2025年pcb期末考試及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.高頻PCB設(shè)計中，為降低信號傳輸損耗，通常優(yōu)先選擇介電常數(shù)（εr）接近以下哪個范圍的基材？A.1.0-1.5B.2.5-3.5C.5.0-6.0D.7.0-8.02.HDI（高密度互連）板中，一階盲孔的最小孔徑通常不超過：A.80μmB.120μmC.180μmD.250μm3.以下哪種表面處理工藝的可焊性最佳但成本最高？A.有機(jī)涂覆（OSP）B.化學(xué)沉金（ENIG）C.熱風(fēng)整平（HASL）D.浸銀（ImmersionSilver）4.PCB阻抗控制中，影響微帶線特性阻抗最關(guān)鍵的參數(shù)是：A.銅箔厚度B.阻焊層厚度C.介質(zhì)層厚度與線寬比值D.焊盤尺寸5.無鉛焊接工藝要求PCB基材的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）至少達(dá)到：A.130℃B.150℃C.170℃D.200℃6.多層板層壓時，PP（半固化片）的主要作用是：A.增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度B.提供導(dǎo)電通路C.粘合芯板并形成介質(zhì)層D.隔離信號層7.以下哪種設(shè)計會導(dǎo)致PCB熱應(yīng)力集中風(fēng)險最高？A.大尺寸銅皮均勻分布B.正方形焊盤連接細(xì)導(dǎo)線C.圓形過孔陣列D.對稱布局的IC散熱焊盤8.差分對走線時，為保證阻抗匹配，通常要求兩根線的間距與線寬的關(guān)系為：A.間距=線寬B.間距=2倍線寬C.間距=0.5倍線寬D.間距=線寬+阻焊厚度9.測試PCB開路/短路缺陷時，最常用的檢測方法是：A.AOI（自動光學(xué)檢測）B.飛針測試C.X-Ray檢測D.阻抗測試儀10.對于工作頻率5GHz的射頻PCB，推薦的最小線間距（線到線）應(yīng)不小于：A.0.05mmB.0.1mmC.0.2mmD.0.3mm二、填空題（每空1分，共20分）1.PCB基材中，F(xiàn)R-4的主要成分是________和環(huán)氧樹脂，其典型介電常數(shù)（1GHz）約為________。2.銅箔厚度常用“盎司（oz）”表示，1oz銅箔的厚度約為________μm，高頻板常用________銅箔以降低趨膚效應(yīng)。3.阻焊層的主要作用是________和________，其顏色會影響________（填“電氣性能”或“可焊性”）。4.多層板層序設(shè)計中，電源層與地層應(yīng)________（填“相鄰”或“分離”），以降低________。5.盲孔是指連接________和________的孔，埋孔是指連接________的孔。6.表面貼裝（SMT）焊盤設(shè)計中，焊盤長度應(yīng)比元件引腳長________mm，寬度應(yīng)比引腳寬________mm，以保證焊接可靠性。7.熱設(shè)計中，PCB的熱阻主要由________、________和________三部分組成。8.IPC-2221標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通PCB的最小孔壁銅厚為________μm，高頻板可放寬至________μm以提高可靠性。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述差分對走線的“等長、等距、對稱”設(shè)計原則及其對信號完整性的影響。2.無鉛焊接工藝對PCB基材和表面處理提出了哪些新要求？請列舉3點。3.比較盲孔、埋孔和通孔在工藝難度、成本及應(yīng)用場景上的差異。4.阻抗匹配在高速PCB設(shè)計中的意義是什么？