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本书从实用性和先进性出发，介绍电子组件可靠性的主要理论和方法，同时重点介绍电子组装的可靠性工艺技术。全书共10章，主要包括：绪论、可靠性工程基础、电子组件的可靠性设计、电子组件的可靠性试验、电子组件的工艺可靠性、电子组件失效分析、电子组装中的环保、电子组件的组装工艺、典型电子组装技术及其应用、空调器电子组件失效案例等。本书可作为高等院校质量与可靠性课程的基础教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。

第1章  绪论	1
1.1  概述	1
1.2  电子控制组件	1
1.3  PCBA的构成	2
1.4  PCBA组装的工艺过程	3
1.5  电子组件可靠性	4
1.6  电子组件可靠性在整机可靠性中的重要性	6
1.7  国内外的研究现状及发展趋势	6
思考题与习题	7
第2章  可靠性工程基础	8
2.1  概述	8
2.2  可靠性定义	9
2.3  常用术语	9
2.4  常用可靠性参数	10
2.4.1  可靠度R(t)	10
2.4.2  累积失效概率F(t)	11
2.4.3  失效概率密度函数f(t)	12
2.4.4  失效率λ(t)	12
2.4.5  产品的寿命特征量	13
2.5  产品寿命分布及其类型	14
2.5.1  威布尔分布	15
2.5.2  指数分布	17
2.5.3  正态分布	18
2.5.4  对数正态分布	20
2.5.5  可靠度函数的确定策略	22
思考题与习题	22
第3章  电子组件的可靠性设计	24
3.1  概述	24
3.2  元器件的选型与控制	24
3.2.1  元器件的可靠性等级	24
3.2.2  元器件的选型原则	25
3.2.3  常用元器件的选型指引	26
3.2.4  常用集成电路选型指引	40
3.2.5  电子元器件的选用控制流程	45
3.2.6  电子元器件的可靠性管理	48
3.3  硬件可靠性设计	52
3.3.1  电路可靠性设计	52
3.3.2  PCB可靠性设计	57
3.3.3  降额与容差设计	65
3.3.4  热设计与热分析	71
3.3.5  耐环境防护设计	73
思考题与习题	79
第4章  电子组件的可靠性试验	80
4.1  概述	80
4.2  可靠性试验分类	80
4.3  环境应力筛选（ESS）试验	81
4.3.1  ESS的原理及环境应力选择	81
4.3.2  常见ESS分类	82
4.4  加速寿命试验（ALT）	83
4.4.1  ALT的实施方法分类	84
4.4.2  ALT的流程及选择考量	84
4.5  高加速寿命试验（HALT）	85
4.6  HALT测试方法	86
4.7  HALT装置	86
4.8  高加速应力筛选（HASS）试验	87
4.9  HASS试验过程	87
4.10  可靠性增长试验	88
4.11  常用PCBA工艺可靠性试验方法	88
4.11.1  温度循环试验	89
4.11.2  振动试验	90
4.11.3  三综合试验	90
4.11.4  焊接可靠性试验	91
4.11.5  静电放电试验	92
思考题与习题	93
第5章  电子组件的工艺可靠性	94
5.1  概述	94
5.1.1  PCBA工艺定义与目的	94
5.1.2  PCBA工艺流程	95
5.2  PCBA工艺的重要性	99
5.2.1  影响PCBA工艺可靠性的因素	99
5.2.2  提升PCBA工艺可靠性的策略	100
5.2.3  PCBA工艺可靠性的测试与评估	101
5.3  PCBA工艺可靠性及其管理	102
5.3.1  PCBA制造工艺可靠性的影响因素	102
5.3.2  PCBA制造工艺管理方法	103
5.3.3  提高PCBA制造工艺可靠性的策略	104
5.4  PCB的材料要求	105
5.4.1  基材材质与厚度	105
5.4.2  铜箔与镀层	106
5.4.3  阻焊膜与表面处理	107
