宇航禁限用元器件控制要求-编制说明

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[2019]29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

2.2.1 2019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。

2.2.2组织成立编制组，开展标准编制工作，先后调研和查阅了相关标准和资料，于2020年4月完成初稿。

2.2.3 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

2.1.1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。

2.1.2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。 2.1.3 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标准的主要内容确定的依据 2.2.1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。

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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31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、QJA20085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。 2.2.2 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

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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。

2.2.3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

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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，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。

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