アプリケーションノート
AN-00-018-J

宇宙用コンポーネントの高信頼性アップスクリーニング
Boris Benger, Mini-Circuits
Kit Cox, Mini-Circuits Japan

2023 年 10 月

AN-00-018-J Rev: A (10/18/23)
Copyright 2023 Mini-Circuits

背景
宇宙環境の極端な動作条件は、修理のためのアクセスの欠如と故障に対するゼロトレランスの組み合わせにより、宇宙ミッションで使用される電子部品の徹底的な品質確認を必要とします。
Mini-Circuits には、宇宙用コンポーネントのスクリーニングで成功した実績があり、この分野での経験により、これらのシステムに供給する部品の堅牢な試験および認定プログラムを確立しています。
宇宙用コンポーネントの認定要件は、プログラム、材料、コンポーネントの種類によって異なります。この記事では、宇宙システム用に供給されるコンポーネントの例または「ケーススタディ」を紹介し、宇宙搭載システム用にこれらの各製品グループをスクリーニングするために使用される典型的な認定プロセスについて説明します。
これらの例は、宇宙ミッションでの高い信頼性を確保するための認定要件を満たす MiniCircuits の高度な技術力を強調していますが、これらは決して当社の技術力を完全に表したものではありません。 お客様のプログラムの具体的な要件については、当社の日本支店
Mini-Circuits Japan にご連絡ください。

ケーススタディ 1：LTCC フィルター
Mini-Circuits の LTCC 受動部品は、堅牢な多層セラミック構造を利用することで、極めて小さなサイズと過酷な環境下での卓越した信頼性の両方を実現し、高信頼性アプリケーションに最適です。
当社の LTCC 製品ラインには、多種多様なフィルター（ハイパス、ローパス、バンドパス）、ダイプレクサ、カプラ、スプリッター／コンバイナー、90°ハイブリッド、バラントランスなどがあり、いずれもスペースレベルのスクリーニングに利用可能です。このセクションでは、特定の宇宙搭載システムのスクリーニング要件を満たすための LTCC ローパスフィルターの認定プロセスのケーススタディを紹介します。

ローパスフィルターのスペースレベルスクリーニング
今回スクリーニングされた LTCC フィルターは、標準モデル
LFCN-8400+ （図 1）を改良したものです。これは 7 セクションのフィルターで、通過帯域は DC から 8400MHz、RF 入力パワーは 8Wまで対応できます。このユニットは 1206 セラミック・パッケージに収納され、動作温度は -55℃～+100℃です。
この特別モデルは、部品の標準的な電気定格と環境定格を超えて、特定の図 1: LFCN-8400+
宇宙飛行プログラムによって定義された一連の特別なスクリーニング要件 LTCC ローパスフィルター
通過帯域 DC-8400を満たしています。この特別な要件には、ユニット端子が最小鉛含有量MHz、 最大入力電力 8W3% の錫鉛仕上げで構成するという材料制限が含まれます。これは錫ウィスカの成長を防ぐための標準的な要件です。この特殊部品はまた、各注文書内の部品は単一の日付コードのものでなければならないという日付コードの制限も満たしています。
この顧客は、構造と端子の構成を検証するために、製造に使用されたロットのサンプルユニットに対して破壊的物理分析 (DPA) も要求しました。またユニットは 3 つの方角からリアルタイムX 線検査を含む信頼性試験の厳格なプログラムを受ける必要があります。プログラム要件を満たすために実施される完全な認定プロセスを以下に要約します：

1認定プロセス
破壊的物理分析（DPA）
信頼性試験を開始する前に、無作為に選んだ ３つのサンプルユニットに対して DPA が実施され、製造に使用するロットの構造と端子の構成が検証されます。米国軍用規格文書 MIL-STD1580B は、被試験ユニットに DPA を実施する一般的なプロセスを確立するために使用されますが、LTCC ユニットの合否判定基準は MIL 規格では定義されていないため、ガイドラインとして使用し、被試験ユニットを比較して明らかに異常があるかどうかを判断します。
切断されたデバイスの外部および内部検査の写真を図 2 および図 3 に示します。DPA の合否判定基準を表 1 にまとめます。

