+ All Categories
Home > Documents > Qualification Report - T3 Mixer In CQG Package · Qualification Report ‐ T3 Mixer In CQG Package...

Qualification Report - T3 Mixer In CQG Package · Qualification Report ‐ T3 Mixer In CQG Package...

Date post: 17-Mar-2020
Category:
Upload: others
View: 5 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
28
Qualification Report T3 Mixer In CQG Package
Transcript

 

 

 

  

Qualification Report T3 Mixer In CQG Package 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

2  

Table of Contents  Page 

Introduction  6 CQG Package  8 Summary of Test Results  10 Summary of Performance Variation  10 Environmental / Operational Maximum Ratings  10 Environmental Test Plan  12 Electrical Test  14 Test Fixtures  14 MSL & Preconditioning  15 Performance Plots ‐ High Temperature Operation (HTO)  17 Performance Plots – Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test (HAST)  19 Performance Plots – Autoclave (AC)  21 Performance Plots – High Temperature Storage Life (HTSL)  23 Performance Plots –  Low Temperature Storage Life (LTSL)  23 Performance Plots – Temperature Cycle (TC)  27 

 

 

 

Table of AbbreviationsMarki Microwave Incorporated  MMI High Temperature Operation  HTO Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test  HAST Autoclave  AC High Temperature Storage Life  HTSL Low Temperature Storage Life  LTSL Temperature Cycle  TC 

 

 

 

 

 

 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

3  

Table of FiguresNumber  Description  Page(s) 

1  Mechanical Drawing of CQG Package  82  Cross‐sectional drawing of typical QFN package with GaAs die 83  Custom Test Fixture (Soldered)  144  Annotated MSL & Preconditioning Reflow Profile 155  HTO ‐  Mean Conversion Loss Variation Plot

6  HTO ‐  Frequency & Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (single unit variation)  17 

7  HTO – LO Return Loss Comparison  188  HTO ‐ RF Return Loss Comparison  189  HTO ‐ IF Return Loss Comparison  1810  UHAST ‐ Mean Conversion Loss Variation Plot 19

11  UHAST ‐ Frequency & Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (single unit variation)  19 

12  UHAST ‐ LO Return Loss Comparison 2013  UHAST ‐ RF Return Loss Comparison 2014  UHAST ‐ IF Return Loss Comparison 2015  Autoclave ‐ Mean Conversion Loss Variation Plot 21

16  Autoclave – Frequency & Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (single unit variation)  21 

17  Autoclave ‐ LO Return Loss Comparison 2218  Autoclave ‐ RF Return Loss Comparison 2219  Autoclave – IF Return Loss Comparison 2220  HTSL ‐ Mean Conversion Loss Variation Plot 23

21  HTSL ‐ Frequency & Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (single unit variation)  23 

22  HTSL – LO Return Loss Comparison 2423  HTSL ‐ RF Return Loss Comparison  2424  HTSL ‐ IF Return Loss Comparison  2425  LTSL ‐ Mean Conversion Loss Variation Plot 25

26  LTSL ‐ Frequency & Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (single unit variation)  25 

27  LTSL ‐ LO Return Loss Comparison  2628  LTSL ‐ RF Return Loss Comparison  2629  LTSL – IF Return Loss Comparison  2630  Temperature Cycle ‐ Mean Conversion Loss Variation Plot 27

31  Temperature Cycle ‐ Frequency & Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation  (single unit variation)  27 

32  Temperature Cycle – LO Return Loss Comparison 2833  Temperature Cycle ‐ RF Return Loss Comparison 2834  Temperature Cycle ‐ IF Return Loss Comparison 28

     

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

4  

Table of TablesNumber  Description Page(s)

1  Qualified MMI Part Numbers  82  Summary of Test Results  103  Summary of Performance Variation 104  Environmental / Operational Maximum Ratings ‐ Device 105  Environmental / Operational Maximum Ratings ‐ Package 106  Test Method – CQG Substrate & Device Operation 127  Test Method – CQG & Device Packages 128  RF Test Frequency Bands and Input Power 149  Custom Test Fixtures – Materials Used 1410  HTO Test Parameters  1711  UHAST Test Parameters  1912  Autoclave Test Parameters  2113  HTSL Test Parameters  2314  LTSL Test Parameters  2515  TC Parameters  27

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

5  

 

 

 

 

 

 

 

 

Introduction  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

6  

Our reliability study combines device & package test methods to produce a comprehensive view of a typical component’s mechanical and electrical integrity over its lifetime. The conclusions drawn from this study establishes Marki Microwave’s CQ(G) package’s ability to withstand mechanical stresses that were imposed by the test methods. It also provides a basis of confidence in CQ(G) package’s ability to support the specified electrical performance of a typical Marki Microwave T3 mixer device contained within.  

