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亮點光電激光雷達(dá)光源完成10W+小時壽命測試等系列可靠性試驗

來源:亮點光電2022-12-06 我要評論(0 )   

1、前 言近年來,隨著汽車自動/輔助駕駛技術(shù)的興起,激光雷達(dá)變得越來越火熱。激光雷達(dá)及其組件要進(jìn)入車用器件供應(yīng)鏈,必須通過嚴(yán)苛的可靠性驗證。激光雷達(dá)光源作為激光...


1、前 言


近年來,隨著汽車自動/輔助駕駛技術(shù)的興起,激光雷達(dá)變得越來越火熱。激光雷達(dá)及其組件要進(jìn)入車用器件供應(yīng)鏈,必須通過嚴(yán)苛的可靠性驗證。激光雷達(dá)光源作為激光雷達(dá)的核心組件之一,自然也成為各大廠商的重點考核對象。面對動輒10W+小時的可靠性指標(biāo)要求,如何設(shè)計合理有效的可靠性模型,并開展相應(yīng)可靠性試驗驗證,是一項嚴(yán)苛、艱巨又必須完成的挑戰(zhàn)。

被業(yè)界譽為“激光雷達(dá)光源新秀”的江蘇亮點光電集團(tuán)(Lμmispot),已在激光半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)域深耘十余載,并逐步擴展到固體激光器、光纖激光器等領(lǐng)域。近幾年來,江蘇亮點光電科技(下文簡稱“亮點光電”)更是致力于人眼安全1.5μm波長的一系列激光雷達(dá)光源(如圖1所示)的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)和銷售。

激光雷達(dá)堪稱自動/輔助駕駛的“眼睛”,亮點光電所推出的車載激光雷達(dá)光源已于近期完成了MTBF 10W+小時壽命試驗等一系列可靠性試驗驗證,賦能自動/高級輔助駕駛的“眼睛”,使其“看”得更遠(yuǎn)、更可靠。

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圖1 亮點光電研制的1.5μm系列激光雷達(dá)光源(左到右依次為:圓型、方型、小型、微小型光纖激光器)


2、已完成的可靠性試驗


所謂可靠性測試,即為了評估產(chǎn)品在規(guī)定的壽命期間內(nèi),在預(yù)期的使用、運輸或貯存等環(huán)境下,保持功能可靠性而進(jìn)行的活動,是將產(chǎn)品暴露在自然的或人工的環(huán)境條件下經(jīng)受其作用,以評價產(chǎn)品在實際使用、運輸和貯存環(huán)境條件下的性能,并分析研究環(huán)境因素的影響程度及其作用機理。

一般我們采用各種環(huán)境試驗設(shè)備,來模擬氣候環(huán)境中的高溫、低溫、高溫高濕以及溫度變化等情況進(jìn)行可靠性測試試驗,目的在于加速反應(yīng)產(chǎn)品在使用環(huán)境中的狀況,以驗證其是否達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量目標(biāo),從而對產(chǎn)品進(jìn)行整體評估,以確定產(chǎn)品可靠性壽命。

光纖激光器常用可靠性測試標(biāo)準(zhǔn)有GB/T2423、GB28046、ISO16750、JB/T 12632等標(biāo)準(zhǔn),也有針對汽車電子元器件級別要求的AEC-Q系列認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

小型化脈沖光纖激光器(含50x70小型和55x55微小型激光器兩款,如圖2所示),是亮點光電針對自動駕駛、遙感勘測、激光測距等領(lǐng)域所推出的人眼安全1.5μm波長的模塊化激光雷達(dá)光源。該光源具有體積小、重量輕,環(huán)境適應(yīng)性強等特點,并且已經(jīng)通過上述光纖激光器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一系列可靠性試驗驗證。

下文簡單分享該司小型激光雷達(dá)光源已完成的可靠性試驗項目,包括:系列溫度試驗、溫濕度試驗、沖擊和振動、拉力試驗、長期老化壽命試驗等多項環(huán)境可靠性試驗。

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圖2 亮點光電研制的1.5μm小型激光雷達(dá)光源

2.1  高溫工作試驗


小型激光器在典型工作條件,高溫+85℃下,連續(xù)工作時間72h的輸出功率變化,如下圖所示,試驗結(jié)果表明激光器的功率穩(wěn)定性高(0.525%)及激光器內(nèi)部溫度穩(wěn)定。

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圖3 小型激光器高溫運行測試項目

2.2  低溫工作試驗


小型激光器在典型工作條件下,低溫-40℃,連續(xù)工作時間72h的輸出功率變化,如下圖所示,試驗結(jié)果表明激光器的功率穩(wěn)定性高(0.533%)及激光器內(nèi)部溫度穩(wěn)定。

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圖4 小型激光器低溫運行測試項目

2.3  高溫貯存試驗


小型激光器在+85℃環(huán)境條件下,貯存24小時再連續(xù)運行2小時的輸出功率實時監(jiān)測情況,如下圖所示,試驗結(jié)果表明該激光器的輸出功率穩(wěn)定性高(0.563%)及激光器內(nèi)部溫度穩(wěn)定,符合設(shè)計要求。

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圖5 小型激光器高溫貯存后的輸出功率曲線

2.4  低溫貯存試驗


小型激光器在低溫-40℃環(huán)境條件下,貯存24小時后再運行2小時的功率變化情況如下圖所示,試驗結(jié)果表明激光器的功率穩(wěn)定性高(0.412%)及激光器內(nèi)部溫度穩(wěn)定。

