第九章元器件(半导体)的可靠性及选择.
第九章元器件(半导体)可靠性与选择
也称为“衰变失效”。这是因元器件制造公 差，温度系数变化、材料变质、电源电压波 动、工艺不良、电应力变化、随机影响和老 化过程引起的，使元器件参数逐渐变化，性 能变差。
元器件的失效形式
局部失效
退化失效使系统性能变化，使局部功能失效， 称之为局部失效。 如数码寄存器因机器温度过高，使某一位触 发器性能变差，导致该数码寄存器局部失效。
环境的尘埃落到线路板或配电盘上时， 将迅速腐蚀元器件焊点与接线处，造成焊点脱落，接头 断开，引起接触性故障。 湿度过高，也是引起漏电耦合的主要原因。当具有导电 性的尘埃落到线路板上时，将使线路板表面的绝缘性能 变化，若电压由漏电耦合到低压器件，将造成电压击穿 故障。 湿度过高，还会使密封较差的元器件受到腐蚀而退化。 湿度过低，如相对湿度低于40%时，空气被认为是干燥 的。当相对湿度低于20%时，极易产生静电，人不敢接 触机器，一碰机器就会引起电子元器件击穿，特别是 MOS器件击穿损坏，或造成机器误动作。
环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
1）温度变化对半导体器件的影响
这种变化将导致如下结果： 晶体管放大器的工作点产生漂移。这是形成运放零 点漂移的主要原因。 电流放大系数 β 发生变化，造成放大器增益不稳定。 导致晶体管的特性曲线发生变化，使其所允许的动 态范围发生变化。
环境因素对元器件可靠性的影响
元器件的失效规律
元器件的失效规律
早期失效期
特征——多发生在元器件制造和计算机及其 应用系统或电子设备刚安装运行的几个月内， 一般为几百小时。 失效原因：
设计不当 元器件本身的缺陷 安装工艺不可靠 环境条件恶化
克服的办法：元器件筛选、严控质量和安装 工艺、老化后再使用。
元器件的失效规律
半导体器件可靠性与失效分析微电子ppt
02
失效分析
失效定义与分类
失效定义
器件无法完成其预定功能或性能恶化到无法接受的程度。
失效分类
功能失效和结构失效，按性质可分为软失效和硬失效，按物理效应可分为可恢复失效和不可恢复失效 。
失效分析方法
外观检查
电气测试
X射线检测
切片分析
化学成分分析
通过肉眼观察器件外观 是否存在明显的缺陷或 损伤，如裂纹、变形、 烧伤等。
05
案例分析与讨论
典型失效案例分析
案例1
一个高可靠性MEMS压力传感器的失效分析 。
案例2
一个微电子电路中的热失效问题。
案例3
一个存储器芯片的突发性失效。
失效预防与可靠性提升措施
预防措施1
采用高可靠性设计和制造技术。
预防措施2
优化芯片封装和测试流程。
预防措施3
重视生产过程中的质量控制。
提升措施1
控制晶圆的几何形状、表 面平整度和化学组成，确 保晶圆具有一致性和可靠 性。
薄膜沉积环节
通过优化工艺参数和选用 合适的薄膜材料，提高薄 膜的质量和可靠性。
光刻环节
精确控制光刻胶的厚度、 光刻掩膜版的质量以及曝 光能量等参数，确保器件 的尺寸精度和可靠性。
刻蚀环节
通过选用合适的刻蚀气体 、功率等参数，确保刻蚀 的效果和可靠性。
通过测试器件的电压、 电流、电阻等电气参数 ，判断器件是否存在电 气故障。
利用X射线对器件内部进 行无损检测，发现微小 缺陷和内部结构问题。
通过将器件切割成薄片 进行观察和分析，了解 器件内部结构和材料的 组成及分布情况。
采用光谱分析、质谱分 析、能谱分析等方法， 检测器件中各元素的种 类、含量及分布情况。
元器件行业的可靠性标准与测试方法
元器件行业的可靠性标准与测试方法随着科技的发展和应用领域的扩大，元器件在电子产品中发挥着至关重要的作用。
然而，由于元器件在工作过程中经受着复杂的环境和条件，其可靠性成为了一个关键问题。
为了确保电子产品在使用过程中不出现故障，元器件行业制定了一系列的可靠性标准和测试方法。
本文将针对元器件行业的可靠性标准和测试方法进行探讨。
一、可靠性标准1.产品可靠性要求在元器件行业中，产品的可靠性是评价一个元器件制造商质量的重要指标。
产品的可靠性要求包括工作温度范围、电压范围、湿度要求、机械振动、冲击和落地等环境条件。
此外，产品的寿命要求、失效率和故障率等指标也是衡量产品可靠性的关键要素。
2.可靠性测试标准为了有效评估元器件的可靠性，行业制定了一系列的可靠性测试标准。
例如，国际电工委员会（IEC）发布了IEC 60068系列标准，其中包括了温度和湿度循环测试、机械振动和冲击测试、尘埃和腐蚀测试等。
此外，美国军标（MIL-STD）和美国电子工程师协会（IEEE）也发布了一系列可靠性测试标准，如MIL-STD-810和IEEE 1284等。
二、可靠性测试方法1.环境适应性测试环境适应性测试旨在评估元器件在不同环境条件下的可靠性。
常见的环境适应性测试包括温度和湿度循环测试、高温老化测试和低温冷冻测试。
这些测试能够模拟元器件在工作环境中的变化，并通过检测元器件在不同环境条件下的工作能力，来评估元器件的可靠性。
2.机械振动和冲击测试机械振动和冲击测试旨在评估元器件在机械振动和冲击条件下的可靠性。
通过将元器件暴露在不同频率和振幅的机械振动和冲击力下，检测元器件是否能够正常工作，并通过对元器件的振动和冲击响应进行分析，来评估元器件的可靠性。
3.尘埃和腐蚀测试尘埃和腐蚀测试旨在评估元器件在灰尘和腐蚀环境下的可靠性。
通过将元器件暴露在高浓度的灰尘和腐蚀物质中，检测元器件是否会受到腐蚀或被尘埃阻塞，并通过对元器件功能的测试，来评估元器件的可靠性。
电子元器件的选用原则、选购方法
电子元器件的选用原则、选购方法元器件是构成电路的基本元素，又是电路原理分析计算的最终结果。
