Cómo diseñar un esquema con una expectativa de vida infinita [cerrado]

  

cómo diseñar dispositivos electrónicos que puedan funcionar   continuamente por mucho tiempo

Para las estimaciones de MTBF de la mayoría de los componentes modernos en varias aplicaciones desde benigno al suelo hasta disparado en un misil, lea MIL-HDBK-217F Notice 2

  

Supongamos que el dispositivo es relativamente complejo, que contiene analógico y   Circuitos digitales y alguna unidad programable. CPU para datos complejos.   procesamiento

MIL-HDBK-217F lo guía en cómo determinar el MTBF general de los circuitos electrónicos complejos.

  

Los problemas tecnológicos están fuera del alcance de mi pregunta - PCBs,   Materiales de soldadura, corrosión, etc.

No veo por qué deberían serlo - MIL-HDBK-217F brinda una guía para estimar el MTBF de PCBs

  

Pero, por ejemplo, la vida limitada de los condensadores electrolíticos es   ontopic

Y cubierto en MIL-HDBK-217F

  

¿Cuál es el tiempo de vida máximo (estimación, por supuesto) con el   base de elementos contemporáneos?

Lee MIL-HDBK-217F

  

¿Qué soluciones de diseño debemos usar y qué evitar?

Lee MIL-HDBK-217F

  

¿Qué puede hacer el software?

¿Qué software?

Por lo tanto, para un resistor de categoría RM (consulte la sección 9.1), debería utilizar el Aviso MIL-HDBK-217F 2 y crear una tabla como esta: -

ParauncondensadorSMDtípico(categoríaCDR),haríaesto:-

Y,paraunrectificadordepotenciaquefuncionaaaltatemperatura,puedehaceresto:-

A menudo, la vida útil limitada de un componente es causada por el estrés. Evite el estrés en los componentes y aumentarán las posibilidades de que dure más (¡pero no hay garantía!).

Algunos componentes son más sensibles al estrés que otros, los condensadores electrolíticos que menciona son un buen ejemplo. Todos sabemos que si estos tienen que operar a una temperatura alta (eso es estrés), su vida útil disminuirá. Así que mantener las cosas frescas ayudará.

En la migración electrónica de semiconductores (discreta y de chips) es un problema. Las altas densidades de corriente y las altas temperaturas aumentan esta forma de estrés. La mayoría de los diseños de semiconductores son un compromiso entre el costo y la vida útil. A menudo, se garantizan 10.000 o 100.000 horas de funcionamiento a una temperatura elevada. La vida útil esperada aumenta dramáticamente a temperaturas no elevadas, aunque de nuevo: mantener las cosas frescas ayudará.

En el software usted podría deshabilitar (partes de) el dispositivo tanto como sea posible. Puede optimizar el software de modo que el dispositivo nunca disipe más de una cierta cantidad de energía o dejar que funcione a una velocidad de reloj más baja cuando las temperaturas suben demasiado.

Hay demasiados detalles para tener en cuenta al diseñar un producto de larga duración.

Aparte del MIL-HDBK-217F, que es útil para los componentes MTBF pero no mucho en la reducción y en los cambios de características a largo plazo (envejecimiento).

Si desea un producto totalmente funcional en un período prolongado, deberá tener en cuenta, por ejemplo, el cambio de valor de los condensadores a lo largo del tiempo, que es mayor con el dieléctrico Y5V que con el X7R.

Además, como no puede tener los mejores componentes cada vez que produce, tendrá que hacer algunas pruebas de detección e incineración, como ocurre en la industria aeroespacial en la que las computadoras de los aviones tienen problemas de temperatura, vibración y choque térmico. , lo que ayuda a evitar que las computadoras defectuosas se envíen al cliente.

Este es el fenómeno de la curva de la bañera. Puedes leer más sobre esto en el artículo de wikipedia .

También algunos consejos que aprendí trabajando en las industrias aeroespacial y automotriz:

• Componentes SMD o TH a través de BGA

BGA o componente equivalente son más propensos a soldar fallas mecánicas debido a la tensión térmica y mecánica. Se pueden usar pastas de relleno y adhesivas para reducir el estrés en estos componentes.

• Las tecnologías antiguas son más confiables (relacionadas con el tamaño del proceso del troquel)

El proceso más fino es más sensible y requiere un voltaje más bajo con un ruido muy bajo, lo que puede ser difícil de mantener con el tiempo. También las tecnologías más nuevas necesitan algo de tiempo para tener una producción eficiente con alta calidad.

Otro aspecto es que los componentes más antiguos están más libres de errores que los recientes. Los problemas de hardware se han solucionado en el diseño. Es por eso que los productos espaciales y aeroespaciales utilizan un procesador antiguo, ya que es difícil cambiar el procesador cuando la placa está volando a Marte.

Finalmente, cuanto más delgado sea el proceso del troquel, más pronunciados serán los tiempos de subida que podrían dar lugar a problemas de integridad de la señal incluso con señales de "baja frecuencia", por ejemplo, sobretensiones que podrían desgastar los componentes a largo plazo.

• La memoria flash no es infinita

La memoria flash ha especificado los ciclos máximos de escritura y el tiempo de retención de datos. Así que el software debe ser consciente y escribir cuidadosamente en las memorias flash. NOR flash puede lograr 1 millón de ciclos de escritura garantizados y 20 años de retención de datos. Pero las capacidades son más pequeñas que con flash NAND.

También, una técnica que se observó en la industria aeroespacial, ya que el procesador estaba usando un flash NOR intensivo durante el encendido (pero solo se encendió durante algunas fases específicas), fue el software que eligió uno de los dos chips de flash alternativamente (o aleatoriamente) al inicio, por lo tanto, está mitigando los problemas de los ciclos de escritura con la retención de datos.

• Problemas de soldadura y PCB

Algunos otros fenómenos que deben tenerse en cuenta son la apariencia de bigotes con soldadura sin plomo. Un artículo de wikipedia para darle una pista de este efecto. El sector aeroespacial sigue utilizando soldadura con plomo debido a este fenómeno.

Otro efecto, más visto en la industria automotriz es CAF (filamento anódico conductor), que es un efecto de electromigración dentro de los dieléctricos de PCB que crea un filamento de cobre y conduce a cortocircuitos. Esto es más relevante con altas diferencias de potencial y altas corrientes. IPC tiene reglas de diseño sobre esto y también existen materiales resistentes a CAF.

Recuerde que el diseño de circuitos robustos y de larga duración se trata tanto de la selección de componentes (y la selección, etc.) como del diseño del circuito. Y realmente no tiene nada que ver con el "esquema". El diagrama esquemático solo muestra cómo se interconectan las partes. Rara vez dice algo sobre la fuente, la calidad, el grado, etc. de los componentes. Esto se encuentra más típicamente en la lista de materiales, etc.

Hay ciertas ramas de la electrónica que se especializan en diseño de alta confiabilidad. Dos, por ejemplo, son circuitos diseñados para satélites en el espacio exterior. Donde esperamos décadas de operación en algunos de los ambientes más duros. Y electrónica médica, particularmente para dispositivos implantados (marcapasos, etc.)

Pero incluso en esos ejemplos, los satélites están diseñados con redundancia y reconfiguración por control remoto, etc. Y los marcapasos y otros dispositivos electrónicos implantados tienen una esperanza de vida limitada antes de que deban reemplazarse.