Von der Elektronikforschung und -entwicklung bis zur Produktion – der gesamte Prozess der Elektronikfertigung

Vom IoT-Chip bis zum Modul, dem gesamten Prozess der Forschung, Entwicklung und Produktion

Die Entwicklung des Internets der Dinge und des Smart Home hat die Verbindung und Interaktion zwischen Menschen und Dingen vertieft und unser Leben bunter, komfortabler und enger vernetzt. Die Verbindung von Personen und Dingen (Geräten) hängt von der drahtlosen Internetverbindung ab, aber das Verbindungsprotokoll umfasst viele Kategorien, wie z. B. die wichtigsten WLAN, BLE, ZigBee, Z-Wave, NB-IoT, Lora usw. Und für das WiFi-Protokoll eine Reihe von Chipplattformen wie Qualcomm QCA4004, MTK MT7688, LEXIN ESP8266, RTL8710 und so weiter; Auf diese Weise wird es für Ingenieure in der frühen Phase der Produktentwicklung unweigerlich zu Problemen kommen: Welches Protokoll ist für das Produkt geeignet? Welche Parameter werden zur Messung benötigt? Was sind die Messmittel?
Heute am Beispiel des Realtek RTL8710 WiFi-Moduls, um Ihnen eine detaillierte Erklärung aus den Bereichen Auswahl, Produktionsprozess, Forschung und Entwicklung, PCB-Produktion, Chippakete und PCB-Montageprozess (SMT) zu geben.

Die vier Stufen vom Chip zum Modul:

• Chips
• Modul F&E
• Modulproduktion
• Sekundäre Entwicklungsunterstützung

Dabei geht es hauptsächlich um Hardware-Design und Software-Design.
Wir müssen diese Aspekte berücksichtigen, wie z. B. Schemaauswahl, Schaltplan- und Layoutdesign, Leiterplatten- und PCBA-Prototyping, Index-Debugging und Parametertests. Unter ihnen ist die Auswahl des Schemas am wichtigsten.

1.Schemaauswahl

Der Kern besteht darin, die Funktion zu erfüllen, einfache Lieferung und Produktion sowie Preisanpassung

(1) Bedarfsanalyse

Funktionsüberlegung: der Netzwerkmodus von WiFi, eins-zu-eins oder eins-zu-viele. Terminalprodukte nehmen eins zu eins, die Verwendung in Gateways und Routing ist eins zu viel.

Wählen Sie in Bezug auf Übertragungsrate, Shunt-Mengenklasse und Steuerklasse, wenn das Modul in der Steuerung intelligenter Haushaltsgeräte eingesetzt wird, einen teilweisen Steuerklassen-Chip wie ESP8266 aus. Wenn Sie ihn in Produkten wie Routern verwenden, müssen Sie Flow-Class-Chips auswählen , wie MTK 7620;

Im Hinblick auf eine funktionale Schnittstelle können Modulentwickler mehr über die Anzahl der Chipschnittstellen und die funktionale Unterstützung nachdenken, z. B. GPIO-Schnittstelle, SPI-Flash-Schnittstelle, I2C-Schnittstelle; Tatsächlich ist das leicht zu verstehen. Beispielsweise verfügt RTL8710, der WIFI-Chip des Internets der Dinge, über mehr als 20 GPIOs und unterstützt mehr Ein- und Ausgabegeräte oder mehr externe Verbindungen oder Steuerungen. Auch die Berücksichtigung von Schnittstellenfunktionen darf nicht außer Acht gelassen werden. Beispielsweise können einige Schnittstellen dieses Chips den Stromverbrauch automatisch auf den niedrigsten Zustand reduzieren, wenn er nicht funktioniert, und automatisch aus dem Ruhemodus aufwachen, wenn er sich im Arbeitszustand befindet, wodurch der Stromverbrauch erheblich reduziert werden kann das Produkt.
Darüber hinaus kann der Entwickler im Hinblick auf die Anwendungsfunktion je nach Bedarf das Chip-Schema „Passthrough“ oder „Nicht-Passthrough“ wählen.