在电路原理分析中，要知道每个元器件的结构、特性、参数，在电路中所起的作用，以及对整个电路产生的影响；在电路参数计算中，每个元器件参数又是电路计算的最终结果，便于合理选择元器件的规格、型号。
正确选择元器件是实现电路功能的关键，选择方法与技巧是非常重要的。
元器件的选用元器件选择的依据是标准化、通用化和国产化。
选择符合电路参数需要的合格元器件；使用则是用科学的方法把选择的元器件应用到电路中去，实现设计电路的各项技术指标。
元器件选用的重要性电子元器件是执行预定功能而不可拆卸分解的电路基本单元，如电阻器、电容器、半导体分立器件、半导体集成电路、微波元器件、继电器、磁性元器件、开关、电连接器、滤波器、传感器、纤维光学器件等。
实践证明，在电子设备中，由于元器件选用不当引起的失效占总失效数的44%~67%，而元器件本身质量引起的失效只占33~46%，如下表的统计数值。
因此，元器件选用在电路设计中占有重要位置，设计人员必须高度重视、认真计算、精心设计。
电路上标明的各元器件的规格、型号、参数，是电子元器件选用的依据。
已经定型的产品，其原理图上各元器件是经过设计、研制、试制后投入生产的，各项参数是根据定性分析、定量估算、实验调整的方法确定下来的，一般情况下是不允许更换或变更的。
但对于电子产品的研制者、业余爱好者、维修人员来说，由于客观条件等诸多因素的影响，在符合技术要求规范的条件下，若用量少，可机动灵活的选用元器件。
在某些特定情况下，即使有了原理图，但由于有些元器件标注参数不全，如电解电容只标电容量不标耐压值，在电源电路中就要重新考虑；产品使用现场条件与技术资料不符，可调整部分元器件以适应实际环境；个别元器件当地买不到，可选用符合要求的元器件代用；在维修过程中发现个别元器件有不合理之处，就需要换上合适的元器件。
元器件选用的原则1）选择有发展前途并有良好信誉的厂家生产的，并经实践证明质量稳定、可靠性高的标准元器件，不能选用淘汰的或劣质的元器件。
半导体器件可靠性与失效分析微电子
半导体器件可靠性与失效分析微电子半导体器件可靠性与失效分析是微电子领域的重要课题。
半导体器件的可靠性是指在一定的使用环境和使用条件下，器件在规定时间内能够正常工作的概率。
而失效（Failure）是指器件不能在规定的时间内正常工作。
半导体器件的可靠性与失效分析旨在通过对器件的性能和可靠性进行评估和分析，找出器件失效的原因，并提出相应的改进措施，从而提高器件的可靠性。
1.可靠性评估：通过一系列实验和测试，评估器件在特定环境和使用条件下的可靠性。
常见的可靠性评估方法包括寿命测试、温度循环测试、湿度测试、可靠性建模等。
通过这些评估手段，可以得到器件的失效概率和失效的规律，进而为改进器件的设计和制造提供依据。
2.失效分析：失效分析是通过对失效的器件进行物理和电学特性分析，找出失效的原因和机制。
常见的失效分析方法包括显微镜观察、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱分析(EDX)、微动电压测量、故障注入方法等。
通过失效分析可以确定故障位置和失效原因，为改进器件的设计和制造提供指导。
3.失效模式与机制研究：失效模式与机制的研究是指通过理论和实验手段，研究器件失效的模式和机制。
通过对失效模式和机制的研究，可以了解器件失效的根本原因，并提出相应的改进措施。
例如，晶体管的漏电流增加、介质击穿等都是半导体器件失效的常见模式和机制。
4.退化机制分析：半导体器件的寿命会随着使用时间的增加而发生退化，导致器件性能下降甚至失效。
退化机制分析是指通过实验和测试，研究器件在使用过程中的退化机制。
常见的退化机制包括电子迁移、电子捕捉、热失效等。
通过退化机制分析可以确定退化的原因，为延长器件寿命提供参考。
半导体器件的可靠性与失效分析对于微电子行业具有重要的意义。
高可靠性的器件可以减少电子产品的故障率，提高产品的性能和稳定性。
同时，通过对失效原因和机制的研究，可以指导器件的设计和制造，提高器件的可靠性和寿命。
因此，半导体器件的可靠性与失效分析是微电子领域一个重要的研究方向，也是推动微电子技术发展的关键之一。
半导体元器件可靠性及其制造分析
半导体元器件可靠性及其制造分析摘要：半导体元器件较高可靠性以及制造的实现，是产品质量保证的重要指标，有效满足了人们生产生活的需要，促进了工业化建设的发展。
并且半导体元器件可靠性要从构思设计到使用报废全过程贯穿始终，为了充分发挥半导体元器件的作用，本文阐述了半导体元器件可靠性的主要内容与半导体元器件常见的失效分布及失效，对半导体元器件可靠性试验及可靠性筛选与制造进行了探讨分析。
关键词：半导体元器件；可靠性；内容；失效；分布；试验；筛选；制造半导体产品主要应用于工业方面，现在半导体制造技术是一些工业生产的关键技术，没有半导体元器件制造技术许多工业生产就无法进行。
半导体元器件具有重量轻、体积较小、功耗低以及较高可靠性等特征。
但是其由于构成设备和系统功能较复杂以及器件数量不断增多，而且使用环境比较严酷，导致半导体元器件退化和失效现象比较普遍。
基于此，以下就半导体元器件可靠性及其制造进行分析。
一、半导体元器件可靠性的主要内容分析半导体元器件的可靠性是在一定的时间和条件下实现预定功能的能力，它对规定条件、时间和规定功能有很大影响，通常可以用“概率”来衡量半导体元器件在规定时间内完成预定功能的能力大小。
半导体元器件的可靠性工作从设计开始就应进行质量控制，在器件生产后筛选抽样检测，对可靠性进行试验，并对器件进行初步分析、情况调查、外观检查和特性检测，对失效模式分类，进行失效机理分析、电分析、显微分析和先进设备分析，找出失效模式和机理，制定纠正措施，对器件设计、生产和测试进行反馈并加以改进。