5.5  工艺温度管控	108
5.5.1  工艺温度管控的要点	108
5.5.2  主要的工艺温度管控点	109
5.6  环境温湿度及洁净度的管控	109
5.6.1  管控要点	109
5.6.2  管控要求	110
5.7  静电与试验电管控	110
5.7.1  管控要点	111
5.7.2  具体措施	111
5.8  工艺残留物管控	114
5.9  自由互联管控	116
5.10  在线检测装置可靠性的管控	116
思考题与习题	117
第6章  电子组件失效分析	118
6.1  概论	118
6.2  失效分析的基本概念	119
6.3  电子组件失效分析流程	119
6.4  电子组件失效分析技术及方法	121
6.4.1  外观检查	121
6.4.2  电学性能分析	121
6.4.3  非破坏性分析	121
6.4.4  破坏性分析	124
6.4.5  电子组件失效原因及其机理	125
6.4.6  电子组件爆炸失效的检测流程及方法	131
6.5  常见电子元器件的失效模式	134
6.5.1  电阻类	134
6.5.2  电容类	135
6.5.3  电感类	136
6.5.4  半导体分立器件	136
6.5.5  光电子器件类	137
6.5.6  新型器件	138
6.6  常见电子组件的失效模式	138
6.6.1  开路失效	138
6.6.2  短路失效	143
6.6.3  参数漂移	149
6.6.4  功能损失	153
6.6.5  功能退化	160
6.6.6  漏电失效	164
6.6.7  机械失效	170
6.6.8  电路板烧毁	176
6.6.9  爆炸失效	181
6.6.10  重测合格	185
思考题与习题	188
第7章  电子组装中的环保	189
7.1  环保在电子组装中的重要性	189
7.1.1  环境保护的全球发展趋势	189
7.1.2  电子组装行业对环境的多维度影响	190
7.1.3  环保对电子组装企业的多重意义	191
7.2  电子组装中的主要污染物及其处理方法	193
7.2.1  废气污染物及其先进处理技术	193
7.2.2  废水污染物及其高效处理技术	194
7.2.3  固体废弃物的科学分类与合理处理	195
7.3  环保材料在电子组装中的应用	196
7.3.1  环保材料的分类及特性	196
7.3.2  环保材料在电子组装中的应用实例	198
7.3.3  环保材料对电子组装工艺的影响	199
7.4  环保型电子组装工艺	203
7.4.1  无铅焊接工艺	203
7.4.2  水溶性助焊剂的应用	205
7.4.3  绿色清洗技术	206
7.5  环保法规与标准	207
7.5.1  国际环保法规与标准概述	208
7.5.2  中国环保法规与标准概述	210
7.5.3  欧盟RoHS指令与WEEE指令	211
7.5.4  中国RoHS指令与WEEE指令	214
7.5.5  美国加州65号提案与EPA法规	216
7.6  环保认证与企业责任	218
7.6.1  ISO 14000环境管理体系认证	219
7.6.2  电子组装企业的社会责任	222
7.6.3  环保认证对企业的深远意义	223
7.7  电子组装环保技术的未来发展趋势	224
7.7.1  绿色电子组装技术的创新方向	224
7.7.2  电子组装行业的可持续发展战略	227
7.7.3  企业应对环保挑战的策略	228
思考题与习题	229
第8章  电子组件的组装工艺	230
8.1  概述	230
8.1.1  电子组件的分类	230
8.1.2  电子组装工艺的重要性及对整机质量的影响	231
8.2  电子组装工艺概述	234
8.2.1  主要工艺技术	234
8.2.2  主要检测方式	235
8.3  元器件的预处理	237
8.4  元器件引脚成形	238
8.5  工艺材料与工具选择	240
8.6  印制电路板组装工艺	241
8.6.1  SMT阶段	241
8.6.2  THT阶段	241
