодиоды на небольшую долю рейтинга, чтобы увеличить срок службы.

Итак, я ищу реальную основанную на исследованиях информацию о проектировании для долгосрочной надежности. Это область, в которой легко думать о проблеме 10%, но пропустить проблему 90%, которая делает проблему 10% неактуальной.

Добавлено:

Я ищу обоснованные ответы. Мне нравится думать, что я достаточно хорошо знаю электронику и могу придумать различные правдоподобные причины, по которым один подход может быть лучше другого, и я уверен, что другие тоже могут. Однако я не доверяю тем, потому что звучит правдоподобно и основано на физике звука, может быть правильным, но пропускает некоторые другие, более доминирующие эффекты. Я обеспокоен тем, что именно здесь обоснованное предположение может привести к значительным ошибочным выводам. Вот почему я спрашиваю основанные на фактических данных ответы, статьи из реальных исследований, правила, на которых НАСА может настаивать, и т. Д.

Добавлено 2:

Считайте среду "индустриальной". Я не уверен, насколько хорошо контролируется окружающая среда. Доски будут защищены от элементов, но, возможно, без кондиционера или отопления. Я не знаю о вибрации, вероятно, немного.

Эти платы будут установлены в шкафу, в котором находятся другие части электрической системы. При необходимости сервисные специалисты могут подойти к шкафу. Сложность обслуживания - это не проблема, а простои. Это не то, что происходит, но представьте, что межгосударственная автомагистраль была закрыта до тех пор, пока система снова не заработает. Конечно, избыточность уже есть, но неудачи - это то, чего вы действительно хотите избежать.


на точке сквозного отверстия против SMT: wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042513-011426/… (краткое резюме: SMT более устойчив к тепловому циклу, вибрации и т. д. благодаря меньшему размеру )
Фил Фрост

Я не могу ответить на ваш полный вопрос, но в конце 1990-х и начале 2000-х годов было проведено множество исследований, посвященных влиянию перехода на бессвинцовый припой, и неожиданно был сделан вывод, что бессвинцовый припой на самом деле был более надежно для типовых деталей на типовых платах.
Эдвард

3
Это действительно интересный вопрос, но он кажется очень широким. Есть так много вещей, о которых вы можете подумать, например, оловянные усы (особенно с rohs). Многое будет чистой спекуляцией (например, мы можем полностью избавиться от спинтроники через 50 лет). Я действительно хотел бы увидеть некоторые ответы, но, вероятно, это будет большой список, и многие ответы дают только некоторые идеи и подсказки. Может быть, одно вики-сообщество ответит, что люди редактируют свои пункты, при желании ссылки на статьи были бы хорошим форматом?
PlasmaHH

Вы ищете прогностические исследования / методы, такие как Belcore / Telcordia SR-332 и MIL-HDBK-217? Или вы ищете больше для реальных исследований, проводимых в течение 10-20 лет. Я предполагаю, что это выходит за рамки обычного вычисления MTBF и подхода к тестированию HALT.
Некоторый аппаратный парень

Можете ли вы сказать немного больше об окружающей среде? Термические циклы, перепады температур, вибрация, воздействие элементов (дождь, солнце, соленая вода). @PhilFrost, я только просмотрел вашу ссылку, похоже, что все компьютерное моделирование проводило ли они какое-либо "настоящее" тестирование? Я слышал слух о том, что сквозное отверстие может быть лучше при термоциклировании, потому что выводы будут поглощать часть напряжения ... (но это было для транзисторов.)
Джордж Херольд

Ответы:


10

НАСА может многое сказать о долгосрочной надежности электроники. Вот один пример -> 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 один пример (ссылки в конце).

Я не могу дать вам хорошую ссылку на все, что связано (веб-сайт НАСА довольно грязный), однако, поиск «электроники для долгосрочной надежности» дает много ссылок на статьи по этой теме.


2
Связанный документ хорош для оценки ручной пайки по сравнению с другими методами, но он не касается дискретных компонентов против IC или пакетов IC, что, я думаю, было главным вопросом. Кроме того, было бы хорошо включить краткое изложение выводов в ваш ответ на случай, если ссылка исчезнет в будущем.
skrrgwasme

1
@skrrgwasme, он даже этого не делает. Как говорится в дебюте, у них не было достаточно выборок (всего 100), чтобы получить хорошую статистику.
Джордж Херольд

4

Я добавлю к этому ответу то, что знаю.

Чтобы начать с "ползучести", у вас есть расследование здесь

Это на самом деле связано с окружающей средой, содержащей серу. Стоит прочитать, если ничего другого, это интересная тема.

Есть много статей, касающихся ROHS и жестяных усов от NASA, ссылки .

Еще одна вещь, которую следует учитывать, это сам материал FR4 и CAFing. Это не исследование, но оно иллюстрирует проблему.

Что касается надежности SMD, исследование было проведено в 1993 году, и в приложении есть несколько интересных писем. Link .

Для конденсаторов, я бы сказал, для керамического MLCC, вот сравнение между электродом из благородного металла и электродом из основного металла. В комплекте есть таблица с проверенными единицами.

Для керамики существуют конструкции конденсаторов с «мягким электродом», и те, которые с большей вероятностью выходят из строя в «открытом режиме». Говоря в общем, вы хотите получить детали, которые, по крайней мере, автомобильные.

Согласно Руководству по конденсаторам (Cletus J. Kaiser), стеклянные конденсаторы являются самыми надежными, и я помню, что НАСА использовало их. Я не нашел данных о надежности еще.

Попробуйте это для достоверности данных. Также для других типов конденсаторов.


0

Мой ответ основан не на реальных исследованиях , а на реальных приложениях. Я рекомендую вам использовать самые надежные компоненты и создать доску с ними. Определите его MTBF. Основываясь на этом MTBF, соберите достаточно плат, чтобы покрыть общее время, которое эта конструкция должна длиться, и удвойте это число. Например, если MTBF составляет 10 лет, а время, которое должен длиться дизайн, составляет 50 лет, то вам нужно сделать 10 досок.
Чтобы свести к минимуму время простоя, можно автоматически активировать набор «переключателей», чтобы отключить неисправную плату и вместо нее подключить хорошую плату. Плохую доску можно заменить хорошей и быть готовой к следующему провалу платы. Вам не нужно беспокоиться о недоступности запчастей - они у вас уже есть!


Я не думаю, что это отвечает на вопрос - это объясняет, как бороться с низкой надежностью, но не говорит о получении высокой надежности.
Грег д'Эн
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.