Frage:
Wie kann man Elektronik für eine Lebensdauer von 40 Jahren oder mehr entwerfen?
ConanTheGerbil
2020-01-10 23:46:22 UTC
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Ich habe über die Voyager-Raumsonden gelesen und bin sehr gespannt, wie Sie Elektronik und Instrumente für ein sehr langes Leben (über 40 Jahre) ohne physische Wartung entwerfen.

Meine bisherigen Vermutungen umfassen:

  • Physikalischer Schutz für Komponenten (robuste Metallbox und Vergussmasse)
  • Umweltschutz, der die Elektronik warm und trocken hält.
  • Redundanz (d. H. Duplikate), soweit möglich.

Aber was ist mit den einzelnen Komponenten selbst?Wie stellen Sie sicher, dass eine Diode / ein Transistor / ein Kondensator tatsächlich so lange hält?Oder noch schwieriger, was ist mit den (wenn auch primitiven) Mikroprozessoren?

Ich denke, Komponenten mit geringerer Nennleistung könnten hilfreich sein (dh die Verwendung eines 12-V-Kondensators in einem 5-V-Stromkreis oder der Betrieb eines 8-MHz-Prozessors mit 4 MHz oder die Verwendung eines 100-mA-Kabels für einen 1-mA-Strom).

Aber es muss noch mehr geben?Oder ist das alles Teil des Wunders der Sonden, der Tatsache, dass sie jetzt noch arbeiten?

Der Weltraum ist eine sehr raue Umgebung.Ich habe Geräte, die ich vor 40 Jahren ohne besondere Sorgfalt gebaut habe und die heute noch gut funktionieren.Meine Stereoanlage hat keinen Netzschalter und läuft daher seit 40 Jahren ununterbrochen.Ich gehe davon aus, dass es mich überleben wird!
Es gibt auch eine angemessene Menge an Komponentenauswahl - z."Halten Sie sich um jeden Preis von Elektrolytkondensatoren fern".(Warum vermeidest du sie nicht die ganze Zeit? Elektrolyte sterben relativ schnell ab, sind aber in anderer Hinsicht gut.)
Kaufen Sie bei AliExpress.Verwenden Sie RoHS-Lot.Verwenden Sie viele Kondensatoren.Das sind die Verbote ...
Was sie gesagt haben.Überlappt in einigen Fällen andere.Verwenden Sie keine Elektrolytkappen.Verwenden Sie keine Tantalkappen.Überprüfen Sie, ob Rad Hard helfen kann (auch wenn es sich nicht in einer strahlungsintensiven Umgebung befindet).Temperaturreduzierung, um den Multiplikator [Arrhenius] (https://wiki2.org/en/Arrhenius_equation) zu nutzen (oder zu vermeiden).Verwenden Sie eine hervorragende Schutzbeschichtung.Vibrationsschutz angemessen.Spannungsreduzierung übermäßig.
[Warum überleben die meisten Raumsonden viel länger als vorgesehen?] (Https://space.stackexchange.com/questions/34212/why-do-most-space-probes-survive-for-far-longer-als-sie-wurden-entworfen)
Was ist der Umfang dieser Frage (Titel = allgemein, Einführung = Raumschiff, Beispiele = allgemein)?Raumschiffe oder allgemein?Die Hauptaufgabe der Voyager war ungefähr 12 Jahre, das ist bei weitem nicht annähernd Ihre 40 Jahre.Ich denke, selbst Bediener und Ingenieure, die am Voyager-Programm beteiligt sind, sind erstaunt darüber, wie lange die Sonden gedauert haben, und es war nie geplant, sie 40 Jahre lang zu betreiben.Auch in Bezug auf Gelegenheit.
Die Strahlungshärtung ist ein großes Problem für langlebige Raumsonden."Kosmische Strahlen", die größtenteils durch die Erdatmosphäre erheblich abgeschwächt werden, können für Halbleiterkomponenten sehr gefährlich sein.
Nur eine Anmerkung: Die Elektronik im Weltraum hat keine Luftfeuchtigkeit und nahe null Grad. Wenn Sie die optimale Temperatur für die Weltraumelektronik überprüfen, hält die herkömmliche Elektronik doppelt so lange.Jeder Durchschnitt von 10 Grad verkürzt die Lebensdauer um 10% oder so.Die Weltraumelektronik erzeugt einige 100 Watt Wärme, die durch Heatpipes optimal gekühlt wird.
@com.prehensible Das ist nicht wirklich genau.Sicher, _space_ ist im Durchschnitt kalt, aber Ihr Metallklumpen außerhalb unserer Atmosphäre bei direkter Sonneneinstrahlung wird ziemlich bald ziemlich heiß.
Ich stimme voll und ganz zu, die Umgebungstemperatur von Hubble beträgt ungefähr -100 auf der Sonnenseite und +150 auf der kalten Seite ... Kameras haben einen Bereich von -30 bis + 50 ° C, Sonnenkollektoren sind von -100 bis 125 ° C.ältere Batterien überleben bei -5 bis + 25, ich glaube, dass der Durchschnitt der Blende eines Satelliten wie Hubble niedriger als der Gefrierpunkt ist, vielleicht -40 Durchschnitt.
Zusätzlich zu allem anderen hätte die NASA höchstwahrscheinlich direkt mit den Lieferanten zusammengearbeitet, um deren internes Fachwissen zu nutzen.Teile wurden möglicherweise sogar zusätzlichen Tests unterzogen.Sie würden nicht anonym über digiikey bestellen.
Sieben antworten:
SteveSh
2020-01-11 00:42:33 UTC
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In einer Nussschale Qualität, Qualität, Qualität.

