引言

5G最近的热度不减，5G模组的讨论也很热烈。据说5G的模组价格已经能做到1000圆左右。其实不但是5G有模组，从2G，3G，4G,
NB-IOT，到wifi,
BT, LoRa, 这些射频也有模组，本文就讨论一下模组相比于COB有什么优势，同时在设计时需要注意些什么。

模组的定义

模组在英文中叫module。其实在以前有一个名词也能很好的反应模组的特性，叫SIP(system in
package)。就是一个封装单元里的子系统。通常来说模块的载板都是一个PCB（当然也有特殊的，比如说LTCC
），也就以一个PCB为基板，上面焊接了一些IC和其他的必要的器件。 一般来说module都是有屏蔽的，有的是用金属屏蔽罩，有的是用resin +镀银的方式。

模组的优点

也许有些人会问，为什么要用module呢，直接用原厂的芯片进行设计好了，下面就来说一下用模组的一些优点。

射频的设计和测试是个难点。

目前射频器件的集成度越来越高，对于射频的设计的难度大大的降低了。但是即使是这样，模块的设计和测试还是有一定的门槛的。对于一些小公司来说，射频测试仪器的投入费用就是一笔不小的开支。同时在产线上的投入更是很惊人，尤其是对于那些没有自己的工厂，需要ODM的公司来说。所以这时候用模块就很有优势了。客户只要像用普通的的IC器件一样用模块就可以了，对于具体射频性能来说，在产线上就不用再测试具体的性能指标，比如TX
power, RX sensitivity, spectral mask 等等，只要进行一些功能性的测试就好了。当然在设计阶段，还是要去确认一下的，但是模块厂家一般都会提供设计和测试的支持。

用模块可以大大的减少客户设计的复杂度

对于很多的模块的使用者来说，只要连上电源，接上必要的接口，把射频接口设计成50欧姆就可以了。因为模块的设计者在设计的时候已经把射频接口以50欧姆的impendence为基准调试成了最优的情况，这样就省去了客户在进行复杂的射频的调试和测试。同时时钟信号一般都集成在了模块的里面，所以在射频电路里关键的时钟信号的放置和布线也不必去担心了。总之，用模块，尤其是射频模块那是相当的省心的。

可以节省客户的PCB空间

有人也许要问，怎么会省空间呢，不是浪费空间了么，我用你的模块等于是多了一些东西啊。其实在很多射频模块里用的器件的封装形式和普通的封装形式是不同的。一般能够COB的封装都是类似于QFN或者是BGA的，这些都是经过了普通封装的IC。但是模组里一般用的器件的封装形式都是类似于WLCSP，Flip chip，这种封装形式可以使得尺寸特别的小和薄，但是这对于PCB的设计又提出了很高的挑战，这个下面再说。所以不但是芯片本身的尺寸有别于普通的封装，即使是像电阻电容电感等，也会尽量的用小的。大家都知道0603,0402,0201等封装形式。但是很多模块里为了尺寸的优化，都是采用01005的。也就是说这种封装比0201还要小一半。拆开iphone，你会发现很多的模块在里面，从wifi/BT模块，到UWB
模块，等等。用到模块的目的之一就是可以减少尺寸。

同时为了使得模块不但尺寸小，而且薄，PCB的厚度也要优化。你能想象，0.25mm的6层板PCB么，你能想象0.06mm的via么,所有的一切都是为了模块的尺寸小而薄，利于和方便客户的使用和设计。

可以省去很多客户认证的工作

。对于射频来说，在发布产品前需要很多的认证和测试。类似于CCC,CCC, CE,Telec或者wifi,BT, 4G, Lora 等联盟的认证都需要很大的精力。同时认证费用也是一笔很大的开销。对于很多模块来说，虽然说最终的产品还是进行一些测试，但是有很多测试项目是可以继承的。也就是说如果模块已经通过了某一项认证，在终端产品上用到了此模块，那么有些测试项目是可以不测的。只要测试很少的一些项目就可以通过此认证。这样就大大降低的测试的难度，节省了测试费用。对于有些模块来说，整个认证都是可以直接拿来用，省去了测试的过程。

