本书从可靠性基本概念、可靠性科学研究的主要内容出发，给出可靠性数学的基础知识，讨论威布尔分布的应用；通过电子元器件的可靠性试验，如筛选试验、寿命试验、鉴定试验等内容，诠释可靠性物理的核心知识。接着，详细介绍电子元器件的类型、失效模式和失效分析等，阐述电子元器件的可靠性应用。最后，着重介绍器件的生产制备和可靠性保证等可靠性管理的内容。本书内容立足于专业基础，结合数理统计等数学工具，实用性强，旨在帮助学生掌握可靠性科学的理论工具，以及电子元器件可靠性应用的工程技术，提高实际操作能力。
王守国，西北大学信息科学与技术学院副教授，于1994年和1998年在西北大学电子科学系分别获得半导体器件学士与无线电电子学硕士学位，于2004年在西安电子科技大学微电子学院获得微电子学与固体电子学博士学位。长期从事电子元器件及其材料的理论和试验研究工作，研究方向包括ZnO压敏电阻器的配方及工艺研究、BaTiO3热敏电阻器的制备新工艺方法、新型SiC微波和功率器件的理论与器件制备、全集成微波功率放大器芯片研制等工作。主持和参加国家自然科学基金、国防科学研究基金、省自然科学基金和教育厅基金多项，在《中国物理》、《半导体学报》等刊物上发表论文数十篇，其中SCI索引8篇。
自1998年至今，从事“电子元器件的可靠性”课程的教学工作，在科研方面注重器件的可靠性研究，多年来积累了大量关于半导体工艺、半导体器件失效理论和失效分析方法等科研资料，其中关于PCB中嵌入式电阻的可靠性研究成果在2013年罗马尼亚布加勒斯特举行的国际工程会议（ATEE）中宣读。
本书从可靠性基本概念、可靠性科学研究的主要内容出发，给出可靠性数学的基础知识，讨论威布尔分布的应用；通过电子元器件的可靠性试验，如筛选试验、寿命试验、鉴定试验等内容，诠释可靠性物理的核心知识。接着，详细介绍电子元器件的类型、失效模式和失效分析等，阐述电子元器件的可靠性应用。最后，着重介绍器件的生产制备和可靠性保证等可靠性管理的内容。本书内容立足于专业基础，结合数理统计等数学工具，实用性强，旨在帮助读者掌握可靠性科学的理论工具，以及电子元器件可靠性应用的工程技术，提高实际操作能力。
本书特色
历史与现代结合，在介绍可靠性科学的数学基础和可靠性物理等经典内容的同时，给出了现代的处理方式，如分析工具、相关的计算机软件和各国的新标准等内容。
内容详细且实用，涵盖电阻器、电容器等基本元器件和化学、物理电源、防护元件等特殊器件，以及电路中的可靠性应用等知识。
理论与应用并重，既有严谨的推演过程和综述式的论述，又通过分析失效机理来加强可靠性设计和应用技能。
电子元器件是元件、器件及其连接的总称，包括半导体器件、无源器件、各类连接器、敏感器件、微特电机、印制电路板等，是电路、电子设备的基础。电子元器件不仅要具有各种良好的功能，更重要的是，要提高其可靠性，包括设计、生产和使用可靠性。可靠性科学的发展是近代大规模电气设备使用的必然结果，是以概率统计为核心的数学理论在工程上的应用。为评价、验证和提高电子元器件的可靠性水平，相应的可靠性试验应运而生，与此同时，为得到提高其可靠性的理论基础，从物理理论上分析其失效机理的可靠性物理如影随形，最终从机理上找到提高电子元器件可靠性的方法。
目前，作为世界工厂的中国，电子制造业蓬勃发展。电子元器件的可靠性是一座桥梁，其一端连接以电子元器件功能为基础的制造者，另一端连接以电子元器件应用为目的的使用者。因此，电子元器件的性能、选用、可靠性等问题是制造者、使用者及设备的维修者都需要的基础知识。
随着大学扩招和就业压力的增加，一方面要求教学课时减少（增加选修课程，提高学生知识面）；另一方面要求学生提高实际动手能力（顺应市场要求，提高就业率）。同时，本课程所选用的教材越来越老，我开始考虑自己编写教材。
2013年，我家里的电器需要维修，在维修点工作的年轻人谈到他在电脑学校学习时，对各种电子元器件的原理和可靠性并不熟悉，甚至不认识某些元器件，这让我感到写此书的意义，更促使我下决心尽快完成此书。
结合自己教学中的积累，综合各个教材的优势，历时四年左右我完成了本教材的编写工作。本教材着重对可靠性数学、物理和试验的论述，加入当前常见的各类电子元器件可靠性问题的讨论，使学生（包括其他读者）能够快速掌握各种电子元器件的基本知识和可靠性应用，提高实践能力。在编写时，本书突出应用方面，最后落脚于可靠性管理，让教材具有实际的应用价值。