8.6.3  后处理阶段	241
8.6.4  典型工艺流程	242
8.6.5  通孔插装技术	243
8.6.6  表面贴装技术	244
8.6.7  混合组装（THT+SMT）的兼容性设计	246
8.7  焊接工艺与技术	246
8.7.1  回流焊接工艺	247
8.7.2  波峰焊接工艺	248
8.7.3  选择性焊接工艺	250
8.7.4  通孔回流焊接工艺	252
8.7.5  浸焊工艺	253
8.7.6  手工焊接工艺与返修技巧	254
8.7.7  波峰焊接与回流焊接工艺参数的优化	256
8.7.8  无铅焊接与绿色制造要求	258
8.8  先进组装技术与发展趋势	258
8.8.1  高密度互连（HDI）与微组装工艺	258
8.8.2  三维封装与柔性电子制造技术	260
8.8.3  智能化生产线与工业4.0 应用	261
思考题与习题	263
第9章  典型电子组装技术及其应用	264
9.1  电子组件焊接过程中助焊剂润湿性能评估方法	264
9.1.1  焊接界面润湿演变规律及表示方法	264
9.1.2  助焊剂扩展率的常见范围	265
9.1.3  影响助焊剂扩展率的因素	265
9.2  染色与渗透试验在BGA焊点质量分析中的应用	265
9.2.1  表面贴装焊点界面失效的染色与渗透试验	266
9.2.2  红墨水染色与渗透试验的主要步骤	266
9.2.3  红墨水染色与渗透试验的主要优点	267
9.2.4  如何根据红墨水染色与渗透试验结果判断焊点质量	268
9.2.5  染色试验典型案例分析	269
9.3  电子组件失效分析中常用的热分析方法	271
9.3.1  差式扫描量热仪（DSC）在电子组件热稳定性评估中的应用	272
9.3.2  热机械分析（TMA）在电子组件热致变形检测中的应用	272
9.3.3  动态热机械分析（DMA）仪在电子组件模量测试中的 应用	273
9.3.4  热重分析（TGA）在电子组件热失重分析中的应用	273
9.4  显微镜形貌分析技术在电子组件失效分析中的应用	274
9.4.1  光学显微镜的工作原理以及主要性能指标	274
9.4.2  扫描电子显微镜的工作原理以及主要性能指标	275
9.4.3  光学显微镜在电子组件失效分析中的用途与实例	277
9.4.4  扫描电子显微镜在电子组件失效分析中的用途与实例	277
9.5  显微结构分析技术	279
9.5.1  原理	279
9.5.2  扫描声学显微技术	283
9.6  微区成分分析技术	285
9.6.1  X射线光电子谱法原理	285
9.6.2  X射线光电子能谱设备和主要指标	286
9.6.3  X射线光电子谱法用途	288
9.6.4  X射线光电子谱法应用案例	289
9.7  电子组件可靠性验证中的应力测试原理与应用	291
9.7.1  应力影响分析及试验的基本原理	291
9.7.2  温度应力试验	291
9.7.3  湿度应力试验	292
9.7.4  机械应力试验	293
9.7.5  腐蚀性气体试验、流动混合气体腐蚀试验	293
9.7.6  应变电测技术	294
9.7.7  电子行业应力测试常见应用	295
9.8  电子组件可靠性分析高端制样分析技术：离子研磨技术	296
9.8.1  离子研磨技术的基本原理	296
9.8.2  离子研磨技术在电子组件失效分析中的应用	297
9.9  电子组件可靠性分析技术：聚焦离子束技术	300
9.9.1  聚焦离子束技术概述	300
9.9.2  聚焦离子束技术在电子组件微结构修复与失效定位中的应用	303
9.10  电子组件可靠性分析技术：电子背散射衍射技术	304
9.10.1  电子背散射衍射的晶体学原理与功能特性	304
9.10.2  EBSD技术在电子组件晶界失效与应力分析中的应用	305
9.11  硫化腐蚀行为评估及其在电子组件可靠性研究中的 应用	305
9.11.1  硫化腐蚀反应机理	305
9.11.2  硫化腐蚀加速试验的设计与标准化方法	305
