장기적인 신뢰성을위한 설계?


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수십 년 동안 지속될 대규모 공공 인프라에 들어갈 작은 보드를 설계해야합니다. 나는 실제 연구에 근거한 그러한 디자인에 대한 지침을 제공하는 논문 등을 찾고있다 .

이 보드는 별도의 부품으로 기능을 달성하기 위해 넓은 회로조차도 필요하기 때문에 기계적 이유로 훨씬 더 커질 것입니다. 넓은 흔적과 같은 것은 쉬운 일이 아닙니다.

고객은 전체 부품을 최소화하고 구멍을 통해 부품을 원합니다. 나는 부분을 최소화 대한 포인트를 볼 수 있지만, 어떤부품 또한 중요하며 향후 교체를받을 수있는 것이 중요합니다. 이 기능은 소수의 개별 트랜지스터 및 저항으로 구현할 수 있지만 고객은 DIP 패키지에 단일 로직 IC를 사용하는 것이 좋습니다. 그는 구멍을 통한 것이 더 신뢰할 만하다고 생각하지만 그 반대라고 말하는 연구를 본 기억이 있습니다. 또한 20-50 년 동안 16 또는 20 핀 DIP 논리 칩의 가용성에 대해 걱정하고 있습니다. 그러나 SOT-23 트랜지스터와 0805 저항이 더 나은 내기입니까? 일부 광 분리기가있을 것입니다. 그 사람들은 신뢰성과 향후 가용성 측면에서 다른 모든 것을 늪에 빠뜨릴 것 같습니다. 예, 수명을 늘리기 위해 등급의 작은 비율로 LED를 작동시킵니다.

그래서 저는 장기적인 신뢰성을위한 설계에 관한 실질적인 연구 기반 정보를 찾고 있습니다. 이것은 10 % 문제에 대해 쉽게 생각할 수있는 영역이지만 10 % 문제와 관련이없는 90 % 문제를 놓치게됩니다.

추가 :

증거 기반 답변을 찾고 있습니다. 나는 전자 제품을 아주 잘 알고 있다고 생각하며, 한 가지 접근 방식이 다른 접근 방식보다 더 좋은 이유는 다양하고 그럴듯하게 들릴 수 있습니다. 무엇 때문에, 나는 사람들을 신뢰하지 않는 소리 그럴듯하고 정확한 수 있습니다 사운드 물리학을 기반으로하지만, 다른 보이면서 영향이 없습니다. 나는 이것이 교육적인 추측이 잘못된 결론을 초래할 수있는 곳이 아닌가 걱정이다. 그렇기 때문에 증거 기반 답변, 실제 연구 논문, NASA가 주장 할 수있는 규칙 등을 요구합니다.

추가 2 :

환경 "산업"을 고려하십시오. 환경이 얼마나 잘 통제되는지 잘 모르겠습니다. 보드는 요소로부터 보호되지만 에어컨이나 난방 장치는 없을 것입니다. 나는 진동에 대해 모른다. 아마도 많지 않다.

이 보드는 전기 시스템의 다른 부분이 들어있는 캐비닛에 설치됩니다. 서비스 기술자는 필요할 때 캐비닛까지 걸어 갈 수 있습니다. 서비스의 어려움은 문제가 아니지만 가동 중지 시간입니다. 이것은 현재 진행되고있는 것이 아니라 시스템이 다시 가동 될 때까지 주간 고속도로가 폐쇄되었다고 상상해보십시오. 물론 중복성이 이미 있지만 실패는 실제로 피하고 싶은 것입니다.


지점에 스루 홀 SMT VS : wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042513-011426/...은 (는 요약 : SMT 인해 작은 크기로 열 순환, 진동 등에 대하여보다 견고 )
— Phil Frost

나는 당신의 모든 질문에 대답 할 수는 없지만, 1990 년대 후반과 2000 년대 초반 무연 솔더로의 이동의 영향을 조사한 많은 연구가 있었으며, 놀랍게도 무연 솔더는 실제로 더 많은 것으로 결론을 내 렸습니다 일반적인 보드의 일반적인 부품에 안정적입니다.
— 에드워드

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이것은 정말로 모욕적 인 질문이지만 실제로는 광범위 해 보입니다. 당신은 너무 많은 것들이 있습니다 수도 에 대해 생각하고 싶지, 예를 들어, 주석 휘스커 (ESP는. RoHS 규제와). 순수한 추측이 될 것입니다 (예 : 50 년 후에 스핀 트로닉스를 완전히 run을 수도 있습니다). 나는 실제로 몇 가지 답변을보고 싶지만 아마도 이것은 큰 목록이 될 것이고 많은 답변은 단지 몇 가지 아이디어와 힌트를 제공합니다. 어쩌면 사람들이 논문에 대한 링크를 선택하여 포인트를 편집한다고 커뮤니티 위키에서 대답 할 수 있습니까?
— PlasmaHH

