一种测量光耦内部结构的方法

周汝派

【摘 要】本文根据光耦的原理，并结合X光下的透视图，理论分析光耦内部电气间隙和爬电距离、绝缘穿透距离的可能存在路径，进而实验中利用3只样品即可快速找到最短路径，此方法可为光耦的产品认证及质量筛选提供了有用的参考。

【关键词】光耦；认证；绝缘穿透距离；内部结构

【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

光耦是发光器件和光敏器件组合所构成的光电结合器件的总称，可以实现执行电-光-电信号的变换，具有体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、输出和输入之间绝缘等优点，广泛应用于隔离电路、开关电路和数模转换电路等[1]。现国内对光耦的产品认证标准是GB 4943.1-2011和GB 8898-2011，这两标准都需检测光耦的内部电气间隙和爬电距离、绝缘穿透距离，正确的测量方法不但使光耦产品认证工作事半功倍，还将有利于光耦质量的筛选。光耦的原理虽然简单，但实际测起来却相当繁琐，为此，本文结合笔者的平时工作经验提出了一种较简单且周全的测试方法。

1 测量光耦内部结构的原理

光耦的封装结构为黑色塑封外壳，内部透明树脂构成，从安全角度分析，这就在黑色塑封外壳和透明树脂之间形成了一道粘合的接缝，沿此接缝处形成一个电气间隙和爬电距离较短的内部路径，而光耦中穿过绝缘化合物的导电零部件之间的距离就是光耦的绝缘穿透距离[2]。常见的光耦电气模型如下图所示：

其中1为阳极，2为阴极，3为发射极，4为集电极；那么，内部电气间隙和爬电距离则为发光二极管的阳极或阴极沿着粘合的接缝到光敏三极管的发射极或集电极之间的距离，绝缘穿透距离则为发光二极管穿过绝缘化合物到光敏三极管的距离，示意图如图2所示[3]：

2 测量方法和实验结果分析

光耦的电气间隙和爬电距离，其路径和测量都相对容易，但可能路径，都应进行测量，从中找到最短距离；对绝缘穿透距离，要找到最短路径，并不容易，因为绝缘穿透距离的最短路径可能是在一个立体空间里，整个测试过程繁琐且费时，且最终容易漏掉一些路径的考虑。下面的4个步骤是一种较为快捷的测量方法，可以较快找到测量路径。

步骤i：先准备3只样品，分别以下图摆放位置进行X光透视图，X光拍照时应设法不让引脚挡住而影响内部结构的观察。

步骤ii：根据对光耦的X、Y、Z三轴方向的X光照片结果，分析可能存在的最短路径。

步骤iii：将3只光耦进行金相切片，沿相应的剖面研磨，边研磨边在高精度显微镜下观察，直到找到步骤2的最短路径。

步骤iv：使用高精度显微镜测量最短路径的距离。

根据以上步骤，以光宝的817B型光耦为例，实物摆放位置及其对应的X、Y、Z三轴方向的X光照片分别如图所示：

从图3可知，理论分析光耦内部爬电距离及电气间隙存在4条路径，分别为图4所示：

在高精度显微镜下，实际测得路径1的值为5.755mm，路径2的值为5.867mm，路径3的值为5.012mm，路径4的值为5.065mm。

4条路径的值，值最小的路径为路径4，即为内部爬电距离及电气间隙路径。

根据图2的定义，绝缘穿透距离只有1条路径，如图5所示，即金丝到芯片之间的距离；但金丝与芯片有可能不在同一平面，不是最短距离，因此在研磨出同时看见金丝与芯片时，还需验证二者是否同处一平面。

为了验证芯片与金丝在同一平面，需进行以下方向的研磨，如图6所示：

从图6易知，芯片是与金丝是同处一平面。因此图5的路径即为光耦内部的绝缘穿透距离路径。

3 总结

本文提出了一种较简单且全面的能测量光耦内部电气间隙和爬电距离、绝缘穿透距离的方法，其考虑了多种存在路径，并最终能快速选出最短路径。此方法可作为测量光耦内部结构的通用方法，为光耦的安产品认证提供一定的参考，对光耦在工程上的选样或评价具有很大的实用价值和重要的理论指导意义。

【参考文献】

[1]田浦延，布良基，等.光电耦合器的结构设计及封装特点[J].半导体技术， 2002， 27（11）：55-57.

[2]GB4943.1-2011 信息技术设备安全 第1部分：通用要求[S].

[3]GB8898-2011 音频、视频及类似电子设备 安全要求[S].

[责任编辑：杨玉洁]