SMD 水晶焊料(?)问题和任何推荐的测试程序

电器工程 焊接 pcb制造 水晶 pcb组装 测试
2022-02-03 21:25:08

我为 MCU 使用 32.768 kHz SMD 晶体(数据表)。这是水晶的布局部分。

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这是实际PCB的视图

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我通过手工焊接安装组件,并生产了大约 30 个模块。

大多数模块的晶体一开始都没有开始工作,但我通过在晶体下方多加一点焊料重新焊接晶体来解决这个问题。有趣的是,当我用镊子触摸晶体的针脚时,晶体开始工作。这是晶体信号的示波器视图。

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故障是我用镊子触摸路径的地方,然后开始振荡。

另一个事实是,如果我触摸 C451 电容的路径,一些电路板的晶体会工作,如果我触摸 C441 电容的路径,其中一些会开始工作(例如,如果它通过触摸 C451 电容的路径工作,如果我触摸它就不起作用到 C441 帽的路径)。

这让我怀疑是不是和水晶下面的焊锡有关(可能是接触面不平整或者其他我想不到的原因)。或者如果它不是纯粹的焊料相关问题,因为我有时需要执行多次重新焊接过程直到晶体问题得到解决。在上面的 PCB 视图中,额外的焊料从晶振的侧面伸出(没有短路到另一个焊盘或晶振外壳),晶振的引脚和 PCB 焊盘之间应该肯定有连接,但问题仍然存在遗迹。

另一个问题是,我在 4 块板上重新应用焊料后,它们工作正常,但是当我第二天测试它们时,晶体也有同样的问题。

Question.1有没有人遇到过类似的问题或能想到实际的问题是什么?

Question.2电路板将在现场,我担心它们会在这里工作,但当客户需要使用它们时会出现问题。我如何测试它们是每天启动模块几次,并观察是否有任何故障并将此测试扩展到一周之久。是否有任何方法/技术来测试(或获得指示)晶体是否可能在附近特征中正常工作

  • 我用显微镜检查了 PCB,任何走线之间没有短路,或者从晶体外壳到任何路径都没有任何焊接连接
  • 在有问题的板上,我用从板上取下的晶体重新放置了正常工作的晶体,因此它不应该是组件问题
  • 我清理了 PCB 上的助焊剂残留物,但并没有改变结果
  • 我确实搜索过是否有特殊的程序/技术来焊接这种类型的 SMD 晶体,但找不到任何相关信息。

编辑 我尝试放置不同的电容器值但没有帮助。 在此处输入图像描述

EDIT2 这是TI参考设计的gerber视图,因为它是一个可选晶体,它通过0欧姆电阻连接(R451,R441) 在此处输入图像描述

3个回答

屏幕截图中的布局看起来比倒地时的实际情况要糟糕得多,但是我仍然会尝试将接地返回与负载帽隔离,并让它直接回到芯片上的接地。我还希望在盖子和水晶(也许你有一个)下看到地面倾倒,并连接到与负载帽相同的接地点。

这不太可能是您的问题 - 似乎有几种可能性。首先,晶体的金属外壳可能短路或PCB有问题。你的描述往往表明不是。

这是一个极低功率级的晶体(100nW 驱动 500nW 最大驱动)。确保它与您的芯片完全匹配。如果您想要准确的时序(需要+/- 40ppm),您不能随意更改负载电容,但要确保它们是合适的(如果芯片内没有电容,它们通常应该是几个 pF 小于两倍晶体的指定电容- 数据表显示了该晶体的几个可能值)。您应该测试电路板在极端温度下的启动 - 在室温下的边际启动表明可能存在与芯片 gm 相关的问题,并且会随温度而变化。

最后(也许是最好的消息!),如果您的组装商使用免清洗助焊剂,特别是如果芯片功率极低,我敢打赌这正是您的问题。去除残留物需要强溶剂和擦洗。您重新焊接零件可能会影响残留物并让它们重新开始工作。

编辑:我怀疑免清洗助焊剂残留物 - 它非常难以去除。您还可以将您使用的 Epson 晶体的负载上限值和规格与 TI 参考设计中使用的晶体进行比较,看看是否有任何问题。但也要用一些讨厌的溶剂 PCB 清洁剂和牙刷擦洗水晶区域的板顶部。仅使用溶剂(即使是像油漆稀释剂一样令人讨厌的东西)是不够的。

您提到当您用镊子触摸振荡器时,振荡器就会启动。这向我表明,也许您需要在晶体引脚的一个或两个(取决于这个特定振荡器的工作方式)上增加一点电容。我说的是数据表中的“(3)负载电容”。是否有任何负载电容器连接到该晶体?如果不是,我将从 10 pF 开始,如果有,则以 10 pF 增加它的值。

我很难相信它与 PCB 有任何关系,根据我的经验,在 PCB 上焊接晶体应该不会那么麻烦。我主要使用热空气来处理如此小的晶体,而且几乎总是可以正常工作。

该板应该管理哪个时钟?

好像是电容的问题。当您触摸终端时,由于您的电容,事情会起作用。水晶的电容值对吗?您是否尝试过重新焊接(仅重新加热端子)电容器?

3 端子晶体可能表现得更正常,特别是对于高频电路。您还应该希望(取决于时钟速度)匹配(并尽可能减少)晶体走线的长度。始终从 GND、Vcc 和时钟开始布线。