全书共有8章内容，第1章从可靠性科学的发展历史入手，引出可靠性的概念；第2章详细讲解可靠性数学，重点讨论威布尔分布规律及其应用方法；第3章讨论抽样理论、筛选试验、寿命试验等内容；第4章由失效分析引入可靠性物理，建立电子元器件失效的物理机理；第5章详细介绍电阻器、电容器、连接类器件、磁性元件等的可靠性；第6章给出化学和物理电源、防护元件的可靠性以及电子元器件在安装、运输、储存和测量等方面的可靠性问题；第7章讲述电子元器件在电路中所遇到的各种应力，如浪涌、噪声、辐射和静电等，然后给出电路板中电子元器件的布局原则，最后讨论提高电子元器件在电路中可靠性应用的方法；第8章包含可靠性增长、可靠性生产、可靠性保证等内容。
本书的理论内容立足于专业基础（包括半导体物理、理论物理），并结合数理统计等数学基础，能够为从事此工作的科研人员提供参考；本书的应用部分立足于目前电子元器件市场，帮助使用者了解电子元器件的种类、使用特点和可靠性应用等内容，学习安全可靠地使用电子元器件，为从事电路设计、电器维修和电子元器件销售等工作奠定基础。
本书面向高校电子信息类专业师生以及企业、电子市场、电脑电器等维修人员，也可供中国质量协会举办的“可靠性工程师”或美国质量协会举办的此类注册人员参考。
虽然竭尽全力，但可靠性科学发展迅速，编者水平有限，不足之处欢迎广大读者赐教。
王守国
2014年5月
电子与电气工程
本书从可靠性基本概念、可靠性科学研究的主要内容出发，给出可靠性数学的基础知识，讨论威布尔分布的应用；通过电子元器件的可靠性试验，如筛选试验、寿命试验、鉴定试验等内容，诠释可靠性物理的核心知识。接着，详细介绍电子元器件的类型、失效模式和失效分析等，阐述电子元器件的可靠性应用。最后，着重介绍器件的生产制备和可靠性保证等可靠性管理的内容。本书内容立足于专业基础，结合数理统计等数学工具，实用性强，旨在帮助学生掌握可靠性科学的理论工具，以及电子元器件可靠性应用的工程技术，提高实际操作能力。
本书特色：
历史与现代结合，在介绍可靠性科学的数学基础和可靠性物理等经典内容的同时，给出了现代的处理方式，如分析工具、相关的计算机软件和各国的新标准等内容。
内容详细与实用，涵盖电阻器、电容器等基本元器件和化学、物理电源、防护元件等特殊器件，以及电路中的可靠性应用等知识。
理论与应用并重，既有严谨的推演过程和综述式的论述，又通过分析失效机理来加强可靠性设计和应用技能。
前言
第1章 概述1
1.1 可靠性发展阶段2
1.1.1 国外可靠性的发展史2
1.1.2 我国可靠性的发展史5
1.1.3 可靠性发展的阶段6
1.2 质量观与可靠性概念6
1.2.1 当代质量观6
1.2.2 可靠性的定义8
1.2.3 经济性和安全性10
1.3 可靠性工作概述10
1.3.1 元器件工程10
1.3.2 可靠性的工作内容11
1.3.3 可靠性数学12
1.3.4 可靠性物理13
1.3.5 可靠性工程13
1.3.6 可靠性设计和可靠性预计13
1.3.7 可靠性试验13
1.3.8 教育交流14
习题14
第2章 电子元器件的可靠性数学15
2.1 可靠性数学的重要性15
2.1.1 可靠性问题的复杂化15
2.1.2 电子元器件失效的概率性16
2.2 可靠性数据的收集16
2.3 可靠性基本术语和主要特征量18
2.3.1 可靠度R或可靠度函数R(t)18
2.3.2 失效概率或累积失效概率F(t)19
2.3.3 失效率与瞬时失效率λ(t)19
2.3.4 失效密度或失效密度函数f(t)20
2.3.5 寿命21
2.3.6 小结22
2.4 电子元器件的失效规律23
2.4.1 浴盆曲线23
2.4.2 早期失效期23
2.4.3 偶然失效期24
2.4.4 耗损失效期24
2.5 威布尔分布及其概率纸的结构和用法25
2.5.1 威布尔分布函数25
2.5.2 威布尔概率纸28
2.5.3 威布尔概率纸的应用29
2.6 指数分布——偶然失效期的失效分布33
2.7 正态分布或高斯分布34
