物联网芯片到模组，研发生产全流程
物联网和智能家居的发展加深了人与物之间的连接和互动，使我们的生活更加丰富多彩、更加便捷、联系更加紧密。 人与物（设备）的连接依赖于互联网无线网络的无线连接，但连接协议却有很多类别，如各大WiFi、BLE、ZigBee、Z-Wave、NB-IoT、Lora等。而针对WiFi协议，有高通QCA4004、MTK MT7688、LEXIN ESP8266、RTL8710等多个芯片平台； 这样一来，必然会给产品开发初期的工程师带来困扰：什么协议适合产品？ 需要测量哪些参数？ 测量手段有哪些？
今天以Realtek RTL8710 WiFi模块为例，从选型、生产工艺、研发、PCB生产、芯片封装和PCB组装（SMT）工艺为大家详细讲解。
从芯片到模组的四个阶段：
- 碎屑
- 模组研发
- 模组生产
- 二次开发支持
芯片
模组研发
主要涉及硬件设计和软件设计。
我们需要考虑方案选择、原理图和布局设计、PCB板和PCBA原型制作、指标调试和参数测试等方面。 其中，方案选择最为重要。
1.方案选择
核心是满足功能，方便供货生产，价格匹配
(1)需求分析
功能考虑：WiFi的组网方式，一对一或者一对多。 终端产品采取一一对应的方式，用在网关和路由上的就一比多了。
在传输速率、分流数量级、控制级中，如果模块应用在智能家电控制中，则选择部分控制类芯片，如ESP8266，如果应用在路由器等产品中，则需要选择流量类芯片，如MTK 7620；
在功能接口方面，模块开发者可以更多地考虑芯片接口的数量、功能支持，如GPIO接口、SPI Flash接口、I2C接口等； 其实这个很容易理解。 例如物联网的WIFI芯片RTL8710，有20多个GPIO，支持更多的输入输出设备，或者更多的外部连接或控制。 另外，接口功能的考虑也不容忽视。 例如，该芯片的一些接口可以在不工作时自动将功耗降低到最低状态，在工作状态时自动从睡眠模式中唤醒，这样可以大大降低芯片的功耗。产品。
另外，在应用功能方面，开发者可以根据需要选择透传或非透传的芯片方案。
（二）优缺点分析
模组开发商除了分析芯片方案的市场需求外，还需要考虑芯片的性价比和稳定性，以及原厂和供货渠道；
一个好的产品即使各方面都很优秀，但是对于市场来说价格太高，所以绝对没有人敢选择。 当然，我们不能只看价格，俗话说，便宜的货也是很合理的。 如果说两款芯片方案的优势比较明显，但是芯片方案的优势即使价格高一点也挡不住大家的选择。 当涉及到芯片解决方案的稳定性时，这一点尤其重要。 如果是高功耗容易引起发热和死机的芯片，你如何让产品开发商、消费者选择？ 当然，发热可能是导致不稳定的众多因素之一，比如芯片厂商对软件代码优化不够，也会导致这些问题。
不同厂商或品牌提供的芯片方案可能有所不同。 在芯片行业，似乎有一个共识：优先选择欧美的芯片方案，其次是日韩，然后是台湾，最后选择大陆的芯片方案。 当然，这是在芯片方案价格差异不大的前提下。 我们上面提到的模组芯片方案来自一家台湾厂商。
最后，再好的芯片方案，供货渠道不稳定，或者经常缺货，这对于模组开发商来说也是非常致命的。
2.原理图设计
模块开发商选择好芯片方案后，就要进行模块的开发和设计。 首先是设计原理图。
稳定性：开发者需要根据芯片厂商提供的芯片信息以及规格要求，设计出稳定性高的原理图。
成本优势：原理图的设计方案有很多，但成本考虑也不可忽视。 例如，两层电路板设计，可以采用四层电路板设计，四层电路板也比较好，但价格较贵。 当然，这只是成本考虑的一方面。
兼容设计：原理图设计中的EMC设计考虑是考虑模块在各种电磁环境下仍能协调有效工作。 目的是保证模块不仅能够抑制各种外界干扰，使模块能够在特定的电磁环境下正常工作，而且还能减少模块本身对其他电子设备的电磁干扰。 EMC设计关系到整个模块的稳定性和性能。
