GB T 21194-2007 通信设备用的光电子器件的可靠性通用要求.pdf

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1、lCS 0312099M 31 圆亘中华人民共和国国家标准GBT 211942007通信设备用的光电子器件的可靠性通用要求Generic reliability assurance requirements for optoelectronic devices used intelecommunications equipment2007-1 114发布 2008050 1实施丰瞀髁紫瓣警糌赞星发布中国国家标准化管理委员会仅19GBT 211942007前言1范围-2规范性引用文件-3缩略语、术语和定义-31缩略语32术语和定义4可靠性评定的一般要求41光电子器件评定的目的42评定的抽样方案5

2、试验程序和光电子器件的评定51试验的一般要求52光电特性参数的测试-53物理特性测试项目54机械完整性试验项目55加速老化试验56光电子器件的评定方法-目 次111122223345567刖 吾GBT 211942007本标准参照Telcordia GR 468一CORE：2004(通信设备用光电子器件可靠性一般要求，在光电子器件评定的抽样方案、光电特性参数测试、物理特性测试、机械完整性测试和加速老化等技术方面保持一致，在其他方面和文本结构上不同。本标准由中华人民共和国信息产业部提出。本标准由中国通信标准化协会归口。本标准起草单位：武汉邮电科学研究院。本标准起草人：赵先明、刘坚、罗飚、郑林。通

3、信设备用的光电子器件的可靠性通用要求GBT 21 19420071范围本标准规定了通信设备用光电子器件的术语、定义、可靠性评定的一般要求、试验程序和光电子器件的评定方法。本标准适用于通信设备用光电子器件，包括激光二极管、发光二极管、光电二极管、雪崩光电二极管及其它们的组件。其他类似器件可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB 8898 2001音频、视

4、频及类似电子设备安全要求Bellcore TRNwT一000870 通信设备生产中静电放电的控制MIL-STn202G电子器件试验方法MIL sTn883F微电子器件试验方法Telcordia GR-63一CORE网络设备构建系统要求：物理保护Telcordia GR-78一CORE通信产品和设备的物理设计和制造的一般要求Telcordia GR-326一CORE单模光纤连接器和光纤跳线的一般要求3缩略语、术语和定义下列缩略语、术语和定义适用于本标准。31缩略语ACC Automatic Current ControlAPD Avalanche PhotodiodeAPC Automatic

5、Power ControlC AIlowed failuresCo Central OfficeE。 Activation EnergyESD Electro-Static DischargeFIT Failure In TimeHBM Human Body ModelLTPD Lot ToIerance Percent DefectiveO 0biectiveR RequirementSS Sample SizeTO Transistor OutlineUNC Uncontrolled自动电流控制雪崩光电二极管自动功率控制样品中允许失效数中心局环境激活能静电放电每十亿器件小时的失效数人体模型

6、批允许不合格品百分数目标要求特定的LTPD样品数晶体管外形非受控环境GBT 21 194200732术语和定义下列术语和定义适用于本标准。321可靠性reliability产品在规定的时间内完成规定功能的能力。322二极管diode半导体晶片被分解成管芯后，将一个管芯安装在一个热沉上，称之为二极管。323组件modale将多个小元件，包括激光二极管、发光二极管、光电二极管和雪崩光电二极管，以及一个或多个其他器件集成在一起，称之为组件。324中心局环境CO environment长期在+5到+40。C，短期(例如96 h，一年不超过15天)在最低一5到最高+50C的工作环境，称为中心局环境。32

7、5非受控环境UNC environment当设备机壳外的空气温度在一40到-46范围，或者阳光照射和光电子器件散热达到最大值时，在机壳内，光电子器件周围的空气温度可达到+65的工作环境，称为非受控环境。4可靠性评定的一般要求41光电子器件评定的目的光电子器件评定有两个基本目的。特性参数的评定是为了证实光电子器件满足设备生产者对性能要求的能力。机械完整性和环境应力试验的评定是验证光电子器件基本设计、生产和材料以及工艺的完整性，以保证光电子器件预期的长期可靠性。评定需要的文件：评定试验计划；试验和测量项目；试验和测量程序；评定抽样方案和可以接受的试验样品不合格数量；确认试验是否通过或失效的标准；记