Als erstes verwenden Sie Teile mit hoher Zuverlässigkeit. Die NASA legt 4 Qualitätsstufen fest, beginnend mit kommerziell (niedrigste Note) bis hin zu 883B (ein Mil-Standard). dann QML-Stufe Q und schließlich QML-Stufe V. Mit jedem Schritt in der Stufe werden die Screening-Anforderungen strenger; die Papierspur lästiger; und die Kosten steigen ständig.

Mit zunehmendem Qualitätsniveau sinken die vorhergesagten Ausfallraten. Dies bedeutet, dass wenn Sie Ihre Zuverlässigkeitsvorhersage (oder genauer Ihre Wahrscheinlichkeit des Missionserfolgs) durchführen, Ihr Ps mit Teilen von besserer Qualität zunimmt.

Hier spielt auch ein angemessenes Derating eine Rolle, insbesondere bei neuen Technologien oder neuen Teilen, für die es keine Geschichte gibt. Aus diesem Grund wird uns manchmal empfohlen, einen 100-V-MOSFET für eine 20-V-Anwendung zu verwenden.

Redundanz hilft sehr. Mit der Redundanz kommen jedoch zusätzliche Komplexität und mehr Teile hinzu, was die serielle Ausfallrate tatsächlich verschlechtert.

Bei jedem Hi-Rel-Design müssen Sie eine Analyse durchführen, um Single Point Failures (SPfs) zu identifizieren und so weit wie möglich zu mindern. Ein SPF ist ein Fehler, der die gesamte Funktion oder Mission beeinträchtigen oder zum Verlust führen würde. Die SPF-Analyse ist besonders wichtig, wenn Redundanz verwendet wird, da Sie nicht möchten, dass ein einzelner Fehler dazu führt, dass sowohl der primäre als auch der redundante Hardwaresatz nicht funktionieren.

Schließlich wette ich, dass diese Voyager-Missionen für ein 8- oder 10-jähriges Missionsleben konzipiert wurden, nicht für 40.

Bearbeiten 1:

Während Sie Ihren Weg in ein hochzuverlässiges System nicht testen können, spielt das Testen eine große Rolle beim Aussortieren von Randbereichen. Alle unsere Baugruppen durchlaufen eine Art Umweltbelastungsprüfung, die Funktionstests über den erwarteten Temperaturbereich und Temperaturwechsel sowohl mit als auch ohne Stromversorgung umfasst. Für den Weltraum bestimmte Systeme werden in einer TVAC-Kammer (Thermal Vacuum) getestet. Es kann auch Vibrations- oder Schockprüfungen geben, diese werden jedoch normalerweise an einem Testartikel durchgeführt.

EDIT 2 8/6/2020 - Klappentext bei Temperaturschwankungen hinzugefügt

Mehrere, die auf diese Frage geantwortet haben, erwähnten die Temperatur und ihre Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit. Also dachte ich, ich würde das etwas näher erläutern.

Halbleiter weisen eine Ausfallrate auf, die sich bei jedem Temperaturanstieg von 10 ° C ungefähr verdoppelt. Es gibt Papiere, die darüber streiten, ob 2X der richtige Wert ist. dass es vielleicht 1,8 oder 2,5 oder eine andere Menge sein sollte. Für die Zwecke dieser Diskussion werde ich jedoch 2X verwenden, da dies ein Wert ist, der von der Industrie, der Regierung und den Zuverlässigkeitsdisziplinen "akzeptiert" wird.

Damit ist es sinnvoll, dass Sie Ihre Elektronik unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit so kühl wie möglich halten. Die Betriebstemperatur von 85 ° C ist besser als 95 ° C und 75 ° C ist besser als 85 ° C.