量产难度：原理图设计还要考虑是否方便以后加工，加工好就意味着加工成本少。 如果设计的原理图导致实际加工的商誉率低，也会造成成本的增加。
3. PCB 布局
以上部分的原理图设计连同PCB板的绘制，统称为PCB Layout。 两者是相辅相成的，原理图设计是要体现在PCB板的图纸上的，原理图考虑PCB板的图纸也需要考虑，PCB板的图纸也需要考虑更多。 比如RF的考虑，稳定性的考虑，结构的考虑，甚至画PCB板也需要考虑板子的美观性。 因为从板子上的图就可以看出来模块厂家到底是不是专业的。
当然，根据PCB Layout，涉及到的PCB选型、电阻、电容等材料的类型和数量都会体现在BOM（Bill of Material）材料清单中。 此外，PCB 和 PCB 组装 (SMT) 生产将根据此材料清单确定。
4. PCB 原型
印刷电路板 (PCB) 或芯片由环氧玻璃树脂制成，具有不同数量的信号层，芯片和其他组件焊接在这些信号层上。
供应商选择：对于PCB打样、模组厂家来说，如果寻找外部厂家，通常需要考虑这些厂家是否有PCB打样经验、厂家的设备是否满足需求、厂家的管理是否良好等等。 。
工艺要求：如果PCB是多层的，就要找专门做多层PCB的厂家。
5. PCBA手板
CircuitBoard+Assembly（PCBA）是经过SMT工艺和DIP插件工艺的PCB裸板。 PCBA也称为成品PCB。
PCB 和 PCBA 原型设计是在开始全面批量生产之前验证设计质量和性能的最佳选择。 与可靠的原型制造商合作非常重要，如果您需要一些印刷电路板，他们可以快速制造样品板并对其进行纠正。 如果您的项目早期阶段出现任何错误或潜在缺陷，这些板可以快速测试和验证设计，而且先订购小批量原型运行更具成本效益。 我们的 UETPCB 提供快速周转的 PCB 原型服务，用于高质量、低成本的 PCB 制造和组装。
6.调试
对于模块的调试主要在于硬件电路调试和软件调试。
一般Wi-Fi产品的射频部分由几个部分组成，蓝色虚线框统一视为功放部分。 无线收发器（Radio Transceiver）一般是一个设计的核心器件之一。 除了与射频电路有密切关系外，一般还与CPU有关。 这里我们只关注射频电路相关的一些内容。 当信号发射时，收发器本身会直接输出一个功率较小的微弱射频信号到功率放大器（PA），然后通过天线通过发射/接收开关辐射到太空。 当接收到信号时，天线会感知空间中的电磁信号，然后将其发送到低噪声放大器（LNA）进行放大，使放大后的信号可以直接发送到收发器进行处理和解调。
硬件调试主要涉及射频电路和功能电路调试。 射频调试包括发送和接收两大方面，其中发送包括发送功率、相位误差调试等，接收包括灵敏度、接收电量平等等。 功能电路调试更多的是涉及硬件功能模块的具体电路调试。
对于射频参数的调试，发射TX主要是Power Power、误差矢量幅度EVM、频偏FREQ。 接收Rx方面，主要是接收灵敏度和灵敏度。 这些参数影响WiFi数据信号传输是否稳定。 需要特殊设备来测试它。 如LitePointd IQ2010、WT-200。
另外，软件调试主要在于功能调试的稳定性、完整性。 一般来说，针对单个或部分功能进行具体调优，下一步是进行更全面的测试。
7.Test
电子电路测试是以实现电路设计指标为目的而进行的一系列测量、判断、调整、重新测量的重复过程。
功能测试：根据模块支持的功能、操作描述和用户方案，测试模块的功能和可操作行为，以确定是否满足设计要求。
性能测试： 主要涉及测试模块的各个功能电路，以及信号传输距离等参数。
稳定性测试： 对涉及模块的实际传输速率、实际功耗、吞吐量、无线连接等稳定性方面进行测试。
老化测试： 它是确定模块寿命并在使用过程中达到最佳效果的测试。 由于系统长时间处于工作状态，工作时会对各设备进行负载操作。 只要在这些条件下能够保证设备的性能稳定性，正常环境下工作模块的使用寿命就会更长。