図 2: 全体像 倍率 18 倍

平行断面の全体像 倍率 56 倍

平行断面の詳細 倍率 191 倍

平行断面の詳細 倍率 393 倍

横断面の全体像 倍率 56 倍

横断面の詳細 倍率 191 倍

横断面の詳細 倍率 393 倍

図 3：DPA によるデバイスの断面図2信頼性試験DPA に続いて、信頼性試験が実施されます。
信頼性試験は、スクリーニング試験と認定試験の ２段階で行われます。
1. スクリーニング試験: まず、顧客に納入されるユニットの 100% がスクリーニング試験を受けます (もちろん、DPA で事前に分析されたユニットは除きます)。私たちがグループ A と呼ばれるこのグループの各ユニットは、飛行に耐えられるかどうかをチェックするために、広範な一連のテストを受けます。たとえば、このプロジェクトでは、スクリーニング フローの一部に、各ユニットのリアルタイムの放射線検査 (X 線) が含まれています。次ページの
図 5 は、X 線画像によって検出される内部トレースの不均一性（クラック）の一例を示しています。
スクリーニング試験には、ユニットの飛行適性を低下させたり、ユニットの性能に影響を及ぼす可能性のある、極端な条件への曝露やテスト基板へのはんだ付けなどのテストは含まれません。
2. 認定試験: スクリーニング試験の後、スクリーニングされたユニットの一部は、認定試験と呼ばれるより広範なテストを受けます。 私たちがグループ B と呼ぶこのグループのユニットは、ユニットの飛行適性に影響を与える可能性がある、より厳しいテストを受けることになります。
各ユニットが連続して完全なスクリーニング試験を受けるグループ A のスクリーニング試験とは異なり、グループ B のユニットは複数のサブグループ (サブグループ 1、サブグループ 2 など)にさらに分割され、各サブグループのユニットは １つの特定の種類の認定試験を受けます。
(顧客の要求に応じて、サブグループごとに独自のテスト シーケンスを構成することも可能です。)
スクリーニング試験だけで、認定試験を受けないユニットは、飛行に適したユニットとしてスクリーニングレポートとともに顧客に納品されます。認定試験を受けたユニットは認定ユニットとして顧客に納入されますが、飛行には適しておらず、認定レポートとともに納入されます。どちらの報告書にも、実施された試験の範囲、試験結果、合格と判断された基準の詳細が記載されています。
DPA、スクリーニング試験、および認定試験のテスト パラメーターを以下の表 1 にまとめます。
各テストの実行方法の詳細については、各行の参照規格として記載されている米国軍用規格文書(MIL-STD) を参照してください。

図 4: ニューヨーク州ブルックリンにあるミニサーキットの研究所で実施中の環境試験

3

内部トレースの不均一性（クラック）

図 5: Ｘ線画像で検出された LTCC 内部トレースの不均一性 (クラック) の例。

4

表 1: LTCC ローパス フィルター の宇宙用 アップスクリーニング プロジェクトのプロセス概要例

DPA
テスト項目

条件

継続時間とサイクル

DPA

2 つの平面（平行と横断）に沿って切断されたサンプ
ルユニット

サンプル数

参照規格

MIL-STD-1580B
Para. 14.1.1.1
Para. 14.1.1.3-3 units

合否判定基準a) 外観目視検査b) 外部表面の禁止物質 分析c) 切断面の内部目視検査➔ 切断されたユニットは、DPA レポートとともに顧客に届けられるグループ A-スクリーニング試験
テスト項目

条件

温度ショック

サンプル数

継続時間とサイクル

参照規格−55/+125°C

10 min.,25 cycles

MIL-STD-202
Method 107

100%a) 電気的特性b) 目視検査

バーンイン

100℃の雰囲気中に 96 時間放置

96 hrs.

