Hallo an alle,
gibt es eigentlich eine Normierung für elektrische Bauteile, welche die
Lebensdauer genauer festlegt? Man findet ja oft Querverweise auf die
JEDEC-Norm innerhalb diverser Datenblätter, aber soweit ich weiß,
handelt diese eher von thermischen Belastungen und Auslegungen.
Speziell geht es um die Lebensdauer von
- Widerständen (sollte ja extrem hoch sein)
- Kapazitäten (wegen Verdampfung des Elektrolyts eher problematisch?)
- Transistoren (konstanter Betrieb innerhalb der SOA, problematisch?)
- IC´s (habe in Erinnerung, diese ist auch extrem hoch)
- uC´s (hier habe ich absolut keine Erfahrung)
Da die Frage sicher nur sehr schwer durch eigene Erfahrung beantwortbar
ist, würde ich die Lebensdauer mal auf ~2 Jahre beschränken, mehr muss
die Komponente nicht aushalten. Also ca. 20.000h, kommen Transistoren da
überhaupt Ansatzweise in die Nähe solcher Werte? Gutes Layout, Betrieb
innerhalb der zugelassenen Bereiche und "normale" Umgebungsbedingungen
(weder der Mond noch der Meeresgrund sollen als Einsatzgebiet dienen)
können hier vereinfacht vorrausgesetzt werden.
Grüße
Johannes
E-Hans schrieb:> gibt es eigentlich eine Normierung für elektrische Bauteile, welche die> Lebensdauer genauer festlegt?
IEC 62380. Die Lebensdauer wird nicht festgelegt, sondern es werden
Formeln zur Verfügung gestellt, mit denen sich die Ausfallrate der
einzelnen Bauteile bei einem gegebenen Mission Profile
(Temperaturverlauf über Zeit) abschätzen lässt.
Die Ausfallrate wird getrennt abgeschätzt für verschiedene Fehlermodi
(Kurzschluß, Unterbrechung, Drift nach oben/unten, ...), da diese im
Gesamtsystem meist auch unterschiedliche Auswirkungen haben.
E-Hans schrieb:> gibt es eigentlich eine Normierung für elektrische Bauteile, welche die> Lebensdauer genauer festlegt?
Warum sollte man Alterungserscheinungen denn ausgerechnet normieren?
Der Zweck einer Norm besteht darin, Interoperabilität herzustellen.
Alterungseffekte von Bauteilen sind aber praktisch immer unerwünscht.
Warum sollte man einem Hersteller A per Norm vorschreiben, daß sein Elko
genauso schnell altern muß wie der Elko von Hersteller B? Wo doch
eigentlich beide bestrebt sein sollten, möglichst langlebige Bauteile
herzustellen?
> Speziell geht es um die Lebensdauer von> - Widerständen (sollte ja extrem hoch sein)> - Kapazitäten (wegen Verdampfung des Elektrolyts eher problematisch?)> - Transistoren (konstanter Betrieb innerhalb der SOA, problematisch?)> - IC´s (habe in Erinnerung, diese ist auch extrem hoch)> - uC´s (hier habe ich absolut keine Erfahrung)
Bei bestimmten Bauteilen ist klar, daß die ausgenutzten physikalischen
Effekte eine Alterung verursachen, die zum Totalausfall (z.B.
mechanischer Kontakte) oder Degradation (Datenhaltezeit bei
Flash-Speicher, Lichtausbeute bei LED) führt. Oft hängt die
Alterungsrate an der Temperatur (Klassiker: Elkos). In solchen Fällen
untersucht der Hersteller das Alterungsverhalten seiner Bauelemente und
spezifiziert es im jeweiligen Datenblatt.
Natürlich gibt es auch Alterungseffekte, die nicht von der eigentlichen
Nutzung abhängen. Gehäuse von Bauelementen sind nur in Grenzen
abdichtbar. Betrieb bei sehr hohem oder sehr niedrigem Druck oder
Temperatur, in aggressiven Medien oder bei erhöhter Strahlung
beeinflussen die Lebensdauer natürlich auch.
Aber wie gesagt: den Bedarf für eine Norm sehe ich da nirgendwo. Es
sei denn natürlich eine Norm, die eine Mindestlebensdauer vorschreibt.
Müßte dann natürlich spezifisch für Bauteilklassen und unter Angebe der
Randbedingungen sein.
Die Extremfälle werden oft erst dann getestet, wenn es eine reale
Anwendung gibt. So spezifizieren viele Hersteller ihre Bauteile für
automotive Anwendungen (Temperatur, Erschütterungen) - weil das ein
üblicher Anwendungsfall ist. Wenn es um den Betrieb im Weltraum geht,
werden die entsprechenden Untersuchungen nicht routinemäßig gemacht
E-Hans schrieb:> gibt es eigentlich eine Normierung für elektrische Bauteile, welche die> Lebensdauer genauer festlegt?