Zusätzlich zur Betriebstemperatur, sei es Durchschnitt oder Spitze, gibt es auch die Temperaturschwankung oder -schwankung. Temperaturschwankungen sind unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit insofern schlecht, als es Temperaturänderungen sind, die Spannungsverbindungen verursachen, insbesondere solche, an denen ICs oder sogar diskrete Halbleiter beteiligt sind. Diese Temperaturänderungen belasten die Verbindung zwischen der Komponente und der Platine aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTEs) zwischen der Komponente und der Platine. Beispielsweise hat eine typische FR4-Leiterplatte einen CTE von ~ 15 ppm, während ein BGA-Gehäuse einen CTE von näher an 6 ppm haben kann. Diese Unterschiede im CTE führen dazu, dass die Lötstellen, die das Teil bei Temperaturänderungen an der Platine befestigen, belastet werden. Diese Spannungen sind proportional zu den Änderungen der Temperatur und der Größe des Gehäuses und können im Laufe der Zeit bei ausreichenden Temperaturzyklen zu einem Bruch der Lötstelle oder zur Befestigung an der Platine führen.

Bleiteile wie die alten 14/16/20 Pin-Flachpackungen sind in dieser Umgebung viel fehlerverzeihender als fest angebrachte Packungen wie Ball Grid Arrays (BGAs), da die Kabel der ersteren ein erhebliches Maß an Konformität bieten Dies reduziert die Belastung der Lötstelle.

Der Grund für all dies ist, dass wir uns normalerweise um die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems oder besser um die Wahrscheinlichkeit des Missionserfolgs (Ps) des Systems kümmern. Aufgrund der Auswirkungen von Temperaturänderungen und der durchschnittlichen Betriebstemperatur auf verschiedene Aspekte der Systemzuverlässigkeit kann es sich herausstellen, dass es besser ist, ein System bei einer konstant höheren Temperatur (z. B. 85 ° C) zu betreiben, als die Temperatur von 10 ° C schwanken zu lassen C bis 70 ° C regelmäßig.

Ja.Obwohl Sie die Zuverlässigkeit nicht "testen" können, können Sie jede Komponente auf Unzuverlässigkeit testen.Ich denke, ein entscheidender Teil davon sind ** hochbeschleunigte Lebensdauertests **, bei denen Komponenten ausgesondert werden, die 10 Jahre lang nicht halten.
Sie haben Recht mit einzelnen Fehlerquellen.Selbst die anspruchsvollsten redundanten Systeme haben einen kleinen Kern, in dem ein einziger Fehlerpunkt das gesamte System zum Erliegen bringen kann.Bei dreifacher modularer Redundanz ist es beispielsweise die Abstimmungsschaltung, die niemals ausfallen darf.
Russell McMahon
2020-01-11 17:25:12 UTC
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Sie haben speziell nach Raumsonden gefragt, aber Ihre Frage hatte auch einen allgemeineren Geschmack. Ich habe allgemein angesprochen, wie man Dinge zum Letzten bringt. Im Weltraum ist es unwahrscheinlich, dass die z. B. Wechselstromnetzaspekte relevant sind - aber es gibt immer noch Probleme mit der Stromversorgung.
Diese Antwort ist notwendigerweise unvollständig und überschneidet sich in einigen Bereichen mit anderen Kommentaren und Antworten. Diese sind "aus meinem Kopf". Ich komme zurück und füge später mehr hinzu. Oder nicht:

Vor langer Zeit machte ich mich daran, tragbare Solarleuchten zu bauen, die in China in Massenproduktion hergestellt werden und eine Ziellebensdauer von 20 Jahren haben. Das wollte der Kunde. Der Kunde, die Hersteller und Murphy haben sich auf Schritt und Tritt gegen mich verschworen. Ich bin durchgefallen. Es gelang uns jedoch, einige ernsthaft robuste Produkte herzustellen. Eines Tages ... :-).

Nicht alle der folgenden Aussagen stammen aus den oben genannten Erfahrungen. Aber ein angemessener Betrag wird dadurch "informiert".

Verwenden Sie keine nassen Aluminium-Elektrolytkappen.

Verwenden Sie keine Tantalkappen.

  • OK - Sie können Tantalkappen verwenden, wenn Sie WIRKLICH wissen, was Sie tun.
    Verwenden Sie als Ausgangspunkt keine Tantalkappen.

Überprüfen Sie, ob Rad Hard möglicherweise hilft (auch wenn es sich nicht um eine strahlungsintensive Umgebung handelt).

Temperaturreduzierung, um den Arrhenius -Multiplikator zu nutzen (oder zu vermeiden).

Use eine hervorragende konforme Beschichtung.

  • Eine konforme Beschichtung MUST weist an der PCBA-Oberfläche geringe bis keine Hohlräume, wenig gelöstes Wasser, einen geringen Abbau in der anwendbaren Umgebung auf und erzeugt keine schädlichen Abbauprodukte und / oder Spülabbauprodukte.

