PCB板层压涨缩规律探讨

了解过PCB层压涨缩的定义之后，易迪拓培训(edatop.com)浅谈一些PCB层压涨缩规律。关于PCB层压涨缩的定义，请看文末的链接。

在实际分析PCB板层压涨缩规律时，我们更多的描述为某个区域的涨缩，因此，我们采取前面描述的涨缩微元进行分析，为了简化分析，将涨缩中的位移、大小、角度三个量值合并统称为涨缩矢量Q，此涨缩矢量Q包含位移、大小变化率、角度变化量，是一个4维矢量。

将PCB整板划分为N*M个离散的微元（N、M为大正整），那么以任意P点为中心的微元涨缩矢量可表示为：

其中i、j分别为1-N、1-M之间的整数
整板的平均涨缩矢量可表示为：

结合定义可知，上式平均矢量的各个分量与前面2.1定义中的整板涨缩量值相等。以下我们就以PCB面微元的涨缩矢量进行分析。

1、线性涨缩及非线性涨缩表征

一般来讲，PCB板的涨缩主要分为线性部分和非线性部分，对于线性部分我们都可以通过涨缩补偿加以解决，但是非线性部分我们只能尽可能的将其影响限制在最小范围内。根据前面对于涨缩的定义和表征式，假使我们以PCB板的某2点作为坐标系基准（例如前面涨缩定义过程所描述的坐标基准选取），那么基本可以得出涨缩矢量的大小/波动范围是随着P微元距离基准原点的距离r的大小而逐渐变大的，具体如下图所示：

以上左图表示某批次板的涨缩矢量平均值维持在标准值时的情况，右图表示整批板涨缩矢量均为正的情况。同时，假使我们只看某一块PCB板的涨缩情况，那么其涨缩矢量随着距离r的变化可以大致分为下图所描述几种情况：

线一：表示某块具体的PCB板最为理想的涨缩趋势线，特征为涨缩矢量随着距离r的变化完全线性涨缩，这种情况我们通过线性补偿可以100%消除涨缩的问题；

线二：表示实际PCB板的涨缩矢量是随着距离r的变化有一定的波动（波动部分即为非线性涨缩），但其波动中心仍然围绕着理想线性涨缩线，且波动幅度较小，这种情况我们只能通过线性补偿消除波动中心线性涨缩的部分；

线三：表示某PCB板的涨缩矢量随着距离r完全非线性涨缩的理想趋势线，其涨缩矢量在整批板的涨缩范围内进行波动，这种情况无论如何线性补偿均无法有效的降低涨缩的影响，例如图中的线五即为其线性补偿线，可以看出无论此线性补偿线如何取舍均存在在某些区域PCB板的实际涨缩与补偿值差距较大的问题；此时只能采取与实际涨缩线完全吻合的非线性补偿加以解决，但这种绝对意义的非线性补偿要求精确的测量PCB板面上所有点的涨缩矢量值，目前业界应用于高端产品的x-ray射线可以实现找一个标靶或图形生成或加工一个与之对应的后制程工步（比如钻孔）；

线四：表示在实际过程中，PCB板的涨缩矢量围绕着其非线性理论涨缩线波动，这种情况如采取如上所述的见靶加工的点补偿方式可以100%解决涨缩问题，但实际过程中我们更多的采取区域补偿的方式进行，因而在补偿区域内仍然存在涨缩非线性的差异，即线四所示的沿着理论非线性涨缩线的波动情况；

线五：表示非线性涨缩情况中的线性部分，此线性部分无论如何取舍均无法很好的解决如线三、线四所描述的大幅度波动的非线性涨缩情况。

2、分区补偿涨缩设计原则

在实际涨缩控制中，若PCB板的板材、叠层、残铜、PP等各方面因素的分布都较为均匀，那么层压后的涨缩情况更多的与上面描述的线二相似，此时只需进行综合的线性补偿即可，但若PCB板的板材、叠层、残铜等各方面因素差异较大，那么最终层压后PCB板的涨缩更多的与上面描述的线四相似，此时最佳的控制方法当然是点补偿，其次是目前行业中较为流行的CCD对位区域补偿方法，下面就简要分析下区域补偿方法中的基本设计原则。

（1）标靶数量的选取：4个
（2）标靶所成图形的设计：正方形
（3）标靶大小范围的设计：越小越好，但考虑到效率，通常为2inch*2inch较为合适

分析：由于涨缩矢量是根据微元化数学思维引入的，因此若采取分区域补偿技术，那么此区域的选取则必须与微元的基本概念相符，即保证X方向和Y方向的距离选取相等，同时，确定补偿区域均采取设计标靶加以界定，而标靶数量选择则在保证微元化原则的基础上越少越好（4个）。
另外，在实际应用过程中，我们常常遇见无法实现成正方形，只能设计成长方形的情况，下面就利用如上的一些涨缩规律分析如下两种标靶设计对涨缩补偿的差别：

如上图所示，标靶A设计为紧靠待补偿区域的正方形，B设计为在X方向远离待补偿区域的长方形，假使我们认为待补偿区域的面积足够小，可以近似看成一个涨缩微元（即在此范围内的点涨缩矢量相同），于是有如下处理：

在距离待补偿区域中心沿着+X方向上选取不同的微元点Qi，然后将此微元涨缩矢量与待补偿区域涨缩矢量做差，那么基本可以得到类似于前面分析的仅有Y方向涨缩分量的线四，这时，若选取上图中的B设计，由于左侧2个共用标靶代表待补偿区域涨缩矢量（即基准），右侧2个B设计标靶代表最右端区域微元的涨缩矢量，那么综合平均后就可以得到如下图所示的线六，从图中可以明显的看出左侧待补偿区域靠右的微元均会出现较大的涨缩偏差（如图中所圈出区域），类似的，在最右侧也会出现Y方向与左侧偏差方向相反的异常问题：

由上分析可知，对于如线三、线四的非线性涨缩情况，最佳的控制方法为单点补偿，其次是设计合适的微元区域进行分区补偿，倘若区域大小选取不恰当或者区域形状选取不恰当，那么均会形成如图中线五、线六的情况，这两种方式的补偿均会在某些区域产生较大的涨缩差异（线五为微元区域选取太大，线六为微元区域形状选取不合理）。

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