PCBA板上的元器件失效有的時(shí)候是元器件“壽終正寢”，有時(shí)候是存在壓力但不明顯，所以感覺(jué)是無(wú)緣無(wú)故的失效，只是原因我們沒(méi)有發(fā)現。

器件的“壽終正寢”是一種源于物理或化學(xué)變化的累積性衰退效應。

大家都知道，電解電容和某些類(lèi)型的薄膜電容“終有一死”，原因是在微量雜質(zhì)（氧氣等）和電壓力的共同作用下，其電介質(zhì)會(huì )發(fā)生化學(xué)反應。

集成電路結構遵循摩爾定律，變得越來(lái)越小，正常工作溫度下的摻雜物遷移導致器件在數十年（而非原來(lái)的數百年）內失效的風(fēng)險在提高。另外，磁致伸縮引發(fā)的疲勞會(huì )使電感發(fā)生機械疲勞，這是一種廣為人知的效應。某些類(lèi)型的電阻材料會(huì )在空氣中緩慢氧化，當空氣變得更為潮濕時(shí)，氧化速度會(huì )加快。同樣，沒(méi)有人會(huì )期望電池永遠有效。

因此，在選擇器件時(shí)，有必要了解其結構和可能的老化相關(guān)失效機制；即使在理想條件下使用器件，這些機制也可能發(fā)生影響。本文不會(huì )詳細討論失效機制，但多數聲譽(yù)良好的制造商會(huì )關(guān)注其產(chǎn)品的老化現象，對工作壽命和潛在失效機制通常都很熟悉。許多系統制造商針對其產(chǎn)品的安全工作壽命及其限制機制提供了相關(guān)資料。

然而，在適當的工作條件下，大多數電子器件的預期壽命可達數十年，甚至更長(cháng)，但有些仍會(huì )過(guò)早失效。原因常常是不被人注意的壓力。

任何設計海洋環(huán)境下使用的電子產(chǎn)品的人，都會(huì )考慮鹽霧和濕度—這是理所應當的，因為它們太可怕了！其實(shí)，許多電子設備都可能遭遇不那么可怕，但仍可能造成傷害的化學(xué)挑戰。

人（和動(dòng)物）的呼吸含有濕氣，而且略呈酸性。廚房和其他家居環(huán)境包含各類(lèi)輕度腐蝕性煙霧，如漂白劑、消毒劑、各類(lèi)烹飪煙霧、油和酒精等，所有這些煙霧的危害都不是很大，但我們不應想當然地認為，我們的電路會(huì )在受到完好保護的條件下“安度終生”。設計人員務(wù)必要考慮電路會(huì )遇到的環(huán)境挑戰，在經(jīng)濟可行的情況下，應當通過(guò)設計來(lái)將任何潛在危害降至最小。

靜電損害(ESD)是一種壓力機制，與此相關(guān)的警告是最常見(jiàn)的，但我們往往視而不見(jiàn)。

PCB在生產(chǎn)時(shí)，工廠(chǎng)會(huì )采取充分措施來(lái)消除制造過(guò)程中的ESD，但交付后，許多PCB被用在對一般操作引起的ESD沒(méi)有足夠防護措施的系統中。做好充足的防護并不難，只是會(huì )增加少許成本，因而常常遭到忽略。（可能是因為經(jīng)濟不景氣）。在正常使用的最極端情況下評估系統電子器件需要何種ESD保護并考慮如何實(shí)現，應當成為所有設計的一部分。

另一個(gè)因素是過(guò)壓。很少有人要求半導體或電容即使遭受重大過(guò)壓也無(wú)恙，但大值電阻遇到遠大于數據手冊所列絕對最大值的電壓是常見(jiàn)現象。問(wèn)題在于：雖然其阻值足夠高，不會(huì )變熱，但內部可能產(chǎn)生微小電弧，導致其緩慢漂移而偏離規格，最終短路。大的繞線(xiàn)電阻通常具有數百伏的擊穿電壓，因此，過(guò)去這個(gè)問(wèn)題并不常見(jiàn)，但如今廣泛使用小型表貼電阻，其擊穿電壓可能低于30 V，相當容易受過(guò)壓影響。

大電流也會(huì )造成問(wèn)題。大家都很熟悉普通保險絲—它是一段導線(xiàn)，如有過(guò)大電流流經(jīng)其中，它就會(huì )變熱并熔斷，從而防止電源短路及其他類(lèi)似問(wèn)題。但是，若在非常小的導體中有極高的電流密度，導體可能不會(huì )變得非常熱，不過(guò)最終仍可能失效。

原因是所謂的電遷移3（有時(shí)也稱(chēng)為離子遷移）。即導電電子與擴散金屬原子之間的動(dòng)量傳遞導致導體中的離子逐漸運動(dòng)，引起物質(zhì)運輸效應。這使得攜帶大直流電流的薄導體隨著(zhù)時(shí)間推移而變得越來(lái)越薄，最終失效。

但有些部分會(huì )像保險絲一樣失效，即熔斷，比如導線(xiàn)或半導體芯片上的導電走線(xiàn)。大電流造成這種現象的一個(gè)常見(jiàn)原因是電容充電電流太大?？紤]一個(gè)ESR為1 Ω的1 μF電容，如果將它連接在110 V、60 Hz交流電源上，則有大約41 mA的交流電流流經(jīng)其中。但如果在電壓處于最大值(110√2 = 155.6 V)時(shí)連接到交流電源，則只有ESR會(huì )限流，峰值電流將達到155.6 A，盡管其持續時(shí)間不到1 μs，也足以損壞許多小信號半導體器件。

重復發(fā)生浪涌可能會(huì )損壞電容本身，尤其是電解電容。在用于給小型電子設備充電的廉價(jià)低壓開(kāi)關(guān)電源（“壁式電源適配器”）中，這是特別常見(jiàn)的失效機制。如果在一個(gè)交流周期的錯誤時(shí)間插入，整流器和電容就會(huì )攜帶非常大的浪涌電流，這種情況若多次發(fā)生，最終可能會(huì )損壞器件。用一個(gè)小電阻與整流器串聯(lián)，可以限制此浪涌電流，使問(wèn)題最小化。

如果我們很幸運，ESD或過(guò)壓/過(guò)流事件會(huì )立即損壞器件，這樣很容易知道問(wèn)題所在。但更常見(jiàn)的情況是，壓力引起的損害導致器件失效，而最開(kāi)始引發(fā)故障的壓力早已消失。要診斷此類(lèi)失效的原因是非常困難的，甚至是不可能的。

無(wú)論設計什么電路，都有必要考慮所用器件的工作壽命和失效機制，以及在容許的最極端使用條件下，是否有任何潛在問(wèn)題或壓力源會(huì )導致器件受損。任何此類(lèi)問(wèn)題都應當考慮，并盡可能在最終設計中予以最小化。