2.1　元器件可靠性的新特点

单板由印制线路板（PWB，Printed Wire Board）和焊接在其上的元器件组成，元器件通过焊接与PWB上的印制线路接通，印制线路完成元器件互连，实现单板的特定功能，单板的可靠性主要取决于三个要素：印制线路板的可靠性、焊点的可靠性、元器件的可靠性。

某大型企业对单板失效情况进行了统计分析，得出的数据显示：元器件失效比例高达76%，其中，功能缺陷是设计（包括电路设计）考虑不足导致的单板功能异常，失效比例为11%；雷击指超出电路设计极限防护能力导致的雷击失效，失效比例为6%；生产质量控制指生产工艺控制偏差导致的单板缺陷。结构、安装、维护分别指结构设计不合理、安装中产生异常应力、维护操作不规范导致的问题，失效比例为4%。这些故障分类都是经过严谨的失效分析得出的。大型企业会有严格的集成产品开发流程，每个产品都会经过严格的设计验证和产品工程验证，印制线路板的可靠性和焊点的可靠性问题都会在产品验证中发现，但元器件的可靠性问题难以在产品验证阶段被充分发现，从而在客户使用过程中存在隐患，因此，为了更好地服务客户，获得客户信赖，需要更多地关注元器件的可靠性。

元器件的发展趋势是小型化、集成化、高速化，这对元器件可靠性提出了更大的挑战，小型化导致元器件抵抗印制线路板变形能力变差，同时导致元器件容易出现机械断裂；集成化导致元器件内部热流密度增加；高速化导致元器件特征尺寸变小、工作电压变低，元器件对ESD（静电敏感）和外部干扰更加敏感。新的复杂的应用条件和要求让元器件面临更大的可靠性挑战。

封装技术的发展对元器件可靠性提出了新的挑战，多芯片封装（MCP）、系统级封装（SIP）、倒装封装（Flip Chip）等新型封装形式引入了很多新的失效模式和失效机理，其可靠性表现出与应用环境的强相关性，让元器件可靠性问题表现得更为复杂。

在元器件可靠性早期研究中，因当时元器件固有可靠性并不高，许多原因都可能导致元器件失效，因此把元器件的失效看作一个无法克服的随机事件，因此元器件使用者和提供者约定一个满足使用规格的基本失效率，即元器件在规定条件下和规定的时间里，其失效率低于元器件的基本失效率，这个规格依据元器件自身对外界应力的抵抗强度确定，元器件的强度因工程制造的偏差呈现一定的分布特性，如图2.1所示。如果元器件的制造过程控制能够达到3 σ （正态分布下，1 σ 为±1个标准差，下同）控制限，则缺陷比例为66810ppm（1ppm表示百万分之一）；如果元器件的制造过程控制能够达到6 σ 控制限，则缺陷比例大约为3.4ppm，缺陷率极低。

除了元器件强度呈现一定的分布特性，元器件承受的应力也呈现分布特性，因此在一些极端情况下，自身强度较弱的元器件遇到极端应力会引发元器件失效。图2.2所示的应力分布和强度分布交叠部分，因应力大于元器件强度，会导致元器件失效。