ESP32 Manufacturing QC issues

[Foxabilo]

Hi all,
I have a bit of a problem I hope I can get others feed back on,
I have designed a product with the ESP32 as its main MCU, as I am sure many others here have done. I have gotten to the small build run stage and I ordered 500 from LCSC a little while ago and just gotten around to mounting them to their PCB's we had a small run of 10 which had a failure rate of 20%, not complete failure rather a difference in performance between what should be identical devices, this particular issue is upload speed, on 6 of the 10 units upload speed was at the expected rate of ~650Kb/s for the other 4 they only achieved ~85Kb/s. All identical code minimized to small DUT firmware, I then used an esp32 test jig that allows insertion of the modules and tested a further 100 units, the Qty. of low-performance devices was 22 out of 100. I now face an agonizing decision, do I scrap my R&D work and go for a different more expensive module, possibly even a discrete device for WiFi or try to find out why there is such a large performance gap between modules and what modifications need to be done to units to fix this.

I also tested a number of units from a few companies that were kind enough to lend me them and the rate was about the same i.e. in the 20% range.

Any thoughts greatfully recived.

[ESP_Angus]

Hi Foxabilo,

Without more information it's hard to be sure, but this sounds like an RF issue, maybe with the antenna connection.

Can you please let us know exactly what product you were using - a particular ESP32 chip part number, an Espressif module name, or a third party module name?

Do you have any RF test equipment you can use to determine (for example) RF performance of working vs failed units? (Even a WiFi adapter that supports monitor mode and RSSI readout for individual frames may be useful.)

When you say you tested some other units with the same failure rate, what were they? (same question as above). And were the third party units put through the same process (PCB mounting, reflow soldering, etc) as the original units?

Angus

[Foxabilo]

Hi Angus,

The module is the ESP-WROOM-32 211-161007 FCC ID 2AC72ESPWROOM32 the chip inside is obviously under the shielding can. If required I'll get one on the rework bench and hot air the can off. The other units we tested were of the same ESP-WROOM-32 type, at least on a cursory inspection.

On the RF testing side, we tested a few with RFI Global to check for EMI compliance and they all passed, indeed the 6 ESP-WROOM-32 modules we use for R&D work perfectly. I will arrange for a wifi adaptor with RSSI monitoring mode to be available if you think that still needs to be done.

In China, we use a golden sample to check production units against and if they are within 90% they pass.

This is a typical output example from the test code for a unit that passes testing.
The large number is the current millis() and the -51 is the current RSSI as reported by the ESP32 under test. The values represent the time taken to receive 32Kbytes of data in millis() and the RSSI is displayed whenever the ESP32 is waiting for new data to arrive, as you can see it takes around 75ms to receive a 32Kb block and write it to SD giving about 450Kbytes/s this block represents 256Kbytes transferred and took just over half a second. All units are tested in a drop-down faraday enclosure with a repurposed Cisco Meraki MX64W router as the connection point.

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This is the same code running on a module that fails the speed test and this is a single 32Kbyte block taking 1.345 seconds to transfer and it often has errors and missing packets, however, it will work fine if only using small infrequent packets. Some units that fail testing manage to achieve ~108Kbytes/s while others only manage ~54Kbytes/s (The power of 2 did not escape notice)

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[VladTheImpaler]

Not a pro like u guys, but i have similar issues with two esp32-s modules. WiFi is very bad, video streaming doesent work.
https://imgur.com/a/g62cXWu
IF i press my finger on the pcb antenna in the red circle it suddenly works. I guess an impedance matching problem? Are some of the rf components bad?

Problem persists unsing external antenna (yes i did switch the bridge).

[Foxabilo]

This may be of some use, a Wireshark capture of a good unit (TOP) and a bad unit (bottom)

wireshark.png (176.03 KiB) Viewed 10765 times

[Foxabilo]

Not a pro like u guys, but i have similar issues with two esp32-s modules. WiFi is very bad, video streaming doesent work.
https://imgur.com/a/g62cXWu
IF i press my finger on the pcb antenna in the red circle it suddenly works. I guess an impedance matching problem? Are some of the rf components bad?

Problem persists unsing external antenna (yes i did switch the bridge).

I'll give it a try, thanks.

[Edit] No, that did not make any difference to 6 of the units I just tried it on. almost all of the units we have tested, some 260 as of right now for the 20 ish % that are performing poorly all but 3 of them go from 54KB/s to 108KB/s after "warming up" a little bit, the good ones just work at what seems to be another two powers of 2 up in speed i.e 440 ish KB/s but of course there is the write to storage times to take into account, when the storage option is removed, i.e. just throwing the data away and seeing what the max throughput is that figure increases to around 680KB/s for good ones and the bad ones remain roughly the same as the % of time spent writting data is a much smaller fraction when the upload is slower.

Great Idea though, keep them coming.

[Foxabilo]

Just realized I missed a question regarding reflow, we used the recommended profile as per the espressif esp-wroom-32 module datasheet in a HELLER 1826MK5 for the 10 test boards, the other 100 tested were done without reflowing and just placed in an esp32 module test jig in the same faraday enclosure with the same router within a few hours of each other.

[WiFive]

You may want to check the stability of the clock/crystal by generating a clock on one of the pins. There is a way to route the internal clocks to either one of the rtc pins or one of the clk_out pins for example

https://www.esp32.com/viewtopic.php?t=3 ... =10#p15947
viewtopic.php?f=12&t=11050#p45695

[Foxabilo]

Cheers I'll give that a try and scope the output, I guess the bigger issue is, is this going to be a pre-screening requirement for large production runs, the additional hands-on cost of pre-qualifying modules manually and the additional time that may incur due to moisture control considerations could put the cost of the devices out of economic reach. I am hoping it is a small affected batch, but it is difficult to discern if this is a product issue that is not visible for low-speed IoT use.

Thanks for the clock check tip, should have thought of that myself, I'll post the results.

[Foxabilo]

Great idea WiFive, sadly no clock issues with good or bad modules, generated a 10Khz, 100Khz, 10Mhz and 40Mhz pwm they are all rock solid and spot on frequency wise.