8、录试验数据的规范格式；结果分布和试验失效的报告。42评定的抽样方案用于评定的可靠性试验样品应从最少3个晶片或3批(光电子二极管)经过筛选步骤的样品中随机抽取。对于光电子器件组件，可用一个批次光电子器件组件的样品。评定试验规定LTPD值一般是10或20，对应的样品数量是22或11。在LTPD值等于10时，如果在最初的22个样品中发现一只不合格的光电子器件，第二次应抽取16只样品进行试验。如果在第二次抽取的样品中没有不合格的光电子器件，可以认为产品中的38个样品有一只不合格，通过了LTPD为10的标准。同样，LTPD值为20时，如果在最初的11只样品中发现一只不合格的光电子器件，第二次应抽取7只样

9、品进行试验。如果没有发现另外不合格的光电子器件，就符合LTPD为20的标准。评定的抽样方案见表1。2表1 LTPD抽样方案GBT 211942007LTPD 50 30 20 15 10 7 5 3 2 15接受的失效样品数(c) 最少样品数(ss)O 5 8 11 15 22 32 45 76 116 1531 8 13 18 25 38 55 77 129 195 2582 11 18 25 34 52 75 105 176 266 3543 13 22 32 43 65 94 132 221 333 4444 16 27 38 52 78 113 158 265 398 5315 19

10、31 45 60 91 131 184 308 462 6176 21 35 51 68 104 149 209 349 528 7007 24 39 57 77 116 166 234 390 598 7838 26 43 63 85 126 184 258 431 648 8649 28 47 69 93 140 20l 282 471 709 94510 31 51 75 100 152 218 306 511 770 1 0255试验程序和光电子器件的评定51试验的一般要求511标准的试验程序为了确保光电子器件供应商与设备生产者，以及设备生产者与客户之间测试和试验的数据对应一致。因此，

11、测试和试验的程序应采用相同标准。512试验设备应定期维护和校准试验设备。513制定通过或失效标准应对特性测试和机械完整性和环境应力试验前后测量的数据制定通过或失效的标准。514激活能对光电子器件进行高温加速试验，以确定光电子器件的激活能。光电子器件的设计和制造者不同，或者光电子二极管与相对应光电子器件组件的不同，激活能也可能不同。如果不能从试验数据中获得光电子器件的激活能，推荐的激活能可用于所有的相关计算。推荐的激活能见表2。表2 推荐的激活能 单位为电子伏光电子器件类型 磨损失效的激活能 随机失效的激活能激光二极管 04 035激光二极管组件 04 035发光二极管 O5 O35发光二极组件

12、 05 035光电二极管 07 035光电二极组件 07 035GBT 21 194200752光电特性参数的测试521 激光二极管、发光二极管及组件的光电特性测试项目5211中心波长在激光二极管及组件光谱中，连接50最大幅度值线段的中点所对应的波长数值，称为中心波长。5212光谱宽度光谱宽度有几种不同的定义：主要采用均方根谱宽和一20 dB谱宽。若激光二极管及组件所发射光谱分布为高斯分布，在标准工作条件下，所测得的光谱分布的均方根宽度，称之为均方根谱宽。在标准工作条件下，用所测得的比峰值波长幅度下降20 dB处，光谱曲线上两点间的波长间隔来表征其光谱宽度，称之为一20 dB谱宽。对于发光二极

