《硅光電倍增管可靠性評(píng)估方法》

ICS31.080

CCSL54

ZOIA

中關(guān)村光電產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/XXXXXXX—XXXX

硅光電倍增管可靠性評(píng)估方法

Reliabilityevaluationmethodforsiliconphotomultiplier

（工作組討論稿）

（2023.11.21）

在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村光電產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布

T/XXXXXXX—XXXX

硅光電倍增管可靠性評(píng)估方法

1范圍

本文件界定了硅光電倍增管（SiliconPhotomultiplier,SiPM）的術(shù)語、定義、可靠性評(píng)定的一般要求

和試驗(yàn)方法。

本文件適用于硅光電倍增管的可靠性評(píng)估，其他類型的雪崩器件可參照?qǐng)?zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T4937.4-2012半導(dǎo)體器件.機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法.第4部分：強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)（HAST）

GB/T4937.13-2012半導(dǎo)體器件.機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法.第13部分：鹽霧

GB/T11499-2001半導(dǎo)體分立器件文字符號(hào)

GB/T19001-2016質(zhì)量管理體系要求

GB/T21194-2007通信設(shè)備用的光電子器件的可靠性通用要求

GB/T33768-2017通信用光電子器件可靠性試驗(yàn)方法

3術(shù)語和定義

GB/T11499-2001和GB/T33768-2017界定的以及下列術(shù)語、定義適用于本文件。

試樣specimen

用作可靠性試驗(yàn)的待測(cè)硅光電倍增管樣品。

反向擊穿電壓reversebreakdownvoltage

VBR

暗環(huán)境下，通過試樣的反向電流驟然增加對(duì)應(yīng)的電壓。

過偏壓Overvoltage

Vov

高于反向擊穿電壓以上的電壓。

暗電流darkcurrent

ID

無光照并在試樣兩端施加規(guī)定的反向偏置電壓時(shí)，通過試樣的電流。

暗計(jì)數(shù)率darkcountrate

DCR

暗環(huán)境下，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的雪崩事件數(shù)。

可靠性reliability

試樣在規(guī)定條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

可靠性試驗(yàn)reliabilitytest

1

T/XXXXXXX—XXXX

對(duì)試樣進(jìn)行可靠性調(diào)查、分析和評(píng)價(jià)的一種手段，為故障分析、判斷產(chǎn)品是否達(dá)到指標(biāo)要求等提供

依據(jù)。

3.8

失效failure

試樣在規(guī)定條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)喪失規(guī)定功能的能力時(shí)，稱為失效。

3.9

失效判據(jù)failurecriteria

判定試樣失效的依據(jù)。

4一般要求

試驗(yàn)類型

試驗(yàn)類型包括：光電特性試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)、校準(zhǔn)和調(diào)控應(yīng)符合GB/T19001的相關(guān)規(guī)定。

試驗(yàn)環(huán)境

除非另有規(guī)定，所有試驗(yàn)應(yīng)在下列標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的環(huán)境中進(jìn)行：

a)溫度：15℃～35℃；

b)相對(duì)濕度：45%～75%；

c)大氣壓力：86kPa～106kPa。

注：若另有規(guī)定，可在試驗(yàn)報(bào)告上注明試驗(yàn)環(huán)境條件。

5光電性能測(cè)試方法

暗電流

測(cè)試原理圖見圖1。

暗室

電壓電流表試樣

圖1暗電流測(cè)試原理圖

5.1.1測(cè)試步驟

測(cè)試步驟如下：

a)按圖1連接測(cè)試系統(tǒng)；

b)設(shè)置施加在試樣兩端的反向偏置電壓掃描范圍，并記錄電流值，即為暗電流。

5.1.2規(guī)定條件：

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測(cè)試溫度；

b)反向偏置電壓。

暗計(jì)數(shù)率

測(cè)試原理圖見圖2。

暗室

穩(wěn)壓源試樣放大電路示波器

圖2暗計(jì)數(shù)率測(cè)試原理圖

5.2.1測(cè)試步驟

2

T/XXXXXXX—XXXX

測(cè)試步驟如下：

a)按圖2連接測(cè)試系統(tǒng)；

b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，在試樣兩端施加規(guī)定反向偏置電壓；

c)測(cè)試時(shí)間T0內(nèi)高于規(guī)定閾值的脈沖計(jì)數(shù)Nd；

d)按公式（1）得到試樣在規(guī)定反向偏置電壓下的暗計(jì)數(shù)率DCR。

?