2.7.1 正态分布规律34
2.7.2 失效率的状态分布36
2.7.3 正态分布概率纸37
2.8 计算机威布尔概率纸的构造及软件分析法40
习题43
第3章 可靠性试验45
3.1 可靠性试验的意义45
3.1.1 可靠性试验的目的与内容45
3.1.2 可靠性试验的分类46
3.1.3 失效判据51
3.1.4 用于可靠性试验的技术标准53
3.2 抽样理论及抽样方法54
3.2.1 抽样检验的理论基础54
3.2.2 抽样的特性曲线56
3.2.3 抽样方案及程序58
3.3 可靠性筛选试验61
3.3.1 可靠性筛选的种类61
3.3.2 筛选方法的评价62
3.3.3 筛选方法的理论基础63
3.3.4 常见可靠性筛选试验的作用原理及条件67
3.3.5 筛选项目及筛选应力的确定原则70
3.3.6 筛选应力大小及筛选时间的确定71
3.3.7 失效模式与筛选试验方法的关系72
3.3.8 典型产品可靠性筛选方案74
3.4 失效分布类型的检验76
3.4.1 分布拟合流程76
3.4.2 χ2检验法77
3.4.3 K-S检验法79
3.5 指数分布情况的寿命试验81
3.5.1 试验方案的确定81
3.5.2 寿命试验数据的统计分析——点估计和区间估计84
3.6 恒定应力加速寿命试验90
3.6.1 加速寿命试验的提出90
3.6.2 加速寿命试验的理论基础91
3.6.3 加速寿命试验方案的考虑94
3.6.4 加速寿命试验的数据处理95
3.6.5 加速系数的确定99
3.7 电子元器件失效率鉴定试验100
3.7.1 置信度与失效率100
3.7.2 试验方案的要求101
3.7.3 失效率试验程序102
习题106
第4章 可靠性物理107
4.1 失效物理的基础概念107
4.1.1 失效物理的目标和作用107
4.1.2 材料的结构、应力和失效108
4.2 失效物理模型和应用111
4.2.1 失效物理模型111
4.2.2 失效物理的应用115
4.3 氧化层中的电荷117
4.3.1 电荷的性质与来源117
4.3.2 对可靠性的影响118
4.3.3 减少氧化层电荷的措施120
4.4 热载流子效应120
4.4.1 热载流子效应对器件性能的影响120
4.4.2 电荷汞技术122
4.4.3 退化量的表征124
4.4.4 影响因素124
4.4.5 改进措施125
4.5 栅氧击穿125
4.5.1 击穿情况125
4.5.2 击穿机理127
4.5.3 击穿的数学模型与模拟128
4.5.4 薄栅氧化层与高电场有关的物理/统计模型128
4.5.5 改进措施130
4.6 电迁移130
4.6.1 电迁移原理130
4.6.2 影响因素132
4.6.3 失效模式133
4.6.4 抗电迁移措施134
4.6.5 铝膜的再构134
4.6.6 应力迁移135
4.7 与铝有关的界面效应135
4.7.1 铝与二氧化硅135
4.7.2 铝与硅136
4.7.3 金与铝138
4.8 热电效应138
4.8.1 热阻138
4.8.2 热应力139
4.8.3 热稳定因子140
4.8.4 二次击穿141
4.9 CMOS电路的闩锁效应142
4.9.1 物理过程142
4.9.2 检测方法143
4.9.3 抑制闩锁效应的方法144
4.10 静电放电损伤145
4.10.1 静电的来源145
4.10.2 损伤机理与部位146
4.10.3 静电损伤模式146
4.10.4 静电损伤模型及静电损伤灵敏度147
4.10.5 防护措施148
4.11 辐射损伤148
4.11.1 辐射来源148
4.11.2 辐照效应149
4.11.3 核电磁脉冲损伤150
4.11.4 抗核加固150
4.12 软误差150
4.12.1 产生机理150
4.12.2 临界电荷151
4.12.3 改进措施151
4.13 水汽的危害152
4.13.1 水汽的来源与作用152
4.13.2 铝布线的腐蚀152
4.13.3 外引线的锈蚀153
4.13.4 电特性退化153
4.13.5 防止腐蚀和性能退化的改进措施154
