設計模組的關鍵點
5g最近的熱度不減，5g模組的討論也很熱烈。據說5g的模組**已經能做到1000圓左右。其實不但是5g有模組，從2g，3g，4g,
nb-iot，到wifi,
bt, lora, 這些射頻也有模組，本文就討論一下模組相比於cob有什麼優勢，同時在設計時需要注意些什麼。
模組在英文中叫module。其實在以前有乙個名詞也能很好的反應模組的特性，叫sip(system in
package)。就是乙個封裝單元裡的子系統。通常來說模組的載板都是乙個pcb（當然也有特殊的，比如說ltcc
），也就以乙個pcb為基板，上面焊接了一些ic和其他的必要的器件。 一般來說module都是有遮蔽的，有的是用金屬遮蔽罩，有的是用resin +鍍銀的方式。
也許有些人會問，為什麼要用module呢，直接用原廠的晶元進行設計好了，下面就來說一下用模組的一些優點。
目前射頻器件的整合度越來越高，對於射頻的設計的難度大大的降低了。但是即使是這樣，模組的設計和測試還是有一定的門檻的。對於一些小公司來說，射頻測試儀器的投入費用就是一筆不小的開支。同時在產線上的投入更是很驚人，尤其是對於那些沒有自己的工廠，需要odm的公司來說。所以這時候用模組就很有優勢了。客戶只要像用普通的的ic器件一樣用模組就可以了，對於具體射頻效能來說，在產線上就不用再測試具體的效能指標，比如tx
power, rx sensitivity, spectral mask 等等，只要進行一些功能性的測試就好了。當然在設計階段，還是要去確認一下的，但是模組廠家一般都會提供設計和測試的支援。
對於很多的模組的使用者來說，只要連上電源，接上必要的介面，把射頻介面設計成50歐姆就可以了。因為模組的設計者在設計的時候已經把射頻介面以50歐姆的impendence為基準除錯成了最優的情況，這樣就省去了客戶在進行複雜的射頻的除錯和測試。同時時鐘訊號一般都整合在了模組的裡面，所以在射頻電路裡關鍵的時鐘訊號的放置和佈線也不必去擔心了。總之，用模組，尤其是射頻模組那是相當的省心的。
有人也許要問，怎麼會省空間呢，不是浪費空間了麼，我用你的模組等於是多了一些東西啊。其實在很多射頻模組裡用的器件的封裝形式和普通的封裝形式是不同的。一般能夠cob的封裝都是類似於qfn或者是bga的，這些都是經過了普通封裝的ic。但是模組裡一般用的器件的封裝形式都是類似於wlcsp，flip chip，這種封裝形式可以使得尺寸特別的小和薄，但是這對於pcb的設計又提出了很高的挑戰，這個下面再說。所以不但是晶元本身的尺寸有別於普通的封裝，即使是像電阻電容電感等，也會盡量的用小的。大家都知道0603,0402,0201等封裝形式。但是很多模組裡為了尺寸的優化，都是採用01005的。也就是說這種封裝比0201還要小一半。拆開iphone，你會發現很多的模組在裡面，從wifi/bt模組，到uwb
模組，等等。用到模組的目的之一就是可以減少尺寸。
同時為了使得模組不但尺寸小，而且薄，pcb的厚度也要優化。你能想象，0.25mm的6層板pcb麼，你能想象0.06mm的via麼,所有的一切都是為了模組的尺寸小而薄，利於和方便客戶的使用和設計。
。對於射頻來說，在發布產品前需要很多的認證和測試。類似於ccc,ccc, ce,telec或者wifi,bt, 4g, lora 等聯盟的認證都需要很大的精力。同時認證費用也是一筆很大的開銷。對於很多模組來說，雖然說最終的產品還是進行一些測試，但是有很多測試專案是可以繼承的。也就是說如果模組已經通過了某一項認證，在終端產品上用到了此模組，那麼有些測試專案是可以不測的。只要測試很少的一些專案就可以通過此認證。這樣就大大降低的測試的難度，節省了測試費用。對於有些模組來說，整個認證都是可以直接拿來用，省去了測試的過程。
