Problema di saldatura SMD Crystal (?) E qualsiasi procedura di test consigliata

Uso un cristallo SMD a 32.768 kHz ( scheda tecnica ) per un MCU. Ecco la parte del layout del cristallo.

Ecco una vista da un PCB reale

Ho montato i componenti mediante saldatura a mano e ho prodotto circa 30 moduli.

La maggior parte dei cristalli dei moduli non ha iniziato a funzionare all'inizio, ma l'ho risolto ri-saldando il cristallo applicando un po 'più di saldatura sotto di esso. La cosa interessante è che quando tocco una spilla del cristallo con una pinzetta, il cristallo inizia a funzionare. Ecco una vista dell'oscilloscopio del segnale del cristallo.

Il problema tecnico è il punto in cui ho toccato il percorso con una pinzetta, quindi inizia l'oscillazione.

Un altro fatto è che alcuni dei cristalli della scheda funzionano se tocco il percorso del cappuccio C451, alcuni iniziano a funzionare se tocco il percorso del cappuccio C441 (ad esempio, se funziona toccando il percorso del cappuccio C451, non funziona se tocco al percorso del cappuccio C441).

Questo mi ha fatto dubitare se è in relazione con la saldatura sotto il cristallo (forse una superficie di contatto irregolare o un'altra ragione a cui non riesco a pensare). O se non si tratta di un problema legato esclusivamente alla saldatura, poiché a volte avevo bisogno di eseguire il processo di ri-saldatura più volte fino a quando il problema del cristallo non è risolto. Nella vista PCB sopra, la saldatura extra sporge dal lato del cristallo (nessun cortocircuito verso un altro pad o custodia del cristallo), dovrebbe esserci sicuramente una connessione tra il perno del cristallo e il pad PCB, ma il problema persiste resti.

Un altro problema è che ho sperimentato su 4 schede che funzionano dopo aver applicato nuovamente la saldatura sotto di esse, ma quando le collaudo il giorno successivo, il cristallo ha lo stesso problema.

Domanda 1 Qualcuno ha riscontrato problemi simili o potrebbe pensare a quale potrebbe essere il problema reale?

Domanda.2 Le schede saranno sul campo, temo che funzioneranno qui ma hanno problemi quando il cliente deve usarle. Il modo in cui li collaudo è quello di avviare i moduli coppie volte al giorno e osservare se c'è qualche errore e distribuire questo test per una settimana. Esiste un metodo / una tecnica per testare (o ottenere indicazioni) se il cristallo probabilmente funzionerà bene nella funzione vicina

• Ho ispezionato i PCB al microscopio per accertare che non vi siano cortocircuiti tra qualsiasi traccia o che non vi sia alcun collegamento di saldatura dal caso del cristallo a qualsiasi percorso
• Sulle schede problematiche, ho riposizionato il cristallo con quelli che ho rimosso dalla scheda che funziona correttamente, quindi non dovrebbe essere un problema con i componenti
• Ho pulito i residui di flusso sul PCB ma non cambia il risultato
• Ho cercato se esiste una procedura / tecnica speciale per saldare questo tipo di cristalli SMD ma non sono riuscito a trovare alcuna informazione correlata.

EDIT Ho provato a posizionare valori di condensatore diversi ma non ho aiutato.

EDIT2 Ecco la vista gerber del progetto di riferimento di TI, in quanto è un cristallo opzionale, è collegato tramite resistori 0 ohm (R451, R441)

Il layout appare molto peggio nella schermata di quanto non sia in realtà con il getto del terreno, tuttavia proverei comunque a isolare il ritorno al suolo dai tappi di carico e farlo tornare a terra sul chip. Mi piacerebbe anche vedere un terreno versare sotto i tappi e il cristallo (forse ne hai uno) e collegato allo stesso punto di massa dei tappi di carico.

Questo non è probabilmente il tuo problema, sembra che ci siano diverse possibilità. Innanzitutto, la custodia in metallo del cristallo potrebbe essere in cortocircuito o c'è qualche problema PCB. La tua descrizione tende a non indicare.

Si tratta di un cristallo a bassissimo livello di potenza (unità 100nW unità massima 500nW). Assicurati che sia ben abbinato al tuo chip. Non è possibile modificare le capacità di carico, volenti o nolenti, se si desidera un tempismo accurato (è necessario +/- 40 ppm), ma assicurarsi che siano appropriati (se non ci sono tappi all'interno del chip, in genere dovrebbero essere pochi pF in meno del doppio la capacità specificata per il cristallo - quella scheda tecnica mostra diversi possibili valori per quel cristallo). È necessario testare le schede per l'avvio a temperature estreme: l'avvio marginale a temperatura ambiente indica un probabile problema relativo al gm del chip e che cambia con la temperatura.

Infine ( e forse la migliore notizia! ), Se il tuo assemblatore sta usando un flusso pulito, e specialmente se il chip ha una potenza estremamente bassa, scommetto che è esattamente il tuo problema. La rimozione del residuo richiede un forte solvente e lavaggio. La ri-saldatura delle parti potrebbe influire sul residuo e consentire loro di ricominciare a lavorare.

Modifica: sospetto che il residuo di flusso non pulito sia estremamente difficile da rimuovere. Puoi anche confrontare i valori del tappo di carico e le specifiche del cristallo Epson che stai utilizzando con il cristallo utilizzato nel progetto di riferimento di TI per vedere se qualcosa ti salta fuori. Ma strofina anche la parte superiore di quella tavola nell'area dei cristalli con un detergente per PCB a solvente e uno spazzolino da denti. Il solvente da solo (anche qualcosa di brutto come il diluente per vernici) non è abbastanza.

Dici che l'oscillatore si avvia quando lo tocchi con una pinzetta. Questo mi indica che forse hai bisogno di un po 'più di capacità su uno o forse entrambi (dipende da come funziona questo particolare oscillatore) dei pin del cristallo. Sto parlando di "(3) capacità di carico" nel foglio dati. Ci sono condensatori di carico collegati a questo cristallo? Altrimenti inizierei con 10 pF, se c'è, aumenterei il suo valore con 10 pF.

Trovo difficile credere che abbia qualcosa a che fare con il PCB, nella mia esperienza saldare un cristallo su un PCB non dovrebbe essere così fastidioso. Uso principalmente l'aria calda per cristalli così piccoli e quasi sempre funziona bene.

Qual è l'orologio che questa scheda dovrebbe gestire?

Sembra che sia un problema con i condensatori. Quando tocchi un terminale, le cose funzionano a causa della tua capacità. I valori del condensatore del cristallo sono giusti? Hai provato a ricaldare (riscaldando solo i terminali) i condensatori?

I cristalli a 3 terminali possono comportarsi in modo più appropriato, specialmente per i circuiti ad alta frequenza. Dovresti anche voler (a seconda della velocità del clock) abbinare (e ridurre al minimo possibile) la lunghezza delle tracce di cristallo. Inizia sempre a instradare da GND, Vcc e clock.