(高清版)GBT 41041-2021 宇航禁限用元器件控制要求

宇航禁限用元器件控制要求2022-07-01實施國家標準化管理委員會I 2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語、定義和縮略語 13.1術(shù)語和定義 13.2縮略語 4一般要求 4.1基本原則 4.2元器件技術(shù)委員會 24.3元器件禁限用清單 25詳細要求 25.1元器件研制需求分析 25.2設(shè)計制造 25.3選用 5.4應(yīng)用驗證 5.5質(zhì)量保證 46宇航禁限用元器件清單管理 46.1識別原則 46.2識別來源 46.3禁限用元器件清單編制 56.4禁限用元器件清單評審 6.5禁限用元器件清單發(fā)布 6.6禁限用元器件清單更新 5附錄A(資料性)宇航禁限用元器件清單示例 6A.1通用示例 6A.2詳細示例 6Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國宇航技術(shù)及其應(yīng)用標準化技術(shù)委員會(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：中國空間技術(shù)研究院。1宇航禁限用元器件控制要求本文件規(guī)定了宇航電氣、電子、機電(EEE)元器件(以下簡稱元器件)在需求分析、設(shè)計制造、選用、應(yīng)用驗證以及質(zhì)量保證等各階段的禁限用控制要求。本文件適用于宇航裝備研制過程中對宇航禁限用元器件的控制。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T29074宇航元器件鑒定要求3.1術(shù)語和定義本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。3.2縮略語下列縮略語適用于本文件。BGA:球柵陣列(BallGrideArray)LCCC:無引線陶瓷片式載體(LeadlessCeramicChipCarrier)PCB:印刷電路板(PrintedCircuitBoard)SiP:系統(tǒng)級封裝(SysteminPackage)TO:晶體管封裝(TransisitorOutline)4一般要求4.1基本原則元器件禁限用控制要求的基本原則如下：a)元器件禁限用控制要求應(yīng)貫徹于元器件需求分析、設(shè)計制造、選用、評價驗證以及質(zhì)量保證等全過程；b)禁限用要求與元器件的具體應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)，在判定元器件禁限用前應(yīng)結(jié)合應(yīng)用環(huán)境進行充分分析；c)經(jīng)分析為禁用元器件，控制原則應(yīng)為宇航裝備禁止使用；d)經(jīng)分析為限用元器件，控制原則應(yīng)為在特定條件或者范圍內(nèi)，經(jīng)充分驗證并通過批準后可2使用；e)新設(shè)計產(chǎn)品應(yīng)避免采用限用元器件；沿用設(shè)計采用限用元器件的，應(yīng)進行分析，需要更改的，按照技術(shù)狀態(tài)更改程序進行控制；已選用限用元器件的宇航產(chǎn)品，應(yīng)對產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)進行驗證，驗證合格后方可應(yīng)用于宇航裝備飛行試驗或交付；f)宇航裝備研制各階段應(yīng)對元器件禁限用進行識別，分析宇航應(yīng)用存在的風(fēng)險，制定風(fēng)險控制措施，明確責(zé)任部門或機構(gòu)，通過審批或評審等方式進行確認；g)各單位應(yīng)建立元器件在材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面的宇航禁限用清單指導(dǎo)生產(chǎn)。