Belcore / Telcordia SR-332 및 MIL-HDBK-217과 같은 예측 연구 / 방법을 찾고 있습니까? 아니면 10-20 년에 걸쳐 수행 된 실제 연구 연구에 대해 더 많이 찾고 있습니까? 나는 이것이 일반적인 MTBF 계산을 넘어 HALT 테스트 접근법을 수행한다고 생각합니다.
— 일부 하드웨어 가이

환경에 대해 조금 더 말할 수 있습니까? 열 사이클링, 극한 온도, 진동, 요소에 대한 노출, (비, 태양, 바닷물) @PhilFrost, 나는 단지 당신의 링크를 훑어 보았습니다. 그것은 모든 컴퓨터 모델링처럼 보입니다. 스루 홀이 열 사이클링에서 더 나을 것이라는 소문을 들었습니다. 리드가 약간의 변형을 유발할 수 있기 때문입니다. (그러나 이것은 트랜지스터에 대한 것이 었습니다.)
— George Herold

답변:


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NASA는 전자 기기의 장기적인 신뢰성에 대해 많은 의견을 가지고 있습니다. 예는 다음과 같습니다-> 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 한 예 (참조 끝에 있습니다).

모든 관련 정보 (NASA 웹 사이트는 상당히 지저분하다)에 대한 훌륭한 링크를 제공 할 수는 없지만 인터넷 검색 'nasa 장기 신뢰성 전자 기기'는 주제에 관한 논문에 대한 많은 링크를 제공합니다.


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링크 된 문서는 핸드 솔더링과 다른 방법을 평가하는 데 좋지만 이산 구성 요소 대 IC 또는 IC 패키지에 대해서는 다루지 않습니다. 또한 링크가 나중에 죽을 경우 답변에 결론 요약을 포함시키는 것이 좋습니다.
— skrrgwasme

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@skrrgwasme, 그것은 심지어 그것을하지 않습니다. 그들이 개막식에서 말했듯이, 좋은 통계를 얻기에 충분한 샘플이 없었습니다 (100 개만).
— George Herold 2019

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이 답변에 내가 아는 것을 추가 할 것입니다.

"크립 부식"으로 시작하려면 조사가 필요합니다 여기 있습니다.

실제로 황을 함유 한 환경과 관련이 있습니다. 흥미로운 주제가 없다면 읽어 볼 가치가 있습니다.

NASA의 ROHS 및 주석 수염 관련 링크 가 많이 있습니다 .

고려해야 할 또 다른 사항은 FR4 재료 자체와 CAFing입니다. 이것은 연구가 아니지만 문제를 설명합니다.

SMD의 신뢰성에 대한 연구는 1993 년에 수행되었으며 부록에 흥미로운 글자가 있습니다. 링크 .

커패시터의 경우 세라믹 MLCC와 함께 사용하려고 합니다. 귀금속 전극 및 기초 금속 전극 사이의 비교입니다. 테스트 된 장치가있는 테이블이 포함되어 있습니다.

세라믹의 경우 "연질 전극"을 갖는 커패시터 설계와 "개방 모드"에서 실패 할 가능성이있는 커패시터 설계가 있습니다. 일반적으로 말하면 최소한 자동차 인증을받은 부품을 원합니다.

에 따르면 커패시터 핸드북 (클리 터스 J. 카이저) 유리 커패시터는 가장 신뢰할 수있는, 나는 NASA 그들을 사용 기억합니다. 신뢰성 데이터를 아직 찾지 못했습니다.

신뢰성 데이터를 위해 이것을 시도하십시오 . 다른 커패시터 유형에도 적용됩니다.


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내 대답은 실제 연구 가 아니라 실제 응용 프로그램을 기반으로 합니다. 가장 안정적인 구성 요소를 사용하고 해당 구성 요소로 보드를 만드는 것이 좋습니다. MTBF를 결정하십시오. 이 MTBF를 기반으로이 설계가 지속되는 총 시간을 포괄 할 수있는 충분한 보드를 조립하고 그 수를 두 배로 늘리십시오. 예를 들어 MTBF가 10 년이고 디자인이 지속되는 시간이 50 년인 경우 10 개의 보드를 만들어야합니다.
"다운"시간을 최소화하기 위해, "스위치"세트가 자동으로 활성화되어 불량 보드를 분리하고 대신 올바른 보드를 연결할 수 있습니다. 그런 다음 불량 보드를 양호한 보드로 교체하고 다음 보드 오류에 대비할 수 있습니다. 사용할 수없는 수리 부품에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 이미 수리 부품이 있습니다!


나는 이것이 질문에 대답하지 않는다고 생각한다-이것은 낮은 신뢰성을 다루는 방법을 설명하지만 높은 신뢰성을 얻는 것에 대해서는 이야기하지 않는다.
— Greg d' Eon
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