光模塊的使用壽命

    國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，7x24小時(shí)不間斷工作5萬(wàn)小時(shí)（相當(dāng)于5年）。

    光模塊故障原因

    1． 光口污染和損傷

    光模塊的光口收到污染和損傷，導(dǎo)致光鏈路損耗加大，以至于光纖鏈路不通。光口長(zhǎng)期暴露在環(huán)境中致使灰塵進(jìn)入而受污染、模塊連接的光纖端面被污染導(dǎo)致光口污染以及尾纖的光接頭端面使用不當(dāng)被損這三種情況都會(huì)使光受到污染

    2． ESD 損傷

    光模塊受到ESD損傷，即『靜電放電』或者『靜電擊穿』。靜電會(huì)引起灰塵吸附，改變線路間的阻抗，影響SFP光模塊的功能與壽命。ESD是不可避免，一個(gè)非常快的過(guò)程，ESD可以產(chǎn)生幾十Kv/m甚至更大的強(qiáng)電磁脈沖。

    可以粗略的認(rèn)為原因一是緩慢的，有跡可循的一個(gè)過(guò)程，原因二是突發(fā)的故障，不可預(yù)測(cè)。

    光模塊的三種失效率預(yù)計(jì)方法

    基本概念

    平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBF）———可維修性產(chǎn)品(模塊級(jí)及以上)

    平均無(wú)故障時(shí)間（MTTF）———不可維修性產(chǎn)品（模塊級(jí)以下）

    失效率：產(chǎn)品在工作t時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)，失效的產(chǎn)品數(shù)相對(duì)于t時(shí)刻還在工作的產(chǎn)品數(shù)發(fā)生失效的概率（是個(gè)瞬時(shí)量，反映失效的快慢）

    失效率的單位：h-1 、fit 、 %/1000h 。(1fit=1×10-9/h=1×10-6/1000h)

    物理意義：1個(gè)非特所表示的物理意義是10億個(gè)產(chǎn)品，在1小時(shí)內(nèi)只允許有一個(gè)產(chǎn)品失效/千小時(shí)只允許百萬(wàn)分之一的失效概率

    失效率預(yù)計(jì)

    關(guān)于壽命/失效率的計(jì)算實(shí)際上是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，需要借助多組，多應(yīng)力，大數(shù)量的樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)或高頻的監(jiān)控，獲取大量的數(shù)據(jù)。排除因?yàn)槿魏畏钱a(chǎn)品特性引起的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算而得到。

    數(shù)據(jù)的截止點(diǎn)可采取定時(shí)/定數(shù)結(jié)尾來(lái)確定，對(duì)于其中的失效樣品進(jìn)行失效分析，確定屬于正常退化失效，還是異常引起的失效，從而確定失效樣品的數(shù)據(jù)是否可用于壽命計(jì)算。

    對(duì)于還未失效的樣品會(huì)采用一些數(shù)據(jù)工具來(lái)進(jìn)行失效時(shí)間的推算，然后對(duì)該批數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，以確定該產(chǎn)品的退化符合那種函數(shù)。計(jì)算出函數(shù)的關(guān)鍵常數(shù)，用于該類(lèi)產(chǎn)品的失效率/壽命計(jì)算

    （1）設(shè)計(jì)初期的預(yù)計(jì)

    這種方法最早來(lái)源于美國(guó)軍工領(lǐng)域，后來(lái)光通信領(lǐng)域也有了自己的標(biāo)準(zhǔn)，就是最早介紹的Telcordia出品的SR-332。

    這種方法主要是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的元器件選型方案計(jì)算（或者用計(jì)算結(jié)果反向引導(dǎo)器件選型），通過(guò)這些元器件fit值和使用數(shù)量，以及這些元器件的環(huán)境因子，質(zhì)量因子，應(yīng)力因子進(jìn)行修正，最后統(tǒng)計(jì)出在具體某一環(huán)境下的失效率。元器件的fit值可以用后面介紹的2種方法預(yù)計(jì)得到，或者是標(biāo)準(zhǔn)給出的經(jīng)驗(yàn)值。

    （2）產(chǎn)品定型時(shí)的試驗(yàn)方法預(yù)計(jì)

    這種方法是產(chǎn)品已經(jīng)定型，通過(guò)壽命試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行推算，本方法認(rèn)定產(chǎn)品壽命符合指數(shù)模型，套用阿倫紐斯公式進(jìn)行計(jì)算。其中根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到樣品數(shù)量，試驗(yàn)時(shí)間，應(yīng)力，失效數(shù)，加速因子等進(jìn)行計(jì)算，其中加速因子可用標(biāo)準(zhǔn)中的推薦者，也可通過(guò)2-3種樣品在不同應(yīng)力下的數(shù)據(jù)推算得到（原理是2點(diǎn)定線或者3點(diǎn)擬合一條線，斜率就是加速因子）。