  • ALLE Beschichtungen lassen Wasserdampf durch - eine im Wesentlichen hohlraumfreie Oberfläche gegen die PCBA und ein minimales Wasser in der Beschichtung bedeuten, dass die Wasserkonzentration, die die Oberfläche erreicht, sehr gering ist und die Reaktionsgeschwindigkeiten entsprechend verringert werden.

  • Als Beispiel für Abbauprodukte und Spülen. PV-Solarmodule mit Glasfront haben eine minimale Wasserdurchlässigkeit durch das Glas (keine Überraschung). Das branchenübliche Klebematerial ist EVA-Kunststoff, der durch Wärme und Druck polymerisiert wird, um eine im Wesentlichen klare, hohlraumfreie Klebeschicht zwischen Glas- und PV-Zellen zu bilden. Über ein Jahrzehnt und ein allmählicher UV-Angriff führen zu Produkten, die die Zellkorrosion verbessern. Moderne Glasfrontplatten enthalten Scavenger, um diese Reaktionsprodukte zu absorbieren. Lebensdauern von mehr als 30 Jahren sind "leicht genug" zu erreichen. [Ich habe ein altes, müdes, aber immer noch betriebenes BP 50 Watt PV-Modul, das älter als 40 Jahre ist].

  • Parylene ist König, aber nicht die einzige Antwort (siehe hier und hier). Verwenden Sie das richtige PArylene - es ist eine Familie und einige passen besser zu einigen Bereichen als andere.
    Dow Corning * 1-2577 und Familie sind "ziemlich gut".

  • D Verlassen Sie sich nicht auf Haftvermittler, um Dinge zusammenzuhalten oder an Ort und Stelle zu halten.

    • Säurefrei aushärtende Silikonkautschuke bieten eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren, wenn sie ordnungsgemäß an Oberflächen angepasst sind. Sie können 30 oder 40 Jahre oder länger dauern. Vertrauen Sie jemandem, der dies garantiert.
      Oberflächenmaterialien sind wichtig - Experten werden Ihnen sagen, was für schwierige Oberflächen erforderlich ist.
      Es ist jedoch besser, sich nicht auf Bindemittel zu verlassen.

    Vibration angemessen schützen.

    • Beachten Sie, dass Eisenwerkstoffe zwar eine niedrigere Spannungsgrenze aufweisen, unterhalb derer kein Ermüdungsversagen auftritt, Nichteisenmetalle jedoch KEINE UNTERE SPANNUNGSBEGRENZUNG aufweisen, unterhalb derer letztendlich kein Ermüdungsversagen auftritt. So kann beispielsweise eine Aluminiumhalterung, die weit unter ihrer Zuggrenze beansprucht wird, nach beispielsweise 35 Jahren immer noch versagen, wenn sie wiederholt bis zu einer unteren Grenze beansprucht wird.

    Voltage verringern sich in Bereichen, in denen dies angebracht ist, übermäßig.
    Reduzieren Sie die Spannung NICHT, wenn dies unangemessen ist.

    • zB sollten die nassen Al ecaps, die Sie NICHT verwenden, nicht weit unter den Spannungsspezifikationen liegen.

    Beachten Sie die Eigenschaften der Keramikkappe, die Sie verletzen können.
    z. B. Spannungsklingeln bei Spannungsstufen, Mikrofon- und Hauptspannungsspitzen aufgrund von entsprechenden Vibrationen.

    Be kennen Korrosionsmechanismen.

    • Einige Beschichtungen bieten einen elektrochemischen Opferschutz für darunter liegende Metalle.
      Einige nicht.
      Einige sind langfristig schlechter als keine Beschichtung!. zB "verzinkte" Zinkbeschichtungen schützen darunter liegendes Eisen / Stahl, indem sie elektrochemisch aktiver sind.

    Aber z. B. bietet Nickel (oder das heute weitaus seltener gesehene Zinn) KEINEN elektrochemischen Schutz - eher das Gegenteil. Diese Beschichtungen bieten mechanische Barrieren für Korrosionsprodukte. Wenn / einmal / wenn die Beschichtung über einen kleinen Bereich aufgebrochen wird, wird eine elektrochemische Zelle gebildet, die selektiv auf die darunter liegende Schicht abzielt, und der kleine freiliegende Bereich bedeutet, dass die Korrosionsrate höher ist als wenn der while-Gegenstand NICHT plattiert wurde (!). P. >

    Auf jeden Fall - KEINE ZINNBESCHICHTUNGEN VERWENDEN - siehe unten

    D Verwenden Sie keine Zinnbeschichtungen

    • Zinn ist heutzutage dafür bekannt, Whisker auf Oberflächen zu züchten - manchmal mit hoher Geschwindigkeit und manchmal mit erstaunlichen Längen. In einigen Fällen dauert das Wachstum von Whiskern Jahrzehnte und ist unwichtig. In anderen Fällen können Ausfälle in sehr kurzen Zeiträumen auftreten (z. B. unter einem Jahr).
      Es wird angenommen, dass mindestens ein Kommunikationssatellit aufgrund von Zinnwhiskern verloren gegangen ist.
    • Ich habe einige extrem alte Relais. Einige ihrer Metalloberflächen fühlen sich glatt an. Andere Teile sind extrem rau und die sprießenden Zinnschnurrhaare sind deutlich sichtbar.

