電子元器件是電子電路和設(shè)備的組成基礎(chǔ)，其良好的性能參數(shù)和可靠性決定高層系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)及穩(wěn)定工作。電子元器件工程種類繁多，是一項包含研發(fā)、生產(chǎn)、使用的復(fù)雜工程。
本書從可靠性科學(xué)的發(fā)展入手，引出可靠性的概念，然后詳細(xì)討論可靠性數(shù)學(xué)、可靠性試驗(yàn)等內(nèi)容，由失效分析引出電子元器件的可靠性物理，接下來重點(diǎn)論述電子元器件工程的內(nèi)容和電子元器件在電路中的可靠性應(yīng)用兩大部分，然后講述可靠性管理，最后給出目前可靠性應(yīng)用的實(shí)例。
本書的理論內(nèi)容立足于專業(yè)基礎(chǔ)，包括半導(dǎo)體物理、理論物理等，并結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學(xué)工具，能夠?yàn)閺氖码娮釉骷煽啃韵嚓P(guān)工作的科研人員提供參考；本書的應(yīng)用部分，兼具實(shí)用性強(qiáng)和時效性強(qiáng)的特點(diǎn)，立足于目前電子元器件市場，圖文并茂，使讀者了解電子元器件的種類、使用特點(diǎn)和可靠性應(yīng)用等內(nèi)容，并學(xué)會如何安全可靠地使用電子元器件；本書是高等院校電子信息類專業(yè)的教材，也可為從事電路設(shè)計、電器維修和電子元器件銷售等工作的工程行業(yè)從業(yè)人員提供幫助。
本書的理論內(nèi)容立足于專業(yè)基礎(chǔ)，包括半導(dǎo)體物理、理論物理結(jié)合數(shù)量統(tǒng)計等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，能夠?yàn)閺氖麓斯ぷ鞯目蒲腥藛T提供參考；本書的應(yīng)用部分，使用性強(qiáng)，立足于目前電子元器件市場，圖文并茂，幫助使用者了解電子元器件的種類、使用特點(diǎn)和可靠性應(yīng)用等內(nèi)容，可以幫助讀者安全可靠地使用電子元器件，為從事電路設(shè)計、電器維修和電子元器件銷售等工作的工程師提供參考書。
隨著新的應(yīng)用領(lǐng)域和場景不斷涌現(xiàn)并快速演化，電子元器件行業(yè)在過去十年發(fā)展迅速，如今，我國已經(jīng)成為全球重要的新能源汽車電池、手機(jī)和家用電器等消費(fèi)電子產(chǎn)品的重要生產(chǎn)基地。
為了使學(xué)習(xí)電子元器件可靠性的讀者了解當(dāng)下最熱門的可靠性應(yīng)用領(lǐng)域：新能源汽車電池、IC卡和AI芯片，以及了解電子元器件用于這些新場景的可靠性問題，編者在編寫本書時，加入了這些新領(lǐng)域的可靠性應(yīng)用實(shí)例。
本書共9章：第1章從可靠性科學(xué)的發(fā)展入手，引出可靠性的概念；第2章詳細(xì)講解了可靠性數(shù)學(xué)，重點(diǎn)討論了威布爾分布規(guī)律及其應(yīng)用方法；第3章討論了抽樣理論、篩選試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)等內(nèi)容；第4章由失效分析引入可靠性物理，建立電子元器件失效的物理機(jī)理；第5章對電阻器、電容器、連接類器件、磁性元件等的可靠性進(jìn)行了介紹和分析；第6章給出了化學(xué)電源和物理電源、防護(hù)元件的可靠性及電子元器件在安裝、運(yùn)輸、儲存和測量等方面的可靠性問題；第7章講述了電子元器件在電路中遇到的各種應(yīng)力，如浪涌、噪聲、輻射和靜電等，然后給出電路板中電子元器件的布局原則，最后討論提高電子元器件在電路中可靠性應(yīng)用的方法；第8章介紹可靠性管理、可靠性生產(chǎn)、可靠性保證等內(nèi)容；第9章通過應(yīng)用實(shí)例，講述新能源汽車電池、IC卡和AI芯片的可靠性問題。
本書是高等院校電子信息類專業(yè)的教材。本書希望為從事可靠性工作的科研人員，以及為從事電路設(shè)計、電器維修和電子元器件銷售等工作的工程行業(yè)從業(yè)人員提供學(xué)習(xí)電子元器件的基本知識、使用特點(diǎn)和可靠性應(yīng)用等內(nèi)容，使讀者通過學(xué)習(xí)如何安全可靠地使用電子元器件，了解電子元器件在新應(yīng)用領(lǐng)域的可靠性知識，跟上時代的發(fā)展步伐。
