杨绸绸　戴智丽　王连进

摘 要：该文研究了高温加速寿命试验在激光器管芯可靠性分析中的应用，给出了加速老化试验的试验方法、基本概念和流程，并结合试验数据研究了高温加速寿命试验对激光器管芯的可靠性影响以及对激光器管芯寿命的预测，为在实际应用中使用高温加速寿命试验节省时间，为提高管芯可靠性提供技术支持。

关键词：激光器管芯 高温加速寿命试验 可靠性 寿命

中图分类号：TN248 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（a）-0077-01

1 可靠性分析基本理论

随着市场经济和科学技术的发展，设计和制造水平的不断提高，各个领域的设备和产品不断朝着高性能和高可靠性方向发展，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。产品的可靠性越高，寿命越长，在相对短期内几乎不可能失效，因此很难获得失效数据。这些情况的出现给可靠性分析带来了一些问题，由于无法得到足够的失效数据，这使得基于失效数据分析的传统可靠性分析方法很难使用或分析结果与实际应用偏差较大。

产品的高温加速寿命试验数据包括很多的可靠性信息，通过产品的加速寿命试验进行可靠性分析可以在很大程度上节省时间和费用。也可以解决可靠性高、寿命比较长的产品可靠性评估问题。本文以激光器管芯高温加速寿命为例，对高温加速寿命试验的一般概念和激光器管芯的可靠性进行了探讨，并对激光器管芯的可靠性进行了分析预测。

2 可靠性指标

产品的可靠性有好几种标准衡量，有定量的，也有定性，有时要用好几种指标去衡量一种产品的可靠性，但最主要的指标有：可靠度、失效率、平均无故障工作时间（MTBF）等。对电子产品而言，产品失效一般符合浴盆曲线分布，即产品失效分为早期失效阶段、中期稳定失效阶段和后期失效阶段。早期失效，由于少数产品在制作后存在运输、调试等问题，产品有比较明显的缺陷，在投入使用的最初期，这缺陷很快就暴露出来了，随着时间的增长，这些明显的缺陷越来越少，也就形成了失效率迅速下降的现象；中期稳定阶段，产品的失效稳定在一个比较低的水平，当少数产品的明显缺陷暴露出来后，剩下的就是正常产品，这部分产品可以稳定、持久的工作，所以失效率稳定在一个较低水平；后期失效阶段，这段时间，产品的失效率迅速上升，后期产品经过长时间的工作、磨损和老化，慢慢接近寿命终点，随着时间的增加，到达寿命终点的产品越来越多，失效率也就随之上升。

3 激光器管芯的特性

激光器管芯的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高半导体激光器的内、外部量子效率。

管芯顶部包封的环氧树脂有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。

4 高温加速寿命试验的理论依据和试验方案

4.1 高温加速寿命试验的理论依据

半导体器件等电子元器件在使用或储存过程中，总存在着某种比较缓慢的物理化学变化。当这一物理化学变化过程发展到一定阶段时，器件的外观个性和功能就逐步变化，最终导致特性的退化和功能的完全丧失，即失效。器件的失效大多是由于器件表面状态的变化和体内、金属化系统等的物理化学变化造成的。例如，由于PN结附近有杂质离子或其他沾污形成导电沟道，使器件反向漏电流变大、击穿电压下降；由于湿气或其他有害气体侵入管壳内产生化学腐蚀等，这些变化实质上都是物理化学变化过程。它们的变化过程跟温度有密切关系。当温度升高以后，这些物理变化过程大大加快，器件的失效过程被加速，这就是加速老化试验的理论依据。

高温加速寿命试验就是用加大应力的方法促使样品在短时期内失效，从而预测激光器管芯在正常储存条件或工作条件下的可靠性，这样就可以在较短时间内通过少量样品的高应力试验，推算出产品在正常应力下的可靠性水平，以供用户设计时参考，或作为工艺对比及合理制定筛选条件和例行试验规范的依据。同时，结合失效分析，还可以随时了解造成产品不可靠的主要因素，并迅速反馈到有关设计或制造部门加以改进及纠正。因此，高温加速寿命试验不仅节省了人力、物力和时间，并且结合失效分析技术已发展成为控制、提高激光器管芯可靠性的一种行之有效的好办法。高温加速寿命试验所加的应力有温度、功率、电压、电流等应力，本文主要研究对激光器管芯在温度和电流条件下的高温加速寿命试验以及对激光器管芯可靠性的探讨。

4.2 激光器管芯的高温加速寿命试验

激光器管芯的高温加速寿命试验数据显示，依据产品的寿命周期曲线，有些产品会出现失效。在驱动电流相同时，温度越高，时间越长，器件的光功率下降越快，阈值电流上升越快，失效的样品数量越多，因此通过加大应力的方法促使样品在短时期内失效，从而预测激光器管芯在正常储存条件或工作条件下的可靠性。通常在高温加速寿命试验中很少有器件在试验过程中短时间会实际超过寿命终止阈值。

5 激光器管芯的可靠性分析

通过对激光器管芯进行的可靠性试验来看，环境应力对管芯性能参数影响较大，通常在试验过程中选定的参数要定期检测直到退化超过寿命终止阈值即失效判据或规定的小时数已经达到。通常在试验结束时没有失效的器件所反映出来的任何性能参数退化都可以用来作为寿命终止终止阈值试验的估计。这些估计的时间可以用于管芯可靠性的各种相关计算。从而对激光器管芯的可靠性进行预测。

参考文献

[1] 顾瑛.可靠性工程数学.2004.

[2] 刘明治.可靠性试验.2004.

[3] Telcordia Technologies Generic Requirements GR-468-CORE Issue 2，September 2004.

[4] 微电子器件试验方法和程序MIL-STD-883D.电子工业部标准化所，1991.

[5] 赵建印，孙权，彭宝华，等.基于加速退化试验数据的可靠性分析[J].电子质量，2005（7）.

[6] 周进.军用真空光电器件的可靠性要求及其管理[J].电子质量，1994（6）.

[7] 黄章勇.光纤通信用光电子器件与组件[M].北京邮电大学出版社，2003.

[8] 许少辉，王文双，陈波.通信网络用光电器件的可靠性强化试验[J].电子产业可靠性与环境试验，2005（S1）.endprint