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引言
电子元器件涵盖了广泛的方面，包括元器件的选择、采购、监制、验收、筛选、存储、保管、使用、失效分析和信息管理等。在参考文献《军用元器件使用质量保证指南》中对电子元器件进行了系统介绍。本文将引用和说明该文献中关于电子元器件的知识，重点讨论电子元器件管理、电子元器件失效规律以及物理模型两个模块。
电子元器件管理
元器件管理的基本手段和方法包括计划、组织、监制和控制。可靠性管理通过以下五个方面工作来完成：制订可靠性工作计划、对外协单位和供应单位的监督和控制、对设计过程实施严格的评审、建立故障报告、分析与纠正措施系统以及建立故障审查组织。
电子元器件的失效规律
由于元器件失效可能引发严重后果，人们被迫研究失效发生的规律。通过大量观测和数据的统计分析，将保险界常用于寿命预测的“浴盘曲线”作为元器件失效分布规律，用于研究分析元器件的失效时期。
失效物理模型
根据前文的可靠性定义可知，可靠性与“三个规定”（规定条件、规定时间、规定功能）密不可分。其中，“规定条件”指产品在认定为合格产品后，在整个工作寿命期间所承受的各种应力；“规定时间”则根据产品的不同而有所不同，可以是持续时间、断续时间或次数；而“规定功能”是判断产品好坏的标准，也是产品失效的依据。电子元器件在诞生时就会承受各种应力，最终会因某种原因而失效。为了分析失效现象，人们采用物理、化学方法，提供失效物理模型以便理解失效机理。金鉴实验室拥有先进的测试设备和专业的技术团队，能够确保测试的准确性和可靠性，为集成电路、PCB/PCBA、电子辅料等提供全面的性能检测、可靠性验证和失效分析服务，并根据不同产品测试需求制定合适的测试方案，提供一站式解决方案。
1、界限模型与耐久模型： 元器件或材料的性能与微观结构密切相关，性能变化与环境条件和负荷条件的变化有关，可能引起外部或内部应力变化，导致特性值发生可逆或不可逆变化。当性能变化超过产品技术标准所规定的范围，产品就失效了。而在低于规定使用条件下，不可逆变化长期逐步积累，也会导致产品的失效。显然，物质的失效最常有的是下面两种情况：一是当应力超过某一界限而引起的失效；二是能量的积蓄超过某一限度而造成损坏。把这样的失效物理模型称为界限模型。当应力超过某一界限时，物体便成为不稳定、不安全、不可靠的状态。 因此，了解有关材料的界限十分重要，为防止材料破坏，必须根据该材料已知的界限来考虑安全余量，以此来作为设计的一条原则。耐久模型是指元器件、材料工作于安全工作区内，在t=0时刻没有破坏，只有经过一定时间后才发生失效的一种模型。这是因为应力(或能量)积蓄到使产品达到破坏的程度，是需要一定时间的。显然，它是由于本身强度(指产品承受应力的能力)逐渐下降的结果。而强度的退化又与其由蠕变、磨损、疲劳、腐蚀等因素而逐步演变至失效的反应论模型有关。从某种意义上看，耐久模型也可以叫做退化模型。 2、应力—强度模型： 电子元器件对应力有一定限度（强度），超过限度就会导致失效。
应力—强度模型由图可知，随着时间的推移，在应力作用下，元器件的承受强度逐渐下降。如果施加的应力超过了可承受的强度时，如图中的“失效发生交叠部分”，就会发生失效。在该模型中，由于失效是在应力超过强度界限时发生，所以，如果掌握了应力和强度随时间的分布，则可以从两个分布的交叠部分算出产品的不可靠度。
3、反应论模型 反应论模型用于模拟化学反应等导致的失效，与应力一强度模型不同，后者主要用于模拟机械设备的损坏。在反应论模型中，电子元器件的劣化和损坏等失效是在原子、分子级别上随时间发生的变化引起的。各种应力，如电气、机械、热和化学应力，会导致物质内部平衡状态、材料组分、晶体结构、结合力、裂纹等发生变化，进而造成元器件失效。氧化、析出、电解、扩散、蒸发、磨损和疲劳等失效机理支配着这些变化或反应的进程。这些反应速度取决于应力的种类和大小。元器件或材料的寿命取决于这些反应结果，即有害物质的积累或裂纹扩展达到或超过界限值时，失效发生。
失效寿命随着反应速度加快而缩短，与反应速度成正比。反应论模型是一种耐久模型，理想化地描述了这种失效机理。这里的反应不仅包括狭义的化学反应，还包括蒸发、凝聚、形变、裂纹传播等物理变化，只要具有一定速度的变化都可属于反应论模型。
