長期的な信頼性のための設計？

私は何十年も続くことを意図した公共インフラストラクチャの大部分に入る小さなボードを設計する必要があります。実際の研究に基づいたそのようなデザインについてのガイダンスを与える論文などを探しています。

このボードは、機械的な理由によりはるかに大きくなり、ディスクリート部​​品で機能を実現するには、広い回路でも必要になります。広いトレースのようなものは簡単です。

顧客は、部品の総数を最小限に抑え、穴を開けることを望んでいます。私は部品を最小限に抑えることについてのポイントを参照してください、しかし、これは部品も重要であり、将来的に交換品を入手できることが重要です。この機能は、少数の個別のトランジスタと抵抗を使用して実装できますが、顧客はDIPパッケージの単一のロジックICを使用したいと考えています。彼は、穴を通しての方が信頼性が高いと考えていますが、私は反対のことを言う研究を見たことを覚えていると思います。また、20〜50年で16または20ピンのDIPロジックチップが利用可能になるのではないかと心配しています。しかし、SOT-23トランジスタと0805抵抗器の方が良いでしょうか？いくつかの光アイソレータがあります。信頼性と将来の可用性の点で、それらは他のすべてを圧倒するように思えます。はい、寿命を延ばすために、定格のわずかな割合でLEDを実行します。

そのため、長期的な信頼性を確保するための設計に関する真の決定的な研究ベースの情報を探しています。これは、10％の問題について考えるのは簡単ですが、10％の問題を無関係にする90％の問題を見逃す領域です。

追加：

証拠に基づいた答えを探しています。私は電子機器をかなりよく知っていると思うのが好きで、あるアプローチが別のアプローチよりも優れていると思われるさまざまなもっともらしい理由を思いつくことができます。しかし、私はそれらを信用しません。なぜなら、もっともらしい音で、音の物理学に基づいているものは正しいかもしれませんが、他のより支配的な影響が欠けているからです。これは、経験に基づいた推測が著しく間違った結論につながる可能性があることを心配しています。だからこそ、証拠に基づいた回答、実際の研究からの論文、NASAが主張するかもしれない規則などを求めています。

追加2：

環境を「産業」と考えてください。環境がどれだけうまく制御されているかはわかりません。ボードは風雨から保護されますが、空調や暖房は必要ありません。振動については知りませんが、おそらくそれほどではありません。

これらのボードは、電気システムの他の部分を収容するキャビネットに設置されます。サービス技術者は、必要に応じてキャビネットまで歩くことができます。サービスの難しさは問題ではありませんが、ダウンタイムは問題です。これは起こっていることではありませんが、システムが再び稼働するまで州間高速道路がシャットダウンされた場合を想像してください。もちろん、すでに冗長性はありますが、障害は本当に避けたいものです。

NASAは、電子機器の長期的な信頼性について多くを語っています。次に例を示します-> 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 1つの例（参照最後にあります）。

関連するすべてへの良いリンクを提供することはできません（NASAのWebサイトは非常に面倒です）が、「nasa長期信頼性エレクトロニクス」をグーグルで検索すると、このトピックに関する論文への多くのリンクが提供されます。

私が知っていることをこの答えに追加します。

「クリープ腐食」から始めるには、ここで調査します

実際には、硫黄を含む環境に関連しています。それが興味深いトピックである場合、それは読む価値があります。

NASAのROHSおよび錫ウィスカに関連する記事が多数あります。

考慮すべきもう1つの点は、FR4マテリアル自体とCAFingです。これは研究ではありませんが、問題を示しています。

SMDの信頼性については、1993年に調査が実施され、付録には興味深い手紙がいくつかあります。リンク。

コンデンサについては、セラミックMLCCを使用します。貴金属電極と卑金属電極の比較を次に示します。テストされたユニットを含むテーブルが含まれています。

セラミックには、「ソフト電極」を備えたコンデンサ設計と、「オープンモード」で故障しやすいコンデンサ設計があります。一般的に言えば、少なくとも自動車に適した部品を入手したいと考えています。

コンデンサハンドブック（Cletus J. Kaiser）によると、ガラスコンデンサは最も信頼性が高く、NASAが使用したことを覚えています。信頼性データはまだ見つかりませんでした。

信頼性データのためにこれを試してください。他の種類のコンデンサにも。

私の答えは、実際の研究に基づいているのではなく、実際の応用に基づいています。 最も信頼性の高いコンポーネントを使用し、それらを使用してボードを作成することをお勧めします。MTBFを決定します。このMTBFに基づいて、この設計が持続する合計時間をカバーするのに十分なボードを組み立て、その数を2倍にします。たとえば、MTBFが10年で、設計の継続時間が50年である場合、10個のボードを作成する必要があります。
「ダウン」時間を最小限に抑えるために、一連の「スイッチ」を自動的にアクティブにして、不良ボードを切断し、代わりに正常なボードを接続できます。その後、不良ボードを良好なボードと交換し、次のボードの障害に備えることができます。修理部品が利用できないことを心配する必要はありません-あなたはすでにそれらを持っています！