1. 引言

印刷电路板（PCB）是现代电子设备的核心组成部分，其结构由多层不同功能的材料组成，以实现电气连接、机械支撑和信号传输等功能。PCB的结构层主要包括基材层（Core）、铜箔层（Copper Layer）、阻焊层（Solder Mask）、丝印层（Silkscreen）以及特殊功能层（如阻抗控制层、散热层等）。不同层的材料、厚度和工艺直接影响PCB的性能，如信号完整性、散热能力、机械强度和可靠性。

本文将详细介绍PCB的各个结构层，分析其材料特性、制造工艺及性能影响，帮助读者深入理解PCB的构造与优化方法。

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2. PCB的基本结构层

2.1 基材层（Core）

基材层是PCB的基础支撑层，通常由绝缘材料（如FR-4、高频材料、金属基板等）和铜箔组成。

（1）材料类型

• FR-4（玻璃纤维环氧树脂）：最常用的基材，具有良好的机械强度、电气绝缘性和成本优势，适用于大多数普通PCB。
• 高频材料（如Rogers、PTFE）：用于高频电路（如5G、雷达），具有低介电常数（Dk）和低损耗因子（Df）。
• 金属基板（如铝基、铜基）：用于高功率LED、电源模块，具有优异的散热性能。

（2）性能影响

• 介电常数（Dk）：影响信号传输速度，高频电路需选择低Dk材料。
• 热膨胀系数（CTE）：影响PCB在高温环境下的尺寸稳定性。
• 耐热性（Tg值）：高Tg材料（如Tg≥170℃）适用于高温应用。

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2.2 铜箔层（Copper Layer）

铜箔层用于导电，其厚度和表面处理方式影响PCB的载流能力、信号完整性和可焊性。

（1）铜箔类型

• 电解铜箔（ED Copper）：成本低，用于普通PCB。
• 压延铜箔（RA Copper）：延展性好，适用于高频、柔性PCB。

（2）铜箔厚度

• 标准厚度：1oz（35μm）、2oz（70μm），高电流应用可采用3oz或更厚铜箔。
• 高频信号：较薄的铜箔（如0.5oz）可减少趋肤效应损耗。

（3）表面处理工艺

• HASL（热风焊料整平）：成本低，但平整度较差。
• ENIG（化学镀镍金）：平整度高，适用于高密度焊盘。
• OSP（有机可焊性保护层）：环保，但存储时间短。

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2.3 阻焊层（Solder Mask）

阻焊层覆盖在铜箔上，防止短路并保护电路免受氧化和污染。

（1）材料类型

• 液态光成像阻焊油墨（LPI）：高精度，适用于高密度PCB。
• 干膜阻焊：适用于特殊应用，如柔性PCB。

（2）颜色选择

• 绿色：最常用，成本低。
• 黑色/白色：用于高对比度场景（如LED板）。
• 蓝色/红色：常用于消费电子。

（3）性能影响

• 绝缘性：防止焊锡桥接导致短路。
• 耐高温性：防止回流焊时脱落。

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2.4 丝印层（Silkscreen）

丝印层用于标注元件位置、极性、版本号等信息，通常采用白色或黑色油墨印刷。

（1）印刷方式

• 传统丝网印刷：成本低，但精度有限（≥0.1mm）。
• 激光打印：高精度，适用于微小字符。

（2）应用场景

• 元件标识：如R1、C2等。
• 极性标记：如“+”极、二极管方向。
• 品牌LOGO：产品溯源。

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2.5 特殊功能层

（1）阻抗控制层

• 用途：确保高速信号（如USB、HDMI）的阻抗匹配（通常50Ω或100Ω差分）。
• 实现方式：通过调整介质厚度、线宽和铜厚控制阻抗。

（2）散热层（Thermal Pads/Vias）

• 用途：增强散热，常见于功率器件下方。
• 设计方式：使用铜填充过孔（Via-in-Pad）或金属基板。

（3）柔性层（Flexible PCB）

• 材料：聚酰亚胺（PI）基材，可弯曲。
• 应用：可穿戴设备、折叠屏手机。

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3. 总结

PCB的结构层设计直接影响其电气性能、可靠性和成本。不同应用场景（如高频、高功率、柔性电路）需要选择合适的材料、厚度和工艺。未来，随着5G、AI和物联网的发展，PCB将向高密度、高散热、高信号完整性方向发展，对材料与制造工艺提出更高要求。