4.2元器件技術(shù)委員會元器件禁限用控制要求的元器件技術(shù)委員會要求如下：a)元器件使用單位應(yīng)成立元器件技術(shù)委員會，負責(zé)本單位禁限用元器件的技術(shù)狀態(tài)控制；b)負責(zé)對用于本單位關(guān)鍵或核心部位的宇航限用元器件選用和風(fēng)險控制措施進行最高技術(shù)決策。4.3元器件禁限用清單元器件禁限用控制要求的元器件禁限用清單要求如下：a)元器件禁限用清單是宇航裝備研制各階段實施元器件禁限用控制的技術(shù)依據(jù)；b)各單位應(yīng)建立元器件禁限用清單指導(dǎo)生產(chǎn)；c)禁限用清單編制一般應(yīng)遵循通用性、準確性、實用性和可行性原則。5詳細要求5.1元器件研制需求分析元器件禁限用控制要求的元器件研制需求分析一般可從以下方面開展。a)元器件研制單位應(yīng)建立元器件需求定義文件，對宇航應(yīng)用環(huán)境可能對元器件設(shè)計制造的禁限用要求進行分析，提出禁限用要求。b)元器件研制單位應(yīng)至少進行以下方面的宇航禁限用需求分析工作，并形成書面文件：1)元器件應(yīng)用所處位置的空間環(huán)境，包括運行軌道、空間輻射環(huán)境、真空、溫度等；2)元器件工作壽命及可靠性要求；3)元器件所處位置的散熱方式；4)元器件所處位置的力學(xué)特征；5)元器件的裝聯(lián)方式和工藝；6)涉及載人航天器有人環(huán)境下對有毒有害物質(zhì)的要求；7)元器件的貯存環(huán)境和貯存周期；8)元器件的包裝和轉(zhuǎn)運要求等。c)元器件研制單位應(yīng)進行宇航禁限用風(fēng)險評估，主要工作為：1)通過風(fēng)險評估，識別可能存在的風(fēng)險。對于存在宇航禁用風(fēng)險的元器件，應(yīng)更改設(shè)計。2)對宇航限用風(fēng)險進行評估，并形成風(fēng)險評估報告。5.2設(shè)計制造元器件禁限用控制要求的設(shè)計制造一般可從以下方面開展：3a)用于宇航裝備的元器件應(yīng)優(yōu)先采用氣密封結(jié)構(gòu)；b)元器件設(shè)計制造單位應(yīng)建立元器件禁限用清單，指導(dǎo)設(shè)計制造；c)元器件設(shè)計應(yīng)確保5.1各項需求結(jié)果落實；d)元器件設(shè)計應(yīng)結(jié)合需求分析結(jié)果，避免采用宇航禁限用材料、工藝和設(shè)計；若確實無法避免，應(yīng)進行充分的測試和驗證，并提供數(shù)據(jù)；和工藝設(shè)計；f)元器件芯片設(shè)計至少應(yīng)從功能性能、降額、可裝配性、空間環(huán)境等角度考慮芯片的基體材料、制g)對于混合集成電路或SiP等元器件，應(yīng)重點關(guān)注內(nèi)部芯片或元器件的選擇、安裝方式、安全間距等方面；h)制造單位應(yīng)建立元器件禁限用清單，指導(dǎo)設(shè)計制造；i)除非有特殊要求，否則用于宇航裝備的元器件制造過程中不應(yīng)返工。5.3選用元器件使用單位在選用限用元器件前應(yīng)根據(jù)元器件相關(guān)可靠性數(shù)據(jù)并結(jié)合具體使用狀態(tài)及風(fēng)險承受能力進行風(fēng)險評估，必要時，應(yīng)進行風(fēng)險評估試驗。5.3.2禁用元器件選用審查元器件使用單位在宇航裝備方案設(shè)計和初樣研制階段應(yīng)組織進行本單位元器件選用審查，識別出選用的禁用元器件，并進行改型。5.3.3禁用元器件審查意見落實元器件禁限用控制要求的禁用元器件審查意見落實如下：a)元器件技術(shù)委員會應(yīng)對選用禁用元器件的改型提供技術(shù)支持；b)元器件使用單位在宇航裝備方案設(shè)計或初樣研制階段應(yīng)進行元器件狀態(tài)檢查，對禁用元器件的改型意見落實情況進行匯總和確認。