(2) Vor- und Nachteile-Analyse

Neben der Analyse der Marktnachfrage nach Chiplösungen müssen Modulentwickler auch die Kostenleistung und Stabilität des Chips sowie die ursprünglichen Fabrik- und Lieferkanäle berücksichtigen;
Ein gutes Produkt, auch wenn alle Aspekte ausgezeichnet sind, aber der Preis ist für den Markt zu hoch, sodass sich absolut niemand traut, eine Wahl zu treffen. Natürlich können wir nicht nur auf den Preis schauen, wie es so schön heißt, sondern auch günstige Ware ist sehr günstig. Obwohl die Vorteile der beiden Chip-Schemata offensichtlich sind, können die Vorteile der Chip-Schemata, selbst wenn der Preis etwas höher ist, nicht jeden davon abhalten, sich zu entscheiden. Dies ist besonders wichtig, wenn es um die Stabilität von Chiplösungen geht. Wenn ein hoher Stromverbrauch leicht zu Hitze und zum Absturz von Chips führt, wie lässt man dann Produktentwickler und Verbraucher wählen? Natürlich könnte Hitze einer der vielen Faktoren sein, die zu Instabilität führen, beispielsweise die unzureichende Optimierung des Softwarecodes durch Chiphersteller, die ebenfalls zu diesen Problemen führen kann.
Die von verschiedenen Herstellern oder Marken angebotenen Chiplösungen können variieren. In der Chipindustrie scheint es einen Konsens darüber zu geben, dass die Chiplösungen Europas und der Vereinigten Staaten bevorzugt werden, gefolgt von denen Japans und Südkoreas, dann Taiwan und schließlich die Chiplösungen des Festlandes. Dies setzt natürlich voraus, dass der Preisunterschied der Chiplösungen nicht groß ist. Die oben erwähnte Modul-Chip-Lösung stammt von einem taiwanesischen Hersteller.
Unabhängig davon, wie gut die Chiplösung auch ist, ist der Versorgungskanal instabil oder es kommt häufig zu Engpässen, was auch für Modulentwickler sehr fatal ist.

2.Schematischer Diagrammentwurf

Nachdem der Modulentwickler ein gutes Chipschema ausgewählt hat, muss das Modul entwickelt und entworfen werden. Als Erstes muss das schematische Diagramm entworfen werden.

Stabilität: Der Entwickler muss das Schaltplandiagramm mit hoher Stabilität gemäß den vom Chiphersteller bereitgestellten Chipinformationen und den Spezifikationsanforderungen entwerfen.

Kostenvorteil: Es gibt viele Gestaltungsmöglichkeiten für Schaltpläne, Kostenüberlegungen sollten jedoch nicht außer Acht gelassen werden. Beispielsweise kann ein Leiterplattendesign mit zwei Schichten oder ein Leiterplattendesign mit vier Schichten verwendet werden. Eine Leiterplatte mit vier Schichten ist auch besser, aber der Preis ist höher. Dies ist natürlich nur ein Aspekt der Kostenüberlegungen.

Kompatibles Design: Die Überlegungen zum EMV-Design beim Schaltplandesign bestehen darin, zu berücksichtigen, dass das Modul in verschiedenen elektromagnetischen Umgebungen weiterhin koordinieren und effektiv arbeiten kann. Der Zweck besteht darin, sicherzustellen, dass das Modul nicht nur alle Arten von externen Störungen unterdrücken kann, damit das Modul in einer bestimmten elektromagnetischen Umgebung ordnungsgemäß funktionieren kann, sondern auch die elektromagnetischen Störungen des Moduls selbst auf andere elektronische Geräte reduziert. Beim EMV-Design geht es um die Stabilität und Leistung des gesamten Moduls.

Schwierigkeitsgrad der Massenproduktion: Bei der schematischen Gestaltung sollte auch berücksichtigt werden, ob die Verarbeitung in Zukunft bequem ist, und eine gute Verarbeitung bedeutet geringere Verarbeitungskosten. Wenn die Gestaltung des Schaltplans in der tatsächlichen Verarbeitung zu einer geringen Kulanz führt, führt dies auch zu einer Kostensteigerung.

3. PCB-LAYOUT

Der schematische Entwurf des obigen Teils wird zusammen mit der Zeichnung der Leiterplatte zusammenfassend als Leiterplattenlayout bezeichnet. Beide ergänzen sich, das schematische Design muss sich in der Zeichnung der Leiterplatte widerspiegeln, das schematische Diagramm muss auch in der Zeichnung der Leiterplatte berücksichtigt werden, und die Zeichnung der Leiterplatte muss ebenfalls berücksichtigt werden. Beispielsweise müssen bei HF-Überlegungen, Stabilitätsüberlegungen, strukturellen Überlegungen und sogar beim Zeichnen von Leiterplatten auch die Ästhetik der Leiterplatte berücksichtigt werden. Denn anhand der Zeichnung auf der Tafel erkennt man, dass der Modulhersteller letztlich nicht professionell ist.
Natürlich werden je nach PCB-Layout, der betreffenden PCB-Auswahl, der Art und Menge des Widerstands, des Kondensators und anderer Materialien in der Stückliste (Bill of Material) der Materialien widergespiegelt. Auch die Produktion von Leiterplatten und Leiterplattenbestückungen (SMT) wird anhand dieser Materialliste bestimmt.

