Design para confiabilidade a longo prazo?

Preciso projetar uma pequena prancha que vá para uma grande parte da infraestrutura pública destinada a durar muitas décadas. Estou procurando artigos e artigos semelhantes que orientem esse projeto com base em pesquisas reais .

Esta placa será muito maior por razões mecânicas, pois é necessário que mesmo um circuito espaçoso atinja a função com peças discretas. Coisas como traços largos são um acéfalo.

O cliente deseja minimizar o total de peças e deseja que elas sejam completamente vazias. Eu vejo o ponto de minimizar peças, mas queas peças também importam muito, e é importante conseguir substituições no futuro. Essa função pode ser implementada com um punhado de transistores e resistores discretos, mas o cliente prefere usar um único IC lógico no pacote DIP. Ele acha que o buraco é mais confiável, mas acho que me lembro de ver um estudo que diz o contrário. Além disso, estou preocupado com a disponibilidade de um chip lógico DIP de 16 ou 20 pinos em 20 a 50 anos. Mas, os transistores SOT-23 e os resistores 0805 são uma aposta melhor? Haverá alguns opto-isoladores. Parece-me que eles irão inundar todo o resto em termos de confiabilidade e disponibilidade futura. Sim, executarei os LEDs em uma pequena fração da classificação para aumentar a vida útil.

Portanto, estou procurando informações reais e definitivas baseadas em pesquisas sobre o design para confiabilidade a longo prazo. Essa é uma área em que é fácil pensar no problema de 10%, mas perder o problema de 90% que torna o problema de 10% irrelevante.

Adicionado:

Estou procurando respostas baseadas em evidências. Gosto de pensar que conheço a eletrônica muito bem e posso apresentar várias razões plausíveis para uma abordagem ser melhor que outra, e tenho certeza de que outras também. No entanto, não confio neles, porque o que parece plausível e é baseado na física do som pode estar correto, mas falta outro efeito dominante. Estou preocupado que seja aqui que adivinhações educadas possam levar a conclusões significativamente erradas. É por isso que estou pedindo respostas baseadas em evidências, documentos de estudos reais, regras que a NASA possa insistir etc.

Adicionado 2:

Considere o ambiente "industrial". Não sei ao certo se o ambiente é controlado. As placas serão protegidas contra os elementos, mas possivelmente sem ar condicionado ou aquecimento. Eu não sei sobre vibração, provavelmente não muito.

Essas placas serão instaladas em um gabinete que abriga outras partes do sistema elétrico. Técnicos de serviço podem caminhar até o gabinete quando necessário. Dificuldade de manutenção não é o problema, mas o tempo de inatividade é. Não é isso que está acontecendo, mas imagine se uma rodovia interestadual fosse fechada até o sistema voltar a funcionar. Claro que já existe redundância, mas falha é algo que você realmente deseja evitar.

A NASA tem muito a dizer sobre a confiabilidade a longo prazo da eletrônica. Aqui está um exemplo -> 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 um exemplo (referências estão no final).

Não posso fornecer um bom link para tudo relacionado (o site da NASA é bastante confuso); no entanto, pesquisar no Google 'eletrônica de confiabilidade de longo prazo da nasa' fornece muitos links para artigos sobre o assunto.

Acrescentarei a esta resposta o que sei.

Para começar com "corosion creep", você tem uma investigação aqui

Na verdade, está relacionado a ambientes que contêm enxofre. Vale a pena ler se nada mais, é um tópico interessante.

Existem muitos artigos relacionados à ROHS e bigodes de estanho da NASA, links .

Outra coisa a considerar é o próprio material FR4 e o CAFing. este não é um estudo, mas ilustra o problema.

Sobre a confiabilidade do SMD, um estudo foi realizado em 1993 e há algumas cartas interessantes no apêndice. Link .

Para capacitores, eu diria que é compatível com o MLCC cerâmico, aqui está uma comparação entre o eletrodo de metal precioso e o eletrodo de metal base. Está incluída uma tabela com unidades testadas.

Para a cerâmica, existem projetos de capacitores que possuem um "eletrodo macio" e os que são mais propensos a falhar no "modo aberto". De um modo geral, você deseja obter peças que sejam pelo menos qualificadas para automóveis.

De acordo com o manual do capacitor (Cletus J. Kaiser), os capacitores de vidro são os mais confiáveis, e eu lembro que a NASA os usou. Ainda não encontrei dados de confiabilidade.

Tente isso para obter dados de confiabilidade. Também para outros tipos de capacitores.

Minha resposta não se baseia em pesquisas reais , mas em aplicações reais. Eu recomendo que você use os componentes mais confiáveis ​​e crie uma placa com eles. Determine seu MTBF. Com base nesse MTBF, monte placas suficientes para cobrir o tempo total que esse design deve durar e duplique esse número. Por exemplo, se o MTBF é de 10 anos e o tempo que o design deve durar é de 50 anos, você precisa criar 10 placas.
Para minimizar o tempo de "inatividade", um conjunto de "interruptores" pode ser ativado automaticamente para desconectar a placa defeituosa e conectar uma placa boa em seu lugar. A placa ruim pode então ser substituída por uma placa boa e estar pronta para a próxima falha da placa. Você não precisará se preocupar com a indisponibilidade de peças de reparo - você já as possui!