5.3.4限用元器件選用審查元器件使用單位在宇航裝備方案設(shè)計和初樣研制階段組織應(yīng)進行本單位元器件選用審查，對選用的限用元器件提前識別，如無替代、必須選用時，采取針對性措施，并進行風(fēng)險評估。5.3.5限用元器件申報和審批元器件禁限用控制要求的限用元器件申報和審批如下：a)元器件使用單位應(yīng)對使用的限用元器件向元器件技術(shù)委員會進行申報，明確限用元器件使用情況和采取的針對性措施；b)元器件技術(shù)委員會應(yīng)對使用的限用元器件進行技術(shù)把關(guān)，結(jié)合元器件質(zhì)量保證經(jīng)驗和型號使用經(jīng)歷，提出相應(yīng)的審批意見。5.3.6限用元器件審批意見落實元器件禁限用控制要求的限用元器件審批意見落實如下：4a)在方案設(shè)計、初樣和正樣階段，元器件使用單位應(yīng)按照限用元器件的審批意見，落實意見要求；b)元器件使用單位應(yīng)在方案設(shè)計或初樣階段進行限用元器件過程確認，對限用元器件的審批和意見落實情況進行匯總和確認；c)元器件技術(shù)委員會應(yīng)在型號研制過程中對本單位使用的限用元器件開展復(fù)核復(fù)審工作，重點審查風(fēng)險分析是否全面到位，審查會議待辦事項是否落實，審批意見是否落實等。元器件禁限用控制要求的應(yīng)用驗證如下。a)元器件評估。對采用新設(shè)計、新工藝或新材料的元器件，應(yīng)針對性開展一系列試驗、分析工作，以評價元器件的研制成熟度并指導(dǎo)選用，按照GB/T29074執(zhí)行。評價工作一般包括以下1)功能性能分析。應(yīng)在不同的工作條件(如溫度、頻率、電源電壓、輸入電平、負載等)下開展元器件測試覆蓋性分析，測試應(yīng)包括針對結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)應(yīng)用的測試向量，給出測試覆蓋性分析報告，應(yīng)統(tǒng)計一定數(shù)量器件的測試結(jié)果。2)結(jié)構(gòu)分析。應(yīng)針對元器件的代表樣品進行結(jié)構(gòu)分析，包括破壞性和非破壞性檢驗、分析和試驗。通過結(jié)構(gòu)分析技術(shù)可有效地識別元器件的宇航禁限用設(shè)計、材料、結(jié)構(gòu)、工藝和潛在應(yīng)用風(fēng)險。3)評估試驗。應(yīng)通過耐久性試驗、機械應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力、抗輻射能力評估等手段對元器件宇航應(yīng)用的潛在失效模式和薄弱環(huán)節(jié)進行暴露。b)元器件驗證。對采用新設(shè)計、新工藝或新材料的元器件，在評估的基礎(chǔ)上，元器件使用單位應(yīng)結(jié)合具體應(yīng)用條件和環(huán)境，考慮元器件可能存在的失效機理和宇航禁限用案例，制定針對性驗證方案，開展一系列試驗、分析和驗證工作并出具驗證報告和應(yīng)用指南，以評價元器件的宇航應(yīng)用成熟度或宇航產(chǎn)品可用性并指導(dǎo)選用。5.5質(zhì)量保證質(zhì)量保證機構(gòu)依據(jù)元器件使用單位采購技術(shù)協(xié)議或合同要求，對擬用于宇航裝備的元器件是否存在宇航禁限用限制要求進行符合性判別，并向元器件使用單位明示。6宇航禁限用元器件清單管理6.1識別原則宇航禁限用元器件清單管理的識別原則如下：a)出于健康和安全性考慮，含有可能導(dǎo)致安全性危險材料的元器件；b)可靠性可疑元器件；c)由于壽命有限，已知不穩(wěn)定、存在安全性風(fēng)險或可靠性風(fēng)險的元器件；d)存在機械應(yīng)力敏感、耐溫等級低等不滿足航天器高可靠要求的元器件。