宇航禁限用元器件控制要求-编制说明

1、宇航禁限用元器件控制要求编制说明中国空间技术研究院2020 年5月宇航禁限用元器件控制要求一、工作简况（包括任务来源、协作单位、主要工作过程、国家标准主要起草人及其所做的工作等）1.1 任务来源根据国标委发 201929 号文件国家标准化管理委员会关于下达2019 年第三批推荐性国家标准计划的通知要求，由中国空间技术研究院（以下简称“航天五院”）负责开展国家标准宇航禁限用元器件控制要求的制定工作，项目计划号为20201648-T-469，项目周期为 2 年。1.2各阶段工作过程年 4 月开始了标准的立项论证工作，2019 年 10 月 30 日收到国标委下达的标准编制计划。组织成立编制组，开展

2、标准编制工作，先后调研和查阅了相关标准和资料，于2020年 4 月完成初稿。2020 年 5 月，通过部内初审的标准初稿提交分标委。二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容（如技术指标、 参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等）的论据2.1编制原则统一性：各类管理和技术标准规范中的内容与本规范内容要求一致。先进性：在充分借鉴同类基础规范的基础上，充分考虑到国内元器件标准的特点，制定了本规范的内容和框架，具体内容充分参考了新编制完成的各类标准规范。可操作性：规范的内容在型号用元器件多年质量保证的经验基础上，对宇航元器件禁限用要求进行系统的总结与提炼，来源于实践，可操作性强。2.2 标准的主

3、要内容确定的依据调研情况为了满足宇航研制的需要， 单机电子产品在研制时， 必须关注元器件的高可靠性、 高稳定性、空间环境适应性、 安全性、系统环境适应性的需求。 为了方便宇航领域单机产品在研制阶段， 高效、规范地开展设计复核工作， 提醒使用者在选择和应用元器件时引起注意，充分保证其质量与可靠性， 世界各主要宇航机构和标准机构均开展过禁限用元器件的相关研究。但是针对宇航型号应用的电子元器件禁限用形成的通用标准目前看来仍然较少。1目前国际上包含宇航领域用电子元器件禁限用要求内容的标准主要有MIL-STD-1547 （航天器与运载器用电子元器件、材料和工艺），该标准最早制定于1980年 10 月 3

4、1 日，历经两次换版更新，目前的最新版本为1992 年 12 月发布的 B 版。该标准主要用于美国空军航天部门航天器与运载火箭的性设计或修改设计时使用。该标准主要是根据美国航天飞行情况以及在轨反常情况的分析， 综合了已经被证明对高可靠航天型号应用产生不利影响的各个方面。 综合提炼制定了该标准。 按照航天器和运载火箭可能使用的元器件类别，包括电容器、电阻器、微电路等分类提出了元器件的降额、设计与结构、鉴定等方面的要求。但是该标准发布于 1992 年，随着元器件设计和生产能力提升，部分禁限用要求已经不是完全适用。国内目前面向宇航型号应用的电子元器件禁限用准则尚未完备建立， 缺少在单机研制阶段的元器

5、件复核、 审批工作的标准规范。 目前宇航型号电子单机产品研制过程中质量控制工作主要依据 GJB4041航天器用电子元器件质量控制要求，该标准发布于 2000 年。其中给出了宇航元器件质量控制的基本要求， 但在工程操作层面， 未结合元器件具体的工艺结构和原材料选择， 给出明确的、具体的宇航型号应用指导意见。 特别是历史上曾经导致宇航型号研制出现重大反复、 国内外相关文献中已经明确、 学术界与工业界已经达成共识的并不完全适用宇航型号研制的元器件缺少系统的总结与提炼。除此之外， GJB33A半导体分立器件总规范、 GJB2438B混合集成电路总规范、 QJA20084宇航用半导体集成电路总规范、QJ

6、A20085宇航用混合集成电路总规范、 QJA20104A宇航用半导体分立器件总规范中针对高可靠或者宇航元器件的结构和设计也提出了一些禁限用要求， 但是这些要求主要作为元器件设计阶段的规范适用，并不完全适用于对宇航元器件选用的指导。因此，针对宇航型号研制、 试验验证、 在轨工作环境特点， 具备工程应用价值的电子元器件的禁限用要求及控制管理要求尚处于空白状态。 所以，亟需针对宇航领域在环境适应性、可制造性、安全性、降额、高可靠性等方面的应用特点， 研究制定宇航元器件禁限用控制要求，并通过标准固化与推广 。标准编制过程的主要考虑宇航元器件禁限用控制要求主要用于指导宇航型号单机研制单位针对禁限用元器

