Desain untuk keandalan jangka panjang?

Saya perlu merancang papan kecil yang akan masuk ke bagian besar infrastruktur publik yang dimaksudkan untuk bertahan beberapa dekade. Saya mencari makalah dan sejenisnya yang memberikan panduan tentang desain tersebut berdasarkan penelitian nyata .

Papan ini akan jauh lebih besar karena alasan mekanis sehingga perlu untuk rangkaian yang luas sekalipun untuk mencapai fungsi dengan bagian-bagian terpisah. Hal-hal seperti jejak lebar adalah hal yang sulit.

Pelanggan ingin meminimalkan bagian total, dan menginginkannya melalui lubang. Saya melihat titik tentang meminimalkan bagian, tetapi yang manabagian juga sangat penting, dan bisa mendapatkan penggantian di masa depan adalah penting. Fungsi ini dapat diimplementasikan dengan beberapa transistor dan resistor diskrit, tetapi pelanggan lebih suka menggunakan IC logika tunggal dalam paket DIP. Dia berpikir melalui lubang lebih dapat diandalkan, tetapi saya pikir saya ingat melihat sebuah studi yang mengatakan sebaliknya. Juga, saya khawatir tentang ketersediaan chip logika DIP 16 atau 20 dalam 20-50 tahun. Tetapi, apakah transistor SOT-23 dan resistor 0805 lebih baik? Akan ada beberapa opto-isolator. Menurut saya itu akan membanjiri segala sesuatu yang lain dalam hal keandalan dan ketersediaan di masa depan. Ya, saya akan menjalankan LED di sebagian kecil dari peringkat untuk meningkatkan umur.

Jadi, saya mencari informasi berbasis penelitian nyata definitif tentang merancang untuk keandalan jangka panjang. Ini adalah area di mana mudah untuk memikirkan masalah 10% tetapi melewatkan masalah 90% yang membuat masalah 10% tidak relevan.

Ditambahkan:

Saya mencari jawaban berbasis bukti. Saya suka berpikir bahwa saya mengenal elektronik dengan cukup baik, dan dapat memunculkan berbagai alasan yang masuk akal mengapa satu pendekatan mungkin lebih baik daripada yang lain, dan saya yakin yang lain juga bisa. Namun, saya tidak percaya itu karena apa yang terdengar masuk akal dan didasarkan pada fisika suara mungkin benar tetapi kehilangan beberapa pengaruh lain yang lebih dominan. Saya khawatir bahwa di sinilah dugaan yang berpendidikan dapat mengarah pada kesimpulan yang sangat salah. Itu sebabnya saya meminta jawaban berbasis bukti, makalah dari studi aktual, aturan yang mungkin ditekankan NASA, dll.

Menambahkan 2:

Pertimbangkan lingkungan "industri". Saya tidak yakin seberapa baik lingkungan dikontrol jika sama sekali. Papan akan dilindungi dari elemen, tetapi mungkin tanpa AC atau pemanas. Saya tidak tahu tentang getaran, mungkin tidak banyak.

Papan ini akan dipasang di kabinet yang menampung bagian lain dari sistem kelistrikan. Teknisi servis dapat berjalan ke kabinet bila perlu. Kesulitan servis bukan masalah, tetapi downtime. Ini bukan apa yang terjadi, tetapi bayangkan jika jalan raya antarnegara bagian ditutup hingga sistem menyala dan berjalan kembali. Tentu saja sudah ada redundansi, tetapi kegagalan adalah sesuatu yang benar-benar ingin Anda hindari.

NASA banyak bicara tentang keandalan elektronik jangka panjang. Berikut ini satu contoh -> https://nepp.nasa.gov/files/20223/09_109_1%20JPL_Spence%20Longterm%20R keandalan%20of%20Hand%20Soldering%20M55365%20Ta%20Capacitors%2009_30%2011_09%203_2_10 contoh berada di akhir).

Saya tidak dapat memberikan Anda tautan yang baik ke segala sesuatu yang terkait (situs web NASA cukup berantakan), namun, googling 'nasa elektronik keandalan jangka panjang' memberi banyak tautan ke makalah tentang topik tersebut.

Saya akan menambahkan ke jawaban ini apa yang saya tahu.

Untuk memulai dengan "creep corosion", Anda memiliki penyelidikan di sini

Ini sebenarnya terkait dengan lingkungan yang mengandung belerang. Layak dibaca jika tidak ada topik lain yang menarik.

Ada banyak artikel yang terkait dengan ROHS dan kumis timah dari NASA, tautan .

Hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah bahan FR4 itu sendiri dan CAFing. Ini bukan studi, tetapi menggambarkan masalah ini.

Tentang keandalan SMD, sebuah penelitian dilakukan pada tahun 1993 dan ada beberapa surat menarik dalam lampiran. Link .

Untuk kapasitor saya akan mengatakan untuk pergi dengan MLCC keramik, di sini adalah perbandingan antara elektroda logam mulia dan elektroda dasar-logam. Termasuk adalah meja dengan unit yang diuji.

Untuk keramik ada desain kapasitor yang memiliki "elektroda lunak" dan yang lebih cenderung gagal dalam "mode terbuka". Secara umum Anda ingin mendapatkan suku cadang yang setidaknya memenuhi syarat otomotif.

Menurut buku pegangan kapasitor (Cletus J. Kaiser) kapasitor kaca adalah yang paling dapat diandalkan, dan saya ingat NASA menggunakannya. Saya belum menemukan data keandalan.

Coba ini untuk data keandalan. Juga untuk jenis kapasitor lainnya.

Jawaban saya tidak didasarkan pada penelitian nyata , tetapi lebih pada aplikasi nyata. Saya sarankan Anda menggunakan komponen yang paling dapat diandalkan dan dan membuat papan dengan mereka. Tentukan MTBF-nya. Berdasarkan MTBF ini, pasang papan yang cukup untuk menutupi total waktu desain ini seharusnya berlangsung, dan gandakan jumlahnya. Misalnya jika MTBF adalah 10 tahun, dan waktu desain seharusnya bertahan adalah 50 tahun, maka Anda perlu membuat 10 papan.
Untuk meminimalkan waktu "turun", satu set "sakelar" dapat secara otomatis diaktifkan untuk melepaskan papan yang buruk dan menghubungkan papan yang bagus di tempatnya. Papan yang buruk kemudian dapat diganti dengan yang bagus dan siap untuk kegagalan papan berikutnya. Anda tidak perlu khawatir tentang perbaikan komponen yang tidak tersedia - Anda sudah memilikinya!