鑒于編者水平有限，書中難免存在疏漏之處，歡迎廣大讀者提出寶貴的意見和建議。
王守國
2024年12月
王守國，1994年本科畢業(yè)于西北大學(xué)，后攻讀碩士和博士，畢業(yè)后留校西北大學(xué)工作至今，任電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教師，先后主講《半導(dǎo)體陶瓷材料與器件》《微電子器件與電路可靠性》《MOS器件原理》《模擬集成電路設(shè)計》等課程。本書的作者具有從事電子元器件工程項目20多年的工作經(jīng)驗(yàn)，熟悉本專業(yè)工程的特點(diǎn)，具有大量的一手資料和實(shí)物。
前言
第1章概述1
1.1可靠性發(fā)展1
1.1.1國外可靠性發(fā)展1
1.1.2我國可靠性發(fā)展4
1.1.3可靠性發(fā)展的階段5
1.2質(zhì)量觀與可靠性概念5
1.2.1當(dāng)代質(zhì)量觀5
1.2.2可靠性的定義6
1.2.3經(jīng)濟(jì)性和安全性8
1.3可靠性工作的內(nèi)容9
1.3.1元器件工程9
1.3.2可靠性工作內(nèi)容9
1.3.3可靠性數(shù)學(xué)10
1.3.4可靠性物理11
1.3.5可靠性工程11
1.3.6可靠性設(shè)計和可靠性預(yù)計12
1.3.7可靠性試驗(yàn)12
1.3.8教育交流12
習(xí)題12
第2章可靠性數(shù)學(xué)13
2.1可靠性數(shù)學(xué)的重要性13
2.1.1可靠性問題的復(fù)雜化13
2.1.2電子元器件失效的概率性14
2.2可靠性數(shù)據(jù)的收集14
2.3可靠性基本術(shù)語和主要特征量16
2.3.1可靠度R或可靠度函數(shù)R(t)16
2.3.2失效概率或累積失效概率F(t)16
2.3.3失效率與瞬時失效率λ(t)17
2.3.4失效密度或失效密度函數(shù)f(t)18
2.3.5壽命18
2.3.6總結(jié)20
2.4電子元器件的失效規(guī)律20
2.4.1浴盆曲線20
2.4.2早期失效期21
2.4.3偶然失效期21
2.4.4耗損失效期21
2.5威布爾分布及其概率紙的結(jié)構(gòu)和用法22
2.5.1威布爾分布函數(shù)22
2.5.2威布爾概率紙26
2.5.3威布爾概率紙的應(yīng)用27
2.6指數(shù)分布偶然失效期的失效分布32
2.7正態(tài)分布或高斯分布33
2.7.1正態(tài)分布規(guī)律33
2.7.2失效率的狀態(tài)分布33
2.7.3正態(tài)分布概率紙35
2.8計算機(jī)威布爾概率紙的構(gòu)造及軟件分析法38
習(xí)題41
第3章可靠性試驗(yàn)43
3.1可靠性試驗(yàn)的意義43
3.1.1可靠性試驗(yàn)的目的與內(nèi)容43
3.1.2可靠性試驗(yàn)的分類44
3.1.3用于可靠性試驗(yàn)的失效判據(jù)49
3.1.4用于可靠性試驗(yàn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)50
3.2抽樣理論及抽樣方法51
3.2.1抽樣檢驗(yàn)的理論基礎(chǔ)52
3.2.2抽樣的特性曲線54
3.2.3抽樣方案及程序55
3.3可靠性篩選試驗(yàn)59
3.3.1可靠性篩選的種類59
3.3.2篩選方法的評價60
3.3.3篩選方法的理論基礎(chǔ)61
3.3.4幾種常見可靠性篩選試驗(yàn)的作用原理及條件65
3.3.5篩選項目及篩選應(yīng)力的確定原則67
3.3.6篩選應(yīng)力大小及篩選時間的確定68
3.3.7失效模式與篩選試驗(yàn)方法的關(guān)系69
3.3.8幾種典型產(chǎn)品的可靠性篩選方案介紹71
3.4失效分布類型的檢驗(yàn)73
3.4.1分布擬合流程73
3.4.22檢驗(yàn)法74
3.4.3K-S檢驗(yàn)法75
3.5指數(shù)分布情況的壽命試驗(yàn)77
3.5.1試驗(yàn)方案的確定78
3.5.2壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析點(diǎn)估計和區(qū)間估計81
3.6恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)86