MIL-STD-202
Method 108
Condition A

100%a) 電気的特性b) 目視検査

リアルタイムＸ線透視検査

3 画像-MIL-STD-202
Method 209

100%

Ｘ線透視画像

最終目視検査および機械的検査

倍率 10 倍;5 ユニットの寸法検査

--

100%

目視検査

 ランダムに選択された 42 ユニットが認証テストに供試されます。 これらのユニットはグループ B (下記) に進み、異なるテストのサブグループに割り当てられます。

合否判定基準 残りのユニットは、スクリーニングレポートとともに飛行準備完了ユニットとして顧客に配送されます。

グループ B-スクリーニング試験
テスト項目
耐湿性(サブグループ 1)

条件

継続時間とサイクル+85°C 、85%RH

240 hrs.

参照規格
MIL-STD-202
Method 103
Condition A

サンプル数12 unitsa) 電気的特性b) 目視検査--10 unitsa) 電気的特性b) 目視検査
※ すべてのテスト__に提供されるシ__リアル化されて__いない個別の__ユニット データ−25℃、−55℃

指定温度範囲での電気的特性試験(サブグループ 2)

および 100℃で標準電気的特性の測定実施
サンプルはテスト基板にはんだ付け合否判定基準

はんだ付け性(サブグループ 3)

ユニットをテスト基板にはんだ付けし、IPC-A-610 に従って検査-

MIL-STD-202
Method 208

5 unitsa) MIL-STD-202___の要求に合致b) 目視検査

はんだ耐熱性(サブグループ 4)+260℃ではんだ付け実施-

MIL-STD-202
Method 210
Condition I

3 unitsa) 電気的特性b) 目視検査

寿命試験
(サブグループ 5)

100℃の雰囲気中で最大 RF 電力を印可して 1,000 時間連続動作

1,000 hrs.

MIL-STD-202
Method 103
Condition D

12 unitsa) 電気的特性b) 目視検査

5ケーススタディ 2：高信頼性セラミックミキサー
Mini-Circuits は、高信頼性セラミックでハーメチックシールされた表面実装ミキサーを構築するための、高度に洗練された特許取得済み 1 の プロセスを有しています。 これらのミキサーは、
Mini-Circuits MAC- シリーズの製品ラインナップを構成しています。
MAC シリーズには、LTCC 多層基板に埋め込まれたバランにワイヤーボンディングされた
GaAs 上の半導体 IC 技術を利用したダイオード クワッドが組み込まれています (図 6 参照)。
ダイオード クワッドは、制御された窒素雰囲気中で、金メッキカバーと共晶 AuSn はんだで気密封止されています。
MAC シリーズ ミキサーは、最高 12 GHz の RF 周波数と最高 2 GHz の IF 周波数をサポートしています。

COUPLED
LINES

WIRE
BOND

SEMICONDUCTORDIEVIA
DIELECTRICLINES

EXTENDEDCONTACTSGROUND PLATE

COUPLED LINES

図6：LTCC 多層基板に半導体ダイをワイヤーボンディングした、Mini-Circuits MACシリーズ ミキサーのパッケージングプラットフォーム。

図 7：MAC シリーズ ダブルバランスミキサーの機能回路図。

1U.S. Patent 7,027,795

6

MAC シリーズ セラミックミキサーのスペースレベルスクリーニング
以下は、顧客のソース管理図面に従って MAC-42+
セラミック ミキサーを使用して宇宙用アプリケーションに対して実行されたスクリーニングおよび認定試験の例です。
この表は、ウェーハの受け入れから始まるユニットの製造中および製造後にスクリーニング試験が実行される複雑な顧客のケースを示しています。 この表には、グループ B として部分的に組み立てられたユニット (実装済みの封止前
図 8: 広帯域幅(1000 - 4200 MHz)、変換損失のダイ) と、グループ C として完全に組み立てられた6.2dB(typ.)の Mini-Circuits MAC-42+ユニットの認定試験が含まれます。
セラミック ダブルバランスミキサー
表 2：MAC-セラミックミキサーのスペースレベルアップスクリーニングプロジェクトの一例のプロセス概要

