摘 要：本文介紹了通信用光電器件的加速老化試驗(yàn)，以及加速老化試驗(yàn)對(duì)通信用光電器件可靠性評(píng)估中的應(yīng)用，給出了加速老化試驗(yàn)的基本概念、試驗(yàn)方法和試驗(yàn)流程，并分析了加速老化試驗(yàn)對(duì)通信用光電器件的可靠性影響以及對(duì)器件壽命的預(yù)測(cè)。為通信用光電器件在開發(fā)、生產(chǎn)和可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：可靠性 加速老化試驗(yàn) 失效分析 光電器件 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)流程

中圖分類號(hào)：TN306；TN406文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0026-02

The failure analysis of the accelerated aging test of the influence on the photoelectric devices based on Reliability

Yang Chouchou LiuQiang

（Office of School of information science and engineering，Yanshan University，Qinhuangdao Hebei，066004，China）

Abstract：This paper introduces the communication devices and the application of the accelerated aging test，accelerated aging test of communication for optoelectronic devices in reliability evaluation，test method and test process accelerated aging test is given，and the analysis of the accelerated aging test of communication reliability of optoelectronic devices and forecast of the life of the device. As the communication for optoelectronic devices in the development，production and provide a basis for reliability design.

Key Words：Reliability；Accelerated aging test；Failure analysis；Optoelectronic devices；Test methods；Test procedure

通信用光電器件的可靠性問題，主要涉及由器件設(shè)計(jì)、制備、封裝等因素決定的固有可靠性和由用戶使用水平?jīng)Q定的使用可靠性兩方面內(nèi)容，因此器件可靠性工作也就相應(yīng)地涉及選、用兩方面的問題。光電器件可靠性的工作目的，主要是選擇可靠的器件和可靠地使用器件。而要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要對(duì)器件進(jìn)行應(yīng)力試驗(yàn)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)器件的可靠性進(jìn)行分析。

目前在可靠性評(píng)估中用的最多的試驗(yàn)手段是加速老化試驗(yàn)，在加速老化過程中應(yīng)用的最基本的環(huán)境應(yīng)力是溫度，應(yīng)力對(duì)性能參數(shù)的影響假定遵循Arrhenius關(guān)系。在試驗(yàn)過程中，選定的參數(shù)要定期監(jiān)測(cè)直到退化超過壽命終止閾值或規(guī)定的小時(shí)數(shù)已經(jīng)達(dá)到。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍然沒有失效的器件，觀察到的任何退化可被外推以提供當(dāng)超過壽命終止閾值試驗(yàn)無限期地進(jìn)行的估計(jì)。這些估計(jì)的時(shí)間和其它樣品超過壽命終止閾值的時(shí)間一起可用于與器件可靠性相關(guān)的各種計(jì)算。

1 加速老化試驗(yàn)的基本概念和試驗(yàn)方案

1.1 加速老化試驗(yàn)的基本概念

加速老化試驗(yàn)就是用加大應(yīng)力的方法促使樣品在短時(shí)期內(nèi)失效，從而預(yù)測(cè)器件在正常儲(chǔ)存條件或工作條件下的可靠性，這樣就可以在較短時(shí)間內(nèi)通過少量樣品的高應(yīng)力試驗(yàn)，推算出產(chǎn)品在正常應(yīng)力下的可靠性水平，可以作為工藝對(duì)比及合理制定篩選條件和例行試驗(yàn)規(guī)范的依據(jù)。同時(shí)，通過對(duì)加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，還可以隨時(shí)了解造成產(chǎn)品不可靠的主要因素，并迅速反饋到有關(guān)設(shè)計(jì)或生產(chǎn)部門加以改進(jìn)及糾正。主要目的是確定器件的壽命分布、計(jì)算失效率和確定壽命加速特性。確定失效率通常是為了對(duì)器件或制造這些器件的生產(chǎn)線進(jìn)行常規(guī)的鑒定。因此，加速老化試驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中不僅節(jié)省了人力、物力和時(shí)間，并且結(jié)合失效分析技術(shù)已發(fā)展成為控制、提高半導(dǎo)體器件可靠性的一種行之有效的好辦法。

1.2 加速老化試驗(yàn)的試驗(yàn)方案

對(duì)光電器件進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和試驗(yàn)溫度下接受規(guī)定的試驗(yàn)條件作用，并要在規(guī)定的中間點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行必要的性能參數(shù)的測(cè)量。對(duì)待有外引線和管殼的器件應(yīng)按它們安裝方式采用外引線和管殼安裝，并且保持連接點(diǎn)的溫度不低于規(guī)定溫度。試驗(yàn)前選擇的試驗(yàn)條件、時(shí)間、樣本大小和溫度應(yīng)記錄下來，并在整個(gè)試驗(yàn)中都應(yīng)遵照?qǐng)?zhí)行。按照LTPD的抽樣方式進(jìn)行抽樣，并對(duì)樣品進(jìn)行高應(yīng)力試驗(yàn)。通過加大應(yīng)力的方法促使樣品在短時(shí)期內(nèi)失效，從而預(yù)測(cè)激光器在正常儲(chǔ)存條件或工作條件下的可靠性。通常在高溫加速老化試驗(yàn)中很少有器件在試驗(yàn)過程中短時(shí)間會(huì)實(shí)際超過壽命終止閾值。