13、管和多纵模激光二极管而言，则是用标准工作条件下，所测得比峰值波长幅度下降一半的光谱曲线上两点问波长间隔来表征其光谱宽度。5213阈值电流阈值电流是激光二极管及组件开始激射的正向电流。5214 L-I曲线的线性光功率线性是驱动电流的函数，通过LJ曲线来测量。5215边模抑制比边模抑制比是指激光二极管及组件的发射光谱中，在规定的输出光功率和规定的调制时，最高光谱峰强度与次高光谱峰强度之比。5216光输出饱和度光输出饱和度是指理想的线性响应光输出的跌落。如果在光电曲线上段弯曲过大，则认为激光二极管及组件光输出是饱和的，通过alLd1曲线上的最大跌落可以测量出饱和度。5217扭折点LJ曲线上光功率出现

14、非线性变化的点称之为扭折点。5218电压一电流曲线从阈值电流开始增加电流，测量正向电压，即V。J曲线。5219上升和下降时间指激光二极管及组件输出功率的脉冲响应时间。从额定光功率的10升到90所需的时间称为上升时间；从额定光功率的90降到lo所需的时间称为下降时间。52110导通延迟调制的光脉冲上升沿在电信号为“开”后到达全幅度10对应的时间。52111截止频率在振幅调制包络线下降3 dB的调制频率，“下降值”是在指定的调制频率下测量的减少的振幅，等于截止频率的百分之一。52112耦合效率激光二极管及组件出纤光功率与实际发射光功率的比值。在规定的驱动电流下，反复测量激光二极管及组件光功率来确定

15、。一般，驱动电流为激光二极管及组件额定输出光功率的50所对应的电流。52113前后跟踪比前后跟踪比是指前面(被耦合到传输光纤)和后面(到背面光电二极管)输出光功率的比值。52114跟踪误差激光二极管及组件的温度不同，输出光功率也会不同。在背光电流相同、管壳温度不同时，激光二极管及组件输出光功率比的对数，为跟踪误差。dGBT 211942007522光电二极管及组件的光电特性测试项目5221响应度响应度是指输出的光电流与输入的光功率的比值。5222量子效率光生载流子数与入射光子数的比值为光电二极管及组件的量子效率。5223暗电流光电二极管及组件的暗电流是在没有任何光输入时，所产生的电流。5224

16、击穿电压光电二极管及组件的击穿电压是指无法接受的暗电流值(通常在100 pA)，对应的反向偏压。5225截至频率光电二极管及组件在整个输出范围内下降3 dB的频率对应的点为截止频率。5226光倍增因子APD光电二极管及组件在一定的反向偏压下的光生电流与其无倍增时的光生电流之比为光倍增因子。5227光接收灵敏度在规定的调制速率下，并满足随机比特误码率要求时，所能接收到的最小平均光功率。5228饱和光功率在规定的调制速率下，并满足随机比特误码率要求时，所允许接收到的最大平均光功率。53物理特性测试项目531内部水汽确定在金属或陶瓷封装的光电子器件内部气体中水汽含量。按照MIL-STI883F，10

17、184规定的条件和要求进行测试。532密封性确定具有内空腔的光电子器件封装的气密性。按照MIL-STD-883F，1014Ii规定的条件和要求进行测试。533 ESD阈值确定光电子器件受静电放电作用所造成损伤和退化的灵敏度和敏感性。按照MILSTD-883F，30157规定的条件和要求进行测试。534可燃性确定光电子器件所使用材料的可燃性。按照GB 8898-2001规定的条件和要求进行测试。535剪切力确定光电子器件的芯片和无源器件安装在管座或其他基片上所使用材料和工艺的完整性。按照MIL-STI883F，20197规定的条件和要求进行测试。536可焊性确定需要焊接的光电子器件引线(直径小于

