《硅光电倍增管可靠性评估方法》

ICS31.080

CCSL54

ZOIA

中关村光电产业协会团体标准

T/XXXXXXX—XXXX

硅光电倍增管可靠性评估方法

Reliabilityevaluationmethodforsiliconphotomultiplier

（工作组讨论稿）

（2023.11.21）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中关村光电产业协会发布

T/XXXXXXX—XXXX

硅光电倍增管可靠性评估方法

1范围

本文件界定了硅光电倍增管（SiliconPhotomultiplier,SiPM）的术语、定义、可靠性评定的一般要求

和试验方法。

本文件适用于硅光电倍增管的可靠性评估，其他类型的雪崩器件可参照执行。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T4937.4-2012半导体器件.机械和气候试验方法.第4部分：强加速稳态湿热试验（HAST）

GB/T4937.13-2012半导体器件.机械和气候试验方法.第13部分：盐雾

GB/T11499-2001半导体分立器件文字符号

GB/T19001-2016质量管理体系要求

GB/T21194-2007通信设备用的光电子器件的可靠性通用要求

GB/T33768-2017通信用光电子器件可靠性试验方法

3术语和定义

GB/T11499-2001和GB/T33768-2017界定的以及下列术语、定义适用于本文件。

试样specimen

用作可靠性试验的待测硅光电倍增管样品。

反向击穿电压reversebreakdownvoltage

VBR

暗环境下，通过试样的反向电流骤然增加对应的电压。

过偏压Overvoltage

Vov

高于反向击穿电压以上的电压。

暗电流darkcurrent

ID

无光照并在试样两端施加规定的反向偏置电压时，通过试样的电流。

暗计数率darkcountrate

DCR

暗环境下，单位时间内产生的雪崩事件数。

可靠性reliability

试样在规定条件下、规定的时间内完成规定功能的能力。

可靠性试验reliabilitytest

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对试样进行可靠性调查、分析和评价的一种手段，为故障分析、判断产品是否达到指标要求等提供