认证测试：有些产品必须经过相关国家指定认证机构的认证，取得相关证书并加贴认证标志，才能出厂、进口、销售以及在经营服务场所使用，特别是通讯类产品，还有国际上比较流行的认证如FCC、 CE、RoHS、UL 等
模组生产
模块生产主要包括PCB生产、PCBA(SMT)加工和测试。
PCB生产是模组生产最基本、最重要的一步。 整个流程如下图所示。
PCB裸板按设计制造
PCB组装（SMT）加工
根据模块的PCB特性，单面贴装。
单面组装工艺
来料检测→锡膏印刷→焊接→回流焊→清洗→测试
（1）物料检查：生产前，根据BOM和生产订单，按照物料的规格和数量对SMT物料进行检查；
(2)调机：同时对SMT进行编程调机。 调机完成后，就是送料工序。
(3)锡膏印刷：将锡膏均匀地涂在PCB的焊盘上，以保证回流焊时元器件管脚与PCB对应焊盘之间良好的电气连接。
(4)焊接：PCB上印有锡膏，通过自动送料器传送到SMT机上。 SMT机的程序是提前准备好的。 当机器识别到有板子时，就会开始自动取料进行贴片。
组装好的RTL8710模块
(5)回流焊前外观检查：或称中间检查，需注意元器件的极性，无偏移，无短路，无少片等。
(6)回流焊：检查好的PCB经过回流焊后会自动进行焊接。
至此，模组制作流程基本结束。
(7)回流焊后检查：这里主要检查是外观，看是否有虚焊、锡珠、短路、元器件偏移等现象。 外观检查方式有AOI检查/X-Ray抽样检查、目视检查。
(8)AOI测试
通常AOI检查可以放在回流焊之前或之后，但大多数制造商选择回流焊之后进行AOI检查，因为这是可以发现所有遇到的组装错误的地方。
由于AOI自动光学检测的误判率（盲点、少锡等），AOI检测后需要人工目测。
模组表面金属屏蔽罩
但对于表面有金属屏蔽模具的块体，AOI检测不可行，因此我们可以采用另一种X射线点检方式。 X-Ray非接触式3D检测方法，当电路板层数越多时，内层的精度要求就会越高。 它还可以用于封装物体的位置和形状的透视观察和测量，甚至可以用于金属屏蔽装置的透视。
目视检查是先用肉眼扫描整块板子，然后用显微镜检查缺陷区域，如缺锡、短路等，通过倾斜板子调整最佳视野即可轻松检测到。 用眼睛检查不规则之处通常比用显微镜一点点检查要少。 当然，当发现问题时，可以使用显微镜进行更详细的检查。
然后我们使用激光打标机对模块进行打标。 通过模块上的标记文字，我们可以连接到一些芯片厂家、系列、型号等信息
模块测试
(1) 编程
万能串行编程器进行编程时，首先使用随机并口数据线，将编程器与计算机并口连接，进行在线编程。
(2) GPIO测试 GPIO口专项测试通过专有的测试夹具进行。 将模组放置在专门设计的针床夹具上，使夹具测试探针与元器件的引线接触，通过观察夹具周围的LED亮度来判断GPIO接口是否合格。
GPIO测试
(3)接收发射功率测试使用IQ 2010测试仪测试WIFI模块的发射功率和接收功率。
(4)其他测试完成后，模块应进行包装后方可出厂。 模块的包装除了一般的耐挤压、防振的真空发泡袋外，更重要的是防水、防静电的包装措施。
二次开发支持
常用于智能家居、工控产品的WiFi模块一般都是嵌入式的，不同的领域，不同的产品，不同的工程师进行二次开发，都会遇到一些技术问题，或多或少的模块厂商一般都会跟开发者社区，技术热线，电子邮件、即时消息、现场支持服务。
从模块研发前的需求分析到方案选型的确定，从原理图设计到PCB板的绘制，从模块软硬件匹配到BOM材料的确认； 与模组生产相关的PCB生产、SMT加工及测试； 从模块交付到售后技术支持，每一步都至关重要，可见PCB和PCBA厂商的重要性。
Union Electronic Technology 提供 PCB 制造、交钥匙 PCB 组装服务和全箱构建服务的所有优势，周转时间快，预算可承受。 我们的首要任务是持续提供高质量的 PCB 和 PCB 组装服务，使我们成为您电子制造的最佳选择，欢迎联系我们获取您的电子产品。