GB/T 41041-2021 宇航禁限用元器件控制要求

　　ICS 49 . 060 CCS V 25

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41041—2021

　　宇航禁限用元器件控制要求

　　Controlrequirementsofforbiddenandrestricted

　　componentsforspaceapplications

　　2021-12-31 发布 2022-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 41041—202 1

　　GB/T 41041—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC 425)提出并归口 。

　　本文件起草单位：中国空间技术研究院。

　　本文件主要起草人：张伟、康贺、张延伟、谷瀚天、苏妤、朱恒静、吕倩倩、肖波、于利夫、薄鹏、陈雁、王旭、贾晓、李培蕾。

　　GB/T 41041—202 1

　　宇航禁限用元器件控制要求

　　1 范围

　　本文件规定了宇航电气、电子、机电(EEE)元器件(以下简称元器件)在需求分析、设计制造、选用、应用验证以及质量保证等各阶段的禁限用控制要求。

　　本文件适用于宇航装备研制过程中对宇航禁限用元器件的控制。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文必不可少的条款。 其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 29074 宇航元器件鉴定要求

　　3 术语、定义和缩略语

　　3 . 1 术语和定义

　　本文件没有需要界定的术语和定义。

　　3 . 2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　BGA：球栅阵列(Ball Gride Array)

　　LCCC：无引线陶瓷片式载体(Leadless Ceramic Chip Carrier)

　　PCB：印刷电路板(Printed Circuit Board)

　　SiP：系统级封装(System in Package)

　　TO：晶体管封装(Transisitor Outline)

　　4 一般要求

　　4 . 1 基本原则

　　元器件禁限用控制要求的基本原则如下：

　　a) 元器件禁限用控制要求应贯彻于元器件需求分析、设计制造、选用、评价验证以及质量保证等全过程;

　　b) 禁限用要求与元器件的具体应用环境密切相关，在判定元器件禁限用前应结合应用环境进行充分分析;

　　c) 经分析为禁用元器件，控制原则应为宇航装备禁止使用;

　　d) 经分析为限用元器件，控制原则应为在特定条件或者范围内，经充分验证并通过批准后可

　　GB/T 41041—202 1

　　使用;

　　e) 新设计产品应避免采用限用元器件;沿用设计采用限用元器件的，应进行分析，需要更改的，按照技术状态更改程序进行控制;已选用限用元器件的宇航产品，应对产品质量状态进行验证，验证合格后方可应用于宇航装备飞行试验或交付;

　　f) 宇航装备研制各阶段应对元器件禁限用进行识别，分析宇航应用存在的风险，制定风险控制措施，明确责任部门或机构，通过审批或评审等方式进行确认;

　　g) 各单位应建立元器件在材料、结构、工艺等方面的宇航禁限用清单指导生产。

　　4 . 2 元器件技术委员会

　　元器件禁限用控制要求的元器件技术委员会要求如下：

　　a) 元器件使用单位应成立元器件技术委员会，负责本单位禁限用元器件的技术状态控制;

　　b) 负责对用于本单位关键或核心部位的宇航限用元器件选用和风险控制措施进行最高技术决策。

　　4 . 3 元器件禁限用清单

　　元器件禁限用控制要求的元器件禁限用清单要求如下：

　　a) 元器件禁限用清单是宇航装备研制各阶段实施元器件禁限用控制的技术依据;

　　b) 各单位应建立元器件禁限用清单指导生产;

　　c) 禁限用清单编制一般应遵循通用性、准确性、实用性和可行性原则。

　　5 详细要求

　　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从以下方面开展。

　　a) 元器件研制单位应建立元器件需求定义文件，对宇航应用环境可能对元器件设计制造的禁限用要求进行分析，提出禁限用要求。

　　b) 元器件研制单位应至少进行以下方面的宇航禁限用需求分析工作，并形成书面文件：

　　1) 元器件应用所处位置的空间环境，包括运行轨道、空间辐射环境、真空、温度等;

　　2) 元器件工作寿命及可靠性要求;

　　3) 元器件所处位置的散热方式;

　　4) 元器件所处位置的力学特征;

　　5) 元器件的装联方式和工艺;

　　6) 涉及载人航天器有人环境下对有毒有害物质的要求;

　　7) 元器件的贮存环境和贮存周期;