9.11.3  基于硫化腐蚀的电子组件典型失效案例与可靠性分析	306
9.12  多物理场耦合仿真在电子组装工艺可靠性优化中的应用	307
9.12.1  有限元分析基本流程与 多物理场耦合参数设定	307
9.12.2  基于有限元分析的焊点失效分析与工艺可靠性评估	309
思考题与习题	312
第10章  空调器电子组件失效案例	313
10.1  概述	313
10.2  空调器电子组件常见失效	313
10.3  空调器电子组件失效案例	314
10.3.1  封装失效	314
10.3.2  环境污染失效	317
10.3.3  过电应力失效	320
10.3.4  机械损伤失效	324
10.3.5  环境应力损伤失效	326
10.3.6  焊接不良失效	333
10.3.7  电迁移失效	334
10.3.8  闩锁失效	335
10.3.9  电化学腐蚀失效	336
10.4  空调器电子组件失效案例分析指引	337
10.4.1  故障排查思路	337
10.4.2  基于不同失效类型的分析	337
10.4.3  空调器电子组件失效案例 对比	338
10.4.4  空调器电子组件常见失效案例汇总	340
思考题与习题	341
参考文献	342
丛书后记	344

近年来，随着科技的飞速进步以及全球化与逆全球化的交织演进，制造业的可靠性已成为衡量一个国家制造业核心竞争力的关键要素。当前，我国已发展成为全球最大的制造基地之一，产品广泛覆盖机械、电子、电动汽车、无人机、新能源及智能机器人等众多领域。然而，伴随着产业规模的快速扩张，市场对产品可靠性的要求亦日益严苛。
作为衡量质量水平的核心维度，可靠性直接影响着企业的品牌价值和市场竞争力。相较于改革开放初期，我国制造业的可靠性水平虽已取得长足进步，但与国际先进水平相比，在基础理论研究、关键技术突破及可靠性管理体系构建等方面仍存在差距。尤其在高端电子系统中，半导体器件的可靠性仍有很大提升空间。
在全球供应链重构的大背景下，半导体器件的性能稳定性、供货持续性与工艺成熟度直接影响整机的长期运行可靠性。尽管近年来我国在功率器件、传感器、微控制器等领域加快了国产替代步伐，但在高精度模拟芯片、高性能处理器及车规级集成电路等方面，仍高度依赖进口。更为严峻的是，国产半导体器件在工艺一致性、批次稳定性、环境适应性等方面尚存短板。许多本土厂商虽能实现功能达标，但在高温高湿、振动冲击、电磁干扰等复杂工况下的失效率显著高于国际主流产品。此外，缺乏完整的加速寿命试验数据库、失效物理模型积累不足，进一步限制了国产芯片在汽车、新能源等高可靠性领域的顺利推广。
我与制造业的渊源，始于1985年参与筹建格力电器的前身公司。作为格力电器分厂首任厂长及控制器分厂主要创建者、“格力GREE”商标原创者，我当年主导了格力牌电风扇的设计与制造，并后续领导格力空调器的研发及海外销售工作，亲历了品牌从无到有的拓荒历程。而初次接触“可靠性”概念则是在1993年——当时我担任格力电器的技术副总，主管研发、出口及质量管理工作。在日本三洋公司的“信赖性实验室”（日文中的“信赖性”即对应我们所讲的“可靠性”）参观时，我对产品可靠性有了初步的直观认知。
1995年，我随创始人朱江洪先生赴欧洲进行市场调研，意大利客户菲力皮先生特意安排我们参观其空调器产品返修品仓库。在目睹堆积如山的故障机时，强烈的职业责任感令我如芒在背。彼时最困扰我们的问题是：经100%检验合格出厂的产品，为何在用户端仍频发故障？深入分析后发现，不少故障根源并非完全来自整机装配环节，而是源于关键电子元器件—尤其是早期使用的贴片式电阻、瓷片电容等在恶劣环境下的早期失效。这让我意识到：整机可靠性不仅取决于自身工艺，也受制于上游元器件的质量水平。
转机出现在2000年。承蒙时任中国家用电器研究院副院长的张铁雁先生的邀约，我与包振球、姚小兵两位同事前往山西太原参加了一次可靠性专题培训。中国航天科技集团公司第一研究院七〇二研究所的周源泉研究员以深入浅出的方式授课，其内容彻底颠覆了我们对传统质量管理的认知—质量管理的核心不应仅停留在确保产品出厂合格，而应聚焦于产品全生命周期内的质量保持能力。
