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1、可靠性试验设计规范,2010-9-6,目录 环境、健康、安全、物理设计方面考量 性能验证 机能验证 应力测试 加速老化,环境、健康、安全、物理设计方面考量,1.1 环境考量 所有光电产品都需满足应用环境要求。各种环境定义参考下表.,1.2 健康考量 激光放射元件和材料都需标识其符合的安全标准或规则。 1.3 安全考量可燃性 光纤护套通常都是可燃的，多数器件需要进行可燃性测试。 可然性测试的结果应有文件证明，并可以被认可。,1.4 物理设计考量密封性 密封性可通过湿热试验来验证。在Qualification时应仔细平估二极管的腔 面镀膜（如厚度及均一性）。助焊剂 如果在内部封装用到焊接（如器件装
2、配或者光纤头连接），助焊剂应该是 非腐蚀的，除非实施有效的清洁。腐蚀判定的标准包括绝缘性和溶剂抽出 物的电导率，参照GR-78-CORE。如果助焊剂用在非密封性的模块中，还 需增加其他的可靠性测试。允许的终端和引线 器件的引脚需镀金（若为金手指接口）或者镀锡，或者在热焊料中浸润。 另外，为了释放引脚表面应力和避免锡须的形成，如果在镀层的形成和引 脚工艺中要采用回流焊，则锡镀层含铅量必须小于2%。,密封性无源器件要求水汽含量5000ppm以下,2. 性能测试2.1 光电、机械性能测试所有的产品都要进行相关的光电、机械等方面的测试，至少要包括SPEC 定义的所有参数。恰当的参数需要在SPEC定义的
3、最大、最小、常温下测试。 恰当的参数需要在SPEC定义的最大、最小、中点波长点下测试。一系列参数需要在环境温度变化1C/minute时测试。至少抽取20pcs器件、10pcs模块进行指标相关的测试，不允许失效。2.2 环境性能测试此标准仅适用于光无源器件，参考GR-1209-COREIssue 3, March 2001,Section5,具体要求见上页表。温湿度老化,温度循环 工作性能温湿度循环（可控环境） 温度从60 2到-10 2 ，从高温开始循环42cycles. 温变率近似1 /min,驻留时间最低1h. 从10 到 60 湿度控制如下：23 ,保持固定湿度85%RH 60 ,保持固
4、定湿度20%RH 在23 和 60 之间,湿度保持线性变化 在10 和23 , 保持湿度85%RH 10 以下不控湿，但不允许水汽滴落。尽管实际工作环境可能达到90% RH，但通常把85RH作为测试上限。光 学参数应在23 , 60 , -10 每个温度检测，每天一次。在达到测 试温度之后，样品应至少稳定0.5h后再检测。工作性能温湿度循环（非可控环境） 测试要求和方法均参照可控环境，高温由60C 提高至85C，低温从 10C降低到40C。光学参数在23C, 85C, -40C 三个温度检测。,23 ,保持固定湿度85%RH85 ,保持固定湿度20%RH在23 和 85 之间,湿度保持线性变化
5、 在10 和23 , 保持湿度85%RH10 以下不控湿，但不允许水汽滴落。,水浸试验 该试验仅用于UNC环境下，产品安装在浸水的环境。器件应在水温 43 2， pH of 5.5 0.5的水中放置7天。光学参数应每12h 测试一次，试验结束后需在12h内进行测试。可控DWDM温度影响波长温度敏感度和IL温度稳定性要求在试验中不能超出规格，没有物 理损伤。DWDM器件至少进行一个温度循环，高温从60 2，低 温-10，温变率 1-2/min(温变率可稍高一些但要 3.5/min)， 光学参数测试在常温、最高工作温度、最低工作温度、常温四个点进 行。不可控DWDM温度影响 要求与可控一致，高温由
6、60 提高至85，低温从10降低 到40。,3. 机能验证3.1 内部湿气与密封性3.2 ESD测试 器件需测试HBM模式极限电压，要求至少500V。 模块要求8 kV或15 kV放电，产品需在放电过程中满足恰当的性能。3.3 燃烧性 器件的燃烧性需满足以下之一 通过针焰测试 满足UL94V0 满足UL94V1，并且示氧值283.4 剪切力测试-通常需满足2X。3.5 可焊性 光电器件或模块的终端或引线需进行可焊性测试。3.6 引线结合 光电器件或模块的金属引线需进行引线结合力测试。,常见检漏方法？,4. 应力测试4.1机械完整性机械冲击和振动 该试验的目的是为了验证产品在市场端操作、运输或工