二、半导体元器件常见的失效分布及失效分析1、半导体元器件失效分布的分析。
半导体元器件可靠性数量特征和其失效分布有很大的关系，不同的失效分布类型处理方式也不同。
基于半导体元器件自身特征，在没有恶劣外界条件影响情况下，早期失效最为明显，偶然失效期较长，失效率有缓慢下降的整体趋势。
半导体元器件的失效分布类型主要包括：第一、早期失效期。
半导体功率器件的可靠性筛选及寿命预测关键技术研究
半导体功率器件的可靠性筛选及寿命预测关键技术研究半导体功率器件的可靠性筛选及寿命预测关键技术研究摘要：随着电子设备的快速发展，半导体功率器件在现代工业中扮演着重要角色。
然而，由于功率器件在高电压、高电流等极端条件下工作，其可靠性和寿命成为制约其应用的重要因素。
本文主要探讨半导体功率器件的可靠性筛选方法和寿命预测关键技术，以期为相关领域的研究和工程实践提供参考。
一、引言半导体功率器件包括晶体管、整流器、可控硅等多种类型，广泛应用于电力电子、电机驱动、光伏发电等领域。
为确保功率器件在工作时稳定可靠，需要进行可靠性筛选和寿命预测。
可靠性筛选是通过对大批器件进行测试，排除不合格品，保证产品的可靠性。
寿命预测是通过对器件在特定条件下的重复测试，推断其整体寿命的方法。
二、可靠性筛选方法1. 电性能测试：对功率器件进行电压、电流、功率等性能测试，以评估其巨大限度。
2. 温度测试：将器件置于高温环境中，测试其在高温下的工作性能和可靠性。
3. 振动和冲击测试：测试器件在振动和冲击环境下的耐受能力，模拟实际工作场景中的振动情况。
4. 温湿度循环测试：通过将器件置于不同温度和湿度的循环环境下，考察其在极端环境中的可靠性。
5. 特殊环境测试：例如高压、高频等特殊环境下的测试，以评估器件在不同工况下的可靠性。
三、寿命预测关键技术1. 加速寿命试验：通过将器件在高温和高压条件下进行长时间测试，推断其寿命的预测模型。
2. 应力模型：通过对器件在不同工况下的性能变化进行建模，推断其寿命与工作条件的关系。
3. 特征提取：通过分析器件的工作状态、电流、温度等参数的变化，寻找与寿命相关的特征。
4. 数据分析方法：通过对大量寿命试验数据进行分析，寻找器件寿命与工作条件、环境因素的关系。
5. 人工智能方法：应用机器学习、神经网络等人工智能方法，从复杂的寿命试验数据中提取模式，进一步提高寿命预测的精度。
四、挑战与展望半导体功率器件的可靠性筛选和寿命预测仍然面临一些挑战。
半导体材料与器件的可靠性研究及优化
半导体材料与器件的可靠性研究及优化近年来，随着半导体技术的飞速发展，半导体材料与器件逐渐成为了现代科技发展的重要基石。
然而，由于半导体器件长期运行过程中可能会遭受物理、化学、微结构等多种因素的影响，因此半导体材料与器件的可靠性问题一直是业内关注的热点。
本文将探讨半导体材料与器件的可靠性研究及优化。
一、半导体材料的可靠性在半导体工艺中，材料的物理、化学性质对器件的可靠性具有极为重要的影响。
首先，在半导体器件加工过程中，如电子束曝光、蚀刻等环节中，会对材料表面进行清理和刻蚀，这些处理会对材料的表面形态和性能产生影响。
尤其是对于化合物半导体材料来说，如何控制该材料表面的品质至关重要。
此外，半导体材料在使用过程中，还存在一些不可忽视的问题，如材料的电性能和热性能都会对器件的可靠性产生影响。
硅材料在高温下具有较好的表现，但会在高温和较高（大于1000V）电场下发生击穿现象。
而些氮化物材料则在高温下具有较好的电学和光学性能。
在设计半导体器件时，需要综合考虑多个参数，并根据实际应用需求，对材料进行优选和调配。
二、半导体器件的可靠性半导体器件的可靠性问题包括器件的寿命、静电放电（ESD）等问题。
在设计半导体器件时，需要考虑材料选择、制造工艺及存储条件等因素。
此外，在使用过程中，器件可能会受到外部环境和操作条件的影响，如温度、湿度、电磁场、射线等，这些因素可能会使器件发生失效或寿命缩短。
因此，对于半导体器件的可靠性研究及优化，需要从多个层面出发进行探索。
从器件设计的角度出发，可以考虑采用多层反射结构等方式，优化器件本身的设计，增强其抗ESD和耐热性能。
而从制造工艺的角度来说，则需要对制造环节进行完善，如对沉积温度、沉积速率等参数进行优化，保证不同部分之间形成光电器件后性能的均匀性。
同时，也需要对器件的封装、保护、运输和储存等方面进行优化，保证其在使用过程中不会受到外界因素的损害。
三、半导体材料与器件可靠性的员工半导体技术的快速发展，对于半导体材料与器件的可靠性研究提出了更高的要求。
半导体器件的物理原理与可靠性
半导体器件的物理原理与可靠性半导体器件是现代电子技术的基石，它的发展和应用在电子通信、计算机、医疗设备等领域起到了极其重要的作用。
本文将探讨半导体器件的物理原理以及其可靠性。
一、半导体物理原理半导体器件是利用半导体材料的特性制作而成的电子元件。
半导体材料与金属材料和绝缘体材料相比，具有独特的电导特性。
在半导体中，电子的导电行为受到温度和掺杂的影响，同时由于带隙的存在，电子的能量状态也会发生变化。
半导体中的电导性主要来源于载流子，而载流子可以分为两类：电子和空穴。
在纯净的半导体中，电子和空穴的数量大致相等，称之为本征半导体。
当半导体材料被掺杂时，即在纯净半导体中加入少量杂质，就会产生额外的电子或空穴。
这个过程称为掺杂，掺杂分为n型和p型。
在n型掺杂中，掺入杂质的原子具有多余的电子，这些电子将成为半导体中的自由电子，在电场作用下进行移动，因此n型半导体具有较高的电导率。
