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光電耦合器,如圖1所示,是一類將光信號作為傳輸介質來傳輸電信號的器件,通常以一定的封裝技術把輸入端(LED)與輸出端(光敏管)封裝在一起。在紅外端輸入電壓時LED芯片發光,光敏端接收信號產生光電流,實現“電—光—電”的轉換。由于其高速的開關時間和高絕緣耐壓等優異性能,近些年已大量應用于新能源汽車等領域,光電耦合器的可靠性和穩定性影響新能源汽車等產品的整機可靠性,光電耦合器的可靠性和穩定性與封裝工藝息息相關。

圖1 光電耦合器示意圖 

光電耦合器分層位置及原因分析

對于光電耦合器來說,根據分層機理的不同,其分層的位置也不盡相同。研究發現,容易出現分層的位置可以分為以下幾種:(1)芯片與內白色環氧之間的分層;(2)引腳與環氧塑封料之間的分層;(3)芯片與載片臺之間的分層;(4)內外黑白環氧之間的分層;(5)硅膠與內白色環氧之間的分層。

塑封器件的封裝工藝可以說在一定程度上決定著器件的質量,從最開始的劃片到最后的電鍍、切筋成型,這其中的每一步封裝工藝都會影響器件的封裝效果。比如在點膠過程中,點膠量的大小會影響內部封裝的結合強度,點膠量過大會因為吸濕膨脹從內部撐破器件;鍵合過程中,芯片和引線框架會發生一定程度上的氧化腐蝕,也會影響器件的質量;回流焊工藝中,峰值溫度大小的控制會決定著器件整體的可焊性,峰值溫度設置不佳,器件會因為分層產生電性參數漂移;最后注塑工藝過程中需要進行等離子清洗,等離子清洗的設置會影響黑白環氧塑封料之間的結合強度。以上種種工藝都說明,工藝參數與封裝質量息息相關。

等離子清洗工藝

等離子體，被稱為物質的第四態，是一種由帶電粒子(正離子和電子)以及中性粒子(如中性原子和分子)組成的電離氣體。等離子體中含有極其活躍的物質，稱為高能活性物質，包括自由基、激發分子或原子、正離子和電子。材料表面的物理和化學修飾是通過固體表面和等離子體中的高能活性物質之間的相互作用發生的。通過在一定條件下保持氣體中的穩定放電，可以獲得穩定的等離子體并應用于改性材料的表面。

等離子清洗主要通過活性等離子體對材料表面進行物理轟擊或化學反應等作用,從而實現材料表面分子水平的污染物去除,應用在光電耦合器封裝工藝中能夠有效去除環氧塑封材料表面的有機殘留、微顆粒污染等,如果不及時去除這些污染物,就會導致注環氧塑封料過程中材料內部產生氣泡,這些氣泡使得環氧在溫度變化中產生空洞,最后導致分層問題。對于二次塑封的光電耦合器,一般情況下兩次塑封工藝直接完成,但在塑封工藝中為了使得一次塑封好的器件能更容易脫模,就會噴涂脫模劑等其他溶劑,實際生產發現在不處理這些溶劑的情況下直接二次塑封的器件更容易發生分層情況,增加等離子清洗可以有效提高黑白環氧之間的粘接強度。