今年是自1962年在美国空军罗姆航空发展中心（RADC）组织的一系列学术年会的第一次会议上正式确定失效物理概念的第50个年头。确立这一可靠性方法的主要推动力在于1940和1950年代美国军方对电子系统可靠性的关注。但故障的机械处理则根源于19世纪末，1870年A. Wohler对铁路轮轴的疲劳试验结果进行了总结，并得出结论：对于寿命的确定，周期性负载比峰值负载更为重要。此后，20世纪前半段的大部分可靠性工作都与材料的疲劳和开裂有关（疲劳故障是第一次世界大战期间的主要问题）。例如，Basquin（1910）用Wohler的疲劳试验数据提出了应力和寿命（称为S-N）曲线之间的对数-对数关系。Griffith（1921）探索了弹性脆性材料的强度并提出了自己的开裂理论。Miner（1945）把Palmgren（1924）提出的线性损坏假设普及为实用设计工具，对金属的消耗疲劳寿命进行了经验建模。Epstain（1948）提出了材料在开裂影响下寿命评价的统计基础。

第二次世界大战开始后，发现超过50%贮存的机载电子设备“不能满足空军核心部队和海军的要求”。1950年，美国国防部（DoD）成立了一个电子设备可靠性的专案小组，并指出要提高元器件的可靠性，重要的是要研制更好的元器件，确定元器件的定量可靠性要求，并收集现场失效数据以确定问题的根本原因。1952年8月DoD成立的电子设备可靠性顾问小组（AGREE）通常被认为是现代可靠性工程的转折点。AGREE委员会提出，通过高低温、振动和其他循环环境等应力试验了解失效原因及其纠正方法，制定可靠性试验计划，是能够控制低可靠性造成的高拥有权费用的。它还建议制定可靠性验证计划，包括估计设备的平均寿命和该估计值相关的置信度。AGREE提出的可靠性方法被DoD和后来的NASA及许多其他提供高技术设备的组织所接受。此后在1950年代有几个会议开始关注各种可靠性问题。其中受到关注的有Holm电接触会议，该会议始于1955年，重点放在可靠性物理上。多年后，该会议已成为连接器可靠性物理信息的主要来源。

有关材料疲劳和开裂的可靠性工作从1950年代一直持续到1960年代早期。例如，1957年G.R. Irwin证明了材料的开裂是由裂缝尖端的塑性变形引起，并对Griffith的理论进行了通用化。从1955年到1963年，Waloddi Weibull发表了几个有关疲劳和蠕变机理的出版物，讨论了评价疲劳和蠕变失效数据的方法。1961年，Weibull在当美国空军材料实验室顾问期间出版了有关材料和疲劳试验的著作。另一个重要的里程碑式是在Irwin有关应力密度因数的研究基础上推出的预计疲劳裂缝生长率的方法。

由于基于机械的寿命模型的发展（尤其是疲劳和开裂失效的评价）和AGREE的建议，RADC于1961年推出了一个PoF（失效物理）计划，以研究解决军用设备复杂度增加和故障数上升的问题。1962年，贝尔实验室的研究人员发表了关于“高应力老化导致半导体器件失效”的文章，用Arrhenius方程的动力学理论解释说明了上述结论的理由，这一简单但准确表示反应率常数的温度依赖关系的方程式是评价半导体器件温度引起老化的依据。随后，RADC和伊利诺斯工学院（现在的IIT研究院）的装甲研究基金会于1962年9月在芝加哥举行了第一次的电子产品PoF学术年会。该次会议为后来RADC和其他几个组织开展有关PoF的研究和开发工作奠定了基础。这些会议提供了众多介绍和说明PoF概念和方法的原创文章和思想。

在第一届PoF年会上，Vaccaro发表的文章认为，PoF应研究建立材料的基本物理和化学行为（即失效机理）与可靠性参数之间的关系。这一方法所依据的原理是：要根除失效的发生，消除其根本原因是基础，为此，就必须了解相关的基本失效机理的物理特性。Davis则认为需要找出元器件随着时间、环境和工作应力变化而发生失效的可能失效机理。他还建立了表示这些机理的数学模型，以满足元器件的可靠性要求。有众多公司和大学都积极开展失效机理研究，包括雷声公司、Syracuse大学和摩托罗拉。虽然PoF是提高元器件设计和可靠性的关键，但在设施和人力上需要较高的投入，这在当时是应用PoF的关键障碍。PoF方法的各个关键要素，如失效模式、机理和原因的确定，在此次会议上首次得到界定。