    Be wissen, dass EMI wichtig ist.

    • EMI (elektromagnetische Interferenz) auf üblichen Niveaus kann formal gegen ausgelegt werden. Wenn Sie mit Sicherheit wissen, dass in den nächsten 40 oder 50 Jahren niemand einen 1-kW-Linearverstärker, ein ungeschirmtes Magnetron, eine Hochenergie-Funkenquelle usw. in einem kritischen Abstand von Ihrem Produkt betreiben wird, können Sie sich entscheiden, nicht zu schützen gegen solche. Wenn Sie sich dessen nicht sicher sind, ist möglicherweise ein Schutz angebracht.

    Be ist sich der schlimmsten Probleme mit dem Netz und der Stromversorgung im schlimmsten Fall bewusst.

    • Ein Gerät mit sehr langer Lebensdauer verfügt normalerweise über eine externe Energieversorgung. In der Regel Netzstrom, Batterie von einer externen Quelle von möglicherweise Solar geladen. Nur vielleicht thermisch, radioaktiv, ...

  • Wenn an Ihrem Netzeingang mit z. B. 110 VAC oder 230 VAC in den nächsten 40 Jahren NIEMALS eine 11-kV-Leitung an den Abzweig angeschlossen wird, möchten Sie sich möglicherweise nicht vor einer solchen Möglichkeit schützen. Ich höre gelegentlich von Telefonen, die von Wänden oder Häusern springen und in Flammen aufgehen, wenn dies passiert. Es ist selten. Es passiert. Es gibt eine Grenze für das, gegen das Sie sich schützen können. Sie müssen das Limit auswählen.

  • Blitz passiert. In zwei Jahren verlor ich zwei Multifunktionsdrucker durch Blitzeinschlag in der Nähe in einem Wohngebiet, das nicht für übermäßig viel Blitzaktivität bekannt ist. Nach dem zweiten entschied ich, dass es überbewertet war, eine Faxleitung an meinen Drucker anzuschließen. Es wurden keine Telefone beschädigt.

  • Netzenergiespitzen können "sehr enthusiastisch" sein. Es sind Standards zu erfüllen, um sich vor solchen zu schützen. Murphy kümmert sich nicht um Standards.

  • U Verwenden Sie nur äußerst zuverlässige Lieferanten und stellen Sie die Herkunft aller Teilequellen sicher.

    • Diese überlappen sich. In einigen Fällen haben Sie möglicherweise direkten Kontakt zu Lieferanten oder Zwischenhändlern.

  • Stellen Sie sicher, dass Sie den Status der Entität kennen, mit der Sie es zu tun haben. In Asien kann ein Lieferant, der behauptet, der Hersteller zu sein, tatsächlich Produkte von anderen Orten weiterverkaufen.

  • Fabrikbesuche helfen, aber lassen Sie sich nicht täuschen. (Ich bin gewesen). Und stellen Sie sicher, dass Produkte, die aus einer bestimmten Quelle stammen, weiterhin aus dieser Quelle stammen.

  • Markenprodukte mit einem guten Ruf werden häufig gefälscht. Stellen Sie sicher, dass das, was Sie erhalten, vom angegebenen Hersteller stammt. [zB GP (Goldpeak) AA NiMH (und andere) Batterien sind unter diesem Namen im est relativ unbekannt - aber GP ist einer der größten Batteriehersteller in China. So sehr, dass es viele Piraten-GP-Lookalikes gibt.

  • Sie MÜSSEN nicht bei einem Lieferanten kaufen, der eifersüchtig seinen Ruf verteidigt (Digikey, Mouser, ....), oder bei Produkten von Herstellern von einwandfreiem Ansehen, aber es hilft auf jeden Fall.

  • Wenn Sie ein Produkt beschaffen müssen und keine Zeit für eine angemessene Due Diligence oder Quellenprüfung haben, kaufen Sie Panasonic, wenn Panasonic es schafft. (Das ist irgendwie mit einem :-) - aber ich meine es auch ernst. Ich habe keine finanziellen oder geschäftlichen Beziehungen zu Panasonic, aber ich kann mich nicht erinnern, dass sie jemals etwas anderes als hervorragende Arbeit in einem Bereich geleistet haben, den sie berühren möchten.

  • L Erfahren Sie, wie Murphy funktioniert.