18、3175 mm的引线，以及截面积相当的扁平引线)的可焊性。按照MIL-STD-883F，20038规定的条件和要求进行测试。537引线键合强度确定光电子器件采用低温焊，热压焊、超声焊等技术的引线键合强度。按照MIL-STD-883F，20117规定的条件和要求进行测试。54机械完整性试验项目541机械冲击确定光电子器件是否能适用在需经受中等严酷程度冲击的电子设备中。冲击可能是装卸、运输或现场使用过程中突然受力或剧烈振动所产生的。按照MIL-STD-883F，20024规定的条件和要求进行测试。5GBT 21 1942007542变频振动确定在规定频率范围内振动对光电子器件各部件的影响。按照MI

19、L-sTn883F，20073规定的条件和要求进行测试。543热冲击确定光电子器件在遭受到温度剧变时的抵抗能力和产生的作用。按照MIL-STD-883F，10119规定的条件和要求进行测试。544光纤完整性试验确定光电子器件的光输出尾纤在特性参数正常情况下与器件管壳连接的牢固程度。按照TelcordiaGR-326一CORE规定的条件和要求进行。545插拔耐久性确定光电子器件光纤连接器的插入和拔出，光功率、损耗和反射等参数是否满足重复性要求。按照Telcordia GR-326一CORE规定的条件和要求进行测试。546存储试验确定光电子器件能否经受高温和低温下运输和储存。按照MIL-sTn88

20、3F，10082规定的条件和要求进行测试。547温度循环确定光电子器件承受极高温度和极低温度的能力，以及极高温度和极低温度交替变化对光电子器件的影响。按照MILSTD-883F，i0108规定的条件和要求进行测试。548恒定湿热确定密封和非密封光电子器件能否同时承受规定的温度和湿度。按照MIL-STD-202G，103B规定的条件和要求进行测试。549高温寿命确定光电子器件高温加速老化失效机理和工作寿命。按照表3规定的条件和要求进行测试。541 0抗循环潮湿采用加速方式评估光电子器件在高温和高湿条件下，抗退化效应的能力。按照MILSTD-883F，10047规定的条件和要求进行测试。55加速老

21、化试验在光电子器件上施加高温、高湿和一定的驱动电流进行加速老化。依据试验的结果来判定光电子器件具备功能或丧失功能，以及接收或拒收。并可对光电子器件工作条件进行调整和对可靠性进行计算。加速老化试验项目见表3。表3加速老化试验项目抽样。 环境试验项目 一般条件。 适用性(器件特定条件。)LTPD SS C Co UNC激光二极管(最大额定光功率或电流)，发光7010 ooo h 10 0 O二极管(最大额定电流)激光二极管(最大额定光功率或电流)，发光8510 000 h 10 0 O=极管(最大额定电流)高温6 CO环境应用的光电子器件组件(激光二极705 000 h 5 0 O 管组件和发光二

22、极管组件：最大额定光功率或电流；光电二极管组件：正常偏置。)UNC环境应用的光电子器件组件(激光二855 000 h 5 0 O 极管组件和发光二极管的组件：最大额定光功率或电流；光电二极管组件：正常偏置。)表3(续)GBT 211942007抽样t 环境试验项目 一般条件 适用性(器件特定条件。)LTPD SS C Co UNC一40+855 O o CO环境应用的所有光电子二极管组件500循环温度循环一40+855 0 O UNC环境应用的所有光电子二极管组件1 000循环858sRH。用于非密封的光电子二极管和二极管组件恒定湿热 5 0 o O (激光二极管：12XITH发光二极管：01

23、5 000 h10D，光电二极管：正常偏置。)8试验条件一般是最小可接受应力水平。如果光电子器件的最大工作温度比所列出的高温加速老化的温度高，则用较高温度进行试验。b试验的样品可以是相应光电子器件的一个分立器件。激光二极管及组件的高温加速老化试验通常在APC下进行；有时也可用ACC。o变化温度的加速老化试验是定期按顺序逐步升高温度(例如，60、85和i00)。551高温加速老化加速老化过程中的最基本环境应力是高温。在试验过程中，应定期监测选定的参数，直到退化超过寿命终止为止。5511恒温试验恒温试验与高温运行试验相类似，应规定恒温试验样品数量和允许失效数。5512变温试验变化温度的高温加速老化

