在电子电路设计和产品制造过程中，元器件选型是一项至关重要的工作，它不仅考验着设计者的功力，还直接影响着产品的质量水平。以下将从综合考虑、工艺考虑、封装考虑等多个方面，为您详细介绍元器件选型的基础知识。

综合考虑

易产生应用可靠性问题的器件

• 对外界应力敏感的器件：不同类型的器件对外部应力有着不同的敏感度。例如，CMOS 电路对静电、闩锁、浪涌较为敏感；小信号放大器对过电压、噪声、干扰敏感；塑料封装器件则对湿气、热冲击、温度循环敏感。
• 工作应力接近电路应力的器件：功率器件在功率接近极限值时，高压器件在电压接近极限值时，电源电路在电压和电流接近极限值（电源）时，高频器件在频率接近极限值（射频与高速数字）时，超大规模芯片在功耗接近极限值（特别是大功率的 CPU、FPGA、DSP 等）时，都容易出现可靠性问题。此外，时钟输出电路在整个电路中频率，且要驱动几乎所有数字电路模块；总线控制与驱动电路驱动能力强，频率高；无线收发电路中的发射机功率和频率接近极限值，这些器件也需要特别关注。

选用元器件要考虑的十大要素

1. 电特性：元器件除了要满足装备功能要求外，还需能经受施加的电应力。
2. 工作温度范围：元器件的额定工作温度范围应等于或宽于所要经受的工作温度范围。
3. 工艺质量与可制造性：元器件工艺应成熟且稳定可控，成品率应高于规定值，封装应能与设备组装工艺条件相容。
4. 稳定性：在温度、湿度、频率、老化等变化的情况下，元器件参数变化应在允许的范围内。
5. 寿命：工作寿命或贮存寿命应不短于使用它们的设备的预计寿命。
6. 环境适应性：应能良好地工作于各种使用环境，特别是如潮热、盐雾、沙尘、酸雨、霉菌、辐射、高海拔等特殊环境。
7. 失效模式：对元器件的典型失效模式和失效机理应有充分了解。
8. 可维修性：应考虑安装、拆卸、更换是否方便以及所需要的工具和熟练等级。
9. 可用性：供货商应多于 1 个，供货周期需满足设备制造计划进度，能保证元器件失效时的及时更换要求等。
10. 成本：在能同时满足所要求的性能、寿命和环境制约条件下，考虑采用性价比高的元器件。

失效模式及其分布

失效模式是指元器件的失效形式，即元器件是如何失效的；失效机理则是指元器件的失效原因，即为什么会失效。元器件的使用者即使不能了解失效机理，也应该了解失效模式。如果元器件有多种失效模式，那么各种失效模式发生的概率是进行失效分析的前提。

高可靠元器件的特征

高可靠元器件通常具有制造商，即生产厂商通过了权威部门的合格；产品只能在合格的专用生产线上生产；产品进行并通过了一系列的性能和可靠性试验，100% 筛选和质量一致性检验；产品的生产过程得到了严格的控制，成品率高；产品的生产和检验符合国际、国家或行业通用规范及详细规范要求。

品种型号的优先选用规则

优先选用标准的、通用的、系列化的元器件，慎重选用新品种和非标准器件，限度地压缩元器件的品种规格和承制单位的数量；优先选用列入元器件优选目录的产品；优先选用器件制造技术成熟的产品，选用能长期、连续、稳定、大批量供货且成品率高的定点供货单位；优先选用能提供完善的工艺控制数据、可靠性应用指南或使用规范的厂家产品；在质量等级相当的前提下，优先选用集成度高的器件，少选用分立器件。

供货商应提供的可靠性信息

供货商应提供详细规范及符合的标准，如国军标、国标、行标、企标；情况，如 QPL、QML、PPL、IECQ 等；质量等级与可靠性水平，如失效率、寿命（MTTF）、抗静电强度、抗辐照水平等；可靠性试验数据，包括加速与现场，环境与寿命，近期及以往，所采用的试验方法与数据处理方法；成品率数据，如中测（裸片）、总测（封装后）等；质量一致性数据，如批次间，晶圆间，芯片间，平均值、方差、分布；工艺稳定性数据，如统计工艺控制（SPC）数据，批量生产情况；采用的工艺和材料，能提供关键工艺和材料的主要参数指标；使用手册与操作规范，如典型应用电路、可靠性防护方法等。

