物聯網、智能家居的發展，加深了人與物的連接互動，使得我們的生活更加豐富多彩、溝通更為便捷、連接越來越緊密。人、物（設備）的連接依賴于Internet無線組網無線連接，然而連接協議卻品類多多，如大類的WiFi、BLE、Zigbee、Z-wave，還有小眾的NB-IoT、LoRa等；且單就WiFi協議，又有多個芯片平臺 如高通QCA4004、MTK的MT7688、樂鑫的ESP8266、瑞昱的RTL8710等；這樣一來，難免會給工程師產品開發前期帶來困擾：產品適合選用什么協議？需要哪些參數做衡量？ 又有什么測試測量手段？

　　今天小編就以瑞昱的RTL8710 WiFi模塊為例，從研發選型、生產過程兩大方面，輔以芯片封裝、PCB生產、及SMT加工的過程工藝來給大家做個細致的講述，爭取能撥開云霧見明月。

　　芯片到模組的四個階段

　　一、芯片（本階段小編自認淺薄，大家飄過~）

　　從度娘拿來的芯片生產過程，貼圖共同學習。

　　重點說說模組研發、生產過程；

　　一張導圖、分段說明；

　　二、模組研發

　　主要涉及硬件設計、軟件設計兩方面；

　　所謂謀而后動，模組動手設計之前。需要從這幾個方面去考量，方案選型、原理圖及layout設計、PCB板子及PCBA打樣、指標調試與參數測試； 其中，方案選型為重中之重。

　　1、方案選型

　　核心是滿足功能、供貨生產容易、價格匹配；

　　（1）需求分析

　　功能考量：wifi使用的組網方式，一對一，還是一對多。終端產品取一對一，用在網關、路由上則是一對多。

　　在傳輸速率上，分流量類，控制類，如果模塊應用在智能家電控制方面的，選擇偏控制類的芯片，比如ESP8266即可；如果用在路由器這樣的產品，就要選擇流量類芯片，比如MTK的7620；

　　在功能接口方面，模組開發商考慮更多的可能就是芯片的接口數量，功能支持等，比如GPIO功能口、SPI flash擴展口、I2C接口；其實這個很好理解，比如RTL8710這款物聯網WiFi芯片，它的GPIO多達二十多個，支持多的輸入輸出設備，或是更多的外部連接或控制；同樣在接口功能方面的考慮也是不能忽視的，比如這款芯片其有的接口在無工作狀態下可自動將功耗降低到最低狀態，待進入工作狀態時可自動從睡眠模式喚醒，這樣可大大降低產品的功耗。

　　另外，在應用功能方面，開發商根據需要選擇透傳類，還是非透傳類的芯片方案。

　　（2）優劣分析

　　除對芯片方案的市場需求進行分析外，模組開發商還需要考慮芯片的性價比與穩定性，以及原廠及供貨渠道；

　　一款好的產品就算各個方面都過硬，但是價格脫離市場高的離譜，那么絕對是沒有人敢選擇的。當然也不能單單只看價格，俗話說便宜沒好貨是非常有道理的。如果兩款芯片方案優勢差異比較明顯，但是優勢占優的芯片方案即使價格高一點也阻擋不了大家選擇的。說到芯片方案的穩定性，這個尤為關鍵。倘若是一款功耗高易引起發熱而造成死機的芯片，你如何讓產品開發商、消費者選擇呢。當然發熱可能是造成不穩定眾多因素中的一種，如芯片廠商對軟件代碼的優化不到位，同樣會引起上述問題。

　　不同廠商或者不同品牌提供的芯片方案，可能是各有千秋，甚至是千差萬別。在芯片行業，大家似乎有一種共識，歐美芯片方案優先選擇，接著是日韓，再者就是臺灣，最后才選擇大陸芯片方案，當然這是在芯片方案價格差異不大的前提之下。當然這樣籠統的說是不太科學，但是參照意義還是有的。上述我們提到的模組芯片方案就是來自臺灣廠商。

　　最后， 再好的芯片方案，供貨渠道不穩定，或者經常出現短缺，對于模組開發商同樣是非常致命的。

　　2、原理圖設計

　　模組開發商選擇好芯片方案后，就就要進行模組開發設計。模組研發設計最先做的工作就是，設計原理圖。

　　穩定性：開發商需要根據芯片廠商提供的芯片資料，按照規格要求設計出穩定性高的原理圖。

　　成本優勢： 原理圖有多種設計方案，但是不能忽視對成本考量。如兩層電路板設計，四層電路板設計都可以使用，四層電路板也更優，但是價格就更貴。當然這只是成本考慮的一個方面而已。