依据。

3.8

失效failure

试样在规定条件下、规定的时间内丧失规定功能的能力时，称为失效。

3.9

失效判据failurecriteria

判定试样失效的依据。

4一般要求

试验类型

试验类型包括：光电特性试验、机械试验、环境试验。

试验设备

试验设备的维护、校准和调控应符合GB/T19001的相关规定。

试验环境

除非另有规定，所有试验应在下列标准大气条件的环境中进行：

a)温度：15℃～35℃；

b)相对湿度：45%～75%；

c)大气压力：86kPa～106kPa。

注：若另有规定，可在试验报告上注明试验环境条件。

5光电性能测试方法

暗电流

测试原理图见图1。

暗室

电压电流表试样

图1暗电流测试原理图

5.1.1测试步骤

测试步骤如下：

a)按图1连接测试系统；

b)设置施加在试样两端的反向偏置电压扫描范围，并记录电流值，即为暗电流。

5.1.2规定条件：

相关文件至少应规定如下条件：

a)环境测试温度；

b)反向偏置电压。

暗计数率

测试原理图见图2。

暗室

稳压源试样放大电路示波器

图2暗计数率测试原理图

5.2.1测试步骤

2

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测试步骤如下：

a)按图2连接测试系统；

b)调节稳压源，在试样两端施加规定反向偏置电压；

c)测试时间T0内高于规定阈值的脉冲计数Nd；

d)按公式（1）得到试样在规定反向偏置电压下的暗计数率DCR。

푁

퐷퐶푅=d（1）

푇0

5.2.2规定条件：

相关文件至少应规定如下条件：

a)环境测试温度；

b)反向偏置电压；

c)规定阈值一般为0.5pe（photonequivalent），即1个光子引发雪崩脉冲幅度的0.5倍。

6详细要求

光电特性试验

6.1.1光电性能测试

6.1.1.1试验目的

确定在规定的工作电压与温度下试样是否满足规定的光电性能指标。

6.1.1.2设备

试验设备和要求如下：

a)电压电流表、光源、衰减器、示波器、光功率计、读出电路等；

b)试验条件下能够监视试验温度、电压、电流、输出波形的装置；

c)能使试样引出端有可靠的光电连接的光电插座和其他安装形式。

6.1.1.3试验条件

试验条件如下：

a)环境温度：15℃～35℃；

b)相对湿度：25%～75%；

c)气压：86kPa～106kPa

d)测试环境应无影响测量准确度的机械振动、静电、电磁等干扰；

e)测试系统要有足够测量预热时间，试样的全部光电参数应在热平衡下进行；

f)测量系统应接地良好，以保证测量结果的准确性；

g)测试室应具有光屏蔽条件，以避免环境光对试样性能的影响。

6.1.1.4试验步骤

试验步骤如下：

a)搭建测试系统，并分别施加所规定的偏置电压；

b)当试样达到规定的试验温度后进行暗电流和暗计数的光电性能测试，记录对应的温度、偏置电

压及光电性能测试数据。

6.1.1.5检测

光电性能测试方法按照本文件5.1-5.2规定的条件和要求。

6.1.1.6失效判据

试样偏离标准硅光电倍增管的光电性能测试结果，出现下列情况之一判为失效：

a)暗电流不小于1μA；

b)暗计数率增加量大于1个数量级；

外部目检

6.2.1试验目的

检测封装的试样的工艺质量，也可以用来检验在试验过程中可能引起的损坏，用于对比试样试验前

后的外部检查。

6.2.2设备

具有合适放大倍数并具有较大可见视场的光学仪器。

3

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6.2.3试验条件

试验条件如下：

a)器件表面：采用1.5倍～10倍显微镜；

b)器件密封处：采用10倍～1000倍显微镜；

c)其他：采用5倍～1000倍显微镜。

6.2.4检测

在1.5倍～10倍的显微镜下对试样表面进行检查，器件密封处应在10倍～1000倍的显微镜下检

查，其他外部检查应在5倍～1000倍的显微镜下进行。

6.2.5失效判据

失效判据的信息见GB/T33768-20175.1.3.6。

机械试验

6.3.1机械冲击

6.3.1.1试验目的

器件在使用、运输等过程中不可避免地受到冲击、碰撞等机械冲击作用，该试验用以评估试样在该

作用下的结构和功能的承受能力和稳定性。

6.3.1.2设备

试验设备的信息见GB/T33768-20175.2.1.2。

6.3.1.3试验条件

试验条件的信息见GB/T33768-20175.2.1.3。

6.3.1.4试验步骤

试验步骤的信息见GB/T33768-20175.2.1.4。

6.3.1.5检测

检测步骤如下：

a)试验结束后，按照本文件6.2完成目检；

b)按照本文件5.1-5.2规定的条件和要求完成光电性能测试。

6.3.1.6失效判据

当出现本文件6.1.1.6和6.2.5和中的任意情况时视为失效。

6.3.2变频振动

6.3.2.1试验目的

确定在规定频率范围内振动对试样的影响。

6.3.2.2设备

试验设备和要求如下：

a)能产生规定强度和所需扫频的振动装置；

b)电压电流表、光源、衰减器、示波器、光功率计、测试电路板、显微镜等。

6.3.2.3试验条件

试验条件的信息见GB/T33768-20175.2.2.3。

6.3.2.4试验步骤

试验步骤的信息见GB/T33768-20175.2.2.4。

6.3.2.5检测步骤

检测步骤如下：

a)试验结束后，按照本文件6.2完成目检；

b)按照本文件5.1-5.2规定的条件和要求完成光电性能测试。

6.3.2.6失效判据

当出现本文件6.1.1.6和6.2.5中的任意情况时视为失效。

环境试验

6.4.1温度循环

6.4.1.1试验目的

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确定试样承受高温和低温的能力，以及高温和低温交替变化对硅光电倍增管的影响，保证器件封装

和芯片长期稳定性。

6.4.1.2设备

试验设备的信息见GB/T33768-20175.3.3。

6.4.1.3试验条件

试验条件如下：

a)循环温度：-40℃～+125℃；

b)循环次数按GB/T33768-20175.3.3描述应为500次（非受控环境），或100次（受控环境）,

其中的GB/T33768-2017为规范性引用的文件。；

c)升降温速率按GB/T33768-20175.3.3描述应不小于10℃/分钟，其中的GB/T33768-2017

为规范性引用的文件。

d)高低温保持时间：不少于10分钟。

6.4.1.4试验步骤

试验步骤的信息见GB/T33768-20175.3。

6.4.1.5检测

检测步骤如下：

a)试验结束后，按照本文件6.2完成目检；

b)按照本文件5.1-5.2规定的条件和要求完成光电性能测试。

6.4.1.6失效判据

当出现本文件6.1.1.6和6.2.5中的任意情况时视为失效。

6.4.2强加速稳态湿热试验

6.4.2.1试验目的

评估试样承受温度、湿度、偏压等应力的能力，保证器件封装和芯片长期稳定性。

6.4.2.2设备

能连续保持规定的温度和相对湿度的压力容器，同时提供电连接，试验时给器件施加规定的偏置条

件。

6.4.2.3试验条件

试验条件的信息见GB/T4937.4-20124.1。

6.4.2.4试验步骤

试验步骤如下：

a)试验前在规定的温度下完成试样光电特性测试；

b)其余试验步骤的信息见GB/T4937.4-20125

6.4.2.5检测

检测步骤如下：

a)试验结束后，按照本文件6.2完成目检；

b)按照本文件5.1-5.2规定的条件和要求完成光电性能测试。

6.4.2.6失效判据

当出现本文件6.1.1.6和6.2.5中的任意情况时视为失效。

6.4.3盐雾

6.4.3.1试验目的

本试验是为了模拟海滨大气对试样影响的一个加速的试验室腐蚀试验。

6.4.3.2设备

可以保持盐雾均匀分布的试验箱，且内有固定试样的装置。试验箱不与盐雾发生作用。

6.4.3.3试验条件

试验条件如下：

a)温度：35℃±3℃；

b)试验时间按GB/T4937.13-20124.2描述应为24±2小时，其中的GB/TGB/T4937.13-2012

为规范性引用的文件；

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c)盐沉淀速率：20～50g/(m2·d)。

6.4.3.4试验步骤

试验步骤如下：

a)试验前完成试样光电特性测试；

b)其余试验步骤的信息见GB/T4937.13-20124。

6.4.3.5检测

检测步骤如下：

a)试验结束后，应立即用流动的去离子水（水温不超过38℃）至少冲洗试样5分钟，以便除去

试样表面沉淀的盐，然后用空气或惰性气体吹干；

b)按照本文件6.2完成目检；

c)按照本文件5.1-5.2规定的条件和要求完成光电性能测试。

6.4.3.6失效判据

当出现本文件6.1.1.6和6.2.5中的任意情况时视为失效。

6.4.4高温寿命

6.4.4.1试验目的

确定硅光电倍增管高温加速老化失效机理和工作