Leiterplattendesign Zuverlässigkeit ist planbar

Über die Qualität und Zuverlässigkeit Ihres künftigen, neuen Produktes entscheiden Sie als Entwickler in erheblichem Maße bereits ganz früh in der Entwurfsphase. $(ety:bdquo)$Und je früher kritische...

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Bürklin GmbH & Co. KG

CADFEM Germany GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH

„Nur am Anfang der Produktentwicklung lassen sich ohne größere Kosten und Zeitaufwand, Veränderungen vornehmen“, so Dietmar Lautwein, Geschäftsführer der FlowCAD CAE Solutions GmbH, „so früh wie möglich, am besten bereits in der Designphase, also weit vor dem Layout und der Fertigung, beeinflusst man durch optimale Auswahl und Platzierung der Bauelemente, die Zuverlässigkeit. Mit steigenden Qualitätsansprüchen nimmt auch die Zuverlässigkeitsanforderung zu.“In der Praxis wird häufig die MTBF (Mean Time Between Failures) als Mess-wert dafür verwendet, wie störungsanfällig oder stabil ein System arbeitet.Lebensdauerversuche und FelderfahrungenLautwein: „Wenn von der MTBF-Berechnung die Rede ist, spricht man meist von der ideellen MTBF-Berechnung. Die Grundlage bilden dabei Ausfallratensammlungen, basierend auf den internationalen Standards wie MIL-HDBK-217, Siemens SN29500, Bellcore oder IEC62380. In Bauelementetabellen findet man die Ausfallwahrscheinlichkeiten, den FIT (Failure in Time). Diese Werte werden aus Lebensdauerversuchen und Felderfahrungen gewonnen. Die MTBF ergibt sich aus dem Kehrwert des gesamten FIT (Summe aller Einzel-FITs) der Baugruppe bzw. Einheit.“ Die Ausfallrate eines Bauelementes oder Systems, hängt aber von dessen Beanspruchung ab. Wobei die Beanspruchungen für elektrische Bauelemente die Temperatur, Spannung, Strom, bzw. für elektromechanische Bauelemente die Schaltspielzahl sind. Lautwein: „Ändern sich die tatsächlichen Beanspruchungen im Betrieb oder ändern sich die Referenzbedingungen, muss die Berechnung der Ausfallraten neu erfolgen. Ohne die Berücksichtigung der Betriebsbedingungen erhält man eine sehr ungenaue Aussage. D.h. nur über die Simulation und anschließende Analyse gewinnen wir eine realistische Aussage über die zu erwartende Ausfallwahrscheinlichkeit. Wir sprechen hier von der realen MTBF-Berechnung. Es werden die tatsächlichen Belastungswerte jedes einzelnen Bauteils, bezogen auf ihre Beanspruchungen, in der Berechnung berücksichtigt.“Ziel ist es, eine Aussage über die optimale Auswahl der Bauelemente in elektrischen Schaltungen zu erhalten.Lautwein empfiehlt: „Ist die Belastung an einem Bauelement zu hoch, muss man ein entsprechend leistungsstärkeres Bauelement einsetzen. Ist die Beanspruchung am Bauteil gering, lässt sich eventuell ein kostengünstigeres und kleineres Bauelement verwenden und damit zusätzlichen Raum auf der Leiterplatte gewinnen. Somit ist neben der reinen Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeits-Betrachtung auch eine kostenoptimierte Betrachtungsweise der elektrischen Schaltung möglich. Durch die Integration dieser Überlegungen in den EDA-Entwicklungsflow ist Zuverlässigkeit von Produkten vorhersagbar.“

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