　　兼容設計：原理圖設計時的電磁兼容設計考慮，就是要考慮模組在各種電磁環境中仍能夠協調、有效地進行工作。目的就是確保模組既能抑制各種外來的干擾，使模組在特定的電磁環境中能夠正常工作，同時又能減少模組本身對其它電子設備的電磁干擾。電磁兼容設計考慮，涉及到整個模塊的穩定性和性能。

　　量產難易程度：原理圖設計還要考慮日后是否方便加工，好加工也就意味著加工費用少。如果設計的原理圖致使實際加工的良品率低的話，同樣會造成成本增加。

　　3、繪制PCB板

　　上部分的原理圖設計，與畫PCB板一塊，被統稱為PCB Layout。兩者都是相輔相成的，原理圖設計的就是要在畫PCB板上得到體現，原理圖要考慮的畫PCB板時同樣需要考慮，并且畫PCB板還需要考慮的更多。比如，射頻考量、穩定性考量，結構考量，甚至畫PCB板還需要考慮到板子的美觀度。因為從板子的畫法上就可以看出模組廠商到底是不是專業。

　　當然根據PCB Layout設計方案設所涉及的PCB選型，電阻、電容類型和數量等各項物料情況，都會在BOM（Bill of Material）物料清單體現，同樣PCB、貼片生產等也按此表單來確定物料。

　　4、PCB打樣

　　PCB（Printed Circuit Board）稱為”印刷電路板”，由環氧玻璃樹脂材料制成，有不同信號層數，而芯片等貼片元件就貼在PCB上。

　　廠商選擇：對于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打樣經驗，廠商的設備是否滿足需要，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打樣經驗的廠家。

　　5、PCBA打樣

　　PCBA（Printed Cirruit Board +Assembly，）也就是說PCB空板經過SMT上件，再經過DIP插件的整個制程，簡稱PCBA，可能理解其為成品線路板。

　　6、調試

　　對于模組的調試，主要在于硬件電路調試和軟件調試。

Wi-Fi產品的一般射頻設計框圖

　　一般Wi-Fi產品的射頻部分由幾大部分組成，藍色的虛線框內統一看成是功率放大器部分。無線收發器（Radio Transceiver）一般是一個設計的核心器件之一，除了與射頻電路的關系比較密切以外，一般還會與CPU有關，這里我們只關注其與射頻電路相關的一些內容。發送信號時，收發器本身會直接輸出小功率的微弱的射頻信號，送至功率放大器（Power Amplifier，PA）進行功率放大，然后通過收發切換器（Transmit/Receive Switch）經由天線（Antenna）輻射至空間。接收信號時，天線會感應到空間中的電磁信號，通過切換器之后送至低噪聲放大器（Low Noise Amplifier，LNA）進行放大，這樣放大后的信號就可以直接送給收發器進行處理，進行解調。

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

　　射頻參數的調試，發射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，這些參數影響著WiFi數據信號傳輸是否穩定；需要專門的儀器來測試。比如LitePointd的IQ2010、極致匯儀的WT-200； 目前，該行業RFsister開放實驗室提供這些方面測試服務。

　　另外，軟件調試主要在于穩定性、功能的完整性調試。一般而言，只是單一，或者部分功能進行的具體調測，下一步則需要進行更全面的測試

　　7、測試

　　所謂電子電路的測試,是以達到電路設計指標為目的而進行的一系列的測量、判斷、調整、再測量的反復進行過程。

　　功能測試：根據模塊支持的特性、操作描述和用戶方案，測試該模塊的特性和可操作行為以確定其是否滿足設計需求。

　　性能測試：主要涉及測試模塊各個功能電路，以及信號的傳輸距離等還其他參數。

　　穩定性測試：對涉及模塊的實際傳輸速率、實際功耗、吞吐量 、無線連接等穩定性方面測試。

　　老化測試： 就是對模組壽命和在使用過程中能達到最佳效果而進行的一項測試。因系統長時間的處于工作狀態，在其工作時對各器件進行負荷運轉，只要在這些條件下能保證設備的性能穩定，那么在正常環境下工作模組的使用壽命就會更久。

　　認證測試：某些產品必須經相關國家指定的認證機構認證合格，取得相關證書并加施認證標志后，方能出廠、進口、銷售和在經營服務場所使用，尤其是通信類產品，而國際比較普及的認證如FCC（美國）、CE（歐洲）、RoHS（歐洲）等。