而在p型掺杂中，掺入杂质的原子会带走半导体中的电子，使原子中形成空位，称为空穴。
空穴具有正电荷，可以在电场的作用下进行移动。
通过n型和p型半导体的结合，可以形成p-n结，这是半导体器件中最基本的结构之一。
在p-n结中，由于电子和空穴的扩散，会形成静止电势差，进而形成内建电场。
内建电场导致了能量位移，使得电子和空穴被迫向另一侧移动。
这种现象被称为漂移，它是半导体器件工作的基础。
半导体器件的其他基本原理包括：禁带宽度、霍尔效应、反向击穿等。
理解这些物理原理对于半导体器件的设计和应用非常重要。
二、半导体器件的可靠性可靠性是指在特定环境和使用条件下，半导体器件能够长期正常工作的能力。
半导体器件的可靠性与其物理原理密切相关。
半导体器件可能会受到温度、湿度、电压等外界因素的影响，这些因素会导致器件的性能衰减甚至失效。
热效应是其中的主要因素之一。
在半导体器件中，电子的能量和温度之间存在着密切的关系。
当半导体器件长期工作时，内部电阻会产生热量，如果不能进行有效的散热，温度将会上升。
半导体行业的可靠性与质量控制最佳实践
半导体行业的可靠性与质量控制最佳实践半导体行业是当今高科技产业中最为重要的组成部分之一，它在电子设备和通信领域中扮演着重要的角色。
对于半导体产品的可靠性和质量控制，是确保产品性能稳定、持久可靠的关键因素。
本文将介绍半导体行业中的可靠性与质量控制的最佳实践。
1. 概述半导体可靠性是指半导体产品在特定工作条件下保持其所需功能的能力。
质量控制是半导体制造过程中通过管理和控制各种因素来确保产品符合特定标准的方法。
可靠性与质量控制密切相关，相辅相成。
2. 设计阶段的可靠性与质量控制在半导体产品开发的早期阶段，设计对于可靠性和质量控制至关重要。
设计时需要考虑到产品的特定应用环境、工作温度范围和使用寿命等因素。
通过合理的电子设计、材料选择和工艺流程的优化，可以提高产品的可靠性和质量。
3. 制造阶段的可靠性与质量控制制造过程中，各种因素都可能对产品的可靠性和质量产生影响。
制造商需要建立严格的质量控制体系，包括原材料的筛选、生产线的管理、工艺的控制等。
合理的质量检测手段和测试方法，可以及时发现制造过程中的问题，并采取有效措施进行纠正。
4. 测试与验证阶段的可靠性与质量控制半导体产品的测试和验证是确保产品质量的重要环节。
制定完善的测试方案和可靠性验证计划，并进行严格的测试流程和过程控制，可以有效提高产品的质量可靠性。
在测试与验证过程中，还可以通过统计分析和可靠性建模等方法，对产品的可靠性进行评估和预测。
5. 数据分析与质量改进通过对产品运行数据的分析，可以及时了解产品使用中出现的问题，并采取相应的质量改进措施。
数据分析可以发现潜在的质量问题，指导制造和设计上的改进，并提高产品的可靠性。
同时，制造商还应建立完善的客户反馈系统，及时汇总和解决客户反馈的问题，以提高产品的用户满意度。
6. 供应链管理与可靠性控制半导体产品的可靠性与质量控制离不开供应链管理的支持。
合理管理供应商，确保原材料和零部件的质量符合要求，对于产品的可靠性和质量的控制起到至关重要的作用。
电子元器件的材料选择和可靠性评估
电子元器件的材料选择和可靠性评估电子元器件的材料选择和可靠性评估是电子产品开发过程中非常重要的环节。
正确选择合适的材料，评估其可靠性，可以提高产品的性能和可靠性，减少故障发生的概率。
在本文中，将讨论电子元器件材料选择的原则和常用的可靠性评估方法。
一、电子元器件材料选择的原则1. 功能要求：首先要根据电子元器件的功能要求选择合适的材料。
不同的功能要求需要不同性能的材料来满足，比如高温环境下需要耐高温的材料，高频信号传输需要低损耗的材料等。
2. 环境适应性：电子产品通常会在不同的环境下运行，所以选材时要考虑材料对环境的适应性，比如耐高温、耐湿度、耐腐蚀等。
3. 成本和可获得性：成本和可获得性也是材料选择的考虑因素之一。
选择材料时要综合考虑成本与性能之间的平衡，不能只追求高性能而忽略成本和可获得性。
4. 可加工性：材料的可加工性也是选择考虑的因素之一。
材料选择应考虑其可加工性，以满足产品的制造工艺要求。
二、电子元器件材料的常见选择1. 导体材料：导体材料是电子元器件中最常见的材料之一。
常见的导体材料有铜、铝、银等。
导体材料的选择要考虑其导电性能和成本。
2. 绝缘材料：绝缘材料用于电子元器件的绝缘层，以防止电路间的短路。
常见的绝缘材料有FR-4、陶瓷、玻璃等。
选择绝缘材料时要考虑其绝缘性能、耐热性和可加工性。
3. 封装材料：封装材料用于保护电子器件，并提供机械支撑和保护。
常见的封装材料有塑料、金属、陶瓷等。
选择封装材料时要考虑其机械性能、导热性能和抗腐蚀性能。
4. 接触材料：接触材料用于电子器件的接触界面，影响电阻和接触可靠性。
常见的接触材料有金、银、铜等。
选择接触材料时要考虑其导电性能、耐久性和接触可靠性。
三、可靠性评估方法1. 总体可靠性评估：总体可靠性评估是通过对产品进行全面的可靠性测试和分析，评估产品的可靠性。
包括可靠性试验、可靠性数学模型和可靠性数据分析等方法。
2. 试验加速法：试验加速法是一种通过对产品进行加速测试，来缩短测试时间，加快分析结果的方法。
电子元器件的可靠性与检测筛选
电子元器件的可靠性与检测筛选摘要：电子电路元件的产品可靠性是指元件在一定使用条件下，能够长期稳定地工作，并保持其性能和功能的特性。
这包括寿命、可靠性、故障率、维修性和环境适应性等基本特征。
为了评估和提高元器件的可靠性，可以采用可靠性评估方法进行定量分析，如加速寿命试验、可靠性块图分析和故障模式和影响分析（FMEA）等。
