您好！歡迎訪(fǎng)問(wèn)廣電計量檢測集團股份有限公司網(wǎng)站！
全國服務(wù)咨詢(xún)熱線(xiàn)：
15360494010
15360494010
GR-468標準簡(jiǎn)介
今天簡(jiǎn)單聊一聊通信應用中光電子器件的可靠性測試。主要參考的是Telcordia發(fā)布的《Generic Reliability Assurance Requirements for Optoelectronic Devices Used in Telecommunications Equipment, GR-468-CORE-Issue 2, 2004》。中國在2007年也發(fā)布了國標GB/T 21194-2007：《通信設備用的光電子器件的可靠性通用要求》，主要也是參考GR-468制定的。GR-468針對的是電信級應用的長(cháng)壽命光電子器件。涉及激光器、發(fā)光二極管LED、探測器、EML電吸收調制器及其他外調制器等。該標準是為這些器件能夠有20年以上的預期壽命所進(jìn)行的可靠性要求。
GR-468中提到了六個(gè)可靠性保證程序的組成要素，圖1分別對這六個(gè)項目所涉及到的主要內容進(jìn)行了說(shuō)明。除可靠性驗證外，其他五項旨在通過(guò)全面的可靠性保證計劃來(lái)控制產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的可靠性，主要包括供應商審核、逐批的質(zhì)量和可靠性控制、反饋和糾正措施、存儲和處理程序以及過(guò)程中文檔庫的整理。
圖1 可靠性認證的六個(gè)基本項目
在光電子器件中，即使最初測試合格客戶(hù)/供應商已確認，也需要定時(shí)進(jìn)行重新確認。客戶(hù)至少每?jì)赡赀M(jìn)行一次復核，對可靠性數據進(jìn)行重點(diǎn)審查，確保供應商的運營(yíng)處于質(zhì)量可控之下。客戶(hù)應對每個(gè)批次都做測試和分析，并檢查和糾正生產(chǎn)過(guò)程或現場(chǎng)應用報告中的任何問(wèn)題，及時(shí)反饋給供應商。供應商的認證測試結果，需清楚記錄，并保存五年以上。
這主要是在器件制造、組裝以及測試篩選過(guò)程中，微小差異都可能導致對可靠性產(chǎn)生巨大影響，光電子器件不能像其他元器件，通過(guò)“相似"、“類(lèi)似"或者“產(chǎn)品系列"來(lái)做通用性鑒定。比如光模塊采用同樣的激光器，同樣的生產(chǎn)線(xiàn)，僅僅是耦合后的實(shí)際功率有差異，也需要重新認證，分析其失效和劣化原因。
采購方需要對光電器件的存放十分小心，避免潮濕/過(guò)熱的環(huán)境，嚴格遵守防靜電流程。
由于可靠性測試項目與器件類(lèi)型、器件應用場(chǎng)景關(guān)系很大，因此有必要對器件和應用場(chǎng)景進(jìn)行分類(lèi)。GR-468中按封裝層次對產(chǎn)品進(jìn)行分級（主要針對有源器件）：
1. wafer level: 晶圓級，芯片還未解理的狀態(tài)。GR-468不包括晶圓級的可靠性認證和測試定義。
2. diode level：芯片級，GR-468很多定義是和芯片強相關(guān)的，但是這些芯片必須得放在一個(gè)載體上才能工作測試。因此芯片級還需要在子組件基本進(jìn)行測試和認證。
3. submodule level：光組件級，芯片被初步組裝，但還不具備完整的光/電接口，比如TOcan或COC。
4. module level：光器件級，芯片擁有了完整的光電接口，可以進(jìn)行一系列指標測試，比如TOSA、ROSA、BOX等。
5. Integrated Module：光模塊級，通信等應用中的最終產(chǎn)品形態(tài)。
圖2 按照封裝層次可以將有源器件分為5個(gè)層級
針對不同的應用場(chǎng)景，主要分為受控環(huán)境（CO）和非受控環(huán)境（UNC）。由于光電子器件對溫度環(huán)境敏感，因此在不同環(huán)境下對光模塊的操作溫度、范圍以及可靠性要求不一樣：
