激光芯片的可靠性是什么?如何做AR面?

激光芯片的可靠性是一项十分关键的指标,无论是小功率的激光笔还是要求较高的激光通信芯片,都需要进行芯片的老化和可靠性的测试。相比于传统的电子类的芯片,激光的测试比较复杂,牵涉到光、电的测量,也要考虑封装形式的区别。在通信产业有专门针对激光器测试的Telcordia测试标准。

与传统电子芯片相比,激光测试更加复杂,涉及光学和电学测量,还必须考虑封装形式的差异。 老化测试是检测芯片的一种手段。 在研发初期,通过芯片老化测试还可以获得很多芯片质量信息,并且可以发现一些早期的工艺问题。

我们知道,激光芯片的测量一般依赖于LIV数据,如下图:

激光芯片的可靠性是什么?如何做AR面?

激光的光电参数受热影响很大。

激光芯片的可靠性是什么?如何做AR面?

如上图所示,随着温度升高,芯片的阈值电流增大。

激光芯片的可靠性是什么?如何做AR面?

通常芯片晶圆完成后,必须先进行晶圆级检测。 此时,由于无法测试侧面发光,因此一般不进行通电检查。

只需检查芯片的外观和一些关键尺寸即可。

第二步分割成条后,即可初步测试发光情况。 由于没有特定的发光面和反射面,因此并不是完全正确的激光模式。 可以简单地认为两端的发光功率相同。

第三步,对AR面和HR面进行镀膜,然后进行Bar测试。 测试后,可将其分割成单独的芯片颗粒。

烧机只能在芯片封装完成后进行,比如To9封装。

芯片的寿命可以通过阿伦尼乌斯方程来确定:阿伦尼乌斯方程是一个化学术语,是瑞典阿伦尼乌斯创建的化学反应速率常数与温度变化关系的经验公式。

激光芯片的可靠性是什么?如何做AR面?

适合的激光芯片是:

激光芯片的可靠性是什么?如何做AR面?

激光芯片的可靠性是什么?如何做AR面?

如上图所示,同样的Ea=0.7eV的激光器在20℃室温下的寿命为10万小时,但在70℃下只有2300小时。

封装芯片的寿命测试一般需要1000小时的老化,甚至更长。 在通信行业,有专门针对激光测试的Telcordia测试标准。

加速老化是通过高温、大注入电流或更高光输出功率进行快速测试的手段。 高温是常用的方向。

常用的老化测试模式有以下三种:

1)恒流模式,在老化过程中,提供ACC(自动电流控制)模式,即恒流。

2)恒功率模式,也称为APC(自动功率控制),发出的光的光功率保持恒定(通过​​调节电流供给)。 Power模式常用于老化测试,因为它更接近实际应用场景。

3)定期测试。 将激光器置于100℃环境中,并定期取出进行测量。

在激光器实际老化项目中,如果采用定期测试,外部影响因素很多,主要是温度不稳定、设备测控不稳定、设备可靠性和断电等。 温度控制困难的原因之一是激光器的自热。 即使采用To-can封装紧密封装在外露的铝制散热器上,激光器也具有5~10C/W的热阻。 如果激光器工作在100mA和1.8V,激光器内部和散热器之间可能存在1.5°C的温差。

此外,激光器在给定电流下对温度非常敏感,即使散热器仅0.1℃的波动也会导致输出光功率出现噪声。 而且,用于测量的外部光电二极管也会受到温度的影响,得到不同的光功率数据,因此其温度也需要控制。

激光生命周期研究需要精确测量激光工作参数的变化,甚至是数千小时内几个百分点的变化。 因此,测试设备的稳定性必须在1000小时内达到0.1%。

激光芯片的可靠性是什么?如何做AR面?

上图是16颗DFB激光器在APC模式下75℃下1000小时的测试结果。

通常在测试开始前几百小时老化速度最快,然后有稳定的线性老化特性。 每个激光器的使用寿命在线性区域内呈一条直线。 因此可以推断出预定电流下的使用寿命。

例如,电流变化20%视为使用寿命终止。 75°C 下的使用寿命估计范围为 360 小时至 16,450 小时。 这些数据经过威布尔概率分布,得出领带寿命为 2,200 小时。

上图在930小时处直线下降,这是老化系统突然断电造成的。 后续上电后,图形可以继续运行,说明老化可以中断,但尽量不要插拔,laser2在500到800小时之间可以观察到读数不稳定。 这也是老化测试中常见的现象。 这与测试硬件和技术有关。 不要太关注它。 当侧面摇晃时,它可能会跳跃。

老化是激光产品筛选中的一个重要过程,筛选出那些寿命可能较短的产品,使剩余的大量激光器具有令人满意的、可接受的可靠性。 由于时效影响生产成本和时间,一般时效时间小于100小时。

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更详细的可靠性测试条件,可以参考GR标准:GR–468–CORE

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