基板应力对电气性能的影响

电子元件的电气特性可能会因外力或环境应力的影响而波动。通常，各种电子元件通过焊接安装在电子设备的威廉希尔官方网站 基板上。尽管焊接提供了牢固的机械连接，但随着环境温度的波动，每个零件中使用的材料的膨胀系数不同，因此应力会慢慢施加到零件上，从而影响其性能。

本文以电压基准为例，结合 ADI 应用笔记 (AN82) 的研究成果，深入探讨基板应力对电气性能的影响及其改进方法。

关于电压参考

模数转换器电压基准

基准电压源通常用于模数转换器和数模转换器。对于 A/D 转换器，电压基准的值决定了用作将输入信号转换为数字信号的基准电压。因此，基准电压的精度非常重要，其精度对模数转换的精度有很大影响。

电压基准为输入信号提供稳定的参考值。下图 (图1) 显示了使用 LTC1286 A/D 转换器的典型应用威廉希尔官方网站 。LT1634 用作外部电压基准，为 A/D 转换提供高精度参考电压。

图1 典型的模数转换器威廉希尔官方网站 示例

稳压器电压基准

除了 A/D 转换器之外，以下还将介绍使用电压基准来构建威廉希尔官方网站 的产品示例。下图 (图2) 为 LTM4658 降压型开关稳压器的框图。在降压型开关稳压器 LTM4658 中，内置误差放大器的红色圆圈显示 0.5V，但这是内部参考电压。用该电压与输出电压进行比较，以调节稳压器的输出。由此可见，电压基准的精度对威廉希尔官方网站 性能至关重要。

图2 LTM4658 框图

应力对电气性能的影响

关于 Stress

应力是用于描述物体内部产生的力的大小的物理量。当温度或外力发生变化时，就会产生应力。当温度升高时，物质膨胀，当温度降低时，物质收缩，但由于膨胀系数因材料而异，因此也会产生应力。例如，塑料和玻璃材料在 80℃ 高温下膨胀显著，而金属膨胀较小。由于安装在基板上的元件具有塑料和金属部件，因此由于膨胀率的差异会产生应力，从而影响电气性能。

基板因温度变化而变形也会产生应力，从而影响元器件的输出稳定性。当温度发生变化时，由于基板和器件中使用的材料的膨胀系数不同而产生应力，而由于基板本身的变形而产生应力。在下一个实验中，我们将检查由于威廉希尔官方网站 板上的应力而导致的参考电压变化。

基板应力实验分析

为了验证基板应力对电压基准的影响，实验采用如下方法：

实验设置

将设备 (LT1460CS8-2.5) 安装在 7 英寸 × 9 英寸矩形板的中心，如下图 (图3) 所示。如步骤 (1) 到 (4) 所示，将威廉希尔官方网站 板偏转每英寸 18mils。通过在对威廉希尔官方网站 板施加弯曲力的同时监测基准的输出电压，可以观察到基板应力的影响变化。

在本次实验中，我们还准备了一个带和不带凹槽的基板，尺寸约为 1/2 英寸 x 1/2 英寸并进行实验。

图3 检查基准电压因应力引起的特性的方法

实验结果

下图 (图4) 显示了在 8 次屈曲周期内测得的参考电压的结果。输出电压变化是使用具有峰值±计数的  4ppm (10μV) 仪器测量的。 

上述测量的结果是原始威廉希尔官方网站 板没有凹槽，显示峰值偏移约为 60ppm。下面的测量结果是使用一块带槽的威廉希尔官方网站 板，其浓度保持在 4ppm 左右。通过将凹槽插入基板中，发现降低应力的输出电压偏移提高了 10 倍。 

图4 参考电压测量结果

总结

实验表明，基板应力会显著影响电压基准等高精度器件的电气特性，电气特性会受到封装、基板尺寸、温度条件等差异的影响。通过优化基板结构 (如添加凹槽)，可有效降低应力带来的性能波动。

对于需要高精度输出的威廉希尔官方网站 ，如 A/D 转换器、电压稳压器等，应特别关注应力对电气特性的潜在影响。