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圖6 小型激光器低溫貯存試驗后的輸出功率曲線

2.5  溫度循環(huán)試驗


單個循環(huán)最低溫和最高溫各保溫4小時,溫度斜率≥3℃/min,一般不低于4個循環(huán),小型激光器該試驗項目的實時監(jiān)控的輸出功率變化情況如下圖所示。試驗結(jié)果表明溫度循環(huán)過程中激光器的性能穩(wěn)定,滿足設(shè)計要求。

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圖7 小型激光器溫度循環(huán)試驗項目

2.6  濕度試驗(恒定濕熱存儲)


恒定濕熱一般采用典型高溫高濕條件85℃/85%RH,具體條件和測試時間以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求或?qū)嶋H需求為準(zhǔn)。小型激光器該試驗項目的輸出功率變化情況如下圖所示。試驗結(jié)果表明激光器的功率穩(wěn)定性高(<0.44%)、激光器內(nèi)部溫度穩(wěn)定。

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圖8 小型激光器恒定濕熱后回常溫運行圖

2.7  振動&沖擊試驗


振動試驗和沖擊試驗一般是合并進(jìn)行,主要模擬產(chǎn)品運輸和顛震等場景,亮點激光雷達(dá)光源已通過激光雷達(dá)IEC60068標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)測試。

2.8  老化壽命


小型激光器的壽命可以用平均失效時間(MTBF)表示。平均失效時間是指產(chǎn)品相鄰無故障的平均工作時間,值越高說明產(chǎn)品的穩(wěn)定性就越高。一般分為可靠性預(yù)計(采用應(yīng)力分析法和計數(shù)分析法,參考GJB299C-2006)和構(gòu)建可靠性加速老化模型測試。

MTBF老化測試的計算公式如下:

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下圖為小型激光器的老化壽命測試數(shù)據(jù)。注意:這里老化壽命測試,亮點光電一次性同時投入樣品數(shù)量為8臺,連續(xù)測試時間>31天,折算成等效MTBF時間10W+小時壽命,滿足相關(guān)可靠性指標(biāo)要求和設(shè)計要求。

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圖9 小型激光器壽命(MTBF)試驗圖

除了上述展示的試驗項目和數(shù)據(jù)外,亮點光電的小型激光雷達(dá)光源還通過了直流電源適應(yīng)能力試驗、極限電壓上/下電和重啟試驗、極限溫度上/下電和重啟試驗、過/欠壓保護(hù)、異常斷電、靜電放電抗擾度、自由跌落、規(guī)定變化率的溫度循環(huán)、規(guī)定轉(zhuǎn)換時間的快速溫度變化等一系列試驗項目。

亮點光電并不止步于此,目前已按照IATF-16949質(zhì)量管理體系的要求,逐步建立起車規(guī)級的產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量管控、可靠性試驗驗證體系,并將適時向市場推出相關(guān)量產(chǎn)產(chǎn)品,敬請期待。

3、關(guān)于江蘇亮點光電


江蘇亮點光電科技有限公司(Lμmispot)總部位于蘇州工業(yè)園區(qū),注冊資本7000萬,擁有1.4萬平方米的辦公和生產(chǎn)面積,設(shè)有北京亮度、無錫亮源、泰州亮點三個子公司。公司專注于激光信息應(yīng)用領(lǐng)域,研發(fā)、生產(chǎn)及銷售半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、固體激光器及相關(guān)激光應(yīng)用系統(tǒng)。公司獲得高功率激光器工程中心、省部級創(chuàng)新人才稱號、多項國家級創(chuàng)新基金和軍工科研計劃支持等。

目前亮點光電正進(jìn)行B輪融資,準(zhǔn)備擴大公司的激光雷達(dá)光源產(chǎn)品線。亮點光電研制的1550nm紅外激光的人眼安全上限遠(yuǎn)大于905nm的激光,背景光干擾問題相對較小,可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測;下游雷達(dá)系統(tǒng)如采用相干技術(shù),信噪比遠(yuǎn)高于905nm -ToF激光雷達(dá),最大探測距離可以達(dá)到1000米以上。目前公司研制的1550nm激光雷達(dá)光源已給國內(nèi)眾多知名激光雷達(dá)廠商供貨。

亮點光電,除了測繪領(lǐng)域用的常規(guī)圓盤激光雷達(dá)光源外,還推出更小體積的模塊化小型/微小型激光雷達(dá)光源。這兩款產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、重量輕、工作溫度范圍寬,通過外接TTL觸發(fā)信號實現(xiàn)脈沖輸出,非常適合系統(tǒng)集成。目前這兩款產(chǎn)品分別做到50mm×70mm×19mm和55mm×55mm×16mm的尺寸,于近期通過一系列可靠性驗證項目(含MTBF 10W+小時壽命測試),將產(chǎn)品體積、重量、性能和可靠性不斷做到極致,致力于成為激光雷達(dá)的理想光源。

該司優(yōu)勢還在于其全資子公司--無錫亮源,具有完整的半導(dǎo)體封裝技術(shù)和批量生產(chǎn)基地,光纖激光器的核心器件——半導(dǎo)體激光器可以自主獨立封裝,根據(jù)客戶要求定制,將最低的成本、最優(yōu)的品質(zhì)提供給客戶。

同時,亮點光電具有領(lǐng)先國內(nèi)的全國產(chǎn)化技術(shù),可以實現(xiàn)所有器件國產(chǎn)化,不受國際經(jīng)濟環(huán)境影響,保證產(chǎn)品性能的同時,也可以保證產(chǎn)品交付時間,并控制產(chǎn)品成本。

亮點光電仍在加快技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新步伐,將不斷推出更低成本、更高可靠性的1.5μm激光雷達(dá)光源產(chǎn)品,以滿足市場需求。

來源:亮點光電


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