電子器件可靠性評估是指對電子器件產(chǎn)品、半成品或模擬樣片(各種測試結(jié)構(gòu)圖形)，通過各種可靠性評價方法，如可靠性試驗、加速壽命試驗和快速評價技術(shù)等，并運用數(shù)理統(tǒng)計工具和有關(guān)模擬仿真軟件來評定其壽命、失效率或可靠性質(zhì)量等級。

不同領(lǐng)域的電子器件可能采用的可靠性標準不一樣，本文分享被光電子器件行業(yè)廣泛采納的可靠性標準 GR-468-CORE-Issue2，了解一下標準中關(guān)于光電子器件可靠性認證與評估相關(guān)知識內(nèi)容。

 一、可靠性認證項目

圖一顯示了GR468中提到可靠性認證的六個基本項目，這些項目除器件可靠性驗證外，其他五項均與生產(chǎn)的標準化作業(yè)直接相關(guān)，目的是通過制程控制來保障產(chǎn)品可靠性。這與精益六西格瑪原則中的控制理念異曲同工。圖1分別對這六個項目所涉及到的主要內(nèi)容進行了說明。

圖1

在可靠性認證六個基本項目中，如要高質(zhì)量地去執(zhí)行它們，有3個關(guān)鍵點需要特別注意：

（1）穩(wěn)定的工藝參數(shù)：根據(jù)以往經(jīng)驗，絕大多數(shù)的失效案例與制造工藝直接相關(guān)；設(shè)備的遷移，工藝參數(shù)的微調(diào)均需要通過試驗來驗證可靠性。成熟、穩(wěn)定工藝是產(chǎn)品可靠性重要保障。

（2）可信任的測試系統(tǒng)：測試是攔截失效品的有效途徑，因此，測試系統(tǒng)的置信度非常關(guān)鍵。測試系統(tǒng)是否可靠需要經(jīng)過GR&R（重復(fù)性與再現(xiàn)性）試驗檢驗，且測試系統(tǒng)投入生產(chǎn)后需堅決執(zhí)行金樣監(jiān)控與過程控制。

（3）有效且無損的篩選：偶爾存在某些失效，我們在工藝或測試中沒有辦法去控制或攔截它，即便我們清楚其根因。這需要制定更加有效的篩選策略——加大應(yīng)力，加速失效品損耗（如溫循或老化）。同時，我們需要通過可靠性試驗去認真評估該策略的有效性（失效樣品）與非破壞性（正常樣品）。

二、可靠性試驗項目

上述六個項目中，器件可靠性驗證是最重要的一個項目，而可靠性試驗是器件可靠性驗證項目的必要手段。GR468對光電子器件可靠性試驗的執(zhí)行程序與主要項目（測試項，試驗條件，樣本量等）進行了說明。基于實踐，我們對可靠性試驗的執(zhí)行程序與試驗項目進行了歸納整理（請見圖2）。更詳細內(nèi)容，請參考GR-468-CORE-Issue 2。

需要注意的是：可靠性試驗的所有加載條件（溫度，電壓等）需要應(yīng)用方—客戶代表進行拉通對齊。

圖2

三、可靠性結(jié)果評價

近年來，統(tǒng)計分析在制造行業(yè)獲得推崇與應(yīng)用，催生了六西格瑪法則，DOE，SPC等一系列概念。概率、方差分析與相關(guān)性分析的引入可以大大縮短制造周期與成本。同理，為降低可靠性試驗周期與成本，概率分析被應(yīng)用于可靠性評估。

試驗樣品與置信度

根據(jù)GR468，不同置信度水平，器件應(yīng)力測試對樣品量需求不同。表1展示了不同LTPD（容許缺陷度，與置信度相反）對應(yīng)的取樣數(shù)量與允許失效數(shù)目。以高溫帶電老化試驗為例，如果試驗結(jié)果達到80%置信度（20% LTPD），我們至少需要11個樣品且試驗結(jié)果為0失效；或者18個樣品存在1個失效。如不能滿足，可靠性認證試驗宣告失敗。

根據(jù)經(jīng)驗，光電子芯片類一般要求90%的置信度，即22個樣品有0失效，38個允許1個失效；光電子器件或模塊一般要求80%置信度，即11個樣品有0個失效，18個允許有1個失效。

表1

工作壽命與失效率

一般電信級應(yīng)用要求光器件的工作壽命是20年，二十年累積失效率：<100Fits。加速老化試驗，是通過提高應(yīng)力，用2000Hr的試驗結(jié)果推算器件的工作壽命。然后選擇恰當?shù)母怕史植既ビ嬎闫骷氖省?/span>

這其中涉及兩個模型，一個是針對單個器件性能退化的壽命外推模型，一個是針對于所有器件的累積失效的概率分布模型。推算壽命與失效率時，兩個模型的選擇非常重要。針對這兩個模型以及后面失效率具體計算方法有機會再詳細介紹，這里不做贅述。

MTBF（平均故障間隔）與FR（失效率）是評估器件故障率的兩個指標。這兩個參數(shù)是緊密相關(guān)的。從客戶角度，一般會選擇失效率作為出廠指標。失效率的常用單位是Fit（1Fit 指10^9h 內(nèi)，出現(xiàn)一次故障）。

產(chǎn)品生命周期內(nèi)有兩種失效模式：wear-out失效以及random失效。兩種失效模式的表現(xiàn)形式有所不同，其對應(yīng)概率分布函數(shù)也不相同。wear-out累積失效率指的是器件性能隨時間累積的逐步退化，與樣本量多少沒有強相關(guān)；而random的累積失效率一般包含60% &90%兩個置信度，與時間累積沒有關(guān)聯(lián)性，其計算結(jié)果與樣本量*老化時間以及器件失效數(shù)量強相關(guān)，因此計算random FR 需要投入大量的樣本進行試驗。一般情況下，產(chǎn)品發(fā)貨前，這兩個失效率的結(jié)果都需要反饋給客戶。表2為產(chǎn)品可靠性報告中需呈現(xiàn)的失效率表格（來自GR468標準）。

表2