关键词：电子元器件；可靠性；检测筛选一、引言电子元器件的可靠性是评估其在预期工作寿命内能够持续稳定运行的能力。
为了确保电子设备和系统的可靠性，对元器件进行可靠性检测和筛选至关重要。
通过可靠性检测和筛选，可以识别潜在的故障风险，选择具有良好可靠性性能的元器件，并减少因元器件故障引起的设备停机和维修成本。
二、电子电路元件必须具备的产品可靠性的基本特征电子电路元件的产品可靠性是指元件在一定使用条件下，能够长期稳定地工作，并保持其性能和功能的特性。
以下是电子电路元件必须具备的产品可靠性的基本特征：寿命（Lifetime）：元件在一定的工作条件下能够长时间运行而不失效。
寿命是衡量一个元件可靠性的重要指标，通常以工作时间、工作周期或操作次数来表示。
可靠性（Reliability）：元件在一定的工作条件下，以期望的概率在给定时间内正常运行而不失效。
可靠性是指元件在实际应用中保持其设计寿命的能力，可以通过统计分析进行可靠性评估。
故障率（Failure Rate）：元件在单位时间内出现故障的概率。
故障率是度量元件失效频率的指标，通常以每一百万小时故障数（FIT）表示。
较低的故障率意味着元件更加可靠。
维修性（Maintainability）：元件在发生故障时，能够方便快速地进行维修和更换。
维修性包括易检测性、易诊断性、易维修性和易替换性等因素，可以减少维修时间和成本。
环境适应性（Environmental Adaptability）：元件能够在各种环境条件下正常工作。
电子电路元件可能会面临高温、低温、湿度、振动等不同的环境因素，其设计与制造需要考虑对环境的适应性。
半导体器件设计与可靠性分析研究
半导体器件设计与可靠性分析研究引言半导体器件是当今信息技术领域发展所不可或缺的组成部分，其设计和可靠性分析对于保证电子产品性能和稳定性具有重要意义。
本文将探讨半导体器件设计与可靠性分析的相关研究。
一、半导体器件设计1.1 半导体器件的基本原理半导体器件是在半导体材料中通过控制电流和电荷的运动来实现电子器件功能的一种技术。
掌握半导体器件的基本原理对于器件设计至关重要，包括PN结的原理、场效应管和双极性晶体管的工作原理等。
1.2 半导体器件的设计流程半导体器件的设计流程包括需求分析、器件选择、电路设计、布局和布线、模拟与仿真等环节。
其中，需求分析是根据具体的应用场景明确器件性能指标和功能需求；器件选择是根据需求挑选适合的器件类型和规格；电路设计是基于选定器件设计电路结构及参数；而布局和布线是将电路设计转化为实际器件排布和连线。
二、半导体器件可靠性分析2.1 可靠性分析的概念和意义半导体器件的可靠性分析旨在评估器件在特定条件下的长期使用稳定性和寿命。
可靠性分析有助于提前发现和解决潜在的故障和风险，从而提高半导体器件的性能和可靠性。
2.2 半导体器件可靠性分析的方法半导体器件可靠性分析的方法多种多样，其中包括可靠性试验、可靠性建模、可靠性预测等。
可靠性试验是通过加速老化实验，模拟器件使用过程中的各种环境因素，从而获取器件的可靠性数据。
可靠性建模是利用统计方法和数学模型对器件的可靠性进行预测和分析。
可靠性预测是根据已有的可靠性数据和特定的环境条件，对未来器件的可靠性进行推测。
三、案例分析：半导体器件设计与可靠性应用3.1 锂离子电池保护电路设计与可靠性分析锂离子电池是现代电子产品中常见的能量源，保护电路的设计和可靠性分析对电池的安全性和稳定性具有关键性意义。
文章将分析不同保护电路设计的可靠性表现及存在的问题，并提出优化方案。
3.2 光电二极管的设计与可靠性研究光电二极管是半导体器件中重要的电光转换元件，本文将探讨光电二极管的设计方法和可靠性研究，包括材料的选择、结构和工艺参数的优化以及环境因素对器件可靠性的影响。
半导体器件的可靠性设计与评估研究
半导体器件的可靠性设计与评估研究半导体器件在现代电子技术中具有重要的地位，随着电子产品的普及和应用场景的不断扩大，对于半导体器件的可靠性设计和评估研究也越来越重要。
本文将从多个角度对半导体器件的可靠性进行探讨与分析。
一、半导体器件的可靠性设计半导体器件的可靠性设计需要从以下几个方面进行考虑：1. 设计阶段的可靠性考虑在半导体器件的设计阶段，需要充分考虑到器件的可靠性，根据应用场景和使用条件进行设定，并采用有关覆盖率高的安全边际技术，以确保器件在使用中具有稳定性和可靠性。
2. 材料的质量控制半导体器件的材料应当满足质量要求，防止不良材料的影响，以保证器件的可靠性。
3. 设计的通信安全性在传输和处理半导体器件数据时，设计时要加强通信安全保护措施，将不良数据从设备中清除并保护系统免受恶意攻击和信息窃取。
同时，也要对设备通信机制做好安全性评估，确保设备在使用时不会受到攻击或干扰。
二、半导体器件的可靠性评估对半导体器件进行可靠性评估时，需要应用不同的测试手段和评估方法，接下来介绍其中的几种主流的可靠性测试方法：1. 加速龟速下环境试验加速龟速下环境试验是通过近似器件的使用环境，同时提高环境恶劣程度的方法来加速器件的老化并模拟长期使用的状态，从而评估半导体器件的可靠性。
可以选取的环境条件包括高温、低温、大气湿度、盐雾等等。
2. X光检查X光检查可通过观察到电子器件内部的微观裂纹或密度变化，依据锆数或者失分评估器件可靠性。
3. 变频诱导伤害变频诱导伤害是一种可靠性测试方法，在测试中通过提高电压或电流值来促进器件加速老化，进而评估器件的可靠性。
三、半导体器件的可靠性改进为了提高半导体器件的可靠性，可以从以下几个方面入手：1. 优化设计和工艺通过采取更优良的设计和工艺，可在降低成本，提高生产效率等优势的同时，提高器件的可靠性。