4.14 失效分析方法154
4.14.1 失效分析的目的和内容154
4.14.2 失效分析程序和失效分析的一般原则155
4.14.3 常用微观分析设备概述158
4.14.4 电子元器件的失效机理与分析160
习题161
第5章 基础元器件的可靠性162
5.1 电阻器和电位器、保险电阻的可靠性162
5.1.1 电阻器162
5.1.2 电位器168
5.1.3 熔断电阻器171
5.1.4 电阻器与电位器的可靠性设计172
5.1.5 电阻器与电位器的失效机理与分析173
5.2 电容器的可靠性180
5.2.1 按材料分类的常见电容器180
5.2.2 按结构、容值变化等分类的常见电容器188
5.2.3 可靠性应用190
5.2.4 电容器的可靠性设计193
5.2.5 电容器的失效机理与分析194
5.3 连接类器件的可靠性201
5.3.1 连接器202
5.3.2 继电器205
5.3.3 连接类器件的失效机理与分析209
5.4 磁性元件的可靠性215
5.4.1 磁性材料及其应用215
5.4.2 电感器217
5.4.3 变压器218
5.4.4 微特电机219
5.4.5 磁性元件的失效机理与分析222
习题225
第6章 特殊元器件和非工作环节的可靠性226
6.1 化学、物理电源的可靠性226
6.1.1 化学电源226
6.1.2 物理电源235
6.1.3 化学、物理电源的可靠性设计240
6.1.4 电池的可靠性测试243
6.1.5 可靠性应用246
6.1.6 锂离子电池失效分析250
6.2 电路中的防护元件252
6.2.1 瞬变电压抑制二极管252
6.2.2 压敏电阻器254
6.2.3 铁氧体磁珠257
6.2.4 PTC和NTC热敏电阻器258
6.2.5 电花隙防护器262
6.2.6 避雷器263
6.3 电子元器件安装的可靠性266
6.3.1 引线成形与切断266
6.3.2 在印制电路板上安装器件267
6.3.3 焊接268
6.3.4 器件在整机系统中的布局269
6.4 电子元器件运输、储存和测量的可靠性270
6.4.1 运输270
6.4.2 储存271
6.4.3 测量271
6.4.4 举例272
习题272
第7章 电子元器件的可靠性应用273
7.1 防浪涌应用273
7.1.1 浪涌过电应力的来源273
7.1.2 电路防护设计275
7.1.3 TTL电路防浪涌干扰276
7.2 防噪声应用278
7.2.1 接地不良引入的噪声278
7.2.2 静电耦合和电磁耦合产生的噪声280
7.2.3 串扰引入的噪声281
7.3 抗辐射应用281
7.3.1 抗辐射加固电子系统的器件选择281
7.3.2 系统设计中的抗辐射措施283
7.4 防静电应用284
7.4.1 器件使用环境的防静电措施284
7.4.2 器件使用者的防静电措施286
7.4.3 器件包装、运送和储存过程中的防静电措施288
7.5 电子元器件在电路板中的可靠性布局289
7.5.1 电磁兼容性设计289
7.5.2 接地设计291
7.5.3 热设计291
7.6 电子元器件在电路设计中的可靠性应用原则293
7.6.1 电路简化应用原则293
7.6.2 降额应用原则296
7.6.3 冗余应用原则297
7.6.4 灵敏度应用原则299
7.6.5 最坏情况应用原则300
习题301
第8章 可靠性管理302
8.1 产品的可靠性管理303
8.1.1 可靠性计划303
8.1.2 设计阶段的可靠性管理304
8.2 生产的可靠性管理307
8.2.1 组织与人员管理307
8.2.2 材料及外协加工件管理308
8.2.3 仪器设备管理309
8.2.4 设计、工艺及工艺控制管理310
8.2.5 文件、记录与信息管理311
8.2.6 试验评价与失效分析管理311
8.3 可靠性保证311
8.3.1 可靠性数据资料管理312
8.3.2 可靠性监督和保证体系313
8.3.3 组织保证313
8.3.4 标准化保证314
8.3.5 计量工作保证314
习题314
附录 K-S检验的临界值Dn,α315
参考文献316
