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光电子器件可靠性认证与评估标准GR-468-CORE-Issue2

嘉峪检测网        2019-06-11 11:46

电子器件可靠性评估是指对电子器件产品、半成品或模拟样片(各种测试结构图形),通过各种可靠性评价方法,如可靠性试验、加速寿命试验和快速评价技术等,并运用数理统计工具和有关模拟仿真软件来评定其寿命、失效率或可靠性质量等级。

 

不同领域的电子器件可能采用的可靠性标准不一样,本文分享被光电子器件行业广泛采纳的可靠性标准 GR-468-CORE-Issue2,了解一下标准中关于光电子器件可靠性认证与评估相关知识内容。

 

 一、可靠性认证项目

 

     图一显示了GR468中提到可靠性认证的六个基本项目,这些项目除器件可靠性验证外,其他五项均与生产的标准化作业直接相关,目的是通过制程控制来保障产品可靠性。这与精益六西格玛原则中的控制理念异曲同工。图1分别对这六个项目所涉及到的主要内容进行了说明。

 

光电子器件可靠性认证与评估标准GR-468-CORE-Issue2

图1

 

     在可靠性认证六个基本项目中,如要高质量地去执行它们,有3个关键点需要特别注意:

   (1)稳定的工艺参数:根据以往经验,绝大多数的失效案例与制造工艺直接相关;设备的迁移,工艺参数的微调均需要通过试验来验证可靠性。成熟、稳定工艺是产品可靠性重要保障。

   (2)可信任的测试系统:测试是拦截失效品的有效途径,因此,测试系统的置信度非常关键。测试系统是否可靠需要经过GR&R(重复性与再现性)试验检验,且测试系统投入生产后需坚决执行金样监控与过程控制。

   (3)有效且无损的筛选:偶尔存在某些失效,我们在工艺或测试中没有办法去控制或拦截它,即便我们清楚其根因。这需要制定更加有效的筛选策略——加大应力,加速失效品损耗(如温循或老化)。同时,我们需要通过可靠性试验去认真评估该策略的有效性(失效样品)与非破坏性(正常样品)。

 

二、可靠性试验项目

 

      上述六个项目中,器件可靠性验证是最重要的一个项目,而可靠性试验是器件可靠性验证项目的必要手段。GR468对光电子器件可靠性试验的执行程序与主要项目(测试项,试验条件,样本量等)进行了说明。基于实践,我们对可靠性试验的执行程序与试验项目进行了归纳整理(请见图2)。更详细内容,请参考GR-468-CORE-Issue 2。

需要注意的是:可靠性试验的所有加载条件(温度,电压等)需要应用方—客户代表进行拉通对齐。

 

光电子器件可靠性认证与评估标准GR-468-CORE-Issue2

图2

 

三、可靠性结果评价

 

    近年来,统计分析在制造行业获得推崇与应用,催生了六西格玛法则,DOE,SPC等一系列概念。概率、方差分析与相关性分析的引入可以大大缩短制造周期与成本。同理,为降低可靠性试验周期与成本,概率分析被应用于可靠性评估。

 

试验样品与置信度

     根据GR468,不同置信度水平,器件应力测试对样品量需求不同。表1展示了不同LTPD(容许缺陷度,与置信度相反)对应的取样数量与允许失效数目。以高温带电老化试验为例,如果试验结果达到80%置信度(20% LTPD),我们至少需要11个样品且试验结果为0失效;或者18个样品存在1个失效。如不能满足,可靠性认证试验宣告失败。

     根据经验,光电子芯片类一般要求90%的置信度,即22个样品有0失效,38个允许1个失效;光电子器件或模块一般要求80%置信度,即11个样品有0个失效,18个允许有1个失效。

表1

光电子器件可靠性认证与评估标准GR-468-CORE-Issue2

 

工作寿命与失效率

      一般电信级应用要求光器件的工作寿命是20年,二十年累积失效率:<100Fits。加速老化试验,是通过提高应力,用2000Hr的试验结果推算器件的工作寿命。然后选择恰当的概率分布去计算器件的失效率。

这其中涉及两个模型,一个是针对单个器件性能退化的寿命外推模型,一个是针对于所有器件的累积失效的概率分布模型。推算寿命与失效率时,两个模型的选择非常重要。针对这两个模型以及后面失效率具体计算方法有机会再详细介绍,这里不做赘述。

 

光电子器件可靠性认证与评估标准GR-468-CORE-Issue2

    MTBF(平均故障间隔)与FR(失效率)是评估器件故障率的两个指标。这两个参数是紧密相关的。从客户角度,一般会选择失效率作为出厂指标。失效率的常用单位是Fit(1Fit 指10^9h 内,出现一次故障)。

      产品生命周期内有两种失效模式:wear-out失效以及random失效。两种失效模式的表现形式有所不同,其对应概率分布函数也不相同。wear-out累积失效率指的是器件性能随时间累积的逐步退化,与样本量多少没有强相关;而random的累积失效率一般包含60% &90%两个置信度,与时间累积没有关联性,其计算结果与样本量*老化时间以及器件失效数量强相关,因此计算random FR 需要投入大量的样本进行试验。一般情况下,产品发货前,这两个失效率的结果都需要反馈给客户。表2为产品可靠性报告中需呈现的失效率表格(来自GR468标准)。

表2

光电子器件可靠性认证与评估标准GR-468-CORE-Issue2

 

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来源:可靠性知识

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