　　8) 元器件的包装和转运要求等。

　　c) 元器件研制单位应进行宇航禁限用风险评估，主要工作为：

　　1) 通过风险评估，识别可能存在的风险。 对于存在宇航禁用风险的元器件，应更改设计。

　　2) 对宇航限用风险进行评估，并形成风险评估报告。

　　5 . 2 设计制造

　　元器件禁限用控制要求的设计制造一般可从以下方面开展：

　　GB/T 41041—202 1

　　a) 用于宇航装备的元器件应优先采用气密封结构;

　　b) 元器件设计制造单位应建立元器件禁限用清单，指导设计制造;

　　c) 元器件设计应确保 5 . 1 各项需求结果落实;

　　d) 元器件设计应结合需求分析结果，避免采用宇航禁限用材料、工艺和设计;若确实无法避免，应进行充分的测试和验证，并提供数据;

　　e) 元器件封装设计至少应从力、热、电、空间环境、装联方式、装联工艺等角度考虑封装材料、结构和工艺设计;

　　f) 元器件芯片设计至少应从功能性能、降额、可装配性、空间环境等角度考虑芯片的基体材料、制程、金属化条线宽、钝化层厚度、电极结构和材料等;

　　g) 对于混合集成电路或 SiP等元器件，应重点关注内部芯片或元器件的选择、安装方式、安全间距等方面;

　　h) 制造单位应建立元器件禁限用清单，指导设计制造;

　　i) 除非有特殊要求，否则用于宇航装备的元器件制造过程中不应返工。

　　5 . 3 选用

　　5 . 3 . 1 风险评估

　　元器件使用单位在选用限用元器件前应根据元器件相关可靠性数据并结合具体使用状态及风险承受能力进行风险评估，必要时，应进行风险评估试验。

　　5 . 3 . 2 禁用元器件选用审查

　　元器件使用单位在宇航装备方案设计和初样研制阶段应组织进行本单位元器件选用审查，识别出选用的禁用元器件，并进行改型。

　　5 . 3 . 3 禁用元器件审查意见落实

　　元器件禁限用控制要求的禁用元器件审查意见落实如下：

　　a) 元器件技术委员会应对选用禁用元器件的改型提供技术支持;

　　b) 元器件使用单位在宇航装备方案设计或初样研制阶段应进行元器件状态检查，对禁用元器件的改型意见落实情况进行汇总和确认。

　　5 . 3 . 4 限用元器件选用审查

　　元器件使用单位在宇航装备方案设计和初样研制阶段组织应进行本单位元器件选用审查，对选用的限用元器件提前识别，如无替代、必须选用时，采取针对性措施，并进行风险评估。

　　5 . 3 . 5 限用元器件申报和审批

　　元器件禁限用控制要求的限用元器件申报和审批如下：

　　a) 元器件使用单位应对使用的限用元器件向元器件技术委员会进行申报，明确限用元器件使用情况和采取的针对性措施;

　　b) 元器件技术委员会应对使用的限用元器件进行技术把关，结合元器件质量保证经验和型号使用经历，提出相应的审批意见。

　　5 . 3 . 6 限用元器件审批意见落实

　　元器件禁限用控制要求的限用元器件审批意见落实如下：

　　GB/T 41041—202 1

　　a) 在方案设计、初样和正样阶段，元器件使用单位应按照限用元器件的审批意见，落实意见要求;

　　b) 元器件使用单位应在方案设计或初样阶段进行限用元器件过程确认，对限用元器件的审批和意见落实情况进行汇总和确认;

　　c) 元器件技术委员会应在型号研制过程中对本单位使用的限用元器件开展复核复审工作，重点审查风险分析是否全面到位，审查会议待办事项是否落实，审批意见是否落实等。

　　5 . 4 应用验证

　　元器件禁限用控制要求的应用验证如下。

　　a) 元器件评估。 对采用新设计、新工艺或新材料的元器件，应针对性开展一系列试验、分析工作，以评价元器件的研制成熟度并指导选用，按照 GB/T 29074 执行。 评价工作一般包括以下内容：

　　1) 功能性能分析。 应在不同的工作条件(如温度、频率、电源电压、输入电平、负载等)下开展元器件测试覆盖性分析，测试应包括针对结构和系统应用的测试向量，给出测试覆盖性分析报告，应统计一定数量器件的测试结果。