    • Wenn etwas schief gehen kann, wird es.
      Wenn Sie wissen, dass etwas nicht schief gehen kann, wird Murphy sein Möglichstes tun, um zu beweisen, dass Ihr Wissen falsch ist. Sehen Sie sich jeden möglichen Multi-Faktor-Fehlermodus und so viele unmögliche an, wie Sie verwalten können.

    Imögliche Reihe von Fehlern oder Bedingungen sind nicht so unmöglich, wie wir es gerne hätten.

    • Ein großer Teil der Katastrophen größeren Ausmaßes ereignet sich, wenn 3, 4 oder 5 nahezu unmögliche Ereignisse gleichzeitig eintreten. Dies passiert oft genug, dass "Sie denken, dass die Leute es bemerkt haben" - aber die Leute scheinen es nicht zu tun.
    Beeindruckend.Gute Antwort.Aber lassen Sie es mich mit einem Wort zusammenfassen: Geld.
    @SredniVashtar Geld hilft oft :-).In einigen Fällen kostet es viel mehr und in anderen nur etwas mehr.zB wenn Sie Aluminium-Nasselektrolytkappen verwenden MÜSSEN Lebensdauer ~~ = Liferatedrated x 2 ^ ((Trated-Tambient) / 10) - dh die Lebensdauer ist bei einer Nenntemperatur, die immer eher höher als tatsächlich ist.Kappen sind oft mit 85 ° C oder 105 ° C bewertet.105-85 = 20C.Erhöhung der Lebensdauer bei gleicher Temperatur = 2 ^ (20/10) = 4 x.105C-Kappen sind teurer, aber mit Sorgfalt oft nicht sehr.|Setzen Sie nun die Kappen intelligent auf und leiten Sie den Luftstrom gut und Sie erhalten
    ... 2x Lebensdauer pro 10C Reduzierung der mittleren Temperatur.In einigen Fällen kann das Absenken der Kappen (wer hat jemals davon gehört? :-)) helfen.Wenn Sie also sagen, dass Sie 105C-Kappen verwenden und die Umgebung durch sorgfältiges Design um 10C reduzieren, erhöhen Sie die Lebensdauer um den Faktor 4 x 2 = 8.DANN schauen Sie sich die tatsächliche Umgebung an.Wenn es nach der Neugestaltung maximal 35 ° C und nicht zu viel weniger Mittelwert bedeutet, dann (105-35_ = 70 ° C.kann t_mostly bis auf 25C kommen, das sind 58 Jahre und Sie erfüllen fiktiv das 40-jährige Designziel. Notional :-).
    Geniale Antwort Russ.* Murphy kümmert sich nicht um Standards. * LOL
    analogsystemsrf
    2020-01-11 10:24:08 UTC
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    Ich erinnere mich an ein Unternehmen namens Continental Testing Laboratories. Sie hatten den ersten Computer, den ich jemals benutzt habe. Es gab Lochkarten für JEDEN Widerstand, Kondensator, Transistor, Diode, die den Test / Wärme / Test / Wärme / Test / Wärme durchliefen, wobei die Parameter auf DRIFTING untersucht wurden.

    Komponenten, die sich anders als die anderen Komponenten verschoben haben, wurden verworfen.

    Sie haben die Komponenten auch XRAYED, um nach Hohlräumen und Fremdpartikeln zu suchen.

    Bei alledem wird ein 1-Cent-Widerstand zu 100 Cent und es ist ein kleines Etikett angebracht, sodass in der endgültigen Schaltungsdokumentation die aufgezeichneten Parameter für jede Komponente beschrieben werden.

    Es wird angenommen, dass Transistoren verfolgen, ob es sich um differentielle Paare in einem 6-adrigen Metallgehäuse handelt (z. B. 2n2020, wenn ich mich recht erinnere). Daher wird angenommen, dass der Neutronenbeschuss im Orbit das Beta jedes Transistors gleichermaßen verschlechtert, und die "Anpassung" wird beibehalten

    Es wird angenommen, dass der V_base_emitter nicht perfekt driftet. Daher wird ein Entwurfsspielraum für die Offset-Spannung Teil Ihrer Worst-Case-Entwurfsanalyse (es wurden Rechenschieber verwendet).

    Mit den zulässigen Diskreten ist es nicht möglich, etwas Besseres als etwa 8-Bit- oder 10-Bit-ADCs zu implementieren. Ich denke, BurrBrown oder TRW haben möglicherweise Metal_hybird-DAC-Netzwerke hergestellt, die sich über Jahrzehnte als ausreichend stabil erwiesen haben.

    Außerdem wurde dem Team, in dem ich gearbeitet habe, ein THERMAL ENGINEER zugewiesen. Er verwendete Finite-Elemente-Methoden (auf einem IBM 1630), um die Wärmeströme zu modellieren.