由于1962年第一次学术会议取得成功，后面几年（直至1966年）连续召开了4次PoF学术会议，出现了更多介绍PoF相关概念的文章。例如，Tamburrino（1963）提供了有关可靠性物理计划要求的关键点：如材料、测量方法和失效机理；明确了元器件供应商需要同时具备失效物理的知识；并说明预定的元器件工艺过程或制造如发生任何变化，都可能成为引发新失效机理的关键因素，因此应保持与可靠性工程人员紧密合作。Bretts等（1963）则提供了电阻器的加速试验结果，并将其与估计失效时间的物理退化模型进行关联；明确了PoF是加速试验计划和评价的一个基本步骤。

在第三次PoF会议上，Ingram（1964）以概率理论介绍了设备的性能特征和失效机理。他提出“以多维概率分布的形式表示设备使用的环境和应力条件及其性能和强度特征。通过这些概率分布的联合评价，就可获得设备可靠性的定量估计值。”Beau（1964）介绍了PoF中人的因素的管理和评价方法。他介绍了三个经典的失效原因：设计固有的可靠性限制；生产厂工艺过程引起的可靠性退化；以及使用者引起的可靠性退化。按照他的看法，工厂操作者会以较差的工艺或出错的形式给设备的可靠性引入人为因素。Workman（1964）介绍了德州仪器公司当时采用的失效分析方法，强调了需要把失效分析中获得的信息结合到新的可靠性试验设计、过程控制和设备设计中。

Shiomi（1965）介绍了一个通用的累积退化模型，用于连续不同应力水平下元器件寿命的估计和预计。Partridge等（1965）则认为对提供半导体元器件的供应商和元器件本身都应根据元器件可靠性工程评价等级来进行筛选，并进一步说明鉴定试验本身不足以确定供应商提供可靠元器件的能力，而筛选和老炼的生产采购数据则能充分说明供应商的历史。Church和Roberts（1965）介绍了元器件不同的失效原因，如生产、装配、测试、贮存过程中的意外损伤引起的失效，或使用中工作条件或另一元器件失效所引起的失效。

Thomas（1966）用维度分析的基本概念进行了数学模型的一般性研究，如Eyring的方程。他认为信号、噪声和无维变量的概念可用于确定数学模型、物理定律和概率分布。Schenck（1966）介绍了一个商业硅二极管两种形式的累进失效机理，并研究其随各种应力和测量变量而发生的变化。另外几篇文章也介绍了其提出的以PoF为基础的非破坏性检验和筛选程序，这些程序后来成为故障预测和健康管理概念的基础。例如，Gill和Workman（1966）介绍了以高应力试验和失效分析确定失效机理为基础的可靠性筛选程序（包括破坏性试验和非破坏性检验）。Potter和Sawyer（1966）介绍了基于光扫描的非破坏性方法，以研究各种半导体器件现象，确定异常器件行为的原因，从而提高器件可靠性。

1967年后，IEEE主持召开了可靠性物理学术会议（IRPS），介绍了一系列广泛的PoF相关研究。例如，Ryerson（1967）提出了半导体二极管的数学模型，说明失效机理、部件强度和应用应力的相互作用及其对元器件部件的失效率影响。Keen等（1967）介绍了半导体器件中从金属-半导体接触和粘接到金属化的欧姆和扩展接触的失效机理。Payne（1967）通过研究钡钛酸盐电容器的PoF说明其失效机理。Frankel和Kinsolving（1970）讨论了恶劣环境元器件可靠性试验的必要性，首先要模拟现场条件，然后确定加速实验室条件。Hollingshead（1970）介绍了在系统应用中通过系统收集和处理必要数据按可靠性和质量等级优化元器件选择的方法，讨论了维修成本、贮存时间和失效成本等性能参数的比较影响。Schwuttke（1970）指出只要消除了一列晶圆冷却期间产生的温度梯度，就可最大程度地降低硅晶圆的外围成品率损失。