培训结束后，我特意邀请周源泉研究员前往格力电器开展专项培训。在朱江洪先生的支持下，我们组建了专门的技术团队，从可靠性设计切入，系统构建了一套涵盖研发、生产、检测全流程，并以可靠性为核心的质量体系。自此，格力电器正式开启了以追求产品低故障率为核心目标的可靠性战略转型。
二十余年的市场实践证明，制造业的品牌价值与产品可靠性呈高度正相关。无论是格力、美的等传统制造巨头，还是华为、大疆等新兴制造企业，都将可靠性工程视为构建核心竞争力的战略支柱。特别是在大国博弈加剧的背景下，半导体“卡脖子”问题倒逼企业重新审视供应链安全与核心技术自主性。越来越多的企业开始推动关键芯片的国产替代，但随之而来的新挑战是如何确保这些替代器件在实际应用中的可靠性不低于甚至优于原装进口件。
在智能制造时代，掌握可靠性理论与方法已成为工程师必备的专业素养，更是企业实现技术突围、迈向高质量发展的关键路径。尤其是在国产半导体从“可用”向“好用”跃迁的过程中，必须建立科学的可靠性验证体系，涵盖ESD保护、热循环耐久、HAST测试、焊点疲劳建模等多个维度，才能真正支撑起高端装备的稳定运行。
为帮助制造业企业系统构建可靠性工程体系，我们精心编纂了这套制造业可靠性丛书。其中，《电子组件可靠性及工艺》作为该丛书的一本，系统介绍了电子组件可靠性的理论基础，深入探讨了各种失效模式及其影响因素。同时，结合长期的实践经验，对电子组件的设计、选材、制造和测试等各个环节进行了详细分析，并提出了针对性的优化建议。希望本书可以让更多人了解电子组件可靠性的重要性及相关工艺知识，掌握其基本理论与应用方法。
全书共10章，主要内容包括：第1章绪论，讲述电子组件的构成、可靠性及其影响因素，以及提高可靠性的方法和策略；第2章讲述可靠性工程基础；第3章讲述电子组件的可靠性设计；第4章讲述电子组件的可靠性试验；第5章讲述电子组件的工艺可靠性；第6章讲述电子组件失效分析；第7章讲述电子组装中的环保；第8章讲述电子组件的组装工艺；第9章讲述典型电子组装技术及其应用；第10章讲述空调器电子组件失效案例。
本书的第1、5章由陈建民编写，第2章由王瑶编写，第3、4章由杨兆年编写，第6章由杨兆年、陈建民、韩东、习涛共同编写，第7、8章由郭伟超编写，第9章由张燕飞编写，第10章由韩东、陈建民共同编写。全书由陈建民负责整体规划及统稿。
最后，衷心希望《电子组件可靠性及工艺》能够成为读者在电子组件可靠性领域的良师益友，帮助读者更好地理解和解决电子组件的可靠性问题，提升电子产品的整体性能与可靠性。尤其在当前推进半导体器件国产化的进程中，本书所阐述的失效机理分析、工艺控制要点与可靠性验证方法，可为国产芯片的设计验证、封测优化与应用场景适配提供重要参考。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏与不足之处，恳请广大读者批评指正。我们愿与业界同仁一道，共同推动中国可靠性事业的发展，助力实现从“制造强国”向“质量强国”的历史性跨越。
陈建民        
2025年3月

陈建民，1960年出生，教授级高级工程师，毕业于西安理工大学。现任西安理工大学可靠性研究院创院院长、特聘教授、行业博士生导师。作为制造业可靠性领域实战型专家，拥有40余年行业经验，曾任格力电器技术及出口副总经理、中国家用电器研究院副院长等职。主导构建以可靠性为核心的研发质量体系，是“格力”商标主要原创者，提出“好看、好用、耐用”六字方针、“135精品法则”及“民品十性”等质量理念，首次定义燃爆风险性产品安全可靠性概念。鉴于其工作业绩，获得广东省及珠海市科技进步突出贡献奖。构建“三个阶段、六个模块、九个环节、十项特性”可靠性工程理论框架，主编“制造业可靠性丛书”，推动质量管理向全生命周期转型。持有职务发明专利130余项，参与审定100余项家电国家标准，受聘为多家知名企业技术顾问，举办可靠性专题讲座60余场，积极推动“产学研用”融合，是制造业可靠性理念普及与实践的重要推动者。

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