　　三、模組生產

　　模組生產主要包含PCB生產、SMT貼片加工、模組測試三個環節：

　　1、PCB生產

　　PCB生產是模組生產最基礎也是最重要的環節，全流程如下圖。

　　以下是按照模組要求生產的PCB電路板：

金色的為接口針腳

　　2、SMT貼片加工

　　根據該模組PCB特性，模組貼片采用單面貼裝。

　　單面貼裝流程

　　來料檢測 =〉 絲印焊膏（點貼片膠）=〉 貼片 =〉 回流焊接=〉 清洗=〉 檢測

　　（1）物料核對：生產前還需根據BOM單和模組生產訂單進行物料的規格、數量對SMT物料進行核對；

　　（2）調機：同時還要對SMT進行編程以及調整，調機完成之后即是上料過程。

　　（3）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相對應的焊盤在回流焊接時，達到良好的電氣連接。

印錫示意圖

　　（4）貼片：印錫過的PCB板，通過自動送板機傳送到貼片機進行貼片。貼片機的程序是事先編制好的，機器識別到有板的時候就會開始自動取料進行貼裝。

圖示 SMT加工線

貼片后的RTL8710模組

　　（5）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。

　　（6）回流焊接：檢查好的線路板經過回流焊之后就會自動進行焊接。

　　到這里，模組的生產環節就基本結束了。

　　（7）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。外觀檢驗方式有：AOI檢測/X-Ray抽檢、目檢。

　　A1、AOI檢測

　　通常AOI檢查可放在回流焊接前或者后，但多數廠商AOI檢測選擇放在回流焊之后，因為這個位置可發現遇到的所有裝配錯誤。

AOI檢測

　　由于采用AOI自動光學檢測存在一定的誤判（盲點，少錫等）率，所以AOI的檢測后還需人工目檢。

模塊表層金屬屏蔽罩

　　當然AOI檢測是爐后檢查的通用檢查方式，但因AOI檢測對表面附有金屬屏蔽罩模的塊檢測方法不可行，因此我們可以采用了另一種X-Ray抽檢。

　　A 2、X-Ray抽檢

　　X-Ray非接觸式3D檢驗法， 當電路板層數越多的時候，對內層對位準確精度的需求就會越高。其還可對封裝后內部物件的位置和形態進行透視觀察測量，甚者可透視金屬屏蔽器件。

　　這里需要說明的是，雖然X-Ray檢測透視性強，但其只是一種抽檢測試方式。

　　B、目檢

　　目檢就是先用眼睛掃描整片板子，在用顯微鏡對有缺陷的地方做檢查，如缺錫、短路、或接腳扭曲都可以再經由傾斜板子，來調整最佳視線時容易發現。用眼睛來檢查不規則的地方，通常要比用顯微鏡一點一點的檢查更節省時間。當然發現問題后，再用顯微鏡來做更詳細的檢驗。

目檢

　　如果在此環節發現模組出現問題，還要視情況選擇維修、返工、報廢等處理。

　　接著用激光打標機給模組打標，通過模組上的標文我們可以連接到一些芯片廠商、系列、型號等信息。

　　標文標明該模組代號為RTL-00，其采用瑞昱（Realtek）芯片，生產商為B&T（博安通），是一款802。11b/g/n標準的WiFi產品，并且符合FCC標準。

　　3、模組測試

　　（1）燒錄

　　通用串行編程器進行燒錄，首先使用隨機的并口數據線，將編程器與計算機并口聯接，進行聯機燒寫。

　　（2）GPIO測試

　　通過專有的測試夾具對GPIO口進行專項測試。將模組放置在專門設計的針床夾具上，使夾具測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。

GPIO測試

　　（3）、接收、發射功率測試

　　利用IQ2010測試儀對模組WiFi的發射功率、接收功率做測試。

主要測試工具

　　（4）、其它

　　檢測完成后，模組還要完成出廠前的包裝。模組包裝除了一般抵抗擠壓、震動真空泡沫袋外，更重要的還有做防水、防靜電包裹措施。

　　另外，出貨前廠商還會進行一定比例的抽查檢驗。

　　四、二次開發支持：

　　在這個以服務取勝的時代，模組廠商通常從售前到售后都提供服務支持，尤其體現在售后的二次開發技術支持。

　　常見應用于智能家居、工業控制產品之中的WiFi模組通常為嵌入式，不同的領域、不同的產品、不同的工程師對其二次開發，或多或少會遇到一些技術問題，模組廠商通常以開發者社區、技術熱線、郵件、即時通信、上門支持服務等。

　　在開發者社區，通常有應用開發案例、SDK支持、固件更新包、常見問題等，個人比較喜歡泡開發者社區，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的經典資源，這篇文章的模組圖片獲得的，現在用上也算是借花獻佛吧。

　　最后：

　　從模組研發前的需求分析到確定方案選型，從原理圖設計到繪制PCB板，從模組軟硬件對接到確認BOM物料；從模組生產涉及的PCB生產、到SMT加工、測試；從模組出貨到售后技術支持，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心的執著，而不是你眼中僅看到的價格······