WIFI专题案例：评估了WIFI模块落板方案，为什么得到的结论是不划算？

Posted 2022-08-22 阳光宅男@李光熠

最近工作中要求评估一块WIFI模块的落板方案。所谓的落板就是将模块内部电路方案直接在整机板卡上实现，这样就不需要使用现成供应商提供的模块了。

模块的应用比较简单，一般就只需要接上几个外围器件。如下图所示为ESP32-S3模块版图和外观

 

如果将这个模块的屏蔽罩打开，可以看到内部其实也是由各种元件互联而成的。对于模块厂商而言，这个模块就是一个产品。根据规格书，内部的整个模块版图如下所示，就一个核心芯片加一些阻容、晶振和FLASH组成：

因为WIFI模块内部的原理比较简单，所以可以考虑直接把整个方案移植到自己的产品上。这样就可以不使用现成已经封装好的模块，而使用分立器件去搭出整个电路。这种情况下可以至少省掉一个模块PCB的成本，其他的方面可能还可以更优化，这就是所说的落板。

那么要评估落板，肯定是因为落板有对应的好处呀，不然就无利可图了。首先先总结一下落板的好处：

1. 芯片自己采购，可能存在供应链优势，防止时不时模块供应不上的问题
2. 电路上可以删减，只留产品需要的功能，可以优化设计。比如有些模块内部需要有电源芯片降压，如果刚好产品上也有想同电压的电源，那设计上可以利用起来。
3. PCB占用面积可以减小，因为不管如何，模块化的东西都已经将电路封装起来，再加上模块侧面或下面长出的PIN脚，导致占用的PCB面积增大。
4. Layout的灵活性好。模块的管脚位置已经确定了，只能从特定位置拉线，而落板后布局就可以更灵活，走线上也可以更方便。

当然，事物有好就有坏。落板的缺点可以不少：

1. 设计更复杂，不符合模块化设计。按专业的人做专业的事来说，一个小白入门可能存在的更大的风险。
2. 研发人力投入成本大。特别是对于射频来说，模块化已经完成内部匹配等种种调试，外界的环境改变时对模块内部影响不大。而落板则很可能不同的设计方案（如不同产品存在不同的板层结构）对射频匹配部分影响比较大，可能需要重复调试。
3. 测试困难。模块厂家要出厂时都会经过层层测试验证，这些涉及到各种治具。但是直接落板的话，如果没有对应的测试设备或技术，很难在产品生产过程中进行有效的测试。

综合以上几点，根据不同公司的情况，我们用案例来评估看看。因为资料是机密，所以我们只举这个例子，说明一下分析的过程，不能说具体的WIFI模块型号。

        首先我们评估落板的大前提是：在技术上可行的前提下，成本降低（包括BOM成本、时间、人力成本等）。在这个大前提下去判断一下是落板是否符合我们的需求。

        就像前面所说，一般WIFI模块内部的电路比较简单，这个模块就是一个单芯片带有WIFI 2.4G/5G 和BT的方案。模块使用的主芯片在规格书里会直接给出参考电路，如前面的ESP32-S3，我们设计时按参考电路去做，基本上问题是不大的。只是后面的射频方面可能要重新进行调试。

        然后根据前面所说的优点和缺点进行评估：

1. 如果落板，模块需要用到的器件需要自己采购。列出BOM中的器件，基本上电阻电容我们是不去考虑，除了一些射频类的高精度电感和电容。可以发现增加的有双工器这个器件，此器件在我们以前的产品中从来没有采用过，所以如果量不大的话采购起来和使用方面可能会遇到一些阻力。
2. 研发人员的投入。如果落板的话，模块部分的匹配需要自己调试，换前面所说，不同的板层结构（主要是产品不同、几层板有可能就不确定了）会对射频阻抗线产生影响，匹配可能要重新调整。并且我们目前的能力，似乎没有很大的把握能把这个匹配调好。
3. layout问题，可以看到芯片使用的是如下所示的0.4pitch间隙的BGA封装。此封装走线出来需要使用盲埋孔，可能涉及到过孔在焊盘上，增加了PCB制造的难度。因为0.4 pitch 的BGA封装PIN中间是无法打下一个通孔的。如果为了这个WIFI模块而去将以后的产品都改成盲埋板，那就会因小失大了。
4. 生产问题，生产过程中无法进行测试。如果没有进行一此射频方面专业测试（如输出功率）等，只进行功能上的连接测试，很可能导致生产产品性能的一致性比较差，并且我们还无法发现。

        基于以上几点。评估出来最后的结论是落板很难。对于目前我们的情况是不划算的，特别是芯片的pitch已经决定了需要使用盲埋板，这在我们整机的设计上会增加很大的成本。

        总结：什么方案都有好有坏，需要我们综合各种信息根据实际情况从不同的角度去评估，这样的报告才会更完整，可信度高。

 

李光熠

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