　　2) 结构分析。 应针对元器件的代表样品进行结构分析，包括破坏性和非破坏性检验、分析和试验。 通过结构分析技术可有效地识别元器件的宇航禁限用设计、材料、结构、工艺和潜在应用风险。

　　3) 评估试验。 应通过耐久性试验、机械应力、环境应力、抗辐射能力评估等手段对元器件宇航应用的潜在失效模式和薄弱环节进行暴露。

　　b) 元器件验证。 对采用新设计、新工艺或新材料的元器件，在评估的基础上，元器件使用单位应结合具体应用条件和环境，考虑元器件可能存在的失效机理和宇航禁限用案例，制定针对性验证方案，开展一系列试验、分析和验证工作并出具验证报告和应用指南，以评价元器件的宇航应用成熟度或宇航产品可用性并指导选用。

　　5 . 5 质量保证

　　质量保证机构依据元器件使用单位采购技术协议或合同要求，对拟用于宇航装备的元器件是否存在宇航禁限用限制要求进行符合性判别，并向元器件使用单位明示。

　　6 宇航禁限用元器件清单管理

　　6 . 1 识别原则

　　宇航禁限用元器件清单管理的识别原则如下：

　　a) 出于健康和安全性考虑，含有可能导致安全性危险材料的元器件;

　　b) 可靠性可疑元器件;

　　c) 由于寿命有限，已知不稳定、存在安全性风险或可靠性风险的元器件;

　　d) 存在机械应力敏感、耐温等级低等不满足航天器高可靠要求的元器件。

　　6 . 2 识别来源

　　宇航禁限用元器件清单管理的识别来源如下：

　　a) 元器件生产制造、评价与验证过程中发现符合禁限用元器件识别原则的元器件;

　　b) 元器件使用过程中(如失效分析)发现符合禁限用元器件识别原则的元器件;

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　　c) 经国内外宇航机构或元器件研制单位等公开发表的禁限用元器件的相关信息。

　　6 . 3 禁限用元器件清单编制

　　各单位应负责跟踪国内外元器件研制单位、宇航机构等发布的元器件禁限用信息，收集元器件使用中的禁限用信息，编制禁限用元器件清单并征集各方意见。 常见宇航禁限用元器件清单见附录 A。

　　6 . 4 禁限用元器件清单评审

　　宇航禁限用元器件清单编制部门应组织对禁限用元器件清单进行评审。

　　6 . 5 禁限用元器件清单发布

　　禁限用元器件清单评审通过后，一般应由各单位质量主管部门进行发布。

　　6 . 6 禁限用元器件清单更新

　　禁限用元器件清单应结合实际情况进行动态更新。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　宇航禁限用元器件清单示例

　　A.1 通用示例

　　禁限用元器件通用示例如下。

　　a) 内部采用低温焊料的元器件，其粘接合金的熔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，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 ) 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，采用纯镉、锌作为引线和外表面镀层的元器件禁止使用。

　　c) 纯锡(铅质量分数小于 3%)材料会生长锡须，锡须易导致金属多余物短路等问题，对设备危害巨大。 因此，内部空腔使用纯锡的元器件禁止使用，纯锡、锡铈合金作为引线和外表面镀层的元器件限制使用。

　　d) 由于无钝化层保护，芯片易吸附杂质，导致半导体芯片电性能异常。 因此，有源区未钝化的半导体芯片禁止使用。

　　e) 在非刚性引线的内镀层化学镀镍，化学镀镍性脆，弯折应力易使镀镍层脱落，导致多余物短路等问题。 因此，非刚性引线内镀层采用化学镀镍工艺的元器件禁止使用。

　　f) 锗半导体器件极限结温较低。 因此，锗半导体器件禁止使用。

　　g) 在镀金层上使用铅锡焊料，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，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。

　　h) 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，芯片键合区采用金属材料不同的键合工艺的元器件限制使用。

　　i ) 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，出于健康和安全性考虑，在针对此类器件开展选用或者质量保证的过程中，注意人身安全。

　　j) 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) 由于塑封料材料的吸潮特性，可能会出现塑封料和引线框架、芯片间的分层或电装加热过程中出现“爆米花”效应等。 因此，塑封料封装元器件限制使用。