6.2識別來源宇航禁限用元器件清單管理的識別來源如下：a)元器件生產(chǎn)制造、評價與驗證過程中發(fā)現(xiàn)符合禁限用元器件識別原則的元器件；b)元器件使用過程中(如失效分析)發(fā)現(xiàn)符合禁限用元器件識別原則的元器件；5c)經(jīng)國內(nèi)外宇航機構(gòu)或元器件研制單位等公開發(fā)表的禁限用元器件的相關(guān)信息。6.3禁限用元器件清單編制各單位應(yīng)負責(zé)跟蹤國內(nèi)外元器件研制單位、宇航機構(gòu)等發(fā)布的元器件禁限用信息，收集元器件使用中的禁限用信息，編制禁限用元器件清單并征集各方意見。常見宇航禁限用元器件清單見附錄A。6.4禁限用元器件清單評審宇航禁限用元器件清單編制部門應(yīng)組織對禁限用元器件清單進行評審。6.5禁限用元器件清單發(fā)布禁限用元器件清單評審?fù)ㄟ^后，一般應(yīng)由各單位質(zhì)量主管部門進行發(fā)布。6.6禁限用元器件清單更新禁限用元器件清單應(yīng)結(jié)合實際情況進行動態(tài)更新。6(資料性)宇航禁限用元器件清單示例A.1通用示例禁限用元器件通用示例如下。a)內(nèi)部采用低溫焊料的元器件，其粘接合金的熔化溫度不滿足宇航應(yīng)用的最終安裝使用條件，外界的環(huán)境應(yīng)力可能會導(dǎo)致內(nèi)部粘接合金的熔化，從而導(dǎo)致芯片或內(nèi)部元件脫落。因此，內(nèi)部焊接用焊料溫度低于安裝使用條件的元器件禁止使用。b)鎘、鋅材料在真空下存在升華問題，材料的升華容易造成污染和不同電位之間的絕緣降低問題。因此，采用純鎘、鋅作為引線和外表面鍍層的元器件禁止使用。c)純錫(鉛質(zhì)量分數(shù)小于3%)材料會生長錫須，錫須易導(dǎo)致金屬多余物短路等問題，對設(shè)備危害巨大。因此，內(nèi)部空腔使用純錫的元器件禁止使用，純錫、錫鈰合金作為引線和外表面鍍層的元器件限制使用。d)由于無鈍化層保護，芯片易吸附雜質(zhì)，導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片電性能異常。因此，有源區(qū)未鈍化的半導(dǎo)體芯片禁止使用。e)在非剛性引線的內(nèi)鍍層化學(xué)鍍鎳，化學(xué)鍍鎳性脆，彎折應(yīng)力易使鍍鎳層脫落，導(dǎo)致多余物短路等問題。因此，非剛性引線內(nèi)鍍層采用化學(xué)鍍鎳工藝的元器件禁止使用。f)鍺半導(dǎo)體器件極限結(jié)溫較低。因此，鍺半導(dǎo)體器件禁止使用。g)在鍍金層上使用鉛錫焊料，焊接過程中金與錫會形成金屬間化合物，導(dǎo)致純鉛的析出，純鉛容易生長鉛須，鉛須容易造成絕緣下降或短路。因此，內(nèi)部存在鉛質(zhì)量分數(shù)>50%的鉛錫焊料與金直接焊接工藝的元器件限制使用。h)金鋁鍵合在長期使用和貯存后，金和鋁之間會生成一系列金屬間化合物，這些化合物的導(dǎo)電性能差，高溫下金向鋁中迅速擴散，造成鍵合點附近出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致鍵合點出現(xiàn)高阻或者開路失效，貯存可靠性差。因此，芯片鍵合區(qū)采用金屬材料不同的鍵合工藝的元器件限制使用。i)含有氧化鈹、鎘、鋰、鎂、汞等康和安全性考慮，在針對此類器件開展選用或者質(zhì)量保證的過程中，注意人身安全。j)梁式引線結(jié)構(gòu)元器件抗機械應(yīng)力性能差。因此，梁式引線結(jié)構(gòu)元器件限制使用。k)由于塑封料材料的吸潮特性，可能會出現(xiàn)塑封料和引線框架、芯片間的分層或電裝加熱過程中出現(xiàn)“爆米花”效應(yīng)等。因此，塑封料封裝元器件A.2詳細示例集成電路詳細示例如下。a)器件內(nèi)部干燥劑有產(chǎn)生釋氣和造成腐蝕的可能性，可能導(dǎo)致器件參數(shù)退化。因此，內(nèi)部使用存在釋氣現(xiàn)象的干燥劑的集成電路禁止使用。