7、作过程中可能发生的振动和冲击性能。R4-1 如果没有特殊说明，振动与冲击试验同时要求时，应用同组样品进行振动、冲击试验。R4-2 冲击试验，如果产品的设计决定了其在表5-4中的试验中会损伤，应该用更为宽松的条件进行测试，并且在产品上注明“易碎品”之类的警示标识，或者用最小的壳体封装。除了表5-4中规定的振动试验，通过对设备振动的研究，对模组，给出另一种试验条件。产品在试验过程中要求加载测试，但不要求仍在Spec范围内工作。失效与否的判定应取决于在应力除去以后，观察到的产品的降级。另外，振动过程中对某些指标的监控也能有效反映产品的性能。,4.2 热冲击 验证产品封装的密封完整性。4.3 光纤完整
8、性测试 该试验适用于所有有光纤尾纤的产品。目的主要是验证光纤与封装的牢固度，同时也要考虑其他因素。（比如光纤如果有稳定波长的功能，光纤完整性试验对功能的影响也需要考虑等。）有跳线的产品，需满足GR-326-CORE对跳线的要求。光纤线分四种类型进行验证：250um裸光纤，紧套管光纤，松套管光纤，加强光缆。如果松套管同时受力，则按松套管光纤要求进行验证；如果不受力，则按紧套管或裸光纤进行验证。通常，松套管是PVC,或Hytry材料会延伸裸光纤的受力，增加裸光纤的抗摩擦能力，但不会延伸拉伸的力。 扭曲测试 侧拉测试 光缆保持力测试 距离器件与光纤接触面10cm处施力1分钟，速率400 m/s。,4
9、.4 连接器和插座装置耐受力 与带有光纤头的光电器件的光纤完整性测试类似，跳线式与插座式适配强度测试是针对外部跳线可插入的器件。几种正在讨论的可能的测试如下。适配器耐久性测试 该测试适用于跳线式与插座式的器件。应该注意的是，如果是插座式的器件，该器件应装配适配器。因此，测试结果将由适配器与器件两者的性能共同决定。测试时，1个外部的跳线重复插入/拔出待测器件，定期进行光学指标检测以确认该连接符合适当的标准（IL/RL/重复性）。测试方法见GR-326-CORE 4.4.3.8。该测试程序要求200 次插拔，特定次数的插拔以后要清洁端面，并测试指标。 对于光电器件，没有必要一定要将测试器件安装在G
10、R-326-CORE规定的高度上。,拉力测试 仅适用于带有插入-拔出跳线式的器件（不适用于插座式）。参考GR-326-CORE 3.4.1 锁紧能力测试。将一个带有跳线的连接器用适当的力插入器件的其中一个连接器。给光纤线施加适当的负荷。直拉的情况下，负荷的加载速率不得大于400um/s，然后继续直到最大负荷或连接器脱出。拔出连接器（如果必要），重复该测试步骤10次。对于SC 跳线，适当的插入力与负荷分别为56 磅与2.2kg。除非已经超出特定的规格，此要求同样适用于其它跳线类型。30%的次数跳线脱出，判为测试失效。4.5非加载环境应力测试 储存试验 存储试验的目的是验证光电器件在运输或操作过程
11、中抗高温、低温的能力。无需工作状态，只在试验前后进行功能测试。失效机理受工作与否的影响不大，高温存储与高温工作就是多余的，只需选其中更严酷的测试即可。,温度循环试验 温度区间通常为 4085，如果用冷热交替的箱子，转换时间在1分钟以内；如果用循环箱，温变率最低10/min。极限温度驻留时间需足够长，使器件到达环境温度，最低10分钟。带TEC模块做加载温度循环时，TEC要像正常工作一样开启。（尽管该试验时非加载测试，如果有需要，也可以加载测试）。湿热试验 湿热试验设备及附件属需避免凝露滴在样品上，暴露在流通的空气中，需要遵循以下步骤 24h的调节期，保持相对高的温度（近似40C）和相对低的湿度
12、调节期结束时测试性能指标 暴露在高温高湿环境中 12h干燥期，保持在室温，室内湿度 干燥结束后测试性能指标 除非密封产品要求通电测试，否则无需加载。,4.6加载环境应力测试 高温工作 通常高温工作能加速产品的失效机理，减少工作寿命。高温工作测试与高温加速老化试验通常是一致的。区别在于样品的数量，试验的时间。可将两项试验合并在一起进行，需在高温工作试验中定期进行性能测试，在高温工作试验结束后，继续试验。温度时间的考虑 除光电二极管以外，器件在CO环境下应用，要求试验温度为+70C或者最高操作温度，取高者。 除光电二极管以外，器件在UNC环境下应用，要求试验温度为+85C或者最高操作温度，取高者。