整个1970和1980年代，IEEE的IRPS不断传播大量有关PoF的知识，报道了广泛电子元器件的几个失效机理和数学模型，如电容器、半导体、电阻器和互连。金属化、合金影响和粘接成为IRPS大部分讨论和文章的主题。例如，Black（1974）介绍了一个电迁移失效时间预计的模型。Macpherson等（1975）介绍了作为晶体管金属化失效关键促发作用的快速温度循环的概念。Crook（1979）介绍了半导体随使用和环境条件以及器件物理参数的变化而变化的时间相关介质击穿（TDDB）。Lloyd（1983）介绍了多层几何中电迁移影响的初步分析。Hieber和Pape（1984）介绍了一个蠕变破裂方程，用于计算施加机械负载和温度下的开裂时间。Chen等（1985）介绍了以氧化物击穿的物理知识为基础的、栅和隧道氧化薄膜的定量击穿模型。Christou等（1985）介绍了高电子迁移率晶体管器件的可靠性研究结果。Conrad等（1988）介绍了监测和预计早期寿命可靠性失效机理的方法。在此期间PoF方法和使用的研究明显下降，但IRPS仍保持PoF相关文章的出版，直到1990年代开始持续至今的对PoF的再度关注。

1980年代末和1990年代初，还出现了几个IEEE IRPS以外的PoF相关研究出版物。例如，Pecht等（1990）主张用PoF方法进行可靠性评价，而不是元器件计数方法。Dasgupta和Pecht（1991）出版了一系列教程式的文章，概述了重要的材料失效机理和损坏模型。Engel（1993）介绍了机械磨损模式和机理的失效模型。美国陆军装备系统分析活动中心（AMSAA）的Cushing等（1993）比较了基于经验的可靠性预计方法（如MIL-HDBK-217）和PoF方法，指出MIL-HDBK-217的几个限制可用PoF方法来解决。

从1990到2000年代，虽然出版了几个有关PoF的研究，但从1990年代初开始也出现了向PoF概率考虑发展的趋势。例如，Hu等（1991）介绍了预计微电子线焊热疲劳寿命的概率方法。Mendel（1996）正式把概率PoF（PPoF）当做一项技术来介绍，推导出考虑PoF的统计寿命模型，提供了在可靠性设计中应用PPoF的案例。随后，Modarres等（1999）也强调，由于PoF模型及其参数以及环境、工作和使用条件中的变化造成的失效诱发因素存在不确定性吗，因此失效预计是固有的概率问题。2000年代初也出版了几篇有关PPoF的文章。例如，Haggag等（2000）介绍了高性能芯片可靠性保证的PPoF方法，它考虑了常见的缺陷激活能分布。Hall和Strutt（2003）介绍了考虑参数和模型不确定性的元器件可靠性PPoF模型。Azarkhail和Modarres（2007）介绍了基于物理可靠性模型的贝叶斯框架。Matick和Sruk（2008）强调了PoF需要概率化以考虑过程中造成失效发生的变量的变化。Chatterjee和Modarres（2011）介绍了估计先进核电站蒸汽发生器管裂频率的PPoF方法，它考虑了PoF和各种与环境条件、几何和材料特性、PoF模型和模型参数有关的不确定性。

在有关PoF的讨论中另一个重要的里程碑是2008年通过可靠性信息分析中心（RIAC）出版的“微电子系统基于失效物理手册”。该手册是第一个概括介绍以PoF为基础考虑多个机理的微电子系统可靠性评价和鉴定方法的出版物。目前正在进行的另一个重要工作是在RIAC支持下开发基于物理模型的网络访问知识库（WARP）。WARP的目的是收集和分析电子、机电和机械元器件重要PoF模型的特性，以提供给研究和工程人员一个基于网络的集中知识库。

在庆祝PoF的50周年之际，值得特别表彰的是RADC及其领袖和创办者Joseph J. Naresky，在其领导下和RADC的Joseph Vaccaro的努力下，PoF得以在1962年的“电子产品失效物理”会议上正式概念化。值得注意的是，这些会议中提出的许多独创思想对今天关于电子产品失效的理解仍有显著影响，并对寿命特性的估计提供了持久的模型。正如1962年会议首次提出的那样，PoF方法跨越多个学科，如可靠性工程、物理学、冶金、数学统计和概率。1960年代的会议为非破坏性试验方法和缺乏大量试验数据情况下改进和预计元器件可靠性提供了PoF方法。PoF分析在应用中复杂而昂贵，但它为元器件、结构和系统提供了最强大的有效可靠性特性表征方法。今天，PoF做为一个可靠产品开发方法在商业领域（如微软）和几个国家和地区（如日本、新加坡和台湾）得到了广泛的认可——这充分说明50年前奠定的坚实基础的巨大作用。