So gefragt: Nein.
Schränktst du deine Anforderungen aber etwas ein, gäbe es ja die
genannten FIT-Werte:
Man kann statistisch *1) vorhersagen, welche Ausfallswahrscheinlichkeit
ein bestimmtes Bauteil hat. Man kann grob eine untere Grenze für die
Zuverlässigkeit von Baugruppen berechnen.
Folgendes gäbe es da:
Mil-Handbuch: MIL-HDBK-217
https://snebulos.mit.edu/projects/reference/MIL-STD/MIL-HDBK-217F-Notice2.pdf
Siemens-Norm: SN29500
Nur dazu muss man aber folgendes beachten:
Es wird nur eine UNTERE Grenze berechnet, wenn du damit eine
realistische Lebensdauer berechnen will - nicht möglich. Geplante
Obsoleszenz damit umsetzen - nicht möglich.
Man verwendet das, um die Auftretenswahrscheinilchkeit von Fehlern in
der Sicherheitstechnik zu berechnen.
Die nötigen FIT-Werte bekommt man übrigens von den Herstellern auch
manchmal. Das dürfte exaktere Werte liefern, es bleibt aber eine
Abschätzung.
*1) Die Ausfallswahrscheinlichkeit einer einzelnen Baugruppe ist völlig
unvorhersehbar. Wie auch die einer einzelnen Baugruppe Man weiß aber:
von 1000000 Baugruppen fallen in einem Jahr x aus.
E-Hans schrieb:> Da die Frage sicher nur sehr schwer durch eigene Erfahrung beantwortbar> ist, würde ich die Lebensdauer mal auf ~2 Jahre beschränken
Na supi, das ist ja schon die Gewährleistung.
Im ersten Jahr ist eher die burn in Einbrennzeit mit höheren
Ausfallratebn, danach kommt erst mal die Nutzungsdauer, bevor es zur
Ausfallperiode geht (Stichwort Badewannenkurve).
Klar ist: Nicht alle Bauteile jeder Produktionsmethode von jedem
Hersteller haben dieselbe Lebensdauer.
Beispielsweise wurde ein Pentium Northwood mit nur 50000 Stunden MTBF
angegegen, also weniger als 6 Jahren Dauerbetrieb (meiner fiel auch
prompt nach 8 Jahren aus, obwohl nicht im Dauerbetrieb).
Heutige Prozessoren haben eher 1200000 Stunden MTBF. Lüfter manchmal nur
10000.
Ansonsten sind die Lebensdauerangaben für Elkos bekannt niedrig, einige
tausend Stunden bei Maximaltemperatur und maximalem Ripplestrom, aber
deutlich langleber wenn man weit unter den Grenzen bleibt, jedoch
wiederum spannungslose Lagerung machmal nur 3 Jahre.
Ein Widerstand sollte schon länger durchhalten. Man bekommt natürlich
jedes Bauteil ggf. sofort kaputt in wenn man es oberhalb der absolute
maximum ratings betreibt.
Also: Schau ins Datenblatt, kontaktiere ggf. den Hersteller damit er
eine genauere Aussage machen kann nach dem du ihm die Betriebsparameter
genannt hast. Allgemeingültige Werte gibt es nicht, aber ich empfinde es
als eine persönliche Frechheit, wenn Bauteile nicht mindestens mein
Leben lang halten.
Danke für die zahlreichen Antworten, sind alle äußerst hilfreich.
Besonders das Schlagwort "FIT" konnte mich bereits deutlich weiter
bringen und stellt eine gute Möglichkeit dar, zumindest mal die grobe
Hausnummer der erwartbaren Lebensdauer abschätzen zu können. Die
Siemens-Norm wäre hierfür sicher noch hilfreich.
Michael B. schrieb:> Allgemeingültige Werte gibt es nicht, aber ich empfinde es> als eine persönliche Frechheit, wenn Bauteile nicht mindestens mein> Leben lang halten.
Der könnte von mir sein :-)
Generell sehe ich meine Schaltungen gerne kühl, so kommt mein
Labornetzgerät auch im ungünstigsten Betriebspunkt nicht über 70°C am
Kühlkörper. Was Bauelemente auch wenig mögen, sind thermische Wechsel.
Auch bei simplen Widerständen gehe ich selten über 60% der Leistung. So,
wie die meisten Bastler oder Sondergerätebauer, muß ich keine
kostenoptimierte Serie entwerfen, ich darf Reserve.
Bei meiner Küchenbeleuchtung habe ich mich verrechnet, die LEDs dürften
etwas wärmer werden, es hätten kleinere Kühlkörper getan - egal, schadet
nicht. Allerdings sind zwei von drei Netzteilen als Frühausfälle
gestorben, vielleicht waren sie ja deswegen bei Pollin zu haben.
