模組開發(fā)設(shè)計(jì) - 模組研發(fā)到生產(chǎn)，看工程師煉金術(shù)！

　　2、原理圖

　　模組開發(fā)商選擇好芯片方案后，就就要進(jìn)行模組開發(fā)設(shè)計(jì)。模組研發(fā)設(shè)計(jì)最先做的工作就是，設(shè)計(jì)原理圖。

　　穩(wěn)定性：開發(fā)商需要根據(jù)芯片廠商提供的芯片資料，按照規(guī)格要求設(shè)計(jì)出穩(wěn)定性高的原理圖。

　　成本優(yōu)勢(shì)： 原理圖有多種設(shè)計(jì)方案，但是不能忽視對(duì)成本考量。如兩層電路板設(shè)計(jì)，四層電路板設(shè)計(jì)都可以使用，四層電路板也更優(yōu)，但是價(jià)格就更貴。當(dāng)然這只是成本考慮的一個(gè)方面而已。

　　兼容設(shè)計(jì)：原理圖設(shè)計(jì)時(shí)的電磁兼容設(shè)計(jì)考慮，就是要考慮模組在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作。

　　量產(chǎn)難易程度：原理圖設(shè)計(jì)還要考慮日后是否方便加工，好加工也就意味著加工費(fèi)用少。如果設(shè)計(jì)的原理圖致使實(shí)際加工的良品率低的話，同樣會(huì)造成成本增加。

　　3、繪制PCB板

　　上部分的原理圖設(shè)計(jì)，與畫PCB板一塊，被統(tǒng)稱為PCB Layout。兩者都是相輔相成的，原理圖設(shè)計(jì)的就是要在畫PCB板上得到體現(xiàn)，原理圖要考慮的畫PCB板時(shí)同樣需要考慮，并且畫PCB板還需要考慮的更多。

　　當(dāng)然根據(jù)PCB Layout設(shè)計(jì)方案設(shè)所涉及的PCB選型，電阻、電容類型和數(shù)量等各項(xiàng)物料情況，都會(huì)在BOM（Bill of Material）物料清單體現(xiàn)，同樣PCB、貼片生產(chǎn)等也按此表單來確定物料。

　　4、PCB打樣

　　由環(huán)氧玻璃樹脂材料制成，有不同信號(hào)層數(shù)，而芯片等貼片元件就貼在PCB上。

　　廠商選擇：對(duì)于PCB打樣，模組廠商如果尋找外部廠商，通常需要考慮這些廠商是否有模組PCB打樣經(jīng)驗(yàn)，廠商的設(shè)備是否滿足需要，廠商管理是否過硬等等。

　　工藝要求：如果模組PCB要多層打樣，就要找有多層PCB打樣經(jīng)驗(yàn)的廠家。

　　5、PCBA打樣

　　PCBA也就是說PCB空板經(jīng)過SMT上件，再經(jīng)過DIP插件的整個(gè)制程，簡(jiǎn)稱PCBA，可能理解其為成品線路板。

　　6、調(diào)試

　　對(duì)于模組的調(diào)試，主要在于硬件電路調(diào)試和軟件調(diào)試。

　　硬件調(diào)試：主要涉及射頻電路、功能電路調(diào)試。射頻調(diào)試包括發(fā)送和接收兩個(gè)大的方面，其中發(fā)送又包括了發(fā)送功率、相位誤差調(diào)試等，接收包括靈敏度、接收電平等。而功能電路調(diào)試更多的涉及到具體的某項(xiàng)硬件功能模塊的電路調(diào)試。

　　射頻參數(shù)的調(diào)試，發(fā)射TX方面主要為功率Power、誤差向量幅度EVM、以及頻偏Freq；在接收RX方面主要是接收靈敏度 Sensitivity，這些參數(shù)影響著WiFi數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸是否穩(wěn)定；需要專門的儀器來測(cè)試。比如LitePointd的IQ2010、極致匯儀的WT-200； 目前，該行業(yè)RFsister開放實(shí)驗(yàn)室提供這些方面測(cè)試服務(wù)。