グループ A-スクリーニング試験
テスト項目
個片化前のウェーハ検査(寸法および電子顕微鏡)

封止前のダイの目視検査

条件

継続時間とサイクル---

参照規格

サンプル数

MIL-STD-883
Method 5007

100%

―ウェーファーの個片化 ―MIL-STD-883
Method 2010,100%
Cond. A or B
―サブストレイト上に実装されたダイ ― ランダムに選択されたものを除くすべてのサブストレイト上に実装されたダイは、カプセル化とパッケージのアセンブリに進む (次の行に進む)



合否判定基準MIL-STD-883
Method 5007 Table Iの要求に合致

目視検査

ランダムに選択された実装ダイは、グループ B の認定フロー (次のページ) に進む

―ダイ封止/パッケージアセンブリ ―ファインリーク--MIL-STD-883
Method 1014,
Cond. A or B

100%

MIL-STD-883
Method 1014,
Cond. C100%

グロスリーク--

温度サイクル−65/+150°C

10 min.,10 cycles

一定加速度

Y1 axis only-MIL-STD-883
Method 1010,
Cond. CMIL-STD-883
Method 2001,
Cond. EMIL-STD-883
Method 2020,
Cond. A

粒子衝突ノイズの検出（パッケージ内に閉じ込められた微粒子を検出するため）--7a) MIL-STD-883__Method 1014,_ Cond. A or B の要求に合致b) 目視検査a)MIL-STD-883
Method 1014, Cond. Cの要求に合致b) 電気的特性c) 目視検査

100%a) 電気的特性b) 目視検査

100%a) 電気的特性b) 目視検査

100%a) MIL-STD-883
Method 2020, Cond. Aの要求に合致b) 電気的特性c) 目視検査

参照規格

サンプ
ル数

250 hrs.

MIL-STD-202
Method 108
Cond. B

100%

目視検査

-MIL-STD-883
Method 5004

100%

MIL-STD-883
Method 5004 およびcustomer source control
drawing による-

MIL-STD-883
Method 1014,Cond. A or B

テスト項目

条件

継続時間とサイクル

バーンイン

250 hrs.
at +100°

バーンイン後の欠陥許容率 (PDA) の計算

気密性試験
ファインリーク--

気密性試験
グロスリーク--MIL-STD-883
Method 1014,Cond. C

最終目視検査倍率10倍で検査-MIL-STD-883
Method 2009 ランダムに選択された 85 ユニットが認定試験に供試されます。 これらのユニットはグループCに進みサブグループに割り当てられます。

合否判定基準a)

100%b)a)100%100%b)c)

MIL-STD-883 Method
1014, Cond. A or B の要求に合致
目視検査

MIL-STD-883_ Method 1014, Cond. Cの要求に合致
電気的特性
目視検査

目視検査

 残りのユニットは、スクリーニングレポートとともに飛行準備完了ユニットとして顧客に納入されます

グループ B – カプセル化される前の実装ダイの認定試験
テスト項目

条件

継続時間とサイクル

ワイヤーボンド強度--MIL-STD-883
Method 2011

22 wires

MIL-STD-883 Method 2011の要求に合致--MIL-STD-883
Method 2019or Method 2027

3 units_MIL-STD-883 Method
2019/2027 の要求に合致

ダイせん断強度（ダイを取り付け部分からせん断するのに必要な力）

参照規格サンプ
ル数

合否判定基準➔ 事前封止された評価用ダイユニットは、グループBの品質レポートとともに顧客に提供されます。
テスト項目
はんだ付け性(サブグループ 1)

寿命試験(サブグループ 2)条件-

グループ C –カプセル化ユニットの認定試験
継続時間と参照規格
サンプ
合否判定基準サイクル
ル数
MIL-STD-883 Method 2003
MIL-STD-883
3 units
Method 2003の要求に合致

100℃の雰囲気中で最大 RF 電力を印可して 1000 時

MIL-STD-202
Method 108
Condition D

1,000 hrs.