7、件的选用控制， 因此标准包含两部分内容， 一部分是禁限用元器件的控制要求，一部分是禁限用元器件的详细技术要求。在管理要求部分， 中国空间技术研究院在宇航元器件选用管理方面有多年成熟的、有2效的管理经验，因此本标准的禁限用要求更多的借鉴多年来型号管理经验进行制定。详细技术要求部分主要根据国内外调研的情况，在主要考虑在借鉴国内外各类标准中涉及元器件禁限用要求的同时， 考虑元器件自身技术的发展以及宇航型号的选用实际， 去除部分已经不适应技术发展的禁限用要去和老旧的元器件类型； 同时更多的去结合历史上曾经导致宇航型号研制出现反复、 国内外相关文献中已经明确、 学术界和工业界已经达成共识的元器件禁限用相

8、关要求进行总结与提炼，开展此次标准的编制。同时参照行业内针对宇航元器件的分类标准， 按照宇航型号用元器件类别进行元器件禁限用要求的编制。标准框架如下：a) 范围：介绍标准的适用范围；b) 术语与定义：给出标准中出现的术语和定义；c) 缩略语：对标准中出现的缩略语进行说明；d) 禁限用元器件控制：给出对宇航型号针对禁限用元器件选用的管理控制要求；e) 禁限用元器件要求：根据宇航用元器件的主要分类，给出各类元器件的详细禁限用方面的技术详细要求。主要技术内容的说明本规范在充分调研当前行业公认的宇航禁限用元器件要求， 同时结合宇航型号多年来实际应用中遇到异常现象， 归纳总结。针对禁限用元器件详细要求部

9、分技术内容说明如下：（ 1）标准中提炼了部分针对禁限用元器件的通用要求，具体如下：a) 由于内部采用低温焊料的元器件，其粘接合金的融化温度不满足宇航应用的最终安装使用条件，外界的环境应力可能会导致内部粘接合金的熔化，从而导致芯片或内部元件脱落。因此，提出内部焊接用焊料温度低于安装使用条件的元器件禁止使用。b) 由于镉、锌材料在真空下存在升华问题，材料的升华容易造成污染和不同电位之间的绝缘降低问题。因此，提出采用纯镉、锌作为引线和外表面镀层的元器件禁止使用。c) 由于纯锡（铅质量分数小于 3%）材料会生长锡须， 锡须会导致金属多余物短路等问题，对设备危害巨大。因此，提出内部空腔使用纯锡的元器件禁

10、止使用。d) 由于无钝化层保护，芯片会吸附杂质，导致半导体芯片电性能异常。因此，有源3区未钝化的半导体芯片禁止使用。e) 由于电镀镍性脆，弯折应力会使镀镍层脱落，在非刚性引线的最外镀层电镀镍，会导致多余物短路等问题。因此，提出禁止使用采用非刚性引线最外镀层电镀镍工艺的元器件。f) 由于锗半导体器件极限结温较低。因此，提出锗半导体器件禁止使用；g) 由于纯锡（铅质量分数小于 3%）材料会生长锡须， 锡须会导致金属多余物短路和真空中的等离子体导电等问题，对设备危害巨大。因此，提出纯锡、锡铈合金作为引线和外表面镀层的元器件限制使用。h) 在镀金层厚度较厚的情况下，焊接过程中金与锡会形成金属间化合物，

11、导致纯铅的析出，纯铅容易生长铅须，铅须容易造成绝缘下降或短路。因此，提出内部存在铅质量分数 >50%的铅锡焊料与金直接焊接工艺的元器件限制使用。i) 由于含有氧化铍、镉、锂、镁、汞等有毒或有害元素的元器件，可能导致人身健康损伤。因此，提出出于健康和安全性考虑，含有有毒或有害元素的元器件限制使用。j) 由于梁式引线结构元器件抗机械应力性能差。因此，梁式引线结构元器件限制使用；k) 由于塑料材料的吸潮特性，可能会出现塑料和引线框架、芯片间的分层或电装加热过程中出现“爆米花”效应等。因此，提出塑料封装元器件限制使用。（ 2）标准中针对各类元器件特点不同、设计和结构不同，针对不同类别元器件，提出

12、了详细的禁限用要求，具体如下：a) 集成电路由于器件内部存在干燥剂， 有可能产生释气和造成腐蚀， 导致器件参数退化。因此，提出内部使用干燥剂的集成电路禁止使用；由于使用锡焊密封工艺的集成电路密封性能差。因此，提出使用锡焊密封工艺的集成电路禁止使用；由于玻璃性脆，其抗热和机械力性能差。因此，提出采用玻璃烧结芯片工艺的元器件禁止使用；由于塑封元器件会释放有害气体。因此，提出内部使用塑封元器件的的混合集成电路禁止使用。提出采用真空封装的集成电路禁止使用。4由于大尺寸 LCCC 器件封装与 FR-4 印制板存在热失配问题，在FR-4 印制板上直接焊装易发生焊点疲劳开裂失效。因此，提出最大边长大于10.