    另外行業(yè)中還有一種根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)溫度和加速因子，預(yù)計(jì)得到需要溫度下的可使用時(shí)間的做法推算產(chǎn)品壽命，這種做法確定從表面看是符合邏輯的，但是壽命預(yù)計(jì)都是基于統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算的，而該方法完全忽略的統(tǒng)計(jì)的概念，因此計(jì)算不嚴(yán)謹(jǐn)。

    （3）市場(chǎng)應(yīng)用時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)

    這種方法與設(shè)計(jì)方案，試驗(yàn)數(shù)據(jù)都無(wú)關(guān)，市面上有兩種計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果差距不大，通過(guò)目的產(chǎn)品和享受產(chǎn)品在市場(chǎng)上的失效情況進(jìn)行預(yù)計(jì)。

    一種是需要公司對(duì)于發(fā)貨產(chǎn)品的日期，數(shù)量，失效情況有詳細(xì)記錄，去掉批次性失效和非失效引起的退貨。用統(tǒng)計(jì)時(shí)的所有失效數(shù)量和具體的使用時(shí)間的乘積統(tǒng)計(jì)值作為分子，乘以10^9后處于總發(fā)貨產(chǎn)品的使用時(shí)間和，就可以達(dá)到失效率

    另外一種是如果對(duì)于失效樣品的使用時(shí)間不太確定，可以根據(jù)一個(gè)gamma卡方常數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，用失效樣品數(shù)，乘以卡方常數(shù)和10^9，除以總發(fā)貨產(chǎn)品的使用時(shí)間和，也可以得到失效率，同時(shí)卡方常數(shù)還可以根據(jù)置信度選擇經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

    可靠性分析

    可靠性的定義是“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力”。“規(guī)定的條件”是指產(chǎn)品所處的使用環(huán)境與維護(hù)條件。對(duì)于電子元器件“規(guī)定的條件”主要是指使用時(shí)的工作條件（如使用的電壓、電流和功率等）、環(huán)境條件（如溫度、濕度和氣壓等）或貯存條件。這些條件都會(huì)對(duì)產(chǎn)品的失效產(chǎn)生影響，條件不同，產(chǎn)品的可靠性也不同。

    “規(guī)定的時(shí)間”是指產(chǎn)品執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，電子元器件的可靠性會(huì)隨著使用和貯存時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步下降。同一元器件根據(jù)規(guī)定的時(shí)間不同，其可靠性也不同。因此，可靠性必須明確在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的可靠性。

    “規(guī)定功能”是指產(chǎn)品的技術(shù)要求、技術(shù)指標(biāo)。由于各個(gè)產(chǎn)品在系統(tǒng)中具有不同的作用，起著不同的功能，因此產(chǎn)品完成了規(guī)定的功能要求，便認(rèn)為是可靠的，否則，就是不可靠的。

    可靠性試驗(yàn)

    常用的可靠性試驗(yàn)的分類(lèi)方法很多。按試驗(yàn)摸底來(lái)分，可分為可靠性鑒定試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、篩選試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)。按試驗(yàn)地點(diǎn)來(lái)分，可分為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（工作可靠性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量）和模擬實(shí)驗(yàn)（模擬實(shí)際工作狀態(tài)的試驗(yàn)）。按試驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)分，可分為環(huán)境試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)、特殊測(cè)檢和壽命試驗(yàn)等。

    加速壽命試驗(yàn)方法

    加速壽命試驗(yàn)就是在不改變失效機(jī)理的前提下，用提高應(yīng)力的方法，使元器件或材料加速失效，以便在較短的時(shí)間內(nèi)取得加速情況下的失效率、壽命等數(shù)據(jù)，然后推算出在正常狀態(tài)（額定或?qū)嶋H使用狀態(tài)）應(yīng)力條件下的可靠性特征量。

    加速壽命試驗(yàn)的基本思想是利用高應(yīng)力水平下的壽命特征去外推正常應(yīng)力水平下的壽命特征。實(shí)現(xiàn)這個(gè)基本思想的關(guān)鍵在于建立壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系，這種關(guān)系稱(chēng)為加速壽命模型。

    阿倫尼茲(Arrhenius)模型

    在加速壽命試驗(yàn)中常見(jiàn)的加速應(yīng)力為溫度，因?yàn)楦邷啬苁巩a(chǎn)品（如電子元器件、絕緣材料等）內(nèi)部加快化學(xué)反映，促使產(chǎn)品提前失效。阿倫尼斯在 1880 年研究了這類(lèi)化學(xué)反應(yīng)，在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出阿倫尼茲加速模型：

    逆冪律模型

    單應(yīng)力的艾林(Eyring)模型

    光模塊加速壽命試驗(yàn)分析方法研究

    光模塊是專(zhuān)用的集成器件，其工作穩(wěn)定，可靠性高，考慮使用加速壽命試驗(yàn)對(duì)其可靠性進(jìn)行研究。由于激光器是光模塊的重要組成元器件，且其工作特性與溫度關(guān)系密切，同時(shí)工作電流大小對(duì)電子器件的工作性能也有影響，因此試驗(yàn)研究分析光模塊可靠性可以從電流和熱應(yīng)力兩方面著手。