The test plan used to perform this study provides a basis of confidence in CQ(G) and T3 mixer device use by following two courses: 

1) Use under MMI’s rated electrical specifications and elevated temperature for a prolonged period 2) Use of other broadly accepted test methods that highlight the efficacy of specific mechanical features of 

CQ(G) & T3 mixer device packages and soldered connections 

This study is based on the application of JEDEC standards. The conditions applied to each standard were chosen to encourage our customers’ increased confidence in our product’s efficacy under environmental conditions that exceed typical use cases. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

7  

 

 

 

 

 

 

 

CQG Package  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

8  

The representative assembly used in our study was MMI’s CQG (Au finish) package containing a T3 mixer device. 

T307LCQG

IRL

D/CMADE IN USA

.320[8.13]

.300[7.62]

.050[1.27]

.220

.050

[5.59]

[1.27]

Ø.060 Thru,4 PL

Plastic Cover

.200

.400

.160

[5.08]

[4.06]

[10.16]

.13 Max[3.3]

 Figure 1 – An outline of T3‐08CQG. Alternate dimensioning: [ mm ] 

Plastic Cover

MixerSoldered Connection

Sealing EpoxyCircuit Substrate

 Figure 2 – A cross‐sectioned drawing of a typical CQ(G) package with an undefined  mixer assembly and soldered 

connections to the package substrate. 

 Qualification Vehicle Marki Microwave Part Number 

T3‐03CQ(G) T3‐04CQ(G) T3‐05CQ(G) T3‐06CQ(G) T3‐07CQ(G) 

Table 1 

Qualified By Similarity 

T3 and legacy mixer assemblies of frequency bands up to 10GHz are qualified by similarity of construction to withstand all environmental stress contained in this report. The severity of any single environmental condition or combination thereof is not to exceed what’s explicitly defined.    

 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

9  

 

 

 

 

 

 

   

Summaries & Declarations                    

   

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

10  

Summary of Test Results 

Table 2 

 

 

 

Summary of Performance Variation 

Table 3                                                                             

 Environmental/Operational Maximum Ratings 

Table 4 

Table 5 

  

Test Method  Qty In Qty Out Fails Fail CriteriaHigh Temperature Operation (HT)  24  24  0  >1dB change in mean conversion loss Unbiased Highly Accelerated Stress Test (UHAST)  24  24  0  >1dB change in mean conversion loss High Temperature Storage Life (HTSL)  3  3  0  >1dB change in mean conversion loss Low Temperature Storage Life (HTSL)  3  3  0  >1dB change in mean conversion loss Accelerated Moisture Resistance (Autoclave)  24  24  0  >1dB change in mean conversion loss Temperature Cycle (TC)  24  24  0  >1dB change in mean conversion loss 

Test Method  RF/LO Band (GHz)  IF Frequency (GHz) 

Initial   Mean CL (dB) 

Max Change In Mean CL (dB) 

CL Range (dB) 

HTO  0.010 – 8.0  0.091  6.86  0.08  0.12 HAST  0.010 – 8.0  0.091  6.89  0.14  0.20 HTSL  0.010 – 8.0  0.091  6.92  0.01  0.02 Autoclave  0.010 – 8.0  0.091  6.85  0.14  0.20 Temperature Cycle  0.010 – 8.0  0.091  6.76  0.14  0.20 

DeviceStatic Operating Temperature Range  ‐55oC to +100oC Static Storage Temperature Range   ‐40oC to +150oC 

PackageStatic Operating Temperature Range  ‐55oC to +100oC Static Storage Temperature Range   ‐40oC to +150oC 

Dynamic Operating Temperature Range  +25oC to +75oC, +5oC/min ramp Humidity   80% RH @ +85oC  

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

11  

          

 

  

Test Plan                       

   

 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

12  

CQG Substrate & Device Operation Test  Condition  Duration Sample Size  Fail Criteria

High Temperature Operation (HTO) 

      Ta = 130oC                

fLO= 1.5GHz, PLo= +16dBm   

1000 Hours  1 lot of 24 units  >1dB change in mean conversion loss 

Table 6 

HTO: This test operates the semiconductor device and packaging with commonly used electrical parameters while subjecting the device and package to greater operational temperatures than specified on the applicable datasheet.  