Und nicht zu unterschätzen sind dämliche Entwickeler: Im Schaltnetzteil
einer Telefonanlage sitzt ein kleiner Elko direkt über einem
4W-Zementwiderstand, rein elektrisch gesehen könnte er auch gut daneben
sitzen. Jetzt raten wir mal, welches der beiden Teile nach 50.000h
kaputt ist, wenn die Firma ??? nicht mehr telefonieren kann.
Manfred schrieb:> Im Schaltnetzteil> einer Telefonanlage sitzt ein kleiner Elko direkt über einem> 4W-Zementwiderstand
Bei solchen Anordnungen denke ich mir auch immer: 'Mit Wärmeleitpaste
dazwischen wär es Vorsatz.'
Gruß
Jobst
Michael B. schrieb:> Schau ins Datenblatt, kontaktiere ggf. den Hersteller
Das ist nur eine Seite der Theorie. Wo die Dinger dann verbaut werden
und ob sie durch ungünstige Einflüsse wie z.B. mechanische Resonanzen
von der Leiterplatte fallen oder Termiten die Isolation fressen ist
schwerer vorherzusehen.
Hurratoll schrieb:> Die nötigen FIT-Werte bekommt man übrigens von den Herstellern auch> manchmal.
Wenn FIT-Berechnung gefordert wird, dann werden Bauteile von Lieferanten
bevorzugt, die unaufgefordert bzw. spätestens nach Rückfrage, diese
Informationen zur Verfügung stellen.
Beispiel:
BC847 von ON Semiconductor
http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=BC847
-> reliability data -> FIT 1.1
MC74HC14A von ON Semiconductor
http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=MC74HC14A
-> reliability data -> FIT 2.1
Hier sieht man auch schön, warum Integration zu höherer Zuverlässigkeit
führt: bipolar-diskret aufgebaut würde der Logikbaustein aus über 50
Komponenten (Transistoren, Widerstände) bestehen, mit einem sich daraus
ergebenden FIT von über 50.
D.h. bestimmte Designziele sind nur durch Einsatz entsprechender
Baugruppen zu erreichen. Deshalb sind KORREKT eingesetzte MCUs, CPLDs
oder FPGAs diskreten Aufbauten überlegen.
Zu den Fehlerraten der Einzelkomponenten kommen dann noch
applikationsspezifische Aspekte, die teilweise sehr schwer zu greifen
sind - z.B. Verarbeitungsqualität, Betriebsbedingungen.
Michael K. schrieb:> Heraus kommt ein Wert der eine statistische Aussage trifft wie lange das> Gerät durchschnittlich hält.
Eben - statistisch. Das heisst u.a. dass auch das zuverlässigste Gerät
heute noch defekt werden kann. Auch ein Bauteil, das durchschnittlich
100 Jahre funktionieren sollte, kann im nächsten Moment ausfallen, es
ist nur sehr unwahrscheinlich.
Deshalb ist auch der Begriff "Lebensdauer" sehr problematisch, denn die
Lebensdauer eines bestimmten Geräts kann eben sehr kurz sein, ohne dass
das der Zuverlässigkeit einer genügend grossen Zahl dieser Geräte
widerspricht. Man kann nur Aussagen machen wie "nach x Jahren werden
noch y % der Geräte korrekt funktionieren". Also müsste man für eine
Angabe der Lebensdauer einen Prozentsatz der zulässigen Ausfälle
spezifizieren. Naturgemäss hilft so eine Aussage dem User nicht weiter,
dessen Gerät gerade ausgefallen ist. Der Schwabe würde da sagen PK (Pech
kett).
Michael K. schrieb:> Generell gilt: Je weniger Bauteile um so höher die MTBF
Klar, die Ausfallraten aller Teile addieren sich (eigentlich
multiplizieren, aber bei den üblichen geringen Ausfallraten macht das
keinen Unterschied).
Georg
Georg schrieb:> Eben - statistisch.
Gibt aber keine andere Möglichkeit das anzugeben.
Statistisch sind also soundsoviele Nutzer zufrieden mit der Lebensdauer,
statistisch braucht man xx% für Garantierückstellungen und statistisch
gesehen hält das neue auf Garantie gewechselte Gerät soundso lange beim
Kunden.
So sind alle glücklich weil jedem klar ist das es eine absolute Garantie
für dieses eine spezielle Gerät nicht geben kann, sonst wäre das Prinzip
der Redundanz bei kritischer Infrastruktur schon lange tot.
Georg schrieb:> Deshalb ist auch der Begriff "Lebensdauer" sehr problematisch
Wird auch nur von Laien benutzt.
Georg schrieb:> Deshalb ist auch der Begriff "Lebensdauer" sehr problematisch
Dann sage doch "durchschnittliche Lebensdauer" und die Welt ist wieder
in Ordnung.