間連続動作

寸法精度
(サブグループ 3)

端子整合性(サブグループ 4)

耐湿性(サブグループ 5)

機械的衝撃
および振動
(サブグループ 6)------

衝撃: 1500G 継続
時間 0.5ms のパルスを5回印可,Y1軸のみ-

MIL-STD-883
Method 2016
MIL-STD-883
Method 2004Condition D
MIL-STD-883
Method 1004
MIL-STD-883
Method 2002
Cond. B
Method 2007
Cond. A

822 units+25°C, −40°C, _and +95°C の条件下で電気的特性を満たす

MIL-STD-883 Method 2016の要求に合致
Meet requirements of
15 units MIL-STD-883 Method 2004__Cond. D
15 units

15 units 電気的特性

15 units 電気的特性

さらなる能力
この記事で紹介された認定プロセスは、2 つの特定の宇宙飛行ミッションで使用されるアップスクリーンコンポーネントの要件を満たすものであり、Mini-Circuits の技術力の一例に過ぎません。
要件は、コンポーネントの種類、材質、および各フライトプログラムに固有のその他の詳細を含む多くの要因によって大きく異なります。Mini-Circuits は、ミッション固有の要件に合わせて各アップスクリーニングを調整します。

Core & Wire

LTCC

Active & Passive Die非気密 SMT

上記の 2 つの例以外にも、当社のカタログ製品とカスタム製品のほとんどは、EEE-INST-002に準拠したワークフローを使用して、わずか 90 日で MIL 規格または同等の規格に合わせて社内でアップスクリーニングできます。 当社の社内スクリーニングによりコストが削減され、お客様のプロジェクト期間を短縮することができます。
テクノロジーCore & Wire
LTCC
ベア ダイ(アクティブ および パッシブ)

非気密 SMT 製品

PEMS(MMIC)製品

製品
トランス
電力分配器
カップラー
MCL カタログ内のすべてのLTCC コンポーネント
MCL カタログ内のすべてのダイコンポーネント
周波数逓倍器
電力分配器
集中定数型フィルター
増幅器
減衰器
トランス
フィルター(無反射)準拠規格
MIL-STD-981
for Family 11
MIL-STD-202 に準拠し、適用可能な試験方法で実施
MIL-PRF-38534
Appendix C
MIL-PRF-38534
Appendix D

NASA-INST-001

標準的な機能 ：付随する受け入れ試験手順 (ATP) による、バーンイン、熱衝撃、振動*、放射線検査*、破壊的物
理分析 (DPA)*、機械的衝撃、気密性、ガス放出要件、残留ガス分析および水素中毒感受性。
*Mini-Circuits は、テストとアップスクリーニングのほとんどを社内で実行しますが、限られた一部のテストについては専門のパートナーに委託します。

Mini-Circuits のアプリケーションサポートチームの宇宙スペシャリストは、当社の標準的な機能に加え、ほぼすべてのプロジェクトのカスタムソリューションを開発することができます。
Mini-Circuits には、初期の政府宇宙ミッションから現代の独立企業に至るまで、宇宙レベルのスクリーニングとテストの長い歴史があり、次のプロジェクトでも喜んでお手伝いさせていただきます。

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ご連絡
Mini-Circuits Japan 株式会社
〒222-0033
神奈川県横浜市港北区新横浜 3-6-12
日総第 12 ビル 6 階
電話 : 045-548-5058
Email: kit.cox@minicircuits.com
Web: minicircuits.co.jp

重要なお知らせ
本書は Mini-Circuits に帰属し、著作権、商標、およびその他の知的財産法によって保護されています。
ここに記載された情報は、Mini-Circuits がお客様への便宜を図るために提供するものであり、Mini-Circuits の部品の購入を促進し、それに付随する目的にのみ使用することができます。
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商標
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AN-00-018-J Rev: A (10/18/23)
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