电压参考在精密模拟系统中起着至关重要的作用，通常用于设定模数转换器(ADC)中噪声/分辨率的下限值，适用于仪器仪表、测试和测量以及能量计量等应用中的精密测量系统。对于设计工程师来说，供应商提供的产品组合可能包含众多芯片可供选择，令人眼花缭乱。但是，使用各种电压参考规格（电压噪声、精度、漂移、静态电流、串联和分流等）及其封装选项（密封陶瓷、塑料、裸片封装），可以评估最终的电子产品能否达到预期的出色性能，这一点非常值得。设计中存在很多误区，它们可能悄无声息地让您无法达成想要达到的μV或nV噪声精度目标。本文从整个PCB制造过程的角度出发，探讨设计工程师或PCB组装工程师如何在保证系统模拟性能的同时，使系统不受外界环境影响。
背景知识
虽然每个电子设计在性能方面都会做出不同程度的妥协，但一般的模拟信号链都会以某种形式进行模拟输入信号调理，比如ADC和电压参考。为了辅助阐述本文的主旨，我们将以一个中速100 kSPS、16位的模拟传感器信号输入设计为例，具体如图1所示。如需了解有关该信号链的一些设计权衡和设计选择的更多信息，请参阅CN-0255电路笔记。
本应用中使用的2.5 V电压参考是ADR45xx塑料封装电压参考系列中的ADR4525，可以提供高精度、低功耗、低噪声，且具有±0.01%(±100ppm)初始精度、出色的温度稳定性和低输出噪声。ADR4525的低热致输出电压迟滞和低长期输出电压漂移提高了系统性能。950 μA的最大工作电流和500 mV的低压差（最大值）使该器件非常适合便携式设备。
图1.16位信号链功能框图。
在您选定了精密模拟信号链要使用的元件之后，就该由PCB组装团队来生产可重复生产的系统，他们使用印刷电路板作为电子设计的基板。任何从事过精密电子工作的人都知道，板级机械应力在精密电路设计或基于MEMS的传感器设计中会以直流偏置的形式表现出来。验证方法很简单，您只需要按压电压参考的塑料封装，就可以看到输出电压或传感器输出的变化。由于水分/湿度/温度会造成差异应力，所以水分和温度等环境因素会影响电子器件性能。由于制作封装和电路板的材料的热膨胀系数不同，温度会使封装和电路板产生机械应力。由于塑料和电路板都会吸收水分并膨胀，水分会使封装和电路板产生机械应力。在塑料封装电压参考中，因为环境原因产生的机械应力往往表现为随温度/时间变化产生漂移，在塑料封装MEMS加速度计中，则表现为增加偏移量。对于塑料封装，湿度导致的机械应力相当显著，要控制这种湿度效应，方法之一就是将集成电路封装到陶瓷或密封封装中。虽然此方法能解决大量与湿度有关的挑战，但这种解决方案会额外增加封装成本，且通常会导致元件尺寸更大。
保形涂层选项
另一种将这些应力从参考电压中分离出来的方法是在PCB制造过程中使用保形涂层，这样电路板上的任何机械应力都会对参考电压造成更小的影响。在这种情况下，在电压参考和相应的PCB上涂上一层薄薄的复合涂层，可以确保PCB上因为水分或温度导致的应力不会完全转化为参考电压芯片封装上的差异应力，并且产生漂移。这也可以确保减小低温凝结湿气对封装的影响。
HumiSeal®是一家专业涂料制造商，提供多种保形涂层，包括丙烯酸树脂、聚氨酯、硅树脂、环氧树脂，以及用于保护PCB生产中的敏感器件的水性涂料。水蒸汽渗透性(MVP)参数可以确定选择的涂层是否合适，这个参数是水蒸汽通过涂层的速率。因为我们正在努力使PCB不受湿度的影响，所以这一点相当重要。
测试MVP的方法：取干杯子涂上相应的涂层，将它们置于不同湿度的恒温室中，然后定期称量杯子的重量，以评估有多少水分通过涂层进入干杯子。为期一周的测试表明，这些涂层能够有效减缓水分通过的速度。
表1所示为选择各种保形涂层时，它们各自的MVP标称值和材料厚度。
表1.各种HumiSeal涂层和它们的MVP
| 材料 | 蒸汽渗透 （(g/m2)/天） | 标准蒸汽渗透 （(g/m2)/天/mil） | 厚度 (mil) |
| HumiSeal 1A33 | 9.18 | 0.315 | 29.13 |
| HumiSeal 2A64 | 13.54 | 0.249 | 54.33 |
| HumiSeal 1A20 | 21.89 | 0.492 | 44.49 |
| HumiSeal UV40 | 0.83 | 0.024 | 35 |
| HumiSeal UV40 | 由于不透水，测试一周后无数据 | 由于不透水，测试一周后无数据 | 61.41 |
| HumiSeal UV40-250 | 9.1 | 0.156 | 58.26 |
| HumiSeal 1B73 | 25.1 | 1.2 | 20.86 |
| HumiSeal 1C49LV | 60.14 | 2.22 | 27 |
| HumiSeal 1B51 | 0.78 | 0.026 | 35 |
查看表中的数据可以发现，在所有情况下（除了UV40这种非常厚的紫外线固化涂层材料以外），随着时间流逝，这些涂层都会出现一定程度的水分渗透。这是根据给定时间段内给定表面区域的涂层的渗水重量测量得出的数据；在这些测量中，时间周期为七天。选择常用的1A33涂层（一种使用方便、经济高效的聚氨酯涂层）结果显示，与相同厚度的橡胶基1B51涂层相比，该涂层减缓水蒸汽吸收速度的效果高出10倍以上。但是，从这个表中得出的重要结论是，在高湿度环境下放置足够长的时间后，这些涂层无法完全隔离水分渗透。
这并不是否定了保形涂层的使用。相反，这可以帮助了解电子设备所处的环境。裸露在外的电子设备只会经历短时间高水蒸汽渗透吗？电子设备的包装/容器是否会阻挡水蒸汽渗透？采用保形涂层和即系腰带又穿背带一样有用？电子器件所处的环境变化如此频繁，采用保形涂层是否只是为了让电子器件再过快的环境变化性能更优？对于产品所有者而言，在开始采用保形涂层之前，了解所有这些问题非常重要。
在讨论实际数据之前，需要考虑的一个问题是，在某些情况下使用保形涂层会增加机械应力。这是因为如果应用不当，涂层会增大封装应力。例如，在PCB制造阶段，如果电压参考封装的表面在涂层之前就含有水分，那么几乎可以肯定，这些水分会渗透到亲水性塑料封装中。从1A33产品的数据手册可以看出：“基材本身的清洁度对于能否成功应用保形涂层至关重要。基材表面必须没有水分、污垢、蜡、油脂、助焊剂残留物和所有其他污染物。涂层下的污染物会导致问题，可能导致组装失败。”对于任何想要采用保形涂层的人来说，这点必须注意。
数据与讨论：它是否对湿度敏感？
为了评估保形涂层的效果，ADI公司制作了一套测试板。每个测试板都具备27个相同的高性能电压参考，采用推荐的J-STD-020回流方式焊接到PCB上。将这些电路板放置到湿度箱中，然后使用Keysight 3458A 8.5位数字万用表（002型号）进行测量，使用LTZ1000验证其达到4 ppm/年漂移量。湿度箱保持恒定温度和湿度，以便电路板保持稳定。电路板会在湿度箱中放置一周，之后，保持温度不变，增加湿度。我们在塑料封装电压参考上采用两种不同的保形涂层工艺，以评估湿度对涂层的影响。