2. 选择优质原材料选择优质的原材料可以降低不良材料的占比，提升器件的整体质量和可靠性。
什么是电子元件的可靠性如何选择适当的可靠性
什么是电子元件的可靠性如何选择适当的可靠性电子元件的可靠性及如何选择适当的可靠性电子元件是现代电子设备中不可或缺的重要组成部分，而其可靠性则对于设备的正常运行和寿命具有至关重要的影响。
本文将介绍电子元件的可靠性概念，并提供一些选择适当可靠性的方法和注意事项。
希望通过本文的阐述，读者能够更好地了解电子元件的可靠性问题，从而在实际应用中作出更明智的决策。
一、电子元件的可靠性概述电子元件的可靠性是指在规定的使用条件下，元件在一定时间内正常工作而不发生失效的能力。
可靠性可以通过多种指标来评估，例如平均无故障运行时间（MTBF，Mean Time Between Failures）和失效率等。
可靠性较高的电子元件能够提供更长的使用寿命和更低的维修成本，因此在选择电子元件时，可靠性是一个非常重要的考虑因素。
二、如何选择适当的可靠性1. 了解应用环境在选择适当的电子元件可靠性时，首先需要对应用环境进行全面了解。
不同的工作环境对于电子元件的可靠性要求不同，因此需要充分考虑因素，如温度、湿度、振动、辐射等。
2. 深入了解元件的可靠性参数根据需要，查看元件的可靠性参数报告，如MTBF、失效率、失效模式等。
这些参数能够帮助我们更好地评估元件的可靠性，并与应用环境要求进行比较。
3. 寻找可靠性认证和标准在选择电子元件时，可以优先考虑那些已经通过可靠性认证的产品。
国际上有一些机构和标准，如ISO 9001和MIL-STD-883等，可以提供对电子元件可靠性的验证和评定。
4. 参考其他人的经验和意见可以借鉴其他人的经验和意见，尤其是那些已经在类似应用中使用过的人。
这些经验可以对选择适当的可靠性提供宝贵的参考和建议。
5. 进行可靠性评估和风险分析对于一些关键的应用场景，可以进行可靠性评估和风险分析。
通过对潜在故障原因和后果的分析，能够更好地选择适当的可靠性水平，并决定是否需要采取冗余设计或备用方案。
6. 与供应商进行沟通与供应商进行充分的沟通是选择适当的可靠性的重要环节。
半导体可靠性与质量控制产品寿命与性能的保证策略
半导体可靠性与质量控制产品寿命与性能的保证策略半导体是现代电子产品中不可或缺的核心组件之一，其可靠性与质量控制对于保证产品的寿命和性能起到至关重要的作用。
本文将探讨半导体可靠性与质量控制的策略，以确保半导体产品能够满足高质量和长寿命的要求。
一、材料选择与工艺控制半导体的性能和可靠性受材料和工艺的影响很大。
因此，为了保证产品的寿命和性能，需在材料选择和工艺控制方面采取一系列策略。
首先，选择高质量的半导体材料。
例如，采用工艺成熟且具有良好可靠性和稳定性的硅材料，以提高产品的可靠性和寿命。
其次，严格控制产品的生产工艺。
合理的制程流程和参数设置对于消除制程缺陷和提高产品的可靠性至关重要。
此外，应配备先进的生产设备和工艺监控系统，以确保制程的稳定性和一致性。
二、可靠性测试与分析对于半导体产品的可靠性进行全面的测试和分析，是确保产品质量和性能的重要手段之一。
以下是几种常用的可靠性测试方法和分析策略：1. 产品寿命测试：通过加速寿命试验、温度循环试验等方式，对产品在不同工作环境下的可靠性进行评估。
这些测试可以提前暴露产品的潜在问题，并为改进产品设计和工艺提供数据支持。
2. 功能和性能测试：通过对产品的功能和性能进行全面测试，包括电性能测试、通信性能测试等。
这些测试可以确保产品在实际使用中能够正常工作，并达到预期的性能指标。
3. 故障分析：对于出现故障的产品，需要进行仔细的分析，找出故障原因。
通过分析故障原因，可以改进产品设计、制程控制等，从而提高产品的可靠性和质量。
三、质量管理体系建设建立健全的质量管理体系对于保证产品的质量和可靠性非常重要。
以下是几个关键的方面：1. 建立质量管理流程和标准：明确产品的质量要求和测试标准，建立相应的质量管理流程和标准，确保产品的质量控制与验证能够得以有效实施。
2. 强化供应链管理：与供应商建立稳定且可靠的合作关系，确保原材料和元器件的质量和可靠性。
采用供应链追溯系统，确保从原材料到最终产品整个生产过程的可追溯性。
半导体器件可靠性研究教程
半导体可靠性
主要的失效机理
指器件失效的实质原因。即引起器件失效的物理或化学过程。
设计问题引 起的缺陷
体内退化 机理
氧化层 缺陷
金属化系 统退化
封装退化 机理
•版图 •工艺方案 •电路和结构
•二次击穿 •CMOS闩锁效应 •中子辐射损伤 •重金属沾污 •材料缺陷
•针孔 •厚度不均匀 •接触孔钻蚀 •介质击穿等
ISO9000带来繁琐的文档工作，往往导致错误观念： 关注标准而非技术创新； 创新－直接的品质提高
下面，着重以半导体可靠性为内容阐述可靠性研究工作
半导体可靠性的 特点和主要内容
半导体可靠性
半导体可靠性的特点和主要内容
半导体可靠性物理学
研究领域、研究任务、 研究内容
半导体可靠性物理学
产生过程及其重要性
•金铝合金 •管腿腐蚀
•电迁移
•管腿损伤
•铝腐蚀
•漏气
•铝划伤
•外来物引起漏短路
•铝缺口
•绝缘珠裂缝
•台阶断铝 •标志不清
表征 技术
半导体可靠性物理学
研究任务
失效规律、模式 失效机理
可靠性评估、可靠性设计和使用规范等
简而言之，半导体可靠性物理学主要是从发生在半导体内部
的各种物理效应的角度，从原子、分子运动的角度来研究如何 提高半导体可靠性的一门学科。
主要的研究内容
半导体可靠性
研究领域和任务
What failed? How did it failed? Why did it failed?