　　軟件調(diào)試：主要在于穩(wěn)定性、功能的完整性調(diào)試。一般而言，只是單一，或者部分功能進(jìn)行的具體調(diào)測(cè)，下一步則需要進(jìn)行更全面的測(cè)試

　　7、測(cè)試

　　是以達(dá)到電路設(shè)計(jì)指標(biāo)為目的而進(jìn)行的一系列的測(cè)量、判斷、調(diào)整、再測(cè)量的反復(fù)進(jìn)行過程。

　　功能測(cè)試：根據(jù)模塊支持的特性、操作描述和用戶方案，測(cè)試該模塊的特性和可操作行為以確定其是否滿足設(shè)計(jì)需求。

　　性能測(cè)試：主要涉及測(cè)試模塊各個(gè)功能電路，以及信號(hào)的傳輸距離等還其他參數(shù)。

　　穩(wěn)定性測(cè)試：對(duì)涉及模塊的實(shí)際傳輸速率、實(shí)際功耗、吞吐量 、無線連接等穩(wěn)定性方面測(cè)試。

　　老化測(cè)試： 就是對(duì)模組壽命和在使用過程中能達(dá)到最佳效果而進(jìn)行的一項(xiàng)測(cè)試。因系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的處于工作狀態(tài)，在其工作時(shí)對(duì)各器件進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，只要在這些條件下能保證設(shè)備的性能穩(wěn)定，那么在正常環(huán)境下工作模組的使用壽命就會(huì)更久。

　　認(rèn)證測(cè)試：某些產(chǎn)品必須經(jīng)相關(guān)國(guó)家指定的認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證合格，取得相關(guān)證書并加施認(rèn)證標(biāo)志后，方能出廠、進(jìn)口、銷售和在經(jīng)營(yíng)服務(wù)場(chǎng)所使用，尤其是通信類產(chǎn)品，而國(guó)際比較普及的認(rèn)證如FCC（美國(guó)）、CE（歐洲）、RoHS（歐洲）等。

　　模組生產(chǎn)

　　模組生產(chǎn)主要包含PCB生產(chǎn)、SMT貼片加工、模組測(cè)試三個(gè)環(huán)節(jié)：

　　1、PCB生產(chǎn)：模組生產(chǎn)最基礎(chǔ)也是最重要的環(huán)節(jié)。

　　2、SMT貼片加工：根據(jù)該模組PCB特性，模組貼片采用單面貼裝。

　　單面貼裝流程

　?。?）物料核對(duì)：生產(chǎn)前還需根據(jù)BOM單和模組生產(chǎn)訂單進(jìn)行物料的規(guī)格、數(shù)量對(duì)SMT物料進(jìn)行核對(duì)；

　?。?）調(diào)機(jī)：同時(shí)還要對(duì)SMT進(jìn)行編程以及調(diào)整，調(diào)機(jī)完成之后即是上料過程。

　?。?）印錫：將適量的焊膏均勻的施加在PCB的焊盤上，以保證貼片元器件與PCB相對(duì)應(yīng)的焊盤在回流焊接時(shí)，達(dá)到良好的電氣連接。

　?。?）貼片：印錫過的PCB板，通過自動(dòng)送板機(jī)傳送到貼片機(jī)進(jìn)行貼片。貼片機(jī)的程序是事先編制好的，機(jī)器識(shí)別到有板的時(shí)候就會(huì)開始自動(dòng)取料進(jìn)行貼裝。

　?。?）爐前目檢：或稱作中間檢查，需要注意檢查元件的極性、貼裝有沒有偏移、有無短路、有無少件、多件、有無少錫等。

　?。?）回流焊接：檢查好的線路板經(jīng)過回流焊之后就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行焊接。

　?。?）爐后檢查：這里主要檢查的是模組的外觀，看有無焊接不良，即空焊、錫珠、短路、元件偏移、元件豎立等等。外觀檢驗(yàn)方式有：AOI檢測(cè)/X-Ray抽檢、目檢。

　　A1、AOI檢測(cè)