3.6.1加速壽命試驗(yàn)的提出86
3.6.2加速壽命試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)87
3.6.3加速壽命試驗(yàn)方案的考慮90
3.6.4加速壽命試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理91
3.6.5加速系數(shù)的確定96
3.7電子元器件失效率鑒定試驗(yàn)97
3.7.1置信度與失效率97
3.7.2試驗(yàn)方案的要求97
3.7.3失效率試驗(yàn)程序98
習(xí)題102
第4章可靠性物理103
4.1失效物理的基礎(chǔ)概念103
4.1.1失效物理的目標(biāo)和作用103
4.1.2材料的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力和失效104
4.2失效物理模型和應(yīng)用107
4.2.1失效物理模型107
4.2.2失效物理的應(yīng)用110
4.3氧化層中的電荷112
4.3.1電荷的性質(zhì)與來源112
4.3.2對可靠性的影響114
4.3.3降低氧化層電荷的措施115
4.4熱載流子效應(yīng)115
4.4.1熱載流子效應(yīng)對器件性能的影響115
4.4.2電荷泵技術(shù)117
4.4.3退化量的表征119
4.4.4影響因素119
4.4.5改進(jìn)措施120
4.5柵氧擊穿120
4.5.1擊穿情況120
4.5.2擊穿機(jī)理122
4.5.3擊穿的數(shù)學(xué)模型與模擬123
4.5.4薄柵氧化層與高場有關(guān)的物理/統(tǒng)計模型123
4.5.5改進(jìn)措施125
4.6電遷移125
4.6.1電遷移原理125
4.6.2影響因素127
4.6.3失效模式128
4.6.4抗電遷移措施129
4.6.5鋁膜的再構(gòu)129
4.6.6應(yīng)力遷移129
4.7與鋁有關(guān)的界面效應(yīng)130
4.7.1鋁與二氧化硅130
4.7.2鋁與硅130
4.7.3金與鋁132
4.8熱電效應(yīng)133
4.8.1熱阻133
4.8.2熱應(yīng)力134
4.8.3熱穩(wěn)定因子134
4.8.4二次擊穿136
4.9CMOS電路的閂鎖效應(yīng)136
4.9.1物理過程137
4.9.2檢測方法138
4.9.3抑制閂鎖效應(yīng)的方法138
4.10靜電放電損傷139
4.10.1靜電的來源140
4.10.2損傷機(jī)理與部位140
4.10.3靜電損傷模式140
4.10.4靜電損傷模型及靜電損傷靈敏度141
4.10.5防護(hù)措施142
4.11輻射損傷142
4.11.1輻射來源142
4.11.2輻照效應(yīng)143
4.11.3核電磁脈沖損傷143
4.11.4抗核加固144
4.12軟誤差144
4.12.1產(chǎn)生機(jī)理144
4.12.2臨界電荷145
4.12.3改進(jìn)措施145
4.13水汽的危害146
4.13.1水汽的來源與作用146
4.13.2鋁布線的腐蝕146
4.13.3外引線的銹蝕147
4.13.4電特性退化147
4.13.5改進(jìn)措施147
4.14失效分析方法148
4.14.1失效分析的目的和內(nèi)容148
4.14.2失效分析程序和失效分析的一般原則149
4.14.3常用微觀分析設(shè)備概述152
4.14.4電子元器件的失效機(jī)理及其分析簡述154
習(xí)題155
第5章基礎(chǔ)元器件的可靠性156
5.1電阻器和電位器、保險電阻的可靠性156
5.1.1電阻器156
5.1.2電位器162
5.1.3熔斷電阻器164
5.1.4電阻器與電位器的可靠性設(shè)計165
5.1.5電阻器與電位器的失效機(jī)理與分析167
5.2電容器的可靠性173
5.2.1常用的電容器173
5.2.2可靠性應(yīng)用184
5.2.3電容器的可靠性設(shè)計187
5.2.4電容器的失效機(jī)理與分析188
5.3連接類器件的可靠性195
5.3.1連接器195
5.3.2繼電器198
5.3.3連接類器件的失效機(jī)理與
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