CQG & Device Packages Test  Conditions  Duration Sample Size  Fail Criteria

Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test, Unbiased (UHAST) 

Temp = 130oC, RH = 85% Vapor Pressure = 33.3psia  96 Hours  1 lot of 24 units  >1dB change in mean 

conversion loss 

High Temperature Storage Life (HTSL)  Temp = 150oC  1000 Hours  1 lot of 3 units  >1dB change in mean 

conversion loss Low Temperature Storage Life (LTSL)  Temp = ‐40oC  168 Hours  1 lot of 3 units  >1dB change in mean 

conversion loss Accelerated Moisture Resistance (Autoclave) 

Temp = 121oC, RH = 100% Vapor Pressure = 29.7psia  96 Hours  1 lot of 24 units  >1dB change in mean 

conversion loss 

Temperature Cycle (TC) 

Ts (min) = ‐55oC  Ts (max) = +100oCTransition Time = 31 minutes Dwell Time = 10 Minutes 

500 Cycles  1 lot of 24 units  >1dB change in mean conversion loss 

Table 7 

HAST:  This test evaluates the reliability of non‐hermetic packaged devices in humid environments. It employs severe conditions of temperature, humidity, and bias which accelerate the penetration of moisture through the external protective material. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A110D, Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test**. HTSL: This test is typically used to determine the effects of time and temperature, under storage conditions, for thermally activated failure mechanisms and time‐to failure distributions of solid state electronic devices. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A103D, High Temperature Storage Life**. LTSL: This test method is typically used to determine the effect of time and temperature, under storage conditions, for thermally activated failure mechanisms of solid state electronic devices. During the test, reduced temperature are used without electrical stress applied. This test was not destructive. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A119A, Low Temperature Storage Life**. Autoclave:  This test method applies primarily to moisture resistance evaluations and robustness testing. Samples are subjected to a condensing, highly humid atmosphere under pressure to force moisture into the package to uncover weaknesses such as delamination and metallization corrosion. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A102D, Accelerated Moisture Resistance ‐ Unbiased Autoclave**. Temperature Cycling:  This standard applies to single chamber temperature cycling and covers component and solder interconnection testing. This test is conducted to determine the ability of components and solder interconnects to withstand mechanical stresses induced by alternating high‐ and low‐temperature extremes. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A104E, Temperature Cycling*.  

                                                             * http://jedec.org/ 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

13  

 

         

 

  

Performance Testing & Preconditioning                       

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

14  

Electrical Test All RF tests were performed using an electronically calibrated N5242A PNA‐X Network Analyzer. Table 8 shows the LO/RF/IF frequencies & input power. 

 LO/RF Band (GHz)  LO Input Power (dBm) RF Input Power (dBm) IF Frequency (GHz)

0.010 – 8.0  +15 ‐15 0.091Table 8 

 Test Fixture 

To facilitate RF testing, CQG package was attached to a custom designed test fixture. Table 9 gives a list of materials used in the construction of the test fixture. 

 Description / MaterialAluminum HousingSMA ConnectorRO 4003 PCBSilver EpoxySolder (SN63)

Table 9 

 

 

T307LCQG

IRL

D/CMADE IN USA

  

Figure 3 – Custom test fixture designed to facilitate HTOL, HAST, HTSL & Autoclave tests.      

  

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

15  

Preconditioning & Moisture Sensitivity Level (MSL) All samples were subjected to preconditioning & MSL 1 conditions that comply with JESD22‐A113F, Preconditioning of Nonhermetic Surface Mount Devices Prior to Reliability Testing, & J‐STD‐020D.1, Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices. Both standards were met using the Pb‐free reflow parameters defined in J‐STD‐020D.1 and shown in figure 5.   

 

 Figure 4 – Pb‐free reflow profile used to precondition and set the moisture sensitivity level of all samples. 

 

            

    

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

16  

        

Performance Plots               

     

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

17  

High Temperature Operation (HTO)Conditions  Duration Sample Size Fail Criteria Fails

      Ta = 130o C, PLo= +16dBm 

 1000 Hours  1 lot of 24 units  >1dB change in mean 

conversion loss  0 

Table 10   

Purpose This test operates the semiconductor device and packaging with commonly used electrical parameters while subjecting the device and package to greater operational temperatures than specified on the applicable datasheet. 

  

 Conversion Loss Variation (HTO) 

 Figure 5 – Mean conversion loss variation vs duration of environmental stress among all samples.                                                                   

   

Histogram and Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (HTO) 

 Figure 6 – Distribution of mean conversion loss variation gain among all samples; single unit RMS average. 

  

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

18  

LO Return Loss (HTO) 

 Figure 7 – Full band LO return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress.  RF Return Loss (HTO) 

 Figure 8 – Full band RF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

 IF Return Loss (HTO) 

 Figure 9 – Full band IF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress.   

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

19  

Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test, Unbiased (UHAST) Conditions  Duration Sample Size Fail Criteria Fails

Temp = 130oC, RH = 85% Vapor Pressure = 33.3psia  96 Hours  1 lot of 24 units  >1dB change in mean 

conversion loss  0 

Table 11  

Purpose This test evaluates the reliability of non‐hermetic packaged devices in humid environments. It employs severe conditions of temperature, humidity, and bias which accelerate the penetration of moisture through the external protective material. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A110D, Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test. 