4. PCB-Prototyp

Leiterplatten (PCB) oder Chips bestehen aus Epoxidglasharz und verfügen über eine unterschiedliche Anzahl von Signalschichten, auf denen Chips und andere Komponenten aufgelötet werden.

Anbieterauswahl: Bei PCB-Prototypen müssen Modulhersteller bei der Suche nach externen Herstellern in der Regel berücksichtigen, ob diese Hersteller über Erfahrung mit PCB-Prototypen verfügen, ob die Ausrüstung des Herstellers den Anforderungen entspricht und das Management des Herstellers gut ist usw .

Prozessanforderungen: Wenn die Leiterplatte mehrschichtig ist, muss ein Hersteller gefunden werden, der auf mehrschichtige Leiterplatten spezialisiert ist.

5. PCBA-Prototyp

CircuitBoard +Assembly (PCBA) ist eine unbestückte Leiterplatte, die den SMT-Prozess und den DIP-Plug-In-Prozess durchläuft. PCBA wird auch als fertige Leiterplatte bezeichnet.

PCB- und PCBA-Prototyping ist die beste Wahl, um die Qualität und Leistung eines Designs zu überprüfen, bevor mit der vollständigen Massenproduktion begonnen wird. Es ist sehr wichtig, mit einem zuverlässigen Prototypenhersteller zusammenzuarbeiten, der die Musterplatinen schnell herstellen und korrigieren kann, wenn Sie Leiterplatten benötigen. Diese Boards können die Designs schnell testen und verifizieren, wenn Fehler oder potenzielle Mängel in den frühen Phasen Ihrer Projekte auftreten. Außerdem ist es kostengünstiger, zunächst kleine Prototypenläufe zu bestellen. Unser UETPCB bietet schnelle PCB-Prototyp-Services für die PCB-Herstellung und -Montage in hoher Qualität und zu niedrigen Kosten.

6. Debuggen

Das Debuggen von Modulen umfasst hauptsächlich das Debuggen von Hardwareschaltungen und das Debuggen von Software.

Der HF-Teil allgemeiner Wi-Fi-Produkte besteht aus mehreren Teilen, und das gepunktete blaue Kästchen wird einheitlich als Leistungsverstärkerteil angesehen. Drahtlose Transceiver (Radio Transceiver) sind im Allgemeinen eines der Kerngeräte eines Designs. Neben der engen Beziehung zum Hochfrequenzschaltkreis hängt es im Allgemeinen auch mit der CPU zusammen. Hier widmen wir uns nur einigen Inhalten im Zusammenhang mit der Hochfrequenzschaltung. Wenn ein Signal gesendet wird, gibt der Transceiver selbst direkt ein schwaches Hochfrequenzsignal mit geringer Leistung an einen Leistungsverstärker (PA) aus, das dann über einen Sender-/Empfangsschalter und eine Antenne in den Weltraum abgestrahlt wird. Beim Empfang des Signals erfasst die Antenne das elektromagnetische Signal im Raum und sendet es dann zur Verstärkung an den Low Noise Amplifier (LNA), sodass das verstärkte Signal zur Verarbeitung und Demodulation direkt an den Transceiver gesendet werden kann.

Das Hardware-Debugging umfasst hauptsächlich das Debuggen von HF-Schaltkreisen und Funktionsschaltkreisen. Das HF-Debugging umfasst zwei Hauptaspekte: Senden und Empfangen, wobei das Senden das Senden von Strom, das Debuggen von Phasenfehlern usw. umfasst, das Empfangen die Empfindlichkeit und das Empfangen von Stromgleichheit. Das Debuggen von Funktionsschaltungen bezieht sich eher auf das Debuggen spezifischer Schaltungen eines Hardware-Funktionsmoduls.

Für das Debuggen von HF-Parametern besteht der sendende TX hauptsächlich aus Leistung, Fehlervektoramplitude EVM und Frequenzversatz FREQ. Beim Empfang von Rx geht es hauptsächlich um den Empfang von Sensibilität und Sensibilität. Diese Parameter beeinflussen, ob die WLAN-Datensignalübertragung stabil ist. Um es zu testen, ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich. Wie LitePointd IQ2010, der WT-200.

Darüber hinaus liegt die Hauptaufgabe des Software-Debuggings in der Stabilität und Integrität des Funktions-Debuggings. Im Allgemeinen wird eine spezifische Optimierung an einer einzelnen Funktion oder Teilfunktion durchgeführt, und der nächste Schritt besteht darin, umfassendere Tests durchzuführen.