影響特性阻抗的主要因素有哪些？5.簡述AOI（自動光學(xué)檢測）和AXI（X射線檢測）在PCB檢測中的應(yīng)用區(qū)別。四、分析計算題（共25分）1.（8分）設(shè)計一個50Ω微帶線，已知基材εr=4.2，介質(zhì)層厚度h=0.15mm，銅箔厚度t=0.035mm（可忽略），使用公式Z0=87/√(εr+1.41)×(h/w+0.64)計算線寬w（保留2位小數(shù)）。若實際加工中線寬誤差為±10%，計算實際阻抗范圍。2.（9分）某PCB需承載5A直流電流，銅箔厚度為1oz（35μm），環(huán)境溫度85℃，根據(jù)IPC-2221標(biāo)準(zhǔn)（電流容量公式：I=0.048×(ΔT)^0.44×(w×t)^0.725，其中ΔT=10℃，w單位mil，t單位mil，1mil=0.0254mm），計算最小線寬（單位mm，保留2位小數(shù)）。若線寬需滿足與相鄰線間距≥3mil，計算該線與相鄰線的最小間距（單位mm）。3.（8分）某BGA封裝IC的散熱焊盤面積為10mm×10mm，通過4個φ0.3mm的過孔連接到內(nèi)層地平面，過孔銅厚25μm，PCB基材熱導(dǎo)率λ=0.3W/(m·K)。計算焊盤到地平面的熱阻（過孔熱阻R=h/(λ×A)，h為過孔長度1.6mm，A為單過孔銅截面積；焊盤熱阻忽略）。五、綜合應(yīng)用題（共25分）某公司需設(shè)計一款8層高速數(shù)字PCB，主要芯片包括：主處理器（400pinBGA，工作頻率2GHz，核心電壓1.0V/10A，I/O電壓3.3V/5A）高速SerDes接口（速率10Gbps，差分對數(shù)量20對）電源管理芯片（輸出多路電源，最大紋波要求50mV）存儲芯片（DDR4，速率3200MT/s）要求：1.設(shè)計合理的層疊結(jié)構(gòu)（標(biāo)注各層功能），并說明設(shè)計依據(jù)；2.分析高速SerDes差分對和DDR4走線的關(guān)鍵設(shè)計要點（各列舉3點）；3.提出電源平面的分割與去耦電容布局策略，以滿足紋波要求。答案及解析一、單項選擇題1.B（高頻板需低介電常數(shù)以降低信號延遲，典型FR-4為4.2，高頻專用材料如羅杰斯RO4350B約3.48）2.B（HDI一階盲孔通?！?50μm，主流工藝為100-120μm）3.B（ENIG可焊性好、耐存儲，但化學(xué)沉金工藝成本高）4.C（微帶線阻抗Z0≈87/√(εr)×(h/w)，核心是h/w比值）5.C（無鉛焊料熔點約217℃，要求Tg≥170℃以避免高溫變形）6.C（PP在層壓時融化，粘合芯板并形成介質(zhì)層）7.B（正方形焊盤與細(xì)導(dǎo)線連接易因熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致應(yīng)力集中）8.A（差分對間距=線寬時，差分阻抗≈2×單端阻抗，常用設(shè)計規(guī)則）9.B（飛針測試可精準(zhǔn)檢測開路/短路，適用于小批量）10.C（5GHz射頻信號需避免串?dāng)_，推薦間距≥0.2mm）二、填空題1.玻璃纖維布；4.2（±0.2）2.35；薄（或“反轉(zhuǎn)”）3.保護(hù)銅箔；防止焊錫橋接；可焊性（顏色影響反光，不影響電氣性能）4.相鄰；電源-地平面阻抗5.外層；內(nèi)層；內(nèi)層之間（不連接外層）6.0.1-0.3；0.05-0.157.銅箔熱阻；介質(zhì)層熱阻；表面對流熱阻8.20；25（高頻板電流密度高，需更厚銅層）三、簡答題1.等長：保證差分信號同時到達(dá)接收端，減少時延差（DCD）；等距：維持差分阻抗一致，降低共模噪聲；對稱：避免寄生參數(shù)差異，減少模式轉(zhuǎn)換。三者共同確保差分信號的抗干擾能力和眼圖質(zhì)量。2.