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发表于 2024-5-25 08:57:47 |只看该作者 |倒序浏览
可靠性测试项目与器件类型、器件应用场景关系很大,因此有必要先对器件和应用场景进行分类。
按照封装层次,可以分为5个层级(更多针对有源器件):
1. wafer level: 晶圆级,芯片还未解理的状态
2.diode level:芯片被解理/切割成一颗颗,或者芯片贴装在热沉上的状态
3.submodule level:芯片被初步组装,但还不具备完整的光/电接口,
比如TO组件
4.module level:芯片拥有了完整的光电接口,可以进行一系列指标测试,
比如TOSA器件
5.Integrated Module:多个光电组件组成一起,形成的更上等封装,比如光模块
按道理来讲,越初级的封装,做可靠性的成本越低。比如已经在晶圆上完成了老化(burn in),那么就可以省去芯片级的老化步骤,可以节省不少工时和物料;如果提前完成了芯片非气密可靠性,那么器件或者模块的非气密可靠性更容易得到保证。
但是考虑到实际情况(主要是测试),在晶圆上不可能测出DFB的PIV或者眼图;在TO级别,没有耦合连接器,也不可能测出耦合效率。既然无法测出某些关键指标,也就无从判断是否合格,因此一般可靠性都是建立在芯片级、器件级,以及模块级的封装上。
按照应用场景分类,可分为:
  • 1、温度长期处于5~40℃,低温偶尔到-5或高温偶尔到50℃的环境,比如室内环境。用于室内的模块,工作范围处于商温(0-70℃/-5-70℃)就够了。
  • 2、温度不受控制,低可以到-40℃比如东北,高可以到65℃比如中东,后面全部以室外环境代替。用于室外的模块,工作温度范围一般为-40~85℃
  • 下面开始盘点光器件要做的可靠性验证项目。
    1. 机械完整性
    1.1 机械冲击与振动
    当产品被运输的时候,难免抛来抛去;使用的时候,也难免磕磕碰碰;即使产品被安装在设备上了,也会有风扇引起的振动。机械冲击和振动就是针对这些情况提前做好预防与筛选工作。
  • 1.2 热冲击
    当一个冷玻璃杯突然倒入开水的时候,由于剧烈的热胀冷缩引起应力,来不及释放,使得玻璃杯破裂。气密封装的光器件虽然不至于破碎,但内部气体缩胀、各材质热胀系数不一致引起的引力,也可能导致气密失效。
    热冲击主要针对气密性封装的器件,需要将器件来回浸泡在0℃的冰水混合物和100℃的开水中。浸泡时间要求不小于2分钟,且5分钟之内达到水的温,然后10秒钟之内转移到另一个水槽内。做15个循环就完成了热冲击过程。此测试仅针对气密封装器件。
  • 1.3 光纤可靠性
    对于有尾纤的器件或模块,比如尾纤式TOSA,还要进行尾纤受力测试(没有尾纤的忽略此项目),根据尾纤受力形式不同,分为轴向扭转、侧向拉力、轴向拉力。主要参数就是施加力的大小,和施加力的次数或时间。力的大小和受力次数(时间)根据光纤是025带涂覆层光纤、松套光纤(如09松套)、紧套光纤(09紧套)、还是加强型光纤(如3mm中间填丝线保护光纤)而定。
  • 1.4 连接器可靠性
    对于有连接器的器件和模块,需要对连接器的可靠性进行检查。
    主要包括
    插拔可靠性:和外接连接器拔插200次,监控光功率
    抗非轴向扭摆(wiggle):Cisco 认定光学设备中光纤光缆受非轴向力时会明显导致光功率变化,这就是wiggle,还没找到标准。
    抗拉托特:要求10次测试中,小于30%的概率被拉出。
  • 2. 不带电环境(存储/运输)压力可靠性
    2.1 高温/低温存储
    器件存储环境千差万别,有些器件可能放在东北,零下几十度;又些器件可能被运往中东,环境温度五十多度,车内甚至可以到70多度。因此很有必要在发货前,就验证器件是否能抗的住这些极端温度。由于只是运输存储,所以不带电。
  • 一般有低温存储和高温存储。经大量经验发现,有源器件在低温下,不太可能失效,所以低温存储时间只有72小时,甚至可以不用做;而高温存储一般在85℃下存储2000h,如果器件的*高工作温度高于85℃,那么在器件*高工作温度下存储。
    相比有源器件,无源器件里面用的胶比较多,胶有个很重要的参数就是T**,T**是胶的力学特性改变温度点。因此一般无源器件在-40℃低温存储1000h。
    2.2 高低温循环
    每种材料的热膨胀系数不一样,只有在剧烈的温度变化下,才能考验不同材料是否存在失效风险。温循可比天气变化严格多了,升降温速率至少10℃/min,在85℃和-40℃这两个温度点,还要停留足够长的时间让器件达到环境温度。对于室内应用的光模块,温循100次就OK,对于室外应用光模块,需要温循500次。对于有TEC控温的模块,温循的时候,需要把TEC开着。

  • 2.3 湿热
    听起湿热是不是稍感陌生,但提起双85应该很熟悉吧。湿热不一定是85℃/85%RH,也可以使其它温度和湿度的组合(75℃/90%RH),只是85℃/85%是*常用的湿热条件。湿热可以测试气密性器件的气密特性,也可以考验非气密器件的可靠性。GR-468上不分室内室外应用,推荐的85℃/85%RH时间是500h,而GR-1221推荐室外应用双85可靠性要做到至少2000h。需要注意的是,这些标准推荐的时间只是一个*低参考,具体时间可以根据产品特点而选定,也可以和后面更严格的带电双85合并。
    3. 带电(工作状态)可靠性
    3.1 高温可靠性:
    芯片/器件/模块开足马力,以*大电流或者*大功率条件下工作。这样做是为了加速失效。对于室外应用,温度设定在85℃,对于室内应用,温度设定在70℃;对于芯片级可靠性,持续时间5000h,对于器件或模块级可靠性,持续时间2000h。特别地,对于PD,温度一般设定在175℃,时间2000h。
    3.2 耐周期湿度可靠性
    湿度和温度同时变化条件下的可靠性实验,有可能会产生水汽凝结或者结霜。这个实验仅仅针对室外应用的器件和模块。该实验的温湿度控制曲线如下图,要做20个循环。一个循环下来要24小时,至少有一半的循环的*后一步要降到-10℃,停留不少于3h。
  • 3.3 湿热可靠性:
    这项实验针对非气密封装的器件,85℃/85%RH,持续1000小时或2000h(视具体产品和应用而定),需要特别注意的是,并不是工作电流/出光功率越大越好,因为这样会产生大量的热,从而改变器件周围的环境。对于激光器,工作电流保持在阈值电流1.2倍就行了。
    以上项目基本上包含了可靠性认证绝大多数项目。对于上面所有项目,凡是需要拿模块做实验的,数量一般选11个;凡是拿器件或者芯片做验证的,数量一般都是22个。没有失效情况,才算通过可靠性。否则就要再做一次,但是再做一次就没必要拿这么多器件/模块出来了。
    那么具体怎么操作呢,比如进行LD的高温带电(85℃/5000h),要求LTPD为10%,投入22只样品,有1只失效了,显然这个实验没通过。那么我们按下面这个表查找,**列为失效个数,失效1个,LTPD为10,对应的数字是38,那么只需要再拿38-22=16只芯片做一次高温带电,没有失效芯片,那么这项可靠性验证就通过了!
  • 以上就是的所有内容了,大家可以的拿来作为参考,欢迎大家发表自己的看法和建议。


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