7.Test

Der elektronische Schaltkreistest besteht darin, die Schaltungsdesignindikatoren für den Zweck einer Reihe von Messungen, Beurteilungen, Anpassungen und erneuten Messungen des wiederholten Prozesses zu erreichen.

Funktionstest : Anhand der vom Modul unterstützten Funktionen, der Funktionsbeschreibung und des Benutzerschemas werden die Funktionen und das Bedienverhalten des Moduls getestet, um festzustellen, ob es die Designanforderungen erfüllt.

Leistungstest: Dieser umfasst hauptsächlich die Prüfung der einzelnen Funktionsschaltungen des Moduls sowie die Messung der Signalübertragungsdistanz und anderer Parameter.

Stabilitätstest: Geprüft werden die tatsächliche Übertragungsrate, der tatsächliche Stromverbrauch, der Durchsatz, die drahtlose Verbindung und weitere Stabilitätsaspekte der beteiligten Module.

Burn-in-Test: Dieser Test dient der Bestimmung der Lebensdauer des Moduls und der Erzielung optimaler Ergebnisse im Betrieb. Da das System über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist, wird jedes Gerät während des Betriebs unter Last beansprucht. Solange die Leistungsstabilität des Systems unter diesen Bedingungen gewährleistet ist, verlängert sich die Lebensdauer des Moduls im normalen Betriebsumfeld.

Zertifizierungsprüfung : Einige Produkte müssen von den zuständigen nationalen Zertifizierungsstellen zertifiziert werden, entsprechende Zertifikate erhalten und Zertifizierungszeichen hinzufügen. Dies kann für Hersteller, Importeure, Händler und Unternehmen gelten, insbesondere für Kommunikationsprodukte. Es werden international gängige Zertifizierungen wie FCC, CE, RoHS, UL usw. verwendet.

Modulproduktion

Die Modulproduktion umfasst hauptsächlich die PCB-Produktion, PCBA(SMT)-Verarbeitung und Prüfung.

Die Leiterplattenfertigung ist der grundlegendste und wichtigste Schritt der Modulfertigung. Der gesamte Vorgang ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Verarbeitung der Leiterplattenbestückung (SMT).

Entsprechend den PCB-Eigenschaften wird das Modul einseitig montiert.

Einseitiger Montageprozess

Eingangsmaterialerkennung → Lotpastendruck → Löten → Reflow → Reinigen → Testen

(1) Materialprüfung: Vor der Produktion werden SMT-Materialien gemäß den Spezifikationen und Materialmengen gemäß der Stückliste und den Produktionsaufträgen überprüft.

(2) Einstellmaschine: Gleichzeitig sollte das SMT programmiert und eingestellt werden. Nach Fertigstellung der Einstellmaschine erfolgt der Zuführvorgang.

(3) Lötpastendruck: Tragen Sie die Lötpaste gleichmäßig auf die Lötpads der Leiterplatte auf, um beim Reflow-Löten eine gute elektrische Verbindung zwischen den Stiften der Komponenten und den entsprechenden Pads der Leiterplatte sicherzustellen.

(4) Löten: Leiterplatte mit Lötpaste bedruckt und über eine automatische Zuführung an die SMT-Maschine übertragen. Das Programm der SMT-Maschine wird im Voraus vorbereitet. Wenn die Maschine erkennt, dass ein Brett vorhanden ist, beginnt sie automatisch mit der Entnahme von Material zur Montage.

(5) Sichtprüfung vor dem Reflow: oder Zwischenprüfung genannt, es ist notwendig, auf die Polarität der Komponenten, keinen Versatz, keinen Kurzschluss, nicht weniger Teile usw. zu achten.

(6) Reflow-Löten: Die geprüfte Leiterplatte wird nach dem Reflow-Löten automatisch verlötet.

An diesem Punkt ist der Modulproduktionsprozess im Grunde abgeschlossen.

(7) Inspektion nach dem Reflow: Hier ist die Hauptinspektion das Aussehen, um zu sehen, ob es schlechte Lötstellen, Zinnperlen, Kurzschlüsse, Bauteilversatz usw. gibt. Zu den Prüfmethoden für das Erscheinungsbild gehören die AOI-Prüfung/Röntgenstichprobenprüfung und die Sichtprüfung.

(8) AOI-Test

Normalerweise kann die AOI-Prüfung vor oder nach dem Reflow erfolgen, die meisten Hersteller entscheiden sich jedoch für die AOI-Prüfung nach dem Reflow, da hier alle aufgetretenen Montagefehler gefunden werden können.