13、 光电二极管的高温工作验证定义为 +175C，2000h. 如果新型二极管与早先的子弹类型的技术不一致，则可参照以上其他产品的要求。 Diode-level最小样本数要求22，module-level(光电器件)样本数要求11个。 最短试验时间是2000h,无论样本数多少。,其他测试条件的考虑 温度加速的同时可以施加一些其他的变量，比方驱动电流开最大值。以下介绍一些其他变量的考量。可调激光器，特殊波长的设定和设定点的频率的变化对性能有很大影响，可能加速老化。（比方在试验中取一些样品进行频繁调节，取另一些样品设置固定波长，波长需要覆盖整个波段） 外部调节器，最主要的变量不是环境温度，而是调节率，
14、能老化器件的性能。增加调节率可以增加器件内的局部加热，高温工作和加速试验应在Spec最大调节率下进行。如果外部调节器用在数字系统中，测试应使用PRBS 或者类似的信号施加最大的bit rate。 在一定频率下实施正弦曲线调制能产生类似的内部热量或者功率消散效应的话，也可以接受。通常，恰当的调制频率应由供应商提供，并文件化，并且应该低于最大定义bit rate转化为频率的频率（低10或40 GHz)。高温工作测试的实施 对于一些光电产品来说，高温工作的失效机理与是否工作影响不大，在这种情况下，实施高温工作对于高温存储试验就是多余的。,如果新光电模块是基于之前产品基础上开发的，而之前的产品已经做过
15、高温工作和高温存储，如果两个试验的失效模式一致，没必要对新模块重复两项试验。仅进行其中最严酷的即可。 注意除了环境温度，试验时间，高温工作可能产生局部加热都需要考量，来决定哪项试验更严酷。如果局部加热会导致两者不同的失效机理，则两项试验都需进行。 对新产品来说，两项试验都需进行。 循环抗湿 该试验的目的为了验证在相对短期，器件在高温、高湿、严寒、上冻，解冻等可能在UNC环境下出现的条件下退化或降级的抵抗力。参照MIL-STD-883E, Method 1004.7,见图5-1需要遵循以下步骤 初检 包括7步，24h循环，每个循环包括 从室温到 +65C的两个温度斜坡 (在高湿) 在+65C和高
16、湿下两个湿透的周期 两个降温到室温的斜坡（在高湿） 在室温高湿或者（半个循环）低温子循环在10C 停留至少3h. 终检,器件设置为正常工作条件，循环次数要求20，也可减为10，如果设备内的热量足够使得温度在一个或几个小时内温度变化时间固定（比如远程终端包括很多设备，而不是小基站）。但不管什么情况下，都应包括一个低温子循环。湿热（非密封器件） 该试验测试条件不仅要定义温度、湿度、试验时间，也要定义工作的变量，如驱动电流、光功率水平或者偏流。比如激光模块，使用最大额定电流会严重降低局部湿度，降低湿度应力。因此，在表5-6定义高温，高湿，相对低的驱动电流/输出功率。不加载湿热和加载湿热可能会对一些非
17、密封器件激发相同的失效模式，但也可能对其他产品激发不同的失效模式。是否实施参照高温工作的要求。 加载湿热试验时间比不加载湿热时间要长。如果两项试验只有这个区别，则可只进行不加载试验时间，时间按照时间长的进行。,5. 加速老化 与4应力测试不同，该测试不作为判定pass/fail,qualify/disqualify的试验，而是对可靠性进行量化测试。样品需取一些常规样品（经过正常制造或筛选或老化工序）。高温加速老化 试验中，选择一些参数定期监控（更适合实时监控）直到EOL或者一定的时间。如果试验结束后器件仍然没有失效，可将任何观察到降级外推估计产品失效的时间用来计算器件可靠性。 假设和要求都参照高温工作试验，除了以下两点：试验时间要求是5000h和10000h,代替2000h和5000h 最小样本数是10或5代替22或11。 增加试验时间或样本数都能更好的计算疲劳和偶然失效率，尤其对新产品（没有市场数据）非常重要。,