①基材Tg≥170℃，避免高溫焊接變形；②熱膨脹系數(shù)（CTE）≤15ppm/℃，減少層間應(yīng)力；③表面處理需耐高溫（如ENIG替代OSP），防止焊接時涂層失效。3.工藝難度：埋孔＞盲孔＞通孔（埋孔需多次層壓）；成本：埋孔＞盲孔＞通孔；應(yīng)用場景：埋孔用于高密度內(nèi)層連接（如HDI高階板），盲孔用于外層到內(nèi)層的短路徑連接，通孔用于跨全層的簡單連接（如插件元件）。4.意義：減少信號反射，提高傳輸效率，保證信號完整性。影響因素：線寬、介質(zhì)層厚度、介電常數(shù)、銅箔厚度（高頻時需考慮）。5.AOI檢測表面缺陷（如線寬偏差、阻焊脫落），基于光學(xué)成像；AXI檢測內(nèi)部缺陷（如過孔填錫不良、層間短路），基于X射線穿透成像。四、分析計算題1.代入公式：50=87/√(4.2+1.41)×(0.15/w+0.64)計算得：√(5.61)≈2.37，87/2.37≈36.71則50=36.71×(0.15/w+0.64)→0.15/w+0.64≈1.36→0.15/w≈0.72→w≈0.208mm≈0.21mm線寬誤差±10%，則w范圍0.187-0.229mm代入計算阻抗：w=0.187mm時，Z0=36.71×(0.15/0.187+0.64)=36.71×(0.802+0.64)=36.71×1.442≈52.9Vw=0.229mm時，Z0=36.71×(0.15/0.229+0.64)=36.71×(0.655+0.64)=36.71×1.295≈47.5V實際阻抗范圍約47.5Ω-52.9Ω2.電流公式轉(zhuǎn)換：w（mil）=線寬，t（mil）=35μm/25.4≈1.378milI=5A=0.048×(10)^0.44×(w×1.378)^0.725計算(10)^0.44≈2.754，0.048×2.754≈0.1322則5=0.1322×(1.378w)^0.725→(1.378w)^0.725≈5/0.1322≈37.82兩邊取對數(shù)：0.725×ln(1.378w)=ln(37.82)≈3.633→ln(1.378w)=3.633/0.725≈5.01→1.378w≈e^5.01≈150.5→w≈150.5/1.378≈109.2mil≈2.77mm最小間距3mil=3×0.0254≈0.076mm3.單過孔銅截面積A=π×(d/2)^2π×(d/2t)^2（d=0.3mm=300μm，t=25μm）簡化計算（t遠(yuǎn)小于d）：A≈π×d×t=3.14×300×25=23550μm2=2.355×10^-8m24個過孔總截面積=4×2.355×10^-8=9.42×10^-8m2過孔長度h=1.6mm=0.0016m熱阻R=h/(λ×A)=0.0016/(0.3×9.42×10^-8)≈0.0016/(2.826×10^-8)≈56620K/W（注：實際中過孔熱阻還需考慮基材熱阻，此處僅計算銅層熱阻）五、綜合應(yīng)用題1.層疊結(jié)構(gòu)（從頂層到底層）：S1（信號層）GND1（地平面）S2（高速信號層，SerDes差分對）PWR1（1.0V核心電源）S3（DDR4信號層）PWR2（3.3VI/O電源）GND2（地平面）S4（信號層）設(shè)計依據(jù)：①高速信號層（S2、S3）緊鄰地/電源平面，控制阻抗；②電源層與地層相鄰（GND1-PWR1、PWR2-GND2），降低平面阻抗；③核心電源層（1.0V）靠近高速信號層，減少供電路徑電感。2.高速SerDes差分對設(shè)計要點：①等長誤差≤5mil（127μm），避免時延差；②差分線間距=線寬（如5mil線寬，5mil間距），控制差分阻抗100Ω；③避免跨分割平面，防止回流路徑斷裂。DDR4走線要點：①地址/控制信號分組等長（誤差≤20mil），時鐘與數(shù)據(jù)等長（誤差≤10mil）；②電源平面無開口，減少同步開關(guān)噪聲（SSN）；③與高速差分線間距≥3W（