Aufgrund der Fehleinschätzungsrate (toter Winkel, weniger Zinn usw.) der automatischen optischen AOI-Erkennung ist nach der AOI-Erkennung eine künstliche Sichtprüfung erforderlich.

Metallabschirmung auf der Oberfläche des Moduls

Allerdings ist die AOI-Erkennung für Blöcke mit Metallabschirmungsformen auf der Oberfläche nicht möglich, sodass wir eine andere Röntgenpunktprüfung durchführen können. Bei der berührungslosen 3D-Inspektion mit Röntgenstrahlen ist die Genauigkeit der Anforderungen an die innere Schicht höher, wenn die Anzahl der Leiterplattenschichten höher ist. Es kann auch für die perspektivische Beobachtung und Messung der Position und Form der eingekapselten Objekte und sogar für die Perspektive von Metallabschirmgeräten verwendet werden.

Die visuelle Inspektion besteht darin, zunächst die gesamte Platine mit dem Auge zu scannen und dann die fehlerhaften Bereiche mit dem Mikroskop zu untersuchen, wie z. B. fehlendes Zinn oder Kurzschlüsse, die durch Kippen der Platine leicht erkannt werden können, um die beste Sicht einzustellen. Unregelmäßigkeiten mit dem Auge zu untersuchen, dauert meist weniger Zeit, als sie Stück für Stück mit dem Mikroskop zu untersuchen. Wenn das Problem gefunden ist, kann natürlich auch ein Mikroskop zur genaueren Untersuchung eingesetzt werden.

Anschließend markieren wir das Modul mit der Laserbeschriftungsmaschine. Durch den Markierungstext auf dem Modul können wir auf einige Chiphersteller, Serien, Modelle und andere Informationen zugreifen

Modultest

(1) Programmierung
Universeller serieller Programmierer für die Programmierung, die erste Verwendung einer zufälligen Parallelport-Datenleitung, der Programmierer und die Computer-Parallelport-Verbindung, Online-Programmierung.

(2) GPIO-Test: Ein spezieller Test des GPIO-Ports wird über die proprietäre Testvorrichtung durchgeführt. Platzieren Sie das Modul auf einer speziell entwickelten Nadelbetthalterung, stellen Sie sicher, dass die Testsonde der Halterung Kontakt mit der Leitung der Komponente hat, und prüfen Sie, ob die GPIO-Schnittstelle qualifiziert ist, indem Sie die LED-Helligkeit rund um die Halterung prüfen.

GPIO-Test

(3) Test der Empfangs- und Sendeleistung Der IQ 2010-Tester dient zum Testen der Sende- und Empfangsleistung des WLAN-Moduls.

(4) SonstigesNach Abschluss des Tests sollte das Modul verpackt werden, bevor es das Werk verlässt. Modulverpackung zusätzlich zur allgemeinen Widerstandsfähigkeit gegen Extrusion, Vibrationsvakuumschaumbeutel, wichtigere und wasserdichte, antistatische Verpackungsmaßnahmen.

Häufig verwendet in intelligenten Haushalten, industrielle Steuerungsprodukte von WiFi-Modulen für eingebettete normale, unterschiedliche Bereiche, unterschiedliche Produkte, unterschiedliche Ingenieure bei der zweiten Entwicklung, werden auf einige technische Probleme stoßen, mehr oder weniger Modulhersteller normalerweise mit der Entwicklergemeinschaft, technische Hotline, E-Mail, Instant Messaging, Vor-Ort-Supportdienste.

Von der Bedarfsanalyse vor der Modulforschung und -entwicklung bis zur Festlegung der Schemaauswahl, vom schematischen Entwurf bis zur Zeichnung der Leiterplatte, von der Abstimmung der Modulhardware und -software bis zur Bestätigung der Stücklistenmaterialien; PCB-Produktion, SMT-Verarbeitung und Tests im Zusammenhang mit der Modulproduktion; Von der Modullieferung bis zum technischen Kundendienst nach dem Verkauf ist jeder Schritt entscheidend und wir wissen, wie wichtig die PCB- und PCBA-Hersteller sind.

Union Electronic Technology bietet alle Vorteile der Leiterplattenfertigung, einen schlüsselfertigen Leiterplattenbestückungsservice und einen Full-Box-Build-Service mit kurzen Durchlaufzeiten und einem erschwinglichen Budget. Unsere Hauptaufgabe besteht darin, kontinuierlich hochwertige Leiterplatten- und Leiterplattenbestückungsdienstleistungen anzubieten, die uns zur besten Wahl für Ihre Elektronikfertigung machen. Kontaktieren Sie uns daher gerne für Ihre elektronischen Produkte.