24、试验是定期按顺序逐步升高温度(例如，60、85和100)。552温度循环除了作为环境应力试验需要对光电子器件进行温度循环外，温度循环还可以对光电子器件进行加速老化。温度循环的加速老化目的一般不是为了引起特定的性能参数的退化(例如，激光二极管及组件的阈值电流)，而是为了提供封装在组件里的光路长期机械稳定性的附加说明。56光电子器件的评定方法561 光电子器件的物理特性试验光电子器件的物理特性试验项目见表4。裹4光电子器件的物理特性试验项目抽样试验项目附加信息 适用性LTPD SS C内部水汽 20 11 0 所有密封的光电子二极管及组件密封性 20 11 o 所有密封的光电子二极管及组件HBM，

25、器件ESD灵敏度等级最小阈值 6 0b 所有光电子二极管及组件ESD阈值士8 kV和土15 kV放电 2 O 所有光电子二极管及组件可燃性 3 所有光电子=极管及组件。芯片剪切 所有相关连接适用(例如：二极管热沉20 11 0 所有光电子二极管强度 和热沉村底)可焊性 不要求蒸汽老化 20 1l O 所有光电子二极管及组件引线键合强度键合类型 20 11 0 所有光电子二极管7GBT 211942007表4(续)抽样试验项目附加信息 适用性LTPDlSs C8可对机械上与功能性光电子器件等同的非功能性光电子器件进行，除光电子器件的尾纤根部剪断例外。o在ESD试验中所有的光电子器件样品要试验到它

26、们失效(用逐渐增加的电压应力)。这里给出的“o”值指的是测量的闻值低于最小可接受的阕值(例如，低于500 V或基于光电子器件ESD灵敏度等级的其他一些规定值)的光电子器件数量。金属或陶瓷密封封装不需要进行可燃性试验。但是，任何与封装连接有潜在可燃性材料的一般需要进行试验。562机械完整性试验机械完整性试验项目见表5。表5机械完整性试验项目抽样试验项目 附加信息 适用性。LTPD SS C机械冲击“。 条件A：500 g，10 ms，5次轴向。 20 11 0 所有光电子器件条件A：20 g，(20一2 00020)Hz，4分钟变频振动“。 20 11 O 所有光电子器件循环，4循环轴向热冲击

27、条件A：0到100 20 11 0 所有密封光电子器件所有带涂覆层和紧套(或紧包)光纤光纤完整性一05 kg，10循环，3 cm(距离器件) 20 11 0的光电子器件扭动试验 所有带松套(或松包)光纤的光电子I kg，10循环，3 cm(距离器件) 20 11 O器件。所有带涂覆层和紧套(或紧包)光纤光纤完整性025 kg，90。，22 cm28 cm(距离器件) 20 11 0的光电子器件刚边拉力试验 所有带松套(或松包)光纤的光电子05 kg，90。，22 cm28 cm(距离器件) 20 11 O器件所有带涂覆层光纤、紧套(或紧包)光纤完整性一 05 kg，1 min 20 11 O

28、光纤的光电子器件光纤拉力试验 所有带松套(或松包)光纤的光电子1kg，1 min 20 11 O 器件。连接器插座耐久性插拔 200次插拔 20 11 0 所有带连接器或插拔的光电子器件耐久性试验接连器耐久 最少10个连接器中不允许超过3个20 11 0 对所有带连接器的光电子器件性一拉力试验 拉脱8所示的条件是最小可接受的应力水平，在有些情况下，可以采用不同的条件(应有技术证据)。6在所有情况下，试验的适用性环境各不相同，即指光电子器件的工作环境(例如，CO或者UNC)各不相同。通常，机械冲击和变频振动试验都要进行，两个试验要用相同的样品。o未经受住所列出的机械冲击试验条件的，应重新进行低强