工艺考虑

以集成电路为例，在工艺方面有多个关键因素需要考虑。线条方面，常见的有 0.35、0.25、0.18、0.13μm 等；衬底材料的性能排序为 Si>SOI>SiGe>GaAs>SiC；互连材料方面，国外先进工艺中 Cu>Al，国内现有工艺中 Al>Cu；钝化材料的性能排序为 SiN>PSG > 聚烯亚胺，无机 > 有机；键合材料的性能排序为 Au>Cu>Al (Si）；电路形式上，数 / 模分离> 数 / 模合一，RF/BB 分离 > RF/BB 合一。

CMOS 芯片成品率与可靠性之间存在一定的关系。成品率是指出厂或老化筛选中在批量器件发现的合格器件数，可靠性是指经历一年以上的上机时间后的失效器件数。一般而言，器件的质量与成品率越高，可靠性越好。但质量与成品率相同的器件，可靠性并非完全相同。统计工艺控制（SPC）数据可以定量表征工艺准确度和工艺稳定性，这是决定产品成品率和可靠性的重要因素。合格率的表征参数包括成品率（批产品中合格品所占百分比）和 ppm（每一百万个产品中不合格品的数量，适用于批量大、质量稳定、成品率高的产品表征）。不合格品的产生主要来自元器件制造工艺不可避免地存在着的偏移和离散，工艺参数的分布通常满足正态分布。

封装考虑

寄生参数典型值

有引脚元件的寄生电感为 1nH/mm/ 引脚（越短越好），寄生电容为 4pF / 引脚；无引脚元件的寄生电感为 0.5nH / 端口，寄生电容为 0.3pF / 端口。不同封装形式寄生效应由小到大的顺序为无引脚贴装 > 表面贴装 > 放射状引脚 > 轴面平行引脚，CSP>BGA>QFP>SMD>DIP。电容器的寄生电感还与电容器的封装形式有关，管脚宽长比越大，寄生电感越小。

对可靠性的影响

• 有利于可靠性：引线极短可以降低分布电感和电容，提高抗干扰能力和电路速度；机械强度高可以提高电路抗振动和冲击的能力；装配一致性好可以提高成品率，减小参数离散性。
• 不利于可靠性：某些陶瓷基材的 SMT 元件（如某些电阻器、电容器、无引线芯片载体 LCC）与 PCB 基板环氧玻璃的热膨胀系数不匹配，会引发热应力失效；SMT 元件与 PCB 板之间不易清洁，易驻留焊剂的污染物，需采用特殊的处理方法。不过，表面贴装对可靠性是利远大于弊，目前已占了 90％的比例。

封装材料的比较

• 塑料封装：优点是成本低（约为陶瓷封装的 55％），重量轻（约为陶瓷封装的 1/2），管脚数多，高频寄生效应弱，便于自动化生产；缺点是气密性差，吸潮，不易散热，易老化，对静电敏感。适用于大多数半导体分立器件与集成电路常规产品。
• 陶瓷封装：优点是气密性好，散热能力强（热导率高），高频绝缘性能好，承受功率大，布线密度高；缺点是成本高。适用于航空、航天、军事等高端市场。
• 金属封装：优点是气密性好，散热能力强，具有电磁屏蔽能力，可靠性高；缺点是成本高，管脚数有限。适用于小规模高可靠器件。通常称塑封为非气密封装，陶瓷和金属为气密封装。

吸潮性问题

塑料封装所采用环氧树脂材料本身具有吸潮性，湿气容易在其表面吸附。水汽会引起塑封材料自身的蠕变，如入侵到芯片内部，则会导致腐蚀以及表面沾污。

气密性问题

塑料管壳与金属引线框架、半导体芯片等材料的热膨胀系数的差异要大得多（与陶瓷及金属管壳相比），温度变化时会在材料界面产生相当大的机械应力，导致界面处产生缝隙，从而使气密性劣化。水汽在缝隙处聚集，温度上升时迅速汽化而膨胀，界面应力进一步加大，有可能使塑封体爆裂（“爆米花” 效应）。PCB 再流焊时温度可在 5 - 40s 内上升到 205 - 250℃，上升梯度达到 1 - 2℃/s，容易产生上述效应。

温度适应性问题

塑封材料的玻璃化转换温度为 130 - 160℃，超过此温度后塑封材料会软化，对气密性也有不利影响。商用塑封器件的温度范围一般为 0 - 70℃、 - 40~ + 85℃、－40～ + 125℃，难以达到军用温度范围 - 55~ + 125℃。

综上所述，在进行元器件选型时，需要综合考虑多个方面的因素，权衡利弊，选择适合的元器件，以确保产品的可靠性和性能。