　　通常AOI檢查可放在回流焊接前或者后，但多數(shù)廠商AOI檢測(cè)選擇放在回流焊之后，因?yàn)檫@個(gè)位置可發(fā)現(xiàn)遇到的所有裝配錯(cuò)誤。由于采用AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)存在一定的誤判（盲點(diǎn)，少錫等）率，所以AOI的檢測(cè)后還需人工目檢。當(dāng)然AOI檢測(cè)是爐后檢查的通用檢查方式，但因AOI檢測(cè)對(duì)表面附有金屬屏蔽罩模的塊檢測(cè)方法不可行，因此我們可以采用了另一種X-Ray抽檢。

　　A2、X-Ray抽檢

　　X-Ray非接觸式3D檢驗(yàn)法， 當(dāng)電路板層數(shù)越多的時(shí)候，對(duì)內(nèi)層對(duì)位準(zhǔn)確精度的需求就會(huì)越高。其還可對(duì)封裝后內(nèi)部物件的位置和形態(tài)進(jìn)行透視觀察測(cè)量，甚者可透視金屬屏蔽器件。這里需要說明的是，雖然X-Ray檢測(cè)透視性強(qiáng)，但其只是一種抽檢測(cè)試方式。

　　B、目檢

　　目檢就是先用眼睛掃描整片板子，在用顯微鏡對(duì)有缺陷的地方做檢查，如缺錫、短路、或接腳扭曲都可以再經(jīng)由傾斜板子，來調(diào)整最佳視線時(shí)容易發(fā)現(xiàn)。用眼睛來檢查不規(guī)則的地方，通常要比用顯微鏡一點(diǎn)一點(diǎn)的檢查更節(jié)省時(shí)間。當(dāng)然發(fā)現(xiàn)問題后，再用顯微鏡來做更詳細(xì)的檢驗(yàn)。

　　3、模組測(cè)試

　　（1）燒錄：通用串行編程器進(jìn)行燒錄，首先使用隨機(jī)的并口數(shù)據(jù)線，將編程器與計(jì)算機(jī)并口聯(lián)接，進(jìn)行聯(lián)機(jī)燒寫。

　?。?）GPIO測(cè)試：通過專有的測(cè)試夾具對(duì)GPIO口進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)試。將模組放置在專門設(shè)計(jì)的針床夾具上，使夾具測(cè)試探頭與組件的引線相接觸，通過查看夾具周邊LED亮度的情況，來檢查GPIO接口是否合格。

　　（3）接收、發(fā)射功率測(cè)試：利用IQ2010測(cè)試儀對(duì)模組WiFi的發(fā)射功率、接收功率做測(cè)試。

　　四、二次開發(fā)支持：

　　在這個(gè)以服務(wù)取勝的時(shí)代，模組廠商通常從售前到售后都提供服務(wù)支持，尤其體現(xiàn)在售后的二次開發(fā)技術(shù)支持。常見應(yīng)用于智能家居、工業(yè)控制產(chǎn)品之中的WiFi模組通常為嵌入式，不同的領(lǐng)域、不同的產(chǎn)品、不同的工程師對(duì)其二次開發(fā)，或多或少會(huì)遇到一些技術(shù)問題，模組廠商通常以開發(fā)者社區(qū)、技術(shù)熱線、郵件、即時(shí)通信、上門支持服務(wù)等。

　　在開發(fā)者社區(qū)，通常有應(yīng)用開發(fā)案例、SDK支持、固件更新包、常見問題等，個(gè)人比較喜歡泡開發(fā)者社區(qū)，不光能和其他工程獅交流，也偶然分享自己的一些小心得，還可以獲得一些免費(fèi)的經(jīng)典資源，現(xiàn)在用上也算是借花獻(xiàn)佛吧。

　　總結(jié)：從模組研發(fā)前的需求分析到確定方案選型，從原理圖設(shè)計(jì)到繪制PCB板，從模組軟硬件對(duì)接到確認(rèn)BOM物料；從模組生產(chǎn)涉及的PCB生產(chǎn)、到SMT加工、測(cè)試；從模組出貨到售后技術(shù)支持，從這里面的每一步，我們可以看到廠商努力的身影，我們可以感受到廠商內(nèi)心的執(zhí)著，而不是你眼中僅看到的價(jià)格。