???=d（1）

?0

5.2.2規(guī)定條件：

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測(cè)試溫度；

b)反向偏置電壓；

c)規(guī)定閾值一般為0.5pe（photonequivalent），即1個(gè)光子引發(fā)雪崩脈沖幅度的0.5倍。

6詳細(xì)要求

光電特性試驗(yàn)

6.1.1光電性能測(cè)試

6.1.1.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

確定在規(guī)定的工作電壓與溫度下試樣是否滿足規(guī)定的光電性能指標(biāo)。

6.1.1.2設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備和要求如下：

a)電壓電流表、光源、衰減器、示波器、光功率計(jì)、讀出電路等；

b)試驗(yàn)條件下能夠監(jiān)視試驗(yàn)溫度、電壓、電流、輸出波形的裝置；

c)能使試樣引出端有可靠的光電連接的光電插座和其他安裝形式。

6.1.1.3試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件如下：

a)環(huán)境溫度：15℃～35℃；

b)相對(duì)濕度：25%～75%；

c)氣壓：86kPa～106kPa

d)測(cè)試環(huán)境應(yīng)無影響測(cè)量準(zhǔn)確度的機(jī)械振動(dòng)、靜電、電磁等干擾；

e)測(cè)試系統(tǒng)要有足夠測(cè)量預(yù)熱時(shí)間，試樣的全部光電參數(shù)應(yīng)在熱平衡下進(jìn)行；

f)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)接地良好，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；

g)測(cè)試室應(yīng)具有光屏蔽條件，以避免環(huán)境光對(duì)試樣性能的影響。

6.1.1.4試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟如下：

a)搭建測(cè)試系統(tǒng)，并分別施加所規(guī)定的偏置電壓；

b)當(dāng)試樣達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)溫度后進(jìn)行暗電流和暗計(jì)數(shù)的光電性能測(cè)試，記錄對(duì)應(yīng)的溫度、偏置電

壓及光電性能測(cè)試數(shù)據(jù)。

6.1.1.5檢測(cè)

光電性能測(cè)試方法按照本文件5.1-5.2規(guī)定的條件和要求。

6.1.1.6失效判據(jù)

試樣偏離標(biāo)準(zhǔn)硅光電倍增管的光電性能測(cè)試結(jié)果，出現(xiàn)下列情況之一判為失效：

a)暗電流不小于1μA；

b)暗計(jì)數(shù)率增加量大于1個(gè)數(shù)量級(jí)；

外部目檢

6.2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

檢測(cè)封裝的試樣的工藝質(zhì)量，也可以用來檢驗(yàn)在試驗(yàn)過程中可能引起的損壞，用于對(duì)比試樣試驗(yàn)前

后的外部檢查。

6.2.2設(shè)備

具有合適放大倍數(shù)并具有較大可見視場(chǎng)的光學(xué)儀器。

3

T/XXXXXXX—XXXX

6.2.3試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件如下：

a)器件表面：采用1.5倍～10倍顯微鏡；

b)器件密封處：采用10倍～1000倍顯微鏡；

c)其他：采用5倍～1000倍顯微鏡。

6.2.4檢測(cè)

在1.5倍～10倍的顯微鏡下對(duì)試樣表面進(jìn)行檢查，器件密封處應(yīng)在10倍～1000倍的顯微鏡下檢

查，其他外部檢查應(yīng)在5倍～1000倍的顯微鏡下進(jìn)行。

6.2.5失效判據(jù)

失效判據(jù)的信息見GB/T33768-20175.1.3.6。

機(jī)械試驗(yàn)

6.3.1機(jī)械沖擊

6.3.1.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

器件在使用、運(yùn)輸?shù)冗^程中不可避免地受到?jīng)_擊、碰撞等機(jī)械沖擊作用，該試驗(yàn)用以評(píng)估試樣在該

作用下的結(jié)構(gòu)和功能的承受能力和穩(wěn)定性。

6.3.1.2設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備的信息見GB/T33768-20175.2.1.2。

6.3.1.3試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件的信息見GB/T33768-20175.2.1.3。

6.3.1.4試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟的信息見GB/T33768-20175.2.1.4。

6.3.1.5檢測(cè)

檢測(cè)步驟如下：

a)試驗(yàn)結(jié)束后，按照本文件6.2完成目檢；

b)按照本文件5.1-5.2規(guī)定的條件和要求完成光電性能測(cè)試。

6.3.1.6失效判據(jù)

當(dāng)出現(xiàn)本文件6.1.1.6和6.2.5和中的任意情況時(shí)視為失效。

6.3.2變頻振動(dòng)

6.3.2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

確定在規(guī)定頻率范圍內(nèi)振動(dòng)對(duì)試樣的影響。

6.3.2.2設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備和要求如下：

a)能產(chǎn)生規(guī)定強(qiáng)度和所需掃頻的振動(dòng)裝置；

b)電壓電流表、光源、衰減器、示波器、光功率計(jì)、測(cè)試電路板、顯微鏡等。

6.3.2.3試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件的信息見GB/T33768-20175.2.2.3。