b)大尺寸LCCC器件封裝與FR-4印制板存在熱失配問題，在FR-4印制板上直接焊裝易發(fā)生焊點疲勞開裂失效。因此，最大邊長大于11.68mm的LCCC封裝器件限制使用。7c)密封元器件內(nèi)部使用有機/聚合材料用于非芯片安裝的粘接、導(dǎo)熱、保形加固等用途的，限制使用。d)BGA封裝器件如采用錫鉛鉍(46-46-8)作為焊球材料，其焊點抗熱疲勞能力較差，影響焊點長期可靠性。因此，采用焊球材料為錫鉛鉍(46-46-8)的BGA封裝器件限制使用。A.2.2半導(dǎo)體分立器件半導(dǎo)體分立器件詳細示例如下。a)觸須引線在靠近芯片焊接部位的頸縮點處機械強度較低，該部位易出現(xiàn)斷裂失效，屬于已知不可靠結(jié)構(gòu)。因此，點接觸(須接觸)二極管禁止使用。b)器件內(nèi)部干燥劑有產(chǎn)生釋氣和造成腐蝕的可能性，可能導(dǎo)致器件參數(shù)退化。因此，內(nèi)部使用干燥劑的半導(dǎo)體分立器件禁止使用。c)非冶金鍵合二極管由于觸點與芯片為機械接觸形式，在復(fù)雜的環(huán)境應(yīng)力下可能會出現(xiàn)接觸不穩(wěn)定或開路問題。因此，非冶金鍵合二極管限制使用。d)玻璃殼表貼二極管在FR-4印制板上安裝時，在三防涂覆后易受應(yīng)力作用導(dǎo)致開裂。因此，玻璃殼表貼二極管限制使用。e)密封元器件內(nèi)部使用有機/聚合材料用于非芯片安裝的粘接、導(dǎo)熱、保形加固等用途的，限制使用。電阻器詳細示例如下。a)空心電阻器在低氣壓下會出現(xiàn)輝光放電問題。因此，空心電阻器禁止使用。b)表面保護涂層未全部覆蓋金屬薄膜的陶瓷基體薄膜固定電阻器禁止使用。c)膜層厚度不夠，易出現(xiàn)機械操作損壞，且電阻膜的負荷能力不夠易導(dǎo)致電阻器開路。因此，電阻膜厚度低于35nm的片式電阻器禁止使用。d)碳膜電阻器禁止使用。e)銀或銀鈀引線片式電阻器對于焊料浸析能力差。因此，采用銀或銀鈀作為引線的片式電阻，如果焊料和引線之間沒有鎳或銅的浸析阻擋層，禁止使用。f)錫焊熔點低，受熱熔化后造成電阻器開路。因此，內(nèi)部采用錫焊工藝的功率線繞電阻器禁止使用。g)擠壓連接抗力學(xué)性能差。因此，擠壓連接的線繞電阻器禁止使用。h)電阻絲過細，容易斷裂。因此，絕對線徑小于2.5μm的線繞電阻器禁止使用。i)可調(diào)電阻器在復(fù)雜的環(huán)境應(yīng)力下可能會出現(xiàn)意外的不穩(wěn)定或變化。因此可調(diào)節(jié)電阻器限制使用。電容器詳細示例如下。a)電極材料為銀的瓷介電容器禁止使用。b)長寬比較大，細長的結(jié)構(gòu)強度較低，容易斷裂。因此，長寬比大于2:1且外形尺寸大于1206的片式瓷介電容器禁止使用。c)額定電壓25V,電介質(zhì)厚度小于7μm;額定電壓50V,電介質(zhì)厚度小于10μm;額定電壓100V及以上，電介質(zhì)厚度小于15μm的瓷介電容器的限制使用。8d)可調(diào)電容器在復(fù)雜的環(huán)境應(yīng)力下可能會出現(xiàn)意外的不穩(wěn)定或變化。因此，手工調(diào)節(jié)元器件限制使用。e)銀外殼電容器易發(fā)生銀離子遷移，造成電容器短路失效。因此，銀外殼非固體鉭電容器限制使用。A.2.5電連接器電連接器詳細示例如下。a)鋁表面直接鍍金的電連接器電鍍工藝控制難度較大，易出現(xiàn)鍍層質(zhì)量問題；因此，鋁外殼表面直接鍍金的電連接器禁止使用。b)鍍鎘或者鍍鋅連接器禁止使用。c)連接器及接觸件采用純錫鍍層的電連接器禁止使用。d)由于在低軌道運行中原子氧的氧化作用，銀不能用作電連接器表面鍍層，也不允許作為電連接器底鍍層。因此，使用銀作為底鍍層或者表面鍍層的電連接器禁止使用。e)通過彈性插針與PCB采用壓配互聯(lián)的板間連接器，電連接器通過插針根部彈性結(jié)構(gòu)，以壓配方式與印制板連接，存在電接觸不良等可靠性隱患。因此