通用化的模組說白了，就是根據設計者的經驗，自己去定義concept, 自己定義大小，自己定義pin的擺放，自己定義有沒有遮蔽罩，什麼形式的遮蔽等等。
一般來說模組都是有遮蔽罩的。遮蔽罩是有一些優點的，比如說可以隔離和其他電路部分的相互干擾，增減靈敏度，增加模組本身的平整度，利於器件的貼裝（客戶在用模組的時候要用smt,
吸嘴要有乙個能吸的地方，沒有遮蔽罩就不好吸了）等等。當然你也可以看到一些無遮蔽罩的模組在某寶上售賣。遮蔽罩一般都是金屬殼樣式的。當然現在有很多小的模組，現在也先用樹脂封裝，然後再再樹脂的外面鍍一層銀作遮蔽。這種方式對於尺寸和大小有一定的限制。也就是說如果模組的尺寸太大，高度太高，那麼這種方式是不太合適的。所以你在市面上所看到的很多4g,5g模組都是金屬殼的。但是很多的wifi/bt模組都是做成resin+shieding的。
模組的封裝形式一般都是作為lga(land grid array)的形式。說白了，就是在pcb的底部設計成qfn的形式。大部分的模組的pad是直接的裸的pcb焊盤，當然有的小的模組也會在pad上獨上一層錫。
對於模組的設計來說，平整度是乙個重點關注的問題。無論如何，模組本身不是最終的產品， 它是要最終要焊接在客戶的板子上的。如果他的平整度不夠的話，那麼在客戶焊接的過程中會出現很大的質量問題。對於尺寸小的模組來說，平整度是比較容易達到100um的標準的，但是對於像大於25x25mm尺寸的模組來說，可能就需要特別注意了。一般來說，需要從以下幾個方面提高模組的平整度。首先是pcb的厚度，越是尺寸大的模組，為了保證平整度而增加pcb的厚度，這沒有什麼疑問。但是前面說了，模組還要保證盡量的薄，所以如何保證他們之間的平衡是要仔細評估的。其次可以從placement的角度，我們在做layout布局的時候盡量的確保他的平衡性。我們還可以優化layout來保證平整度。比如說在做layout的時候，走線盡量在層與層之間盡量對稱，在鋪地的時候不用全鋪地，而用麻花鋪地以減緩在回流焊時的應力等等。
在金屬遮蔽殼的焊接中也有一些不同的方法。有一些規模比較小的模組生產廠家在進行模組貼裝的時候是直接把器件和遮蔽殼一起貼裝的。對於模組內部器件的貼裝質量只是通過一些效能的測試進行判別。我們說這種方法是比較受限的，比如說有些ic所引出的io引腳，如果ic焊接的不好而造成短路，斷路，或者虛焊，這個是不一定能檢查不的。還有一些模組的廠家是進行100%xray的方式對模組進行檢查，這種方式對於器件因為連錫而造成的短路是可以檢查的，但是對於短路或虛焊還是檢查不出來。我覺得目前較好的方法是所謂open/short的測試方法。這種測試的原理是先得到一組已經驗證是完全沒有問題的模組open/short的測試資料，這個資料是所謂的golden data，然後在產線上測試每乙個模組的open/short的資料和這個golden資料做對比。
當然還有的一些其他的測試方法，比如說驗證所有模組引腳的電效能，這種方法對於產線測試來說較為複雜。
剛才說到和直接把器件和遮蔽殼一起焊接的方法相對應的，是採用兩次reflow的方法。也就是說在第乙個assembly和reflow的時候只貼裝模組內部的元器件，回流焊之後會目視檢查器件的焊接情況。如果目視沒有問題，那麼就會進行第二次的貼裝，也就是遮蔽殼的貼裝，然後再過一遍reflow。這種方法的好處就是可以在第一遍reflow後進行目檢或者voi,以確認焊接的質量。但是這種方法也帶了一些問題，最直接的不利之處在於多了一遍reflow.同時也增加了生產工序和時間，也就是增加了成本。
先就寫這麼多吧。
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