電子元器件失效是指其在規(guī)定工作條件下，喪失預(yù)期功能或性能參數(shù)超出允許范圍的現(xiàn)象。

失效可能發(fā)生于生命周期中的任一階段，不僅影響設(shè)備正常運行，還可能引發(fā)系統(tǒng)級故障。導(dǎo)致失效的因素復(fù)雜多樣，可系統(tǒng)性地歸納為內(nèi)部因素與外部因素兩大類。

內(nèi)部原因

內(nèi)部失效通常源于元器件在材料、結(jié)構(gòu)或工藝層面的固有缺陷，或在長期工作過程中因內(nèi)部物理化學變化導(dǎo)致的性能衰退。主要包括以下幾類：

1.材料老化與退化

材料在長期應(yīng)力或環(huán)境作用下發(fā)生性能衰減，如介質(zhì)材料絕緣性能下降、半導(dǎo)體材料載流子遷移率變化、彈性元件塑性變形等，導(dǎo)致元器件參數(shù)漂移或功能喪失。

2.結(jié)構(gòu)損傷與機械失效

包括引線斷裂、鍵合點脫落、襯底裂紋、封裝開裂等，常由熱機械應(yīng)力、振動或沖擊引起，尤其在熱膨脹系數(shù)不匹配的區(qū)域更易發(fā)生。

3.金屬疲勞與電遷移

在交變負載或高電流密度作用下，金屬互連可能出現(xiàn)疲勞斷裂；電遷移則導(dǎo)致導(dǎo)體材料原子定向移動，形成孔洞或小丘，造成開路或短路。

4.壽命限制性失效

如電解電容器電解質(zhì)干涸、OLED發(fā)光材料衰減、繼電器觸點磨損等，屬于在使用中逐漸發(fā)生的耗損型失效，與工作時間和應(yīng)力水平密切相關(guān)。

5.熱失效機制

高溫可加速材料老化、引發(fā)硅腐蝕、焊點熔融或再結(jié)晶、引起熱逃逸（如MOSFET二次擊穿）等，嚴重影響元器件的長期可靠性。

6.工藝缺陷

制造過程中存在的瑕疵，如氧化層針孔、掩模誤對準、焊接虛接、內(nèi)部污染、封裝氣密性不良等，可能在初期或應(yīng)力條件下表現(xiàn)為失效。

7.污染與化學腐蝕

雜質(zhì)離子（如Na?、K?）、濕氣、有機物殘留等污染物可引起漏電、枝晶生長、接觸面腐蝕或離子遷移，導(dǎo)致性能退化或短路。

8.功能材料性能衰退

如電解電容器介電質(zhì)氧化膜退化、軟磁材料磁導(dǎo)率下降、熒光粉光效降低等，屬于材料功能性衰減帶來的失效。

9.介質(zhì)與磁芯失效

包括介質(zhì)層擊穿、磁芯飽和或碎裂、壓電材料極化失效等，影響儲能、傳輸或傳感類元件的性能。

10.界面與接觸失效

如歐姆接觸退化、焊點IMC（金屬間化合物）過度生長、粘結(jié)界面剝離等，導(dǎo)致連接電阻增大或開路。

外部原因

外部失效多由使用環(huán)境、電氣應(yīng)力或人為因素引起，往往具有突發(fā)性和偶然性，但仍可通過合理防護與控制予以緩解，：

1.過電應(yīng)力（EOS）與靜電放電（ESD）

包括雷擊、開關(guān)浪涌、負載突變等引起的過電壓/過電流事件，以及人體或設(shè)備帶電導(dǎo)致的靜電放電，造成絕緣擊穿或元件過熱損壞。

2.環(huán)境腐蝕與氣氛影響

高溫高濕、鹽霧、硫化氫、二氧化硫等惡劣氣氛會腐蝕外引腳、焊盤及封裝體，尤其對微間距組件和無防護封裝威脅更大。

3.機械應(yīng)力影響

振動、沖擊、離心力等機械作用可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松動、斷裂、連接脫落或參數(shù)偏移，特別是在車載、航空航天及工業(yè)振動環(huán)境中。

4.電磁干擾（EMI）

強電磁場可引起信號失真、誤觸發(fā)、 latch-up（閂鎖效應(yīng)）或熱損毀，對高頻和低功耗元件影響尤為顯著。

5.負載與電源異常

包括負載短路、開路、反接，以及電源電壓波動、紋波過大、瞬時掉電等，都可能使元器件超出安全工作區(qū)（SOA）而損壞。

6.熱環(huán)境失控

散熱不良、環(huán)境溫度過高或溫變過快導(dǎo)致元器件溫度超過額定限值，引發(fā)性能衰退或熱擊穿。

7.輻射效應(yīng)

空間環(huán)境中的電離輻射、中子輻射等可引起材料性能改變、參數(shù)漂移或軟錯誤，對航天電子設(shè)備可靠性構(gòu)成挑戰(zhàn)。

8.人為誤操作與安裝缺陷

如電路設(shè)計錯誤、防反接或過壓保護缺失、焊接溫度過高、機械安裝過緊等，均可能直接或間接引發(fā)失效。

電子元器件失效是由內(nèi)部材料、結(jié)構(gòu)與工藝因素，以及外部電氣、環(huán)境與人為操作因素共同作用的結(jié)果。實際應(yīng)用中，多應(yīng)力耦合（如熱—機械應(yīng)力、電—熱應(yīng)力）常常加劇失效風險。因此，應(yīng)從設(shè)計選型、制造工藝、測試篩選、電路保護、環(huán)境控制及操作培訓等多環(huán)節(jié)實施系統(tǒng)化的可靠性工程措施，才能顯著提升電子設(shè)備的整體壽命與功能穩(wěn)定性。