光耦的電-光-電特殊結(jié)構(gòu)使其具有傳統(tǒng)電子元器件不具備優(yōu)點(diǎn)的同時,也產(chǎn)生了新的可靠性問題。一方面,發(fā)光二極管以及接收端的光敏三極管、集成電路芯片屬于半導(dǎo)體器件,會受到EOS、ESD的損傷,鍵合不良、芯片崩損等均可能導(dǎo)致光耦失效;另一方面,光耦中導(dǎo)電膠結(jié)構(gòu)帶來了開裂、分層、腐蝕等問題,容易導(dǎo)致光耦產(chǎn)生不穩(wěn)定失效。那么如何提高光耦的可靠性呢?
① 光耦的輸入端導(dǎo)致失效
光耦的輸入端多為砷化鎵LED,因此光耦的輸入端失效模式及原因與常規(guī)LED失效模式及原因相似。LED的主要失效模式包括漏電、短路以及開路。其中,造成漏電或失效的主要原因包括:靜電擊穿、過電應(yīng)力,以及芯片表面存在導(dǎo)電物質(zhì)等;引起開路的常見失效原因包括鍵合不良、EOS導(dǎo)致鍵合絲燒斷、芯片銀漿粘接不良等。
② 光耦的輸出芯片導(dǎo)致失效
光耦的輸出芯片常見失效模式包括開路或阻值增大,以及阻值減小。導(dǎo)致阻值增大的可能原因包括:EOS燒毀導(dǎo)致鍵合絲或金屬化燒斷,鍵合不良,芯片表面離子玷污或有機(jī)膠中含氯離子導(dǎo)致鍵合點(diǎn)或鋁布線腐蝕脫開;導(dǎo)致阻值減小的可能原因包括:EOS燒毀,芯片粘接銀漿污染芯片表面等。
③ 輸入端與輸出端之間傳輸導(dǎo)致失效
輸出端與輸出端傳輸失效現(xiàn)象包括:CTR降低、輸入端無信號時異常導(dǎo)通、不導(dǎo)通、輸出電壓漂移。其中,常見失效機(jī)理包括:輸出端芯片ESD損傷、輸出端芯片EOS燒毀、鍵合不良,輸入端二極管發(fā)光效率降低,反射膠和導(dǎo)電膠開裂分層等。
鑒于光耦的工作原理、參數(shù)、封裝結(jié)構(gòu)與通常的半導(dǎo)體器件存在差別,一方面,使用不當(dāng)會導(dǎo)致LED、輸出芯片常見的失效原因ESD、EOS、鍵合失效之外,還具有與普通半導(dǎo)體器件不一樣的失效模式與機(jī)理。光耦內(nèi)部由于發(fā)光二極管與接收芯片之間存在導(dǎo)光膠,當(dāng)導(dǎo)光膠開裂、分層時,將會導(dǎo)致光路傳輸不暢,使光耦的CTR偏離正常值,可能出現(xiàn)不穩(wěn)定失效;當(dāng)導(dǎo)光膠存在腐蝕性離子時,腐蝕性離子如氯離子可能導(dǎo)致器件表面產(chǎn)生腐蝕,導(dǎo)致器件內(nèi)部產(chǎn)生開路、或發(fā)生漏電情況。