    Da die Anwendungen weltraumgestützt waren, waren die zugewiesenen Leistungen KLEIN, und eine einfache Masseebene für einen Befestigungsbolzen (oder 4 oder 6 davon, um Stöße zu bewältigen) war alles, was erforderlich war, um die Wärme aus dem zu leiten Schaltung / Leiterplatte / Modul zum Chassis des Raumfahrzeugs und strahlen dann in den Weltraum aus.

    Um ein Einfrieren des Raumfahrzeugs zu verhindern, habe ich gehört, dass Rollläden verwendet werden, die regeln, wie viel des Raumfahrzeugs tatsächlich der Kälte des Weltraums ausgesetzt ist.

    =============================== 6. August 2020

    Verfolgt speziell die Antwort von SteveSh und die Absätze zum Thema Hitze

    • mit eingebetteten FLUGZEUGEN für Boden (e) und für VDD (s) sind ausgezeichnet.

  • Obwohl FR-4 ein schlechter Wärmeleiter ist (Glas und Klebstoff), können benachbarte Ebenen von Flugzeugen leicht Wärme austauschen, insbesondere wenn 4 Schichten oder 6 Schichten mit einer Gesamtdicke von 1/16 Zoll vorhanden sind werden so nützlich wie die Grundebenen für die Wärmeabfuhr.

  • Sie können dickere Kupferfolie verwenden, um die R_thermal der Folie um 2: 1 oder 4: 1

    zu senken
  • Beispiel: 1 Watt (MCU?) mit einer Größe von 1 Zentimeter in der Mitte einer 9-cm-Platte mit Kupferberyllium card_cage_slides an 2 der 4 Kanten, um Wärme abzuleiten. Dieser 1 cm 2 große Fußabdruck hat ACHT umgebende 1 cm große Quadrate (in einem 3 * 3-Raster). Wenn die einzige Ebene Masse ist (Beispiel), beträgt die Wärmeabfuhr höchstens 70 ° C pro Watt und Quadrat geteilt durch 8 (die ACHT Wärmeabgabewege) oder 8 ° C pro Watt.

  • Die Wärme befindet sich jedoch noch nicht am Rand der Leiterplatte (wo die card_edge_slides die Wärme an das Chassis des Raumfahrzeugs abführen.

  • Dies ist eine 9 x 9 cm große Leiterplatte. Modellieren Sie es als große Quadrate von jeweils 3 * 3 cm; Damit haben wir jetzt ein neues Gitter, das die Leiterplatte vollständig ausfüllt. Das mittlere Quadrat ist unsere Wärmequelle. Unter der Annahme, dass die Wärme nach links und rechts zu den card_slides fließt, können wir SIX der 8 großen Quadrate als Wärmeabfuhr verwenden (die 2 Quadrate in der Mitte oben und unten berühren die card_slides nicht). Bei 6 Wärmeabfuhrquadraten beträgt der zusätzliche Wärmestromwiderstand 70/6 = 11 ° C pro Watt

  • Somit beträgt die R_thermal von der 1 cm MCU bis zu den Kanten der 9 cm x 9 cm großen Leiterplattenkanten 9 + 11 ° C pro Watt oder 20. Dies setzt voraus, dass die MCU leicht Wärme in mindestens ein Flugzeug ableitet.

  • Dickere Folie lässt dies fallen. Weitere Flugzeuge lassen dies fallen.

  • Als ich ein Ingenieur für Luft- und Raumfahrtinstrumentierung war, versagten in den 70er Jahren meine Mil-Std-883B Burr Brown-Hybride, doch die Industrial-Versionen erfüllten die Linearitätsspezifikationen.Der einzige Unterschied, den ich las, war die Röntgenuntersuchung.Aber ich vermutete eine Änderung des Leiters gnd [Impedanzpfade]
    FlegmatoidZoid
    2020-01-15 00:47:52 UTC
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    Tatsächlich behandeln NASA PCB Design Guidelines Ihre Frage. Neben der Leiterplatte umfassen NASA-Verarbeitungsstandards Dinge wie Kabelvorbereitung, Crimpanschlüsse, diskrete Verkabelung, Kabelbaum usw.

    Ein Probenextrakt aus Abschnitt 6

    NASA Workmanship Standard Section-6

    richard1941
    2020-01-17 10:01:57 UTC
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    Die Voyager-Mission war ein wichtiges Ereignis in der Geschichte von FAULT TOLERANT COMPUTING mit seinem STAR-Computer (Selbsttest und Reparatur).Der Computer überwacht seine eigene Leistung, prüft auf Fehler und testet sich von Zeit zu Zeit umfassend.Jedes defekte Modul wird durch ein Ersatzmodul ersetzt.Ich weiß nicht, wie weit dieser Prozess fortgeschritten ist, welche Module ersetzt wurden oder wie das Ersatzinventar derzeit aussieht.