1. CO環(huán)境，長(cháng)期溫度限制在5~40°C，短期內-5~50℃，光器件的工作溫度需要延伸20°C。因此器件的工作范圍處于-5~70℃。
2. UNC環(huán)境，室外溫度氣溫在-40℃~+46℃，通信設備周?chē)諝鉁囟瓤蛇_65℃，光器件工作溫度需延伸20℃，因此器件的工作范圍處于-40℃~85℃。
光器件中失效率同其他類(lèi)型器件相似，光器件的故障率也可以用FIT來(lái)表示，Failure in Time。1 FIT的定義為運行10億小時(shí)出現一個(gè)故障。光電子器件的故障率在不同的時(shí)間的變化也符合浴盆曲線(xiàn)。根據浴盆曲線(xiàn)，光電子器件的失效主要分為3個(gè)階段：
1) 早期失效。這一階段問(wèn)題較多，暴露較快，當這些問(wèn)題逐漸得到處理后，故障率由高到低發(fā)生變化，隨時(shí)間增加趨于穩定。對于早期失效期，需要經(jīng)過(guò)早期篩查檢測，盡快去除影響；
2) 隨機故障。設備處于正常運轉狀態(tài)，故障率較低且穩定，甚至基本保持不變，這段時(shí)間稱(chēng)為設備作業(yè)的最佳時(shí)期，也是設備的有效壽命期。光電子行業(yè)相比于集成電路，隨機故障率高，光模塊的熱插拔封裝來(lái)由，其中一個(gè)因素是能快速維修和更換，盡量降低失效對整體系統性能的影響；
3) 磨損故障。這個(gè)時(shí)期設備故障率急劇升高，主要是由于設備經(jīng)過(guò)較長(cháng)時(shí)間的運轉使用，某些零件的磨損進(jìn)入劇烈磨損階段，有效使用壽命結束，設備已處于不正常狀態(tài)。
圖3 失效率浴盆曲線(xiàn)
（來(lái)源：Sangdeok Kim KL, Semin Cho. The Lifetime of a Human and Semiconductor: eetimes; 2021）
一般電信級應用要求光器件的工作壽命是20年，二十年累積失效率小于100 FITs。在實(shí)際試驗中通常采用加速老化試驗的方法，通過(guò)提高應力，用數千小時(shí)的試驗結果來(lái)推算器件的工作壽命，然后選擇恰當的概率分布去計算器件的失效率。加速壽命試驗的理論基礎是Arrhenius 方程:
其中β為調整系數，Ea為活化能，kB 為玻爾茲曼常數 ，Ti為工作溫度。Arrhenius方程是化學(xué)反應速率常數隨溫度變化關(guān)系的經(jīng)驗公式，適用于單一因素影響下的老化過(guò)程。通過(guò)對比正常工作溫度T0與高加速溫度Ti，可以估算出其加速系數τ：
針對激活能的計算方法以及常見(jiàn)器件的激活能數值可靠性知識GR-468均有說(shuō)明，下表是標準中給出的不同器件在不同失效期時(shí)的參考活化能Ea。需要注意的是，Ea取值的不同將很大程度上影響到加速系數和最終的老化時(shí)間，在條件允許的情況下，產(chǎn)品應該盡量通過(guò)不同溫度下的加速老化實(shí)驗確定準確的活化能。
表1 GR-468中給出不同器件的參考激活能
（來(lái)源：Telcordia: Generic Reliability Assurance Requirements for Optoelectronic Devices Used in Telecommunications Equipment, GR-468 Issue Number 02 (2004)）
廣電計量是國內S家完成激光發(fā)射器、探測器全套AEC-Q102車(chē)規認證的第三方檢測機構，具備APD、VCSEL、PLD等批次性驗證試驗能力。在此基礎上，廣電計量現已全面開(kāi)展通信用光電子器件的可靠性測試認證服務(wù)，在人才隊伍上，形成以博士、專(zhuān)家為核心的光電器件測試分析團隊，具備國內專(zhuān)業(yè)的光電子器件測試標準解讀能力和試驗能力，能夠提供一站式光電子器件測試方案。
掃一掃，關(guān)注微信電話(huà)
微信掃一掃
當前位置：