13、16mm 的LCCC 封装器件限制使用。由于金铝键合在长期使用和贮存后，金和铝之间会生成一系列金属间化合物，这些化合物的导电性能差，高温下金向铝中迅速扩散，造成键合点附近出现空洞，导致键合点出现高阻或者开路失效，贮存可靠性差。因此，提出芯片键合区采用金属材料不同的键合工艺的集成电路限制使用。由于密封元器件内部使用有机 /聚合材料用于非芯片安装的粘接、导热、保形加固等用途的，因此，提出此类元器件限制使用。内部采用辐射环境敏感的原材料（硅材料除外）的混合集成电路限制使用。由于 BGA 封装器件如采用锡铅铋 （46-46-8）作为焊球材料， 其焊点抗热疲劳能力较差，影响焊点长期可靠性。 因此，提出采

14、用焊球材料为锡铅铋 （ 46-46-8）的 BGA 封装器件限制使用。b) 半导体分立器件由于触须引线在靠近芯片焊接部位的颈缩点处机械强度较低，该部位易出现断裂失效，属于已知不可靠结构。 因此，点接触（须接触） 二极管禁止使用。使用锡焊密封工艺的集成电路密封性能差。因此，提出使用锡焊密封工艺的半导体分立器件禁止使用。由于器件内部干燥剂有产生释气和造成腐蚀的可能性，可能导致器件参数退化。因此，提出内部使用干燥剂的半导体分立器件禁止使用。由于玻璃性脆，其抗热和机械力性能差。因此，提出采用玻璃烧结芯片工艺的元器件禁止使用（肖特基二极管与点接触 UHF 器件外）。提出空腔的玻封器件禁止使用。提出采用热

15、焊外壳的半导体分立器件禁止使用。提出采用合金结工艺的半导体分立器件禁止使用。提出采用真空封装的半导体分立器件禁止使用。提出采用铝丝热压键合工艺的半导体分立器件禁止使用。由于非冶金键合二极管由于触点与芯片为机械接触形式，因此在复杂的环境应力下可能会出现接触不稳定或开路问题。因此，提出非冶金键合二极管限制使用。5由于玻璃壳表贴二极管在 FR-4 印制板上安装时，在三防涂覆后易受应力作用导致开裂。因此，提出玻璃壳表贴二极管限制使用。密封元器件内部使用有机 /聚合材料用于非芯片安装的粘接、导热、保形加固等用途的，因此，提出该类元器件限制使用。提出芯片键合区采用金属材料不同的键合工艺的半导体分立器件限制

16、使用。c) 电阻器由于空心电阻器在低气压下会出现辉光放电问题。因此，提出空心电阻器禁止使用。提出表面保护涂层未全部覆盖金属薄膜和端帽的陶瓷基体薄膜固定电阻器禁止使用。由于膜层厚度不够，易出现机械操作损坏，且电阻膜的负荷能力不够易导致电阻器开路。因此，提出电阻膜厚度低于 35nm 的片式电阻器禁止使用。提出碳膜电阻器禁止使用。由于银或银钯引线片式电阻器对于焊料浸析能力差。因此，提出采用银或银钯作为引线的片式电阻，如果焊料和引线之间没有镍或铜的浸析阻挡层，禁止使用。由于锡焊熔点低，受热熔化后造成电阻器开路。因此，提出内部采用锡焊工艺的功率线绕电阻器禁止使用。由于挤压连接抗力学性能差。因此，提出挤压