　　A.2 详细示例

　　A.2 . 1 集成电路

　　集成电路详细示例如下。

　　a) 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，内部使用存在释气现象的干燥剂的集成电路禁止使用。

　　b ) 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，最大边长大于 11 . 68 mm 的 LCCC封装器件限制使用。

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　　c) 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，限制使用。

　　d) 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，采用焊球材料为锡铅铋(46-46-8)的 BGA封装器件限制使用。

　　A.2 . 2 半导体分立器件

　　半导体分立器件详细示例如下。

　　a) 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。

　　b ) 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，内部使用干燥剂的半导体分立器件禁止使用。

　　c) 非冶金键合二极管由于触点与芯片为机械接触形式，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，非冶金键合二极管限制使用。

　　d) 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，玻璃壳表贴二极管限制使用。

　　e) 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，限制使用。

　　A.2 . 3 电阻器

　　电阻器详细示例如下。

　　a) 空心电阻器在低气压下会出现辉光放电问题。 因此，空心电阻器禁止使用。

　　b ) 表面保护涂层未全部覆盖金属薄膜的陶瓷基体薄膜固定电阻器禁止使用。

　　c) 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，电阻膜厚度低于 35 nm 的片式电阻器禁止使用。

　　d) 碳膜电阻器禁止使用。

　　e) 银或银钯引线片式电阻器对于焊料浸析能力差。 因此，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。

　　f) 锡焊熔点低，受热熔化后造成电阻器开路。 因此，内部采用锡焊工艺的功率线绕电阻器禁止使用。

　　g) 挤压连接抗力学性能差。 因此，挤压连接的线绕电阻器禁止使用。

　　h) 电阻丝过细，容易断裂。 因此，绝对线径小于 2 . 5 μm 的线绕电阻器禁止使用。

　　i ) 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。 因此可调节电阻器限制使用。

　　A.2 . 4 电容器

　　电容器详细示例如下。

　　a) 电极材料为银的瓷介电容器禁止使用。

　　b ) 长宽比较大，细长的结构强度较低，容易断裂。 因此，长宽比大于 2 ∶ 1 且外形尺寸大于 1 206的片式瓷介电容器禁止使用。

　　c) 额定电压 25 V, 电介质厚度小于 7 μm;额定电压 50 V, 电介质厚度小于 10 μm;额定电压100 V及以上，电介质厚度小于 15 μm 的瓷介电容器的限制使用。

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　　d) 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，手工调节元器件限制使用。

　　e) 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，银外壳非固体钽电容器限制使用。

　　A.2 . 5 电连接器

　　电连接器详细示例如下。

　　a) 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，铝外壳表面直接镀金的电连接器禁止使用。

　　b ) 镀镉或者镀锌连接器禁止使用。

　　c) 连接器及接触件采用纯锡镀层的电连接器禁止使用。

　　d) 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，使用银作为底镀层或者表面镀层的电连接器禁止使用。

　　e) 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，通过弹性插针与 PCB 采用压配互联的板间连接器限制使用。

　　f) 插针、插孔与内部陶瓷基板为单面焊接结构的射频同轴衰减器，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，插针、插孔与内部陶瓷基板为单面焊接结构的射频同轴衰减器限制使用。

　　A.2 . 6 频率元件

　　频率元件详细示例如下。

　　a) 低频石英谐振器的寄生频点和主振频点的振幅相差不大，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，频率低于 2 . 9 MHz 的石英谐振器禁止使用。

　　b ) 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，五次泛音型石英晶体振荡器禁止使用。

　　A.2 . 7 电线电缆

　　绝缘材料额定工作温度小于 75 ℃,不满足宇航装备元器件工作温度范围要求。 因此，绝缘材料额定工作温度小于 75 ℃的电线电缆禁止使用。

　　A.2 . 8 熔断器

　　熔断器详细示例如下。

　　a) 带支架的插入式熔断器抗力学性能差，因此，需要用支架的插入式熔断器禁止使用。

　　b ) 管状熔断器的核心机构是熔丝，5 A 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，5 A 以下的管状熔丝型熔断器禁止使用。

　　A.2 . 9 继电器

　　继电器详细示例如下。

　　a) 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

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　　放电或冷焊问题，导致继电器失效。 因此，非二次熔焊封装的继电器禁止使用。

　　b ) 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，集成二极管的 TO-5 封装的继电器禁止使用。

　　A.2 . 10 磁性元件

　　可变电感或可变线圈禁止使用。