随着军用电子元器件和武器装备的发展,军用高可靠等级的光电耦合器越来越被广泛应用。如何从设计根源上保证产品的可靠性,避免产品先期失效,成为用户极为关心的问题。本论文介绍了光电耦合器的结构、组成及其功能,其输入端采用红外发光器件,输出端采用光电三极管,由管壳将输入和输出封装到一起,输入端与输出端采用上下对射式传输完成光电转换。本论文从发光二极管原理出发,推导了发光功率与输入正向电流的关系。根据光电三极管原理,推导了电流传输比(CTR)、基极电流、输入电流及放大倍数之间的相互关系。根据产品的工艺结构,研究了隔离电压的爬电方式以及影响隔离电压的关键因素。实验结果表明,管腿外引线顶部到金属焊框的距离以及陶瓷管座的内腔高度均与隔离电压成正比。通过对原材料及工艺的改进,成品测试隔离电压最小值为1.5kV,最大值2.1kV,平均值为1.75kV,满足了项目要求隔离电压大于1000V的指标要求,提高了产品可靠性。通过双极性晶体管的时间参数模型,推导了光电耦合器的相关时间参数与电流传输比以及输入电流的关系。得出结论,在相同条件下,随着输入驱动电流的增大,光电耦合器的延迟时间、上升时间以及开启时间均逐渐减小;随着CTR的增大,上升下降时间、存储时间逐渐增大,同时,开启时间和关断时间加长,开通和关断速度减慢。进行了MATLAB建模及仿真,同时进行了光电耦合器中不同发光二极管和光电三极管芯片的测试,验证了基极电流与输入电流、输出电流与基极电流、电流传输比与放大倍数的关系。实际实验结果表明,随着发光芯片的发光功率及光电三极管芯片的放大倍数的增大,光电耦合器的电流传输比逐渐增大。依据理论及仿真分析,并经过对发光芯片及接收芯片的匹配及筛选优化,将光电耦合器的电流传输比从原来的平均值为120.59%提高到256.36%。通过MATLAB建模,分析了时间参数与输入电流的关系以及时间参数与电流传输比的关系。实际的测试结果与仿真结果一致。在保证改进后的200%以上电流传输比的情况下,光电耦合器的时间参数与协议判据尚有很大余量,保证了光电耦合器产品在时间参数方面的可靠性。通过对不同结构、不同材料的发光芯片及现有光电三极管产品抗辐照试验结果的研究,得出结论,光电耦合器辐照后参数严重衰减,主要是由光电三极管的光电流的变化有关。因此主要针对光电三极管芯片进行抗辐照加固,通过TCAD软件结深与掺杂浓度的关系进行了仿真。本文简单阐述了抗辐照芯片流片时的工艺控制,并对发光二极管芯片和光电三极管芯片进行了匹配设计。实验表明,产品的抗总剂量辐照能力从300Gy(Si)提高到1000Gy(Si),满足设计要求。本文采用工艺实验的方法,研究了影响光电耦合器可靠性的关键工序的工艺条件。通过对生产过程中的各工序工艺进行可靠性设计以及固化,保证了产品工艺的可靠性,从根本上避免由于工艺参数失效带来的产品质量问题,同时,使产品参数一致性符合设计要求。