¿Diseño para confiabilidad a largo plazo?

Necesito diseñar una placa pequeña que vaya a formar parte de una gran infraestructura pública destinada a durar muchas décadas. Estoy buscando documentos y similares que brinden orientación sobre dicho diseño basado en investigaciones reales .

Esta placa será mucho más grande por razones mecánicas que debe ser incluso para un circuito espacioso para lograr la función con partes discretas. Cosas como huellas anchas es obvio.

El cliente quiere minimizar el total de piezas y quiere que sean pasadas. Veo el punto de minimizar partes, pero cuáleslas piezas también importan mucho, y poder obtener reemplazos en el futuro es importante. Esta función se puede implementar con un puñado de transistores y resistencias discretas, pero el cliente preferiría usar un solo IC lógico en el paquete DIP. Él piensa que a través del agujero es más confiable, pero creo recordar haber visto un estudio que dice lo contrario. Además, me preocupa la disponibilidad de un chip lógico DIP de 16 o 20 pines en 20-50 años. Pero, ¿son los transistores SOT-23 y las resistencias 0805 una mejor apuesta? Habrá algunos optoaisladores. Me parece que esos pantanos empañarán todo lo demás en términos de confiabilidad y disponibilidad futura. Sí, ejecutaré los LED a una pequeña fracción de la clasificación para aumentar la vida útil.

Por lo tanto, estoy buscando información real basada en la investigación definitiva sobre el diseño para la confiabilidad a largo plazo. Esta es un área en la que es fácil pensar en el problema del 10%, pero se pierde el problema del 90% que hace que el problema del 10% sea irrelevante.

Adicional:

Estoy buscando respuestas basadas en evidencia. Me gusta pensar que conozco bastante bien la electrónica, y puedo encontrar varias razones que suenan plausibles por las cuales un enfoque puede ser mejor que otro, y estoy seguro de que otros también pueden hacerlo. Sin embargo, no confío en ellos porque lo que suena plausible y se basa en la física del sonido puede ser correcto, pero falta algún otro efecto más dominante. Me preocupa que aquí es donde las suposiciones educadas puedan llevar a conclusiones significativamente erróneas. Es por eso que estoy pidiendo respuestas basadas en evidencia, documentos de estudios reales, reglas en las que la NASA podría insistir, etc.

Agregado 2:

Considere el medio ambiente "industrial". No estoy seguro de qué tan bien se controla el medio ambiente, si es que lo hace. Las placas estarán protegidas de los elementos, pero posiblemente no habrá aire acondicionado ni calefacción. No sé acerca de la vibración, probablemente no mucho.

Estas placas se instalarán en un gabinete que alberga otras partes del sistema eléctrico. Los técnicos de servicio pueden caminar hasta el gabinete cuando sea necesario. La dificultad del servicio no es el problema, pero el tiempo de inactividad sí. Esto no es lo que está sucediendo, pero imagine si una autopista interestatal se cerró hasta que el sistema vuelva a funcionar. Por supuesto, ya hay redundancia, pero el fracaso es algo que realmente desea evitar.

La NASA tiene mucho que decir sobre la confiabilidad a largo plazo de la electrónica. Aquí hay un ejemplo -> 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 un ejemplo (referencias están al final).

No puedo darle un buen enlace a todo lo relacionado (el sitio web de la NASA es bastante desordenado), sin embargo, buscar en Google 'electrónica de confiabilidad a largo plazo de la NASA' ofrece muchos enlaces a documentos sobre el tema.

Agregaré a esta respuesta lo que sé.

Para comenzar con la "corrosión lenta", tienes una investigación aquí

En realidad, está relacionado con entornos que contienen azufre. Vale la pena leerlo, si nada más es un tema interesante.

Hay muchos artículos relacionados con ROHS y bigotes de hojalata de la NASA, enlaces .

Otra cosa a considerar es el propio material FR4 y CAFing. Este no es un estudio, pero ilustra el problema.

Sobre la confiabilidad de SMD, se realizó un estudio en 1993 y hay algunas cartas interesantes en el apéndice. Enlace .

Para los condensadores, diría que van con MLCC de cerámica, aquí hay una comparación entre el electrodo de metal precioso y el electrodo de metal base. Se incluye una mesa con unidades probadas.

Para la cerámica, hay diseños de condensadores que tienen un "electrodo blando" y los que tienen más probabilidades de fallar en el "modo abierto". En términos generales, desea obtener piezas que al menos estén calificadas para automóviles.

Según el manual de condensadores (Cletus J. Kaiser), los condensadores de vidrio son los más confiables, y recuerdo que la NASA los usó. Todavía no encontré datos de confiabilidad.

Pruebe esto para obtener datos de confiabilidad. También para otros tipos de condensadores.

Mi respuesta no se basa en una investigación real , sino en una aplicación real. Le recomiendo que use los componentes más confiables y cree una placa con ellos. Determinar su MTBF. Con base en este MTBF, reúna suficientes tableros para cubrir el tiempo total que se supone que dura este diseño, y duplique ese número. Por ejemplo, si el MTBF es de 10 años, y el tiempo que se supone que dura el diseño es de 50 años, entonces debe hacer 10 tablas.
Para minimizar el tiempo de "inactividad", se puede activar automáticamente un conjunto de "interruptores" para desconectar la placa defectuosa y conectar una buena placa en su lugar. La placa defectuosa puede reemplazarse por una buena y estar lista para la próxima falla de la placa. No tendrá que preocuparse de que las piezas de reparación no estén disponibles, ¡ya las tiene!