在电子电路领域，光耦作为一种以光为媒介实现电信号耦合传输的重要元件，凭借其输入输出电信号隔离、抗干扰能力强、传输效率高以及工作温度范围广等显著特点，在众多电子产品中得到了广泛应用。光耦主要由输入结构、导光介质和输出结构组成，输入结构的发光二极管将输入电信号转换为光信号，通过导光介质传输至包含光敏元件的输出结构，光敏元件接收光信号后转换为电信号并放大输出，从而完成信号的传输。然而，在实际应用中，塑封光耦器件可能会出现开路失效问题，影响产品的正常运行。本文将通过多种手段，深入分析双列直插式光耦的失效机理，以期找出问题的根源并提出相应的解决办法。
　　1. 研究背景
　　某单位产品装机使用后多次出现故障，经定位为塑封光耦偶发无输出所致。该光耦为双列直插式塑料封装，其立体形貌如下所示：

　

　

　2. 失效分析

　　2.1 端口特性测试
　　首先使用晶体管特性图示仪对该光耦各引出端特性进行测量，发现输出与地之间在高温 60℃时出现开路特性，当温度恢复至常温后，开路状态消失。这一现象初步表明，该光耦的性能可能受到温度的影响。
　　2.2 X 射线检查
　　对该光耦进行 X 射线内部透视检查，重点检查输出端键合点形貌。结果发现其输出端外键合点存在纵向裂纹。这可能是导致光耦开路失效的一个重要因素。
　　2.3 内部检查
　　开封该光耦并对其内部进行检查，发现芯片、键合引线均包裹于透明硬质环氧封装层内。经声学扫描显微镜检查发现，输出端引线框架（包括键合丝区域）与环氧封装层之间存在分层。使用显微镜进一步观察输出端外键合点，发现两点问题：一是外键合点形貌扭曲；二是外键合点正上方硬质环氧封装层存在开裂形貌。
　　2.4 制样镜检
　　将受光管进行包封，沿垂直于输出端键合引线方向进行研磨，发现包裹 Pin4 端外键合点的透明环氧封装层可见明显的开裂形貌，在开裂处可见外键合点断裂形貌，断口可见明显颈缩变形形貌，说明此处受到疲劳应力。
　　2.5 原因分析
　　通过一系列分析手段可以知道，该光耦高温无输出与内部输出端外键合点及环氧封装分层开裂存在必然关系。其封装材料为硬质，键合引线材料为金，金是延展性的金属，若键合引线受环境等应力导致断裂不会引起硬质环氧封装材料开裂。因此，是透明环氧封装层先开裂并在环境应力的作用下导致键合引线不断受到机械应力而在外键合点薄弱处疲劳断裂。
　　通过对失效光耦的背景信息进行调研，发现该型号光耦的不同批次均多次出现偶发故障。该光耦为双列直插式，厂家未对其潮湿敏感度进行分级，用户在包装、运输、存储、焊接前后均未注意环境的影响，装配后工作环境温差大，湿度高，可能会对内部透明环氧封装层产生影响。因此，开展模拟试验，以期故障复现。
　　3. 故障复现
　　结合调研及失效分析情况，选取 10 只样品（编号为 B1#～B10#）进行试验，并对试验结果进行分析。在试验前按编号进行端口特性测试，均呈正常 PN 结特性，X 射线透视检查均未发现键合形貌异常。
　　3.1 强加速稳态湿热（HAST）试验
　　参考 GB/T 4937.4 - 2012 对该 10 只样品进行强加速稳态湿热（HAST）试验，通过施加严酷的温度、湿度条件来加速潮气穿透外部保护材料和金属导体的交接面，用于评价非气密封装半导体器件在潮湿环境下的可靠性。试验条件为 110℃/100% RH，试验时间 108h。
　　试验后 10 只样品受光管侧引出端包封层均存在变色、锈蚀、鼓包情况。试验后有 9 只样品透视检查均发现受光管输出端或电源端外键合点存在裂纹形貌。试验后有 4 只样品输出端呈开路状态。强加速稳态湿热（HAST）试验结果说明该型号电路抗潮湿能力较弱。
　　3.2 耐焊接热试验
　　参考 GJB 548C - 2021 方法 2036 对强加速稳态湿热（HAST）试验后端口特性正常的 6 只样品进行耐焊接热试验，评估电路能否承受焊接过程（烙铁焊、浸焊、波峰焊或回流焊）中遇到的高温，按照该电路推荐的焊接方式及焊接曲线进行耐焊接热试验。
　　试验后发现有 4 只样品输出端呈异常开路状态。耐焊接热试验结果表明该型号电路受潮后不经预处理直接焊接会导致端口异常。
　　3.3 内部检查及制样镜检
　　任选 1 只样品开封并进行声学扫描显微镜检查，其受光管芯片、引线键合指、基板与包封材料均存在严重分层，说明该电路受潮、受热会严重影响其可靠性。
　　透过环氧封装材料可以明显观察到输出端外键合点扭曲及裂纹形貌，电源端外键合点上方硬质封装材料开裂形貌。进行研磨检查，发现其外键合点与引出端之间键合不充分的情况，且外键合点存在裂纹。
　　3.4 结果评估
　　通过对该型号进行的 HAST 及耐焊接热试验可以知道：该型号电路内部硬质环氧封装材料受温度、湿度影响较大，当电路受潮后不经预处理直接焊接会使内部硬质材料分层，在外部环境的影响下，对键合引线产生机械应力，从而在键合点薄弱处出现裂纹或断裂影响端口特性和电路功能。
　　4. 结语
　　对直插式塑封光耦偶发开路的失效原因进行分析，发现其输出端包封层及外键合点开裂。通过对背景信息的调研，判断失效原因可能与环境应力导致内部封装材料开裂存在关系。针对该种情况进行模拟试验，试验结果表明，该类型塑封光耦受温度、湿度影响非常大，焊接时的温度急剧变化会导致内部封装材料分层，对键合引线产生应力，拉断键合引线。