Connor
对生产者的规范和控制不能提高内在品质
可靠性的内涵－生产过程中的有机组成部分
而非单纯的制度和规定来获得 主体为工程技术人员而非“生产管理者”
九章关键元器件
2 “关键件”定义的要点分析
综合a、b两条的定义，可得出关键 件的定义：即能冠以“关键件”的“零件、 部件、组件、系统或其它装置”“如发生 故障”的后果是使系统失效。可见，“关 键件”的最“关键”之处，是由于其和 “可靠性”、“安全性”概念紧紧相连， 而不是其它。强调以下两点：
2 “关键件”定义的要点分析 “关键件”的最“关键”之处，是由于其和 “可靠性”、“安全性”概念紧紧相连。强调以 下两点：
二、
“关键件”的定义及分析
确定关键件，保证重点，确实是一 项节省费用的好措施。因此，这个思路一 直成为系统设计者和可靠性工作者的重要 工作指南而被广泛采用。 正因为关键件对提高整个系统可靠性 的重要作用，对关键件的定义一直受到重 视，在一些产品的“可靠性大纲”中对其 都有结合具体产品的更具体化的规定。下 面分别予以叙述。
因而能在保证可靠性的基础上节省费小灶的概念按美国军用手册milhdbk338可靠性设计手册的规定就是要进行可靠性加固即进行增长试验可靠性鉴定试验可靠性应力分析及采用降低可靠性风险的其它技术
第九章
“关键电子元器件”概念的混乱 关键电子元器件” 和对军用系统可靠性的影响
一、 传统的“关键电子元器件”概念 必 须废除 二、 “关键件”的定义及分析 三、 “关键电子元器件”在一些重要 型 号文件中的定义 四、概念混乱对可靠性工作的影响
b. 和可靠性毫无关系的内容
这类定义有：
① 航天工业标准QJ2671-94《进口电子元 器件质量管理要求》提出：符合以下情况 之一者，都是关键（电子）元器件： ●采购周期较长的；专用定制的； ●费用较高的。
b. 和可靠性毫无关系的内容 ② 航空某重要产品的规定，凡符合以 下情况之一者，都是关键电子元器件：
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可靠性设计
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元器件的失效规律
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元器件的失效规律
早期失效期
特征——多发生在元器件制造和计算机及其 应用系统或电子设备刚安装运行的几个月内， 一般为几百小时。 失效原因：
设计不当 元器件本身的缺陷 安装工艺不可靠 环境条件恶化
克服的办法：元器件筛选、严控质量和安装 工艺、老化后再使用。
因此应避免振动、冲击的发生，当无法避免较大的 振动冲击源时，应采取防振、减振措施。
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环境因素对元器件可靠性的影响
5. 电磁场影响
电磁场会瞬间造成很大的电压脉冲，或出现 “火花”，会对系统的感性或容性负载产生严 重影响，会影响到整个电路上的电压。 此外，人身上也会积累电荷，发生静电放电。 电磁场的高频瞬态电压、浪涌电压、谐波畸变 和大电流冲击会产生很强的噪声干扰，会使计 算机信息出错，还会使元器件损坏。
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元器件的失效规律
稳定工作期（正常寿命期、正常使用期）
特征——元器件突然性失效较少，而暂时性 故障较多。故障率可降低到一个较低的水平， 且基本处于稳定状态，可以近似故障率为常 数。持续时间较长。 失效原因：应力引起
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元器件的失效规律
衰老期（耗损期）
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②失效分析的意义、思路
对于可靠性工程的意义
为合理选择元器件提供依据 为设计提供正确的理论依据和设计思想 为改进工艺指明方向 指导各种可靠性试验条件和可靠性分析方法 在处理可靠性工程问题时，为决策提供科学 依据 为可靠性设计提供宝贵的信息资料
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②失效分析的意义、思路
总之，系统运行环境应严格控制湿度。
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环境因素对元器件可靠性的影响
3. 电压影响
施加到元器件上的电压稳定性是保证元器 件正常运行的重要条件。过高的电压会增 加元器件的热损耗，甚至造成电压击穿。 例如，对电容器来说，其失效率正比于电 容电压的5次幂。
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环境因素对元器件可靠性的影响
6. 腐蚀
腐蚀，有空气腐蚀或氧化、电解液腐蚀等种类。 大气中含有各种酸盐及化工、冶炼等工业生产中排 出的有害气体，如SO2、H2S、CO2、CO和臭氧等。 这些腐蚀性气体会使计算机及其应用系统或电子设 备金属化表面氧化腐蚀，使接插件接触情况恶化， 使半导体元器件管脚和电子线路引起腐蚀，还会使 半导体稳定性受到破坏。 电解液对金属有着很强的腐蚀和氧化作用，会造成 接头与插座之间，元器件与插座或焊接孔之间电阻 加大，电流减小，引起间歇故障，严重时会造成断 路。
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元器件的失效规律
浴盆曲线（Bathtub curve ）
人们在长期的生产实践中发现新制造出来的 电子元器件，在刚投入使用的时候，一般失 效率较高，叫做早期失效。经过早期失效后， 电子元器件便进入了正常的使用期阶段，一 般来说，在这一阶段中，电子元器件的失效 率会大大降低。过了正常使用阶段，电子元 器件便进入耗损老化期阶段，意味着寿终正 寝。这个规律，恰似一条浴盆曲线，人们称 它为电子元器件的效能曲线。
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环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
1）温度变化对半导体器件的影响
温度与允许功耗有如下关系： T jm T Pcm RT Pcm为最大允许功耗；Tjm为最高允许结温；T为使用环 境温度；RT为热阻。
温度的升高将使晶体管的最大允许功耗下降。
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]
由上式看出，温度每升高10℃，ICO将增加一倍。
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环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
