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光电子器件的新鉴定方法

日期：2008-4-18 0:32:00 来源：本站整理
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光电子器件的新鉴定方法

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P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户

1．引言

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光通信的发展已大大增加了诸如发生器、接收器和光学放大器之类的光电子器件的用量。这些器件在该领域中的用量的增长是供应商掌握在工业规模内制造的能力和论证器件可用于复杂海底或陆地通信系统的可靠性水平的能力的结果。

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就微电子学而论，光电子器件的可靠性取决于产品的设计与制造工艺。但是，由于鉴定光电子器件的可靠性是最近的工作，与微电子器件相比，其背景还比较薄弱。

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光电子器件包括光学、电子、热与机械部件，它们会产生影响可靠性评估的特殊问题。失效机理的典型光学特征是通过阈值或驱动电流的漂移、DWDM应用的波长和耦合参数来监控的。电子元件的失效与元件本身的健壮性有关，但与组装技术的关系更大，例如，虚焊和分层。热劣化主要受到帕尔帖（Peltier）冷却元件的机械健壮性的驱动。最后，必须考虑机械方面，以防止诸如谐振和腐蚀之类的特殊问题的发生。

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研究这样的现象需要大量专用设备和各类对信息交换很熟练的人员，以便把横向连接的失效机理考虑进去。有时候，如气候试验箱那样的电子元件用标准鉴定设备适用于光电子器件。但对于如老练那样的特定试验来说，常在厂内研制的专用设备也是需要的。对于测量工具来说，情况会更加严峻，因为几乎没有商用设备适用于激光芯片、模块和光纤放大器的全面表征。诸如DWDM应用的频谱稳定性之类的参数监控需要合适的计量方法，同时用统计过程控制图来保证高再生性/重复性测量（±5pm 波长精度是需要的，±2pm是必须达到的数值）。

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直到今天，鉴定方法和客户需求还是完全受到可靠性要求的驱动。正如下面章节所讨论的那样，这种方法给出了令人满意的但还存在问题的结果。鉴定惯例必须遵循其发展规律，以满足客户的要求，同时要保持元件制造商的创新能力和竞争力。

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2．可靠性标准：很有帮助

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对于制造商和客户来说，可靠性标准（IEC）或建议（Telcordia）提供了很大的帮助：

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首先，对于制造商来说，它们是导则，这些导则描述所有试验方法、时限、通过/不通过判据，并参考试验方法，然后使之变得适用。此外，这些导则还清楚地描述了质量规则和可靠性管理。许多不同的要点都被包括在内：功能度与测量方法、输入检验与生产控制、毒性、安全性、腐蚀与可燃性。

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试验栅格（test grid）一般是以试验为基础的，这些试验的目的是通过施加热或机械应力来给出标准的健壮水平。下面表格给出了标准接收试验的两个实例，这些实例与激光模块和光学无源器件的可靠性试验有关。

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表1.1 带温差环流冷却器的气密性有源模块相关的

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GR-468-CORE的摘录—受控环境

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WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户	WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网试验 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 条件 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)	WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网时限 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 SS P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网机械完整性 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网	WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网冲击 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户	WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 500G WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网	WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 1ms WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 5次/方向 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 6个方向 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网	WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 11 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
	WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 振动 plcjs.技.术_网	P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 20g WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 20Hz/2000Hz WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)	WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 4min/循环 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 3轴，4次循环/轴 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户	WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 11 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
	WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网热冲击 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网（气密性封装） W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网	WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 DT=1000C WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 (0~1000C) WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	plcjs.技.术_网	WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 11 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
	plcjs.技.术_网光纤拉伸 plcjs.技.术_网	WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 1kg WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 3次，5s WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网	WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 11 plcjs.技.术_网
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户耐久性 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)	WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网贮存 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 850C或最高贮存温度 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网	WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 2000h WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)	WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 11 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
		WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 -400C或最低贮存温度 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户	WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 2000h P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户	WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 11 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户温度循环 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 -400C/700C WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网停机时间＞15min WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网	WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 100c.通过/不通过 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网为了获取信息，500c. WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网	WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 11 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
	plcjs.技.术_网循环的耐潮性 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网	P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 IEC-68-2-38 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)	WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网	P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 11 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
	WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网加速老化 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 700C WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 额定功率 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 2000h通过/不通过 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 5000h任选 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)	WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 10 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
	P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户湿热 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户	P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 850C/85%RH或 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 500C/85%RH WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网	WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 1000h@850C/85%RH WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 3500h@500C/85%RH WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)	WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 11 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网