在从正常状态进入退化状态的过程中，存在着能量势垒，必须通过环境应力提供的能量才能跨越这种势垒。此跨越所需的能量称为激活能 \(E\)，反应频率按一定概率发生，遵循玻尔兹曼分布。反应速度与温度之间的关系由阿雷尼乌斯（Arrhenius）模型和埃林（Eyring）模型描述。 4、最弱环模型及串联模型： 设产品(元器件、装置或系统)是由n个要素(部分)所构成，各要素都是相互独立地工作。若其中任一要素失效都会导致产品发生故障，从功能上均可以认为属于n个要素的串联系统。因此，可以利用其功能上等价的模型——串联模型来计算产品的可靠度或失效率。
若从产品怎样损坏的观点看，串联模型恰是链条的可靠度模型。构成链条的各个环只要一个断了，则链条就断了，而这些环中最弱者(即寿命最短者)决定了链的寿命。环中最弱点的退化速度就代表了这串联系统的退化速度，这个最弱点的产生，主要是由于制造过程中引入的某些缺陷，或设计中原材料潜在缺陷导致的。因此，这种模型也称为最弱环模型或链环模型。在应力—强度模型中，当应力是确定值时，最弱环模型的链可靠度取决于环强度的差异。如果环的强度差异非常小，即各环相对均匀，链的可靠度取决于应力是否超过环的强度。从可靠性设计角度看，串联元件越多，可靠性越低，因为元件中存在相互独立的失效机理，任何一个机理都可能导致元件失效。 5、并联模型和绳子模型： 并联系统类似于绳子，由多个并联的细条组成，支撑着载荷。在并联系统中，任何一个要素失效并不会影响系统的正常工作，只有当所有要素失效时系统才会故障。因此，并联模型也称为绳子模型或束模型。并联模型在备用系统中应用广泛，在元器件中有时也从结构设计方面采用，例如电容器的多引线结构。
6、累积损伤（疲劳损伤）模型： 累积损伤模型描述了元器件或材料在不同大小应力下的退化过程。该模型假设在应力大小变化时，退化或失效机理不变。累积损伤模型最初用于描述材料的循环疲劳。元器件在不同应力作用下经历不同寿命，最终在经历多次应力作用后失效。总损伤量达到规定的失效判据(100%)时，寿命终了。即在满足下式的第m次应力Sm时失效。
此为累积损伤模型，通常也称为迈因纳法则（Miner's rule）。
失效模式和失效机理 失效模式是指导致电子元器件失效的原因，包括元器件本身的缺陷、电路设计问题、不正确的使用方法以及其他因素。失效模式关注失效的现象和形式，而不需要详细验证或深入解释其物理原因。简而言之，失效模式描述了失效的外在表现。
失效机理则是对电子元器件失效的物理或化学本质进行解释。它涉及从最初的缺陷或退化到最终失效的物理过程，进一步确定导致失效的质量缺陷、表面缺陷、体缺陷以及结构缺陷，同时涉及电学、金属学、化学和电磁学等方面的机理。失效机理描述了失效发生的过程，揭示了其中的因果关系。
失效模式和失效机理之间的关系可以用图示来表示。失效模式和失效机理是两个不同的概念，失效模式区分了不同的失效状态，而失效机理则解释了失效发生的过程。尽管可能存在失效模式相同但机理不同的情况，也有可能一个机理导致多种失效模式的情况。深入理解失效模式和失效机理有助于识别和解决电子元器件失效问题，提高产品的可靠性和性能。
应力、失机理和失效模式的关系
在实践中，电子元器件的失效是多种多样的，常用元器件的失效模式如下表所示。
失效模式和失效机理
在电子元器件中，阻容元件是常见的元件类型，其主要失效模式和失效机理如下所述： 电阻器
按材料和用途，电阻器可以分为：合金型、薄膜型和合成型。主要失效模式：开路、参数超差、引线断裂和短路。
失效机理：
1. 开路：电阻膜烧毁或脱落、基体断裂、引线帽脱落。
2. 参数超差：引线帽与电阻体接触不良、电阻膜缺陷或退化、基体可动钠离子、保护涂层问题。
3. 引线断裂：引线帽与电阻体焊接工艺缺陷、焊点污染、引线机械应力损伤。
4. 短路：银迁移、电晕放电。
薄膜电阻器的主要失效分析技术如下：
1. 外观检查确定膜烧毁或脱落。
2. X射线透视和扫描声学显微镜检查基体完整性。
3. 加电应力检查热分布图，估计过热点。
4. 模拟实验重现失效过程。
5. 机械探针测定接触电阻状态。
6. 理化分析仪器分析电阻膜成分和结构。
电容器
主要失效模式：击穿、电参数超差、开路。
失效机理：
1. 击穿：电介质缺陷、老化、电解液干涸。
2. 电参数超差：潮湿影响、离子迁移、电极损坏、接触不良、电解液干涸。
3. 开路：引线断裂、电解液干涸。
分析技术：
1. 外观检查确定失效原因。
2. X射线透视和声学显微镜检查介质和电极。
3. 高温存储实验检查潮湿影响。
4. 打开封装检查内部。
5. 检查电介质层，揭示缺陷。提高电容器可靠性的措施包括改进电极材料、工作电介质、电介质材料、结构和工艺等方面。通过深入了解失效模式和机理，并采取相应的分析和改进措施，可以提高电子元器件的可靠性和性能。
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