1）温度变化对半导体器件的影响
这种变化将导致如下结果： 晶体管放大器的工作点产生漂移。这是形成运放零 点漂移的主要原因。 电流放大系数 β 发生变化，造成放大器增益不稳定。 导致晶体管的特性曲线发生变化，使其所允许的动 态范围发生变化。
特征——失效率大大增加，可靠性急剧下降， 接近报废。 失效原因：元器件的物理变化、老化和机械 磨损、疲劳磨损等。 克服办法：应用系统到了这个时期，应大修， 更换一批失效的元器件。常采用定期维修、 更换等手段进行预防降低系统故障率。
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元器件的失效形式
分类：
突然失效 退化失效 局部失效 全局失效
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①失效分析的概念
应力和时间是诱发失效的重要外部因素。 由外因诱发失效的物理和化学过程叫失 效机理。失效的状态类型称为失效模式。 失效分析，既要分析产生故障的原因， 提出改进的方法和措施，又要弄清失效 模式和故障机理，从本质上预防失效和 故障的再发生。
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环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
1）温度变化对半导体器件的影响
环境温度升高将直接引起元器件温度升高，从而引 起最高工作电压下降。 温度过高，将使元器件的P-N结被击穿而损坏。 由于 P-N 结的正向压降受温度的影响较大，所以双 极型半导体器件 TTL 、 HTL 等 IC 的电压传输特性和 抗干扰度也与温度密切相关。
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环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
2）温度变化对电阻的影响
温度变化对电阻的影响主要是温度升高时，电 阻内热噪声加剧，阻值偏离标称值，允许耗散功率 下降等。如RXT系列的碳膜电阻在温度升高到100℃ 时，允许的耗散功率仅为标称值的20%。
3）温度变化对电容的影响
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元器件的失效机理
半导体元器件的失效机理
半导体缺陷引起的失效 SiO2层中正电荷引起的失效 SiO2 层缺陷（如针孔、划伤、钻蚀、断裂等） 引起的失效 二次击穿引起的失效 金属化系统（电极）引起的失效，占半导体失 效的首位 贴片或焊片失效，如掉片、热阻增大，使性能 退化 封装失效、气密性差等
温度变化对电容的影响主要是引起电容介质损 耗变化，从而影响其寿命。温度每升高 10℃ 时，电 容器的寿命就降低一半，同时还引起电路阻容时间 常数等参数的变化，甚至发生因介质损耗过大而热 击穿的情况。
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环境因素对元器件可靠性的影响
2. 湿度影响
湿度过高，当含有酸性的尘埃落到线路板或配电盘上时， 将迅速腐蚀元器件焊点与接线处，造成焊点脱落，接头 断开，引起接触性故障。 湿度过高，也是引起漏电耦合的主要原因。当具有导电 性的尘埃落到线路板上时，将使线路板表面的绝缘性能 变化，若电压由漏电耦合到低压器件，将造成电压击穿 故障。 湿度过高，还会使密封较差的元器件受到腐蚀而退化。 湿度过低，如相对湿度低于40%时，空气被认为是干燥 的。当相对湿度低于20%时，极易产生静电，人不敢接 触机器，一碰机器就会引起电子元器件击穿，特别是 MOS器件击穿损坏，或造成机器误动作。
环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
1）温度变化对半导体器件的影响
半导体器件与温度有直接关系。尤其是双极型半导 体器件，组成这类元器件的基本单元P-N结，对温度变 化很敏感。当P-N结反偏时，由少数载流子形成的反向 漏电流受温度变化影响，其关系为
ICO ICOR [e
0.069(T TR )
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元器件的失效形式
全局失效
一个突然失效会使整个系统失效，这种失效 称为全局失效。 如时序控制电路的晶体振荡器两端的电容突 然短路，使该晶振损坏，造成整个微机无法 工作，即整体失效。
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2.元器件的失效机理
元器件的失效直接受温度、湿度、电压、机械、电磁 场等因素的影响。
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①失效分析的概念
对于电子元器件的可靠性设计来说，最能暴露 问题的方法还是进行各种试验。在这些最接近 实际使用条件的试验中，许多隐患和薄弱环节 都会显示出来，参加试验的组件、部件，子系 统，甚至整个系统都可能会不同程度地丧失其 应有的功能，即失效。 失效分析就是分析寻找引起元器件失效的原因， 并提出补救和纠正措施。20世纪60年代出现的 以研究故障机理为核心的失效物理学科成了其 研究的重要内容。
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①失效分析的概念
失效物理
是研究元器件及其材料故障机理的一门综合学科。 故障机理是指引起元器件及其材料发生故障的物理 和化学过程及原因。 从微观角度研究故障机理，从失效过程的描述中建 立物理模型。 以故障机理研究为核心，通过建立物理模型，将微 观本质与宏观性能相结合 ，并应用于可靠性工程。 总之，研究元器件的故障机理及其物理模型，不断 地从失效分析中汲取营养，又反过来从理论上充实 和指导失效分析技术。
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元器件的失效机理
金属件的失效机理
疲劳（占36.3%） 脆断（占12.6%） 腐蚀（占12%） 应力腐蚀（占3.8%） 磨损（占6%） 韧性断裂（占7.9%） 其他（占21.4%）
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3.元器件的失效分析技术
①失效分析的概念
失效分析的目的绝不仅是评价系统及其组成单元的可 靠性水平，更重要的是提高系统的可靠性水平。因此， 必须对系统及其组成单元和元器件进行失效分析，所 形成的失效分析技术构成了系统可靠性技术的一项重 要内容。 要保证和提高系统和设备的可靠性，必须选择高可靠 性的元器件。要提高元器件的可靠性，必须了解其失 效的本质、失效的模式及故障机理，以便采取有效的 措施。 系统和设备可靠性设计需要提供元器件及材料的失效 率、失效模式和故障模式及其严重性的信息。