    Die Computerarchitektur ist weitaus komplexer als bloße Dreifach- oder Vierfachredundanz.

    Wenn Sie einen Text auf FTC finden, werden Sie wahrscheinlich eine Diskussion über den STAR-Computer und sein Zuverlässigkeitsmodell finden.

    EE_socal
    2020-01-11 00:09:04 UTC
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    Die Berechnung der MTBF wäre wahrscheinlich der beste Weg, dies zu tun. Die Herabstufung von Komponenten ist eine Möglichkeit, die MTBF zu erhöhen.

    MTBF unterscheidet sich von der Lebensdauer.Elektrolytkappen können beispielsweise eine sehr lange MTBF mit einer viel kürzeren Lebensdauer haben.MTBF ist nützlich, aber die Lebensdauer muss ebenfalls berücksichtigt werden.
    Dies ist auch nicht umsetzbar.
    Nikk
    2020-05-11 21:07:17 UTC
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    Ich würde eine Schutzbeschichtung wie Parylene empfehlen.

    Parylene Conformal Coating

    Parylene wird von vielen als die ultimative Schutzbeschichtung zum Schutz von Geräten, Komponenten und Oberflächen in der Elektronik-, Instrumenten-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Maschinenbauindustrie angesehen. Parylen ist einzigartig, da es bei Raumtemperatur direkt auf der Oberfläche erzeugt wird. Es ist chemisch stabil und bildet ein ausgezeichnetes Barrierematerial, hat eine ausgezeichnete thermische Beständigkeit sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und eine hohe Zugfestigkeit

    • Es ist keine flüssige Phase beteiligt. Beschichtungen sind wirklich konform, von gleichmäßig kontrollierbare Dicke und sind bei völlig lochfrei Dicken größer als 0,5 u
    • Die Parylenbeschichtung dringt vollständig in enge Räume von 0,01 mm ein.
  • An der Polymerisation sind keine Initiatoren oder Katalysatoren beteiligt Die Beschichtung ist sehr rein und frei von Spuren ionischer Verunreinigungen
  • Bildung bei Raumtemperatur bedeutet, dass die Beschichtungen effektiv sind stressfrei.
  • Parylen ist chemisch und biologisch inert und stabil und macht ausgezeichnetes Barrierematerial.
  • Parylen wird von Lösungsmitteln nicht beeinflusst, hat eine geringe Volumenpermeabilität und sind hydrophob. Beschichtungen bestehen problemlos einen 100-Stunden-Salzsprühtest.
  • Parylen hat ausgezeichnete elektrische Eigenschaften: niedrige Dielektrizitätskonstante und Verlust mit guten Hochfrequenzeigenschaften; gutes Dielektrikum Stärke; und hoher Volumen- und Oberflächenwiderstand.
  • Parylen hat eine gute thermische Ausdauer: Parylen C wirkt in Luft ohne signifikanten Verlust der physikalischen Eigenschaften für 10 Jahre bei 80 ° C. und in Abwesenheit von Sauerstoff bis zu Temperaturen über 200 ° C.
  • Parylen ist transparent und kann zum Beschichten von optischen Elementen verwendet werden.
  • Die FDA-Zulassung von Parylen-beschichteten Geräten ist gut dokumentiert. Das Beschichtungen entsprechen den Anforderungen der USP Class VI Plastics und sind MIL-I-46058C / IPC-CC-830B aufgeführt.
  • Parylenbeschichtungen sind vollständig konform und haben eine gleichmäßige Dicke und sind lochfrei.Dies wird durch eine einzigartige Gasphasenabscheidung erreicht Polymerisationsverfahren, bei dem die Beschichtung aus einem Gas gebildet wird Monomer ohne und flüssige Zwischenstufe.Als Ergebnis Komponente Konfigurationen mit scharfen Kanten, Punkten, ebenen Flächen, Spalten oder freiliegende Innenflächen werden gleichmäßig ohne Hohlräume beschichtet
  • Die Parylenbeschichtung bietet eine hervorragende Barriere, die eine sehr starke aufweist geringe Durchlässigkeit für Feuchtigkeit und Gase.
  • Parylenbeschichtung hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, einschließlich hoher Zugfestigkeit.
  • Parylen ist über einen sehr weiten Temperaturbereich (-200 ° C bis) stabil +200 ° C), wodurch die mit Parylene beschichteten Kammergegenstände in einen Autoklaven gegeben werden können.
  • Warum ist uns die FDA-Zulassung oder das Einfüllen von Gegenständen in einen Autoklaven wichtig?Mir scheint, Sie haben gerade eine Verkaufsbroschüre in Ihre Antwort kopiert.


    Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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