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表1.2 带温差环流冷却器的气密性无源模块相关的

——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户

GR-1221-CORE的摘录—受控环境

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WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网	WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 试验 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 条件 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户时限 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 SS P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 机械完整性 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)	plcjs.技.术_网冲击 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)	WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 500G P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户	WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 1ms WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 5次/方向 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 6个方向 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网	WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 11 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
	P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户振动 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 20g WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 20Hz/2000Hz WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网	WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 4min/循环 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 3轴，4次循环/轴 plcjs.技.术_网	WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 11 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
	WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 热冲击 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户（气密性封装） WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 DT=1000C WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) (0~1000C) P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	plcjs.技.术_网 11 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
	WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 光纤拉伸/电缆保存（来自GR-1209-CORE） WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)	plcjs.技.术_网涂覆光纤0.45kg plcjs.技.术_网紧包套光纤0.45kg WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网松包套光纤1kg WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 3次，5s WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户	WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 11 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户耐久性 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网	W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网贮存 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)	WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 850C或最高贮存温度 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)	WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 2000h WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)	WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 11 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
		WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) -400C或最低贮存温度 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户	WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 2000h WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)	P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 11 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
	WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 温度循环 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)	WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 -400C/700C WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网停机时间＞15min WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网	WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 100c.通过/不通过 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 为获取信息，500c. WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 11 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
	WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网循环的耐潮性 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 IEC-68-2-38 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)	WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)	WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 11 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
	WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户湿热（气密性封装） WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网	WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 750C/90%RH或 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 850C/85%RH W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网	plcjs.技.术_网 100h通过/不通过 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网为获得信息，500h WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 11 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
	WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 湿热（非气密性封装） WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	plcjs.技.术_网 750C/90%RH或 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 850C/85%RH W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 500h通过/不通过 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网为获得信息，2000h W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网	WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 11 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)

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对于客户来说，试验完成时获得的结果可较容易地在不同的供应商之间进行比较。这是解释Telcordia文件实际上是容易进入世界市场的“魔钥匙”的原因之一，即使它们代表美国的建议而不是国际标准。

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2．……但是，标准总是最佳的

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2．1 一些非一致性

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用厂内的鉴定程序惯例和通过与有源和无源器件供应商接触，揭示了若干局限性。

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第一个困难是不同标准之间少量关键的不一致造成的结果。有一个例子涉及到光纤-器件接口，其强度是用拉伸试验来评价的。如表2显示，对于光学无源器件来说，应力在逻辑上取决于光纤保护的种类上：

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---涂覆和紧包套光纤0.45kg；

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---松包套光纤和电缆1kg。

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但是，要求对于光学有源产品来说是不同的，在该产品中，采用任选种类的光纤保护，强度应为1kg那么大，对于特种应用来说甚至可达到2kg目的。要达到250μm 涂覆抽头是相当困难的。

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同样，在两个文件中的相同等级（相同时限）上不需要进行湿热试验，无源器件的要求是100h，激光模块是1000h。

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这个最后的试验即湿热试验对于制造商来说是个大问题。一方面，十年前，器件只在几天湿热试验之后就被揭示出漂移。那时候，这个要求已成为推动产品在防潮健壮性方面进行改进的促进因素。另一方面，用于湿热试验的条件事实上与很少现场的应用相对应。此外，由于对劣化机理没有进行全面的研究，这个试验不能给出精确的工作容限。这可能是由于Telcordia的GR-1221-CORE 连续出现问题导致要求下降的理由：

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---LTBD10%（22个无缺陷部件）--2000h通过/不通过（问题1—94年11月）

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---LTBD20%（11个无缺陷部件）--500h通过/不通过（问题3—99年1月）

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另一个有问题的差别是温度循环。视范围而定，此试验不针对相同的机理。应注意，高于200C/分钟的温度梯度不允许较短的试验时限，但温度梯度低于50C/分钟时，温度循环较接近实际环境条件。对于EDFA来说，要求是在20C/分钟（GR-1312-CORE）条件下循环100次，此时泵模块需要200C/分钟或更高的温度梯度。在一个实例中，为了评价泵供应商，我们实施了附加的慢温度循环试验，以模拟EDFA鉴定试验。在100次循环时，我们观测到1个失效，用这种试验揭示的失效比供应商参照泵标准作的试验揭示的失效要好。

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