设计模组的关键点

前面说了一些模块优点，下面讨论一些模块设计的一些关键点。
设计一款模块，首先是确认客户定制化的还是一个通用的模块。一般来说定制化模块的都是比较大的公司。比如Apple,
Sumsung等（华为很少用模块，一般是COB。一个是他有这个实力，再一个是为了low cost）。定制化的模块一般来说都会给你一些尺寸上的要求，性能指标的要求，可靠性测试的要求，反正是一大堆要求。

通用化的模块说白了，就是根据设计者的经验，自己去定义concept, 自己定义大小，自己定义pin的摆放，自己定义有没有屏蔽罩，什么形式的屏蔽等等。

关于屏蔽罩

一般来说模块都是有屏蔽罩的。屏蔽罩是有一些优点的，比如说可以隔离和其他电路部分的相互干扰，增减灵敏度，增加模块本身的平整度，利于器件的贴装（客户在用模块的时候要用SMT,
吸嘴要有一个能吸的地方，没有屏蔽罩就不好吸了）等等。当然你也可以看到一些无屏蔽罩的模块在某宝上售卖。屏蔽罩一般都是金属壳样式的。当然现在有很多小的模块，现在也先用树脂封装，然后再再树脂的外面镀一层银作屏蔽。这种方式对于尺寸和大小有一定的限制。也就是说如果模块的尺寸太大，高度太高，那么这种方式是不太合适的。所以你在市面上所看到的很多4G,5G模块都是金属壳的。但是很多的wifi/BT模块都是做成resin+shieding的。

关于模组的封装形式

模块的封装形式一般都是作为LGA(Land grid Array)的形式。说白了，就是在PCB的底部设计成QFN的形式。大部分的模块的pad是直接的裸的PCB焊盘，当然有的小的模块也会在pad上独上一层锡。

关于模组的平整度

对于模块的设计来说，平整度是一个重点关注的问题。无论如何，模块本身不是最终的产品， 它是要最终要焊接在客户的板子上的。如果他的平整度不够的话，那么在客户焊接的过程中会出现很大的质量问题。对于尺寸小的模块来说，平整度是比较容易达到100um的标准的，但是对于像大于25x25mm尺寸的模块来说，可能就需要特别注意了。一般来说，需要从以下几个方面提高模块的平整度。首先是PCB的厚度，越是尺寸大的模块，为了保证平整度而增加PCB的厚度，这没有什么疑问。但是前面说了，模块还要保证尽量的薄，所以如何保证他们之间的平衡是要仔细评估的。其次可以从placement的角度，我们在做layout布局的时候尽量的确保他的平衡性。我们还可以优化layout来保证平整度。比如说在做layout的时候，走线尽量在层与层之间尽量对称，在铺地的时候不用全铺地，而用麻花铺地以减缓在回流焊时的应力等等。

关于屏蔽罩的焊接

在金属屏蔽壳的焊接中也有一些不同的方法。有一些规模比较小的模组生产厂家在进行模组贴装的时候是直接把器件和屏蔽壳一起贴装的。对于模组内部器件的贴装质量只是通过一些性能的测试进行判别。我们说这种方法是比较受限的，比如说有些IC所引出的IO引脚，如果IC焊接的不好而造成短路，断路，或者虚焊，这个是不一定能检查不的。还有一些模组的厂家是进行100%Xray的方式对模块进行检查，这种方式对于器件因为连锡而造成的短路是可以检查的，但是对于短路或虚焊还是检查不出来。我觉得目前较好的方法是所谓open/short的测试方法。这种测试的原理是先得到一组已经验证是完全没有问题的模块open/short的测试数据，这个数据是所谓的golden data，然后在产线上测试每一个模块的open/short的数据和这个golden数据做对比。

当然还有的一些其他的测试方法，比如说验证所有模块引脚的电性能，这种方法对于产线测试来说较为复杂。

刚才说到和直接把器件和屏蔽壳一起焊接的方法相对应的，是采用两次reflow的方法。也就是说在第一个assembly和reflow的时候只贴装模块内部的元器件，回流焊之后会目视检查器件的焊接情况。如果目视没有问题，那么就会进行第二次的贴装，也就是屏蔽壳的贴装，然后再过一遍reflow。这种方法的好处就是可以在第一遍reflow后进行目检或者VOI,以确认焊接的质量。但是这种方法也带了一些问题，最直接的不利之处在于多了一遍reflow.同时也增加了生产工序和时间，也就是增加了成本。

先就写这么多吧。

最后

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