2 光纖通信用光電器件的可靠性

2.1 光纖通信用光電器件的可靠性概況

光纖通信主要是利用激光作為信息的載波信號(hào)并通過光纖作為傳遞信息的通信系統(tǒng)。光纖通信具有光波頻率高、不受電磁干擾、耐高溫高壓等優(yōu)點(diǎn)，在目前通信中應(yīng)用廣泛。在一個(gè)完整的光纖通信系統(tǒng)中要用到發(fā)射和接收光電器件，基于傳輸和數(shù)據(jù)通信的各種速率和不同封裝的器件，主要應(yīng)用于傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等。而作為光纖通信用的核心，這些光電器件的可靠性將影響到整個(gè)傳輸系統(tǒng)，因此光電器件可靠性的高低顯得尤為重要。

光電器件的可靠性直接關(guān)系著器件的使用性能，影響著生產(chǎn)和建設(shè)的質(zhì)量和進(jìn)展速度。產(chǎn)品的可靠性是可靠性工程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。而可靠性工程是一種綜合技術(shù)，可靠性技術(shù)與管理貫穿于產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用的全過程，而且可靠性技術(shù)涉及到可靠性數(shù)學(xué)、失效物理學(xué)、試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)分析技術(shù)、可靠性標(biāo)準(zhǔn)及可靠性設(shè)計(jì)與可靠性管理等很廣的技術(shù)領(lǐng)域?？煽啃约夹g(shù)與管理，從它的孕育、誕生及成長(zhǎng)都帶有強(qiáng)烈的社會(huì)性。

2.2 影響通信用光電器件可靠性的因素

光纖通信系統(tǒng)中的一臺(tái)設(shè)備或系統(tǒng)線路中的可靠性在相當(dāng)大的程度上取決于組成它的光電器件的可靠性，造成設(shè)備失效的原因和影響設(shè)備可靠性的因素是多方面的。設(shè)備出現(xiàn)故障說明設(shè)備具有出故障的內(nèi)因，光電器件的失效隱患多種多樣，如設(shè)計(jì)上的缺陷，焊點(diǎn)不牢，密封不嚴(yán)等等。來自設(shè)計(jì)、制造或電子元器件質(zhì)量因素等方面的缺陷，在一定的外因作用下就出現(xiàn)了故障。因此失效是內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果。

引起光電器件失效的外因主要是存儲(chǔ)、運(yùn)輸和工作過程中的環(huán)境條件，不同的環(huán)境條件和各種不同的環(huán)境條件的惡劣程度對(duì)光電器件可靠性的影響大小是不一樣的，以至于設(shè)備的失效模式也不一樣。根據(jù)設(shè)備的用途不用，使用的環(huán)境不同，有些環(huán)境條件對(duì)設(shè)備的影響是主要的，有些則是次要的。

3 加速老化試驗(yàn)中失效分析在光電器件可靠性評(píng)估中的應(yīng)用

一個(gè)光纖通信系統(tǒng)是由多個(gè)光電器件組成，每個(gè)光電器件都有一定的壽命。個(gè)別器件的失效會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。為了改善系統(tǒng)的可靠性性能，可以采取多種試驗(yàn)手段。研究在試驗(yàn)條件下每個(gè)器件的可靠性程度、在給定的時(shí)間內(nèi)的失效的器件進(jìn)行失效分析、及在給定的條件下應(yīng)采取怎么樣的措施使系統(tǒng)可靠性達(dá)到最佳。通過加速老化試驗(yàn)可以對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)光電器件的壽命做定性定量分析，以確定壽命分布的類型以及獲得其參數(shù)的估計(jì)或者得到壽命分布本身的估計(jì)，并在此基礎(chǔ)上建立符合實(shí)際的系統(tǒng)概率模型，從而定量地把握系統(tǒng)或器件壽命的性狀，并把失效分析獲得的信息反饋到設(shè)計(jì)、制造或使用維修中，以改善可靠性、降低成本或合理安排維修和更換使之獲得更好的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧瑛.可靠性工程數(shù)學(xué)，2004.

[2] 顧瑛.可靠性試驗(yàn)，2004.

[3] Telcordia Technologies Generic Requirements GR-468-CORE Issue 2，September 2004.

[4] 微電子器件試驗(yàn)方法和程序，MIL-STD-883D[S].電子工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)化所，1991.