6.3.2.4試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟的信息見GB/T33768-20175.2.2.4。

6.3.2.5檢測(cè)步驟

檢測(cè)步驟如下：

a)試驗(yàn)結(jié)束后，按照本文件6.2完成目檢；

b)按照本文件5.1-5.2規(guī)定的條件和要求完成光電性能測(cè)試。

6.3.2.6失效判據(jù)

當(dāng)出現(xiàn)本文件6.1.1.6和6.2.5中的任意情況時(shí)視為失效。

環(huán)境試驗(yàn)

6.4.1溫度循環(huán)

6.4.1.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

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T/XXXXXXX—XXXX

確定試樣承受高溫和低溫的能力，以及高溫和低溫交替變化對(duì)硅光電倍增管的影響，保證器件封裝

和芯片長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

6.4.1.2設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備的信息見GB/T33768-20175.3.3。

6.4.1.3試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件如下：

a)循環(huán)溫度：-40℃～+125℃；

b)循環(huán)次數(shù)按GB/T33768-20175.3.3描述應(yīng)為500次（非受控環(huán)境），或100次（受控環(huán)境）,

其中的GB/T33768-2017為規(guī)范性引用的文件。；

c)升降溫速率按GB/T33768-20175.3.3描述應(yīng)不小于10℃/分鐘，其中的GB/T33768-2017

為規(guī)范性引用的文件。

d)高低溫保持時(shí)間：不少于10分鐘。

6.4.1.4試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟的信息見GB/T33768-20175.3。

6.4.1.5檢測(cè)

檢測(cè)步驟如下：

a)試驗(yàn)結(jié)束后，按照本文件6.2完成目檢；

b)按照本文件5.1-5.2規(guī)定的條件和要求完成光電性能測(cè)試。

6.4.1.6失效判據(jù)

當(dāng)出現(xiàn)本文件6.1.1.6和6.2.5中的任意情況時(shí)視為失效。

6.4.2強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)

6.4.2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

評(píng)估試樣承受溫度、濕度、偏壓等應(yīng)力的能力，保證器件封裝和芯片長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

6.4.2.2設(shè)備

能連續(xù)保持規(guī)定的溫度和相對(duì)濕度的壓力容器，同時(shí)提供電連接，試驗(yàn)時(shí)給器件施加規(guī)定的偏置條

件。

6.4.2.3試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件的信息見GB/T4937.4-20124.1。

6.4.2.4試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟如下：

a)試驗(yàn)前在規(guī)定的溫度下完成試樣光電特性測(cè)試；

b)其余試驗(yàn)步驟的信息見GB/T4937.4-20125

6.4.2.5檢測(cè)

檢測(cè)步驟如下：

a)試驗(yàn)結(jié)束后，按照本文件6.2完成目檢；

b)按照本文件5.1-5.2規(guī)定的條件和要求完成光電性能測(cè)試。

6.4.2.6失效判據(jù)

當(dāng)出現(xiàn)本文件6.1.1.6和6.2.5中的任意情況時(shí)視為失效。

6.4.3鹽霧

6.4.3.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本試驗(yàn)是為了模擬海濱大氣對(duì)試樣影響的一個(gè)加速的試驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)。

6.4.3.2設(shè)備

可以保持鹽霧均勻分布的試驗(yàn)箱，且內(nèi)有固定試樣的裝置。試驗(yàn)箱不與鹽霧發(fā)生作用。

6.4.3.3試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件如下：

a)溫度：35℃±3℃；

b)試驗(yàn)時(shí)間按GB/T4937.13-20124.2描述應(yīng)為24±2小時(shí)，其中的GB/TGB/T4937.13-2012

為規(guī)范性引用的文件；

5

T/XXXXXXX—XXXX

c)鹽沉淀速率：20～50g/(m2·d)。

6.4.3.4試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟如下：

a)試驗(yàn)前完成試樣光電特性測(cè)試；

b)其余試驗(yàn)步驟的信息見GB/T4937.13-20124。

6.4.3.5檢測(cè)

檢測(cè)步驟如下：

a)試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)立即用流動(dòng)的去離子水（水溫不超過38℃）至少?zèng)_洗試樣5分鐘，以便除去

試樣表面沉淀的鹽，然后用空氣或惰性氣體吹干；

b)按照本文件6.2完成目檢；

c)按照本文件5.1-5.2規(guī)定的條件和要求完成光電性能測(cè)試。

6.4.3.6失效判據(jù)

當(dāng)出現(xiàn)本文件6.1.1.6和6.2.5中的任意情況時(shí)視為失效。

6.4.4高溫壽命

6.4.4.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

確定硅光電倍增管高溫加速老化失效機(jī)理和工作