一種測量光耦內部結構的方法

周汝派

【摘 要】本文根據光耦的原理，并結合X光下的透視圖，理論分析光耦內部電氣間隙和爬電距離、絕緣穿透距離的可能存在路徑，進而實驗中利用3只樣品即可快速找到最短路徑，此方法可為光耦的產品認證及質量篩選提供了有用的參考。

【關鍵詞】光耦；認證；絕緣穿透距離；內部結構

【Abstract】According to the principle of optocoupler， combined with X-ray perspective， it analyzes theoretically possible path of optocoupler internal clearance and creepage distance and insulation through distance， and three samples can be quickly found the shortest path in the experiment with this method. This method can provides a useful reference for product certification and quality of the optocoupler screening.

【Key words】Optocoupler； Certification； Distance through insulation； Structure

0 引言

光耦是發光器件和光敏器件組合所構成的光電結合器件的總稱，可以實現執行電-光-電信號的變換，具有體積小、壽命長、無觸點、抗干擾能力強、輸出和輸入之間絕緣等優點，廣泛應用于隔離電路、開關電路和數模轉換電路等[1]。現國內對光耦的產品認證標準是GB 4943.1-2011和GB 8898-2011，這兩標準都需檢測光耦的內部電氣間隙和爬電距離、絕緣穿透距離，正確的測量方法不但使光耦產品認證工作事半功倍，還將有利于光耦質量的篩選。光耦的原理雖然簡單，但實際測起來卻相當繁瑣，為此，本文結合筆者的平時工作經驗提出了一種較簡單且周全的測試方法。

1 測量光耦內部結構的原理

光耦的封裝結構為黑色塑封外殼，內部透明樹脂構成，從安全角度分析，這就在黑色塑封外殼和透明樹脂之間形成了一道粘合的接縫，沿此接縫處形成一個電氣間隙和爬電距離較短的內部路徑，而光耦中穿過絕緣化合物的導電零部件之間的距離就是光耦的絕緣穿透距離[2]。常見的光耦電氣模型如下圖所示：

其中1為陽極，2為陰極，3為發射極，4為集電極；那么，內部電氣間隙和爬電距離則為發光二極管的陽極或陰極沿著粘合的接縫到光敏三極管的發射極或集電極之間的距離，絕緣穿透距離則為發光二極管穿過絕緣化合物到光敏三極管的距離，示意圖如圖2所示[3]：

2 測量方法和實驗結果分析

光耦的電氣間隙和爬電距離，其路徑和測量都相對容易，但可能路徑，都應進行測量，從中找到最短距離；對絕緣穿透距離，要找到最短路徑，并不容易，因為絕緣穿透距離的最短路徑可能是在一個立體空間里，整個測試過程繁瑣且費時，且最終容易漏掉一些路徑的考慮。下面的4個步驟是一種較為快捷的測量方法，可以較快找到測量路徑。

步驟i：先準備3只樣品，分別以下圖擺放位置進行X光透視圖，X光拍照時應設法不讓引腳擋住而影響內部結構的觀察。

步驟ii：根據對光耦的X、Y、Z三軸方向的X光照片結果，分析可能存在的最短路徑。

步驟iii：將3只光耦進行金相切片，沿相應的剖面研磨，邊研磨邊在高精度顯微鏡下觀察，直到找到步驟2的最短路徑。

步驟iv：使用高精度顯微鏡測量最短路徑的距離。

根據以上步驟，以光寶的817B型光耦為例，實物擺放位置及其對應的X、Y、Z三軸方向的X光照片分別如圖所示：

從圖3可知，理論分析光耦內部爬電距離及電氣間隙存在4條路徑，分別為圖4所示：

在高精度顯微鏡下，實際測得路徑1的值為5.755mm，路徑2的值為5.867mm，路徑3的值為5.012mm，路徑4的值為5.065mm。

4條路徑的值，值最小的路徑為路徑4，即為內部爬電距離及電氣間隙路徑。

根據圖2的定義，絕緣穿透距離只有1條路徑，如圖5所示，即金絲到芯片之間的距離；但金絲與芯片有可能不在同一平面，不是最短距離，因此在研磨出同時看見金絲與芯片時，還需驗證二者是否同處一平面。

為了驗證芯片與金絲在同一平面，需進行以下方向的研磨，如圖6所示：

從圖6易知，芯片是與金絲是同處一平面。因此圖5的路徑即為光耦內部的絕緣穿透距離路徑。

3 總結

本文提出了一種較簡單且全面的能測量光耦內部電氣間隙和爬電距離、絕緣穿透距離的方法，其考慮了多種存在路徑，并最終能快速選出最短路徑。此方法可作為測量光耦內部結構的通用方法，為光耦的安產品認證提供一定的參考，對光耦在工程上的選樣或評價具有很大的實用價值和重要的理論指導意義。

【參考文獻】

[1]田浦延，布良基，等.光電耦合器的結構設計及封裝特點[J].半導體技術， 2002， 27（11）：55-57.

[2]GB4943.1-2011 信息技術設備安全 第1部分：通用要求[S].

[3]GB8898-2011 音頻、視頻及類似電子設備 安全要求[S].

[責任編輯：楊玉潔]