17、连接的线绕电阻器禁止使用。由于电阻丝过细，容易断裂。因此，提出绝对线径小于 2.5m 的线绕电阻器禁止使用。由于可调电阻器在复杂的环境应力下可能会出现意外的不稳定或变化。因此提出手工调节元器件限制使用。d) 电容器提出电极材料为银的瓷介电容器禁止使用。由于长宽比较大，细长的结构强度较低， 容易断裂。因此，提出长宽比大于 2：1 的片式瓷介电容器禁止使用。由于非密封型非固体钽电容器易在存贮后产生漏液。因此，提出非密封型固体电介质钽电容器禁止使用。6根据最新的可靠性评价数据，提出额定电压 20V，电介质厚度小于 10 m；额定电压 50V，电介质厚度小于 15 m；额定电压 100V 及以上，电介

18、质厚度小于 19 m 的瓷介电容器的限制使用。由于可调电容器在复杂的环境应力下可能会出现意外的不稳定或变化。因此，提出手工调节元器件限制使用。由于非固体钽电容器使用中意外的反向电压或纹波电流会导致五氧化二钽介质层损伤，损伤会在使用中出现随机失效。此外，银外壳电容器易发生银离子迁移，造成电容器短路失效。 因此，提出银外壳非固体钽电容器限制使用。e) 电连接器由于铝表面直接镀金的电连接器电镀工艺控制难度较大，易出现镀层质量问题；因此，提出铝表面直接镀金的电连接器禁止使用。提出镀镉或者镀锌连接器禁止使用。由于在低轨道运行中原子氧的氧化作用，银不能用作电连接器表面镀层，也不允许作为电连接器底镀层。因此

19、，提出使用银作为底镀层或者表面镀层的电连接器禁止使用。由于通过弹性插针与 PCB 采用压配互联的板间连接器，电连接器通过插针根部弹性结构，以压配方式与印制板连接，存在电接触不良等可靠性隐患。因此，提出通过弹性插针与 PCB 采用压配互联的板间连接器限制使用。由于插针、插孔与内部陶瓷基板为单面焊接结构的SMA 同轴衰减器，在装配过程中，安装外力容易导致插针或插孔与内部陶瓷基片焊接开裂，造成开路失效。在使用过程中， 应保证对准插合， 避免使插针或插孔受异常安装应力。因此，提出插针、插孔与内部陶瓷基板为单面焊接结构的SMA 同轴衰减器限制使用。f) 频率元件由于低频谐振器的寄生频点和主振频点的振幅相

20、差不大，在使用中相对高频石英谐振器， 更容易跳到寄生频率上。 因此，提出频率低于 2.9MHz 的石英谐振器禁止使用。由于高次泛音型石英晶体振荡器， 存在频率不太稳定的问题， 容易发生跳频。因此，提出五次泛音型石英晶体振荡器禁止使用。7g) 开关提出用胶纸板作为基板的旋转开关禁止使用。h) 敏感元件与传感器提出圆盘式热敏电阻器易吸水，禁止使用。i) 电线电缆由于绝缘材料额定工作温度小于 75，不满足宇航型号元器件工作温度范围要求。因此，提出绝缘材料额定工作温度小于 75的电线电缆禁止使用。j) 熔断器由于带支架的插入式熔断器抗力学性能差，因此，提出需要用支架的插入式熔断器禁止使用。管状熔断器的

21、核心机构是熔丝， 由于 5A 以下的熔丝比较细， 其质量一致性不容易保证；另外，熔丝汽化后的金属淀积和熔断后的辉光放电可能导致不能正常断开，烧毁后端产品。因此，提出 5A 以下的管状熔丝型熔断器禁止使用。k) 继电器由于非熔焊结构会导致继电器密封性不能满足要求，在真空中使用时内部气压不断下降，出现辉光放电或冷焊问题，导致继电器失效。因此，提出非二次熔焊封装的继电器禁止使用。为抑制继电器线包反向电动势的二极管集成在继电器内部时，继电器线包的温升会导致二极管的工作环境温度升高，可靠性下降。因此，提出集成二极管的 TO5 封装的继电器禁止使用。l) 磁性元件提出可变电感或可变线圈禁止使用。三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果3.1 验证分析情况本标准中的提出的是以宇航元器件领域多年可靠性与质量保证工作经验为基础， 在对大量案例进行总结、 凝练、提升的基础上， 形成航天器单机产品研制过程中， 对于宇航元器件在航天应用过程中存在的风险充分分析， 形成本标准；是相关单位长期应用累积数据和经验的归纳分析， 为行业内已经在宇航型号选用过程中使用， 为宇航型号在轨可靠运行提供了坚实保障。83.2 可实施性分析本标准中的技术内容， 已经长期的应用进行验证， 同时在实际应用中互相迭代， 进一步丰富和提炼形成了本标准， 标准内容来源于实践， 已经证明可有效的