29、度的试验。8与元件连接的缓冲材料是加固作用的松套(或松包)光纤。对缓冲材料不是加固作用的紧套(或紧包)光纤进行较低应力试验。8563非通电环境应力试验非通电环境应力试验项目见表6。表6非通电环境应力试验项目GBT 211942007抽样 环境试验项目 一般条件。 适用性LTPD SS C CO UNC高温存储 852 000 h 20 11 O R R 所有光电子器件低温存储 一4072 h 20 11 0 o O 所有光电子器件一4085，50个循环 20 11 0 O R 所有光电子二极管温度循环“a 4085，100个循环 20 11 0 R CO环境用的所有光电子二极管组件一4085，

30、500个循环 20 11 O R UNC环境用的所有光电子二极管组件恒定湿热。 8585RH，500 h 20 11 O R R 用于非密封组件的所有光电子器件8所示条件是最小可接受的应力水平，在有些情况下，可以采用不同的条件(应有技术证据)。如果一个光电子器件的最小或最大存储温度大于列出的相应存储温度，要用超出的温度做试验。6如果失效机理对高温影响不大的话，不需要既傲高温存储试验又做高温运行试验，只需要做应力较大的试验。用于通过失效的非破坏性测试的光电子器件，试验条件可重复应用于(例如加速老化试验目的)规定的附加的循环。d密封器件在试验过程中可以加偏置。对非密封光电子器件不需要既做通电又做非

31、通电的恒定湿热试验。564通电环境应力试验通电环境应力试验项目见表7。表7通电环境应力试验项目抽样。 环境试验项目 一般条件8 适用性LTPD SS C CO UNC激光二极管(最大额定功率或电流)，705 000 h 10 22 0 R发光二极管(最大额定电流)激光二极管(最大额定功率或电流)，85，5 000 h 10 22 0 R发光二极管(最大额定电流)1752 000 h 10 22 0 R R 光电二极管(2Vo。)8高温运行。 所有光电子二极管组件(激光二极管702 000 h 20 11 O R 和发光二极管的组件在额定光功率或电流，光电二极管正常偏置。)所有光电子二极管的组件

32、(激光二极852 000 h 20 11 0 R 管组件和发光二极管组件在额定光功率或电流，光电二极管正常偏置。)2565(90RH100RH)，65C(90RH100RH，3 h)，65102(80RH100RH)，一2C65(90RH100RH)， UNC环境应用的所有光电子器件抗循环潮湿 20 11 O R65(90RH100 组件RH，3 h)，6525(80RH100RH)，25 X3(80RH100RH，2 h)，20次循环()GBT 21 1942007表7(续)抽样。 环境试验项目 一般条件1 适用性LTPD SS C CO UNC所有非密封光电二极管(激光二极8585RH，2

33、 000 h 20 11 O R R 管：12LP，发光二极管：01LP，恒定湿热 光电二极管：正常偏置。)(非密封光电子器件)。 所有非密封光电子器件组件(激光二8585RH，1 000 h 20 11 0 R R 极管组件：12XL。，发光二极管组件：0IXk，光电二极管组件。)8用于通过失效的非破坏性试验的样品，试验条件可重复应用于规定的附加小时数。6所示的条件是最小可接受的应力水平，在有些情况下可以采用不同的条件(应有技术证据)。如果一个光电子器件的最小或最大存储温度大于列出的相应的存储温度，要用超出的温度做试验。激光二极管及组件通常在AFC下进行通电高温加速老化试验，以便输出恒定功率(试验温度下的典型最大额定功率)。在有些情况下，试验也用ACC。驱动电流保持恒定(最大额定值)，而不管输出光功率大小。可调激光二极管及组件在高温运行试验中应设定波长。o密封光电子二极管及组件在试验过程中可加偏置。对非密封器件不需要既做通电又做非通电的恒定湿热试验。可以作为光电二极管加速老化试验条件。10