Problema na solda SMD Crystal (?) E qualquer procedimento de teste recomendado

Eu uso um cristal SMD de 32.768 kHz ( folha de dados ) para um MCU. Aqui está a parte do layout do cristal.

Aqui está uma visão de um PCB real

Montei os componentes por solda manual e produzi cerca de 30 módulos.

O cristal da maioria dos módulos não começou a funcionar no começo, mas eu o resolvi soldando novamente o cristal aplicando um pouco mais de solda sob ele. O interessante é que, quando toco um alfinete de cristal por uma pinça, o cristal começa a funcionar. Aqui está uma visão do osciloscópio do sinal do cristal.

A falha é onde toquei o caminho com uma pinça, e então a oscilação começa.

Outro fato é que alguns dos cristais da placa funcionam se eu tocar no caminho da tampa do C451, alguns deles começarão a funcionar se eu tocar no caminho da tampa do C441 (por exemplo, se funcionar tocando no caminho da tampa do C451, não funcionará se eu tocar para o caminho da tampa C441).

Isso me fez duvidar se está relacionado à solda sob o cristal (talvez superfície de contato irregular ou outro motivo em que não consigo pensar). Ou se não for um problema puramente relacionado à solda, já que às vezes eu precisava executar o processo de re-solda várias vezes até que o problema do cristal fosse resolvido. Na exibição PCB acima, a solda extra sobressai do lado do cristal (sem curto-circuito para outro bloco ou caixa do cristal), deve haver com certeza uma conexão entre o pino do cristal e o bloco PCB, mas o problema ainda permanece.

Outra questão é que experimentei em quatro pranchas que elas funcionam depois de reaplicar a solda, mas quando as testo no dia seguinte, o cristal tem o mesmo problema.

Pergunta.1 Alguém já experimentou um problema semelhante ou pode pensar no que poderia ser o problema real?

Question.2 Os painéis estarão em campo, tenho uma preocupação de que eles trabalhem aqui, mas tenham problemas quando o cliente precisar usá-los. Como eu os testo é iniciar os módulos pares por dia e observar se há alguma falha e espalhar esse teste por uma semana. Existe algum método / técnica para testar (ou obter indicação) se o cristal provavelmente funcionará bem no recurso próximo

• Inspecionei os PCBs por um microscópio de que não há curto-circuito entre nenhum traço ou que não haja nenhuma conexão de solda do estojo do cristal a qualquer caminho
• Nas placas problemáticas, substituí o cristal por aquelas que removi da placa que funcionam bem, portanto não deve ser um problema de componente
• Limpei os resíduos de fluxo na PCB, mas isso não altera o resultado
• Pesquisei se existe um procedimento / técnica especial para soldar esse tipo de cristais SMD, mas não consegui encontrar nenhuma informação relacionada.

Edição Tentei colocar valores diferentes de capacitores, mas não ajudou.

EDIT2 Aqui está a visão gerber do design de referência da TI, por ser um cristal opcional, é conectado através de resistores de 0 ohm (R451, R441)

Seu layout parece muito pior na captura de tela do que realmente é com o derramamento do solo, no entanto, eu ainda tentaria isolar o retorno do solo das tampas de carga e fazê-lo voltar ao solo no chip. Eu também gostaria de ver um solo derramar sob as tampas e o cristal (talvez você tenha um) e conectado ao mesmo ponto de aterramento das tampas de carga.

Esse provavelmente não é o seu problema - parece que existem várias possibilidades. Primeiro, a caixa de metal do cristal pode estar em curto ou existe algum problema de PCB. Sua descrição tende a indicar que não.

Este é um cristal de nível de potência extremamente baixo (unidade de 100nW e unidade máxima de 500nW). Verifique se está bem adaptado ao seu chip. Você não pode alterar as capacitâncias de carga à vontade, se desejar um tempo preciso (+/- 40ppm é necessário), mas certifique-se de que elas sejam apropriadas (se não houver tampas dentro do chip, elas geralmente devem ter alguns pF menos que o dobro a capacitância especificada para o cristal - essa folha de dados mostra vários valores possíveis para esse cristal). Você deve testar as placas quanto à inicialização em temperaturas extremas - a inicialização marginal à temperatura ambiente indica um problema provável relacionado à gm do chip e isso muda com a temperatura.

Finalmente ( e talvez a melhor notícia! ), Se o seu montador estiver usando fluxo não limpo e, especialmente, se o chip for extremamente baixo consumo de energia, aposto que esse é exatamente o seu problema. A remoção do resíduo requer um solvente forte e a lavagem. Sua soldagem das peças pode afetar o resíduo e permitir que eles comecem a trabalhar novamente.

Edit: Eu suspeitaria que o resíduo de fluxo não limpo - é extremamente difícil de remover. Você também pode comparar os valores de capacidade de carga e as especificações do cristal Epson que você está usando com o cristal usado no design de referência da TI para ver se algo salta para você. Mas também esfregue a parte superior dessa placa na área de cristal com um limpador de PCB solvente desagradável e uma escova de dentes. Somente o solvente (mesmo algo tão desagradável quanto o diluente) não é suficiente.

Você menciona que o oscilador inicia quando você o toca com uma pinça. Isso indica para mim que talvez você precise de um pouco mais de capacitância em um ou talvez em ambos (depende de como esse oscilador em particular funciona) dos pinos do cristal. Estou falando de "(3) capacidade de carga" na folha de dados. Existem capacitores de carga conectados a este cristal? Caso contrário, eu começaria com 10 pF, se houver, aumente seu valor com 10 pF.

Acho difícil acreditar que isso tenha alguma coisa a ver com PCB. Na minha experiência, soldar um cristal em uma PCB não deve ser tão problemático. Uso principalmente ar quente para cristais tão pequenos e isso quase sempre funciona bem.

Qual é o relógio que este fórum deve gerenciar?

Parece que é problema com capacitores. Quando você toca em um terminal, as coisas funcionam devido à sua capacitância. Os valores do capacitor de cristal estão corretos? Você tentou soldar novamente (apenas reaquecer os terminais) os capacitores?

Os cristais de três terminais podem se comportar de maneira mais adequada, especialmente para circuitos de alta frequência. Você também deve querer (dependendo da velocidade do relógio) combinar (e reduzir ao mínimo possível) o comprimento dos traços de cristal. Sempre comece a rota de GND, Vcc e relógio.