 Conversion Loss Variation (UHAST)                

 Figure 10 – Mean conversion loss variation vs duration of environmental stress among all samples.                                                                   

   

Histogram and Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (UHAST) 

 Figure 11 – Distribution of mean conversion loss variation gain among all samples; single unit RMS average.                                              

  

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

20  

LO Return Loss (UHAST) 

 Figure 12 – Full band LO return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

 RF Return Loss (UHAST) 

 Figure 13 – Full band RF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

 IF Return Loss (UHAST) 

 Figure 14 – Full band IF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress.  

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

21  

Accelerated Moisture Resistance (Autoclave) Conditions  Duration Sample Size Fail Criteria Fails

Temp = 121oC, RH = 100% Vapor Pressure = 29.7psia  96 Hours  1 lot of 24 units  >1dB change in mean 

conversion loss  0 

Table 12  

Purpose This test method applies primarily to moisture resistance evaluations and robustness testing. Samples are subjected to a condensing, highly humid atmosphere under pressure to force moisture into the package to uncover weaknesses such as delamination and metallization corrosion. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A102D, Accelerated Moisture Resistance ‐ Unbiased Autoclave. 

 

Conversion Loss Variation (AC) 

 Figure 15 – Mean conversion loss variation vs duration of environmental stress among all samples. 

   

Histogram and Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (AC) 

 Figure 16 – Distribution of mean conversion loss variation gain among all samples; single unit RMS average.  

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

22  

LO Return Loss (AC) 

 Figure 17 – Full band LO return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

 RF Return Loss (AC) 

 Figure 18 – Full band RF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

 IF Return Loss (AC) 

 Figure 19 – Full band IF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

23  

High Temperature Storage Life (HTSL) Conditions  Duration Sample Size Fail Criteria Fails

Temp = 150oC  1000 Hours  1 lot of 3 units  >1dB change in mean conversion loss  0 

Table 13  

Purpose This test is typically used to determine the effects of time and temperature, under storage conditions, for thermally activated failure mechanisms and time‐to failure distributions of solid state electronic devices. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A103D, High Temperature Storage Life. 

 Conversion Loss Variation (HTSL) 

 Figure 20 – Mean conversion loss variation vs duration of environmental stress among all samples. 

.                                                                                                      

LO Return Loss (HTSL) 

 Figure 22 – Full band LO return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

  

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

24  

RF Return Loss (HTSL) 

 Figure 23 – Full band RF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

   

IF Return Loss (HTSL) 

 Figure 24 – Full band IF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

             

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

25  

Low Temperature Storage Life (LTSL) Conditions  Duration Sample Size Fail Criteria Fails

Temp = ‐40oC  168 Hours  1 lot of 3 units  >1dB change in mean conversion loss  0 

Table 14  

Purpose This test method is typically used to determine the effect of time and temperature, under storage conditions, for thermally activated failure mechanisms of solid state electronic devices. During the test, reduced temperature are used without electrical stress applied. This test was not destructive. The practice of this test procedure complied with JESD22‐A119A, Low Temperature Storage Life**. 

 Conversion Loss Variation (LTSL) 

 Figure 25 – Mean conversion loss variation vs duration of environmental stress among all samples. 

                                                                                                    

LO Return Loss (LTSL) 

 Figure 27 – Full band LO return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

   

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

26  

RF Return Loss (LTSL) 

 Figure 28 – Full band RF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

   

IF Return Loss (LTSL) 

 Figure 29 – Full band IF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

             

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

27  

Temperature Cycle (TC) Conditions  Duration Sample Size Fail Criteria Fails

Ts (min) = ‐55oC  Ts (max) = +100oC Transition Time = 31 minutes Dwell Time = 10 Minutes 

500 Cycles  1 lot of 24 units  >1dB change in mean conversion loss  0 

Table 15  

Purpose This standard applies to single chamber temperature cycling and covers component and solder interconnection testing. This test is conducted to determine the ability of components and solder interconnects to withstand mechanical stresses induced by alternating high‐ and low‐temperature extremes. Permanent changes in electrical and/or physical characteristics can result from these mechanical stresses. The test procedure complied with JESD22‐A104E, Temperature Cycling. 

 Conversion Loss Variation (TC) 

 Figure 30 – Mean conversion loss variation vs duration of environmental stress among all samples. 

 Histogram and Cumulative Distribution of Conversion Loss Variation (TC) 

 Figure 31 – Distribution of mean conversion loss variation gain among all samples; single unit RMS average.   

 

  

       Qualification Report  ‐ T3 Mixer In CQG Package  March 2017 

28  

LO Return Loss (TC) 

 Figure 32 – Full band LO return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

 RF Return Loss (TC) 

 Figure 33 – Full band RF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 

 IF Return Loss (TC) 

Figure 34 – Full band IF return loss comparison of 1 sample over 1000 hours of stress. 


Recommended