GB/T 41040-2021 宇航用商业现货（COTS）半导体器件 质量保证要求（正式版）

ICS49.045GB/T41040—2021宇航用商业现货(COTS)半导体器件质量保证要求国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I 12规范性引用文件 1 1 13.2缩略语 2 24.1质量保证单位资质 24.2质量保证人员 24.3仪器设备管理与使用 24.4器件防护 24.5环境要求 3 34.7失效分析 34.8假冒翻新元器件控制计划 34.9信息数据库 34.10元器件贮存和超期复验 3 35.1通则 35.2需求分析 4 55.4破坏性物理分析(DPA) 65.5筛选试验 75.6鉴定试验 75.7质量保证结论确定 85.8应用控制 8附录A(资料性)COTS器件的试验等级和宇航任务应用 9附录B(资料性)典型COTS器件筛选和鉴定试验(集成电路) 附录C(资料性)典型COTS器件筛选和鉴定试验(密封分立器件) 附录D(资料性)老炼试验设计注意事项 ⅢGB/T41040—2021本文件按照GB/T1.1—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/TC425)提出并归口。1GB/T41040—2021宇航用商业现货(COTS)半导体器件质量保证要求本文件规定了宇航用商业现货半导体器件(以下简称COTS器件)的质量保证要求，确立了宇航用要求。本文件适用于宇航用COTS器件质量保证。本文件不适用于COTS器件供方的生产过程及质量体系的管理和控制。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件必不可少的条款。其中，注日期的引用文GB/T4937.201—2018半导体器件机械和气候试验方法第20-1部分：对潮湿和焊接热综合GB/T19000—2016质量管理体系基础和术语GB/T19001—2016质量管理体系要求GB/T32304—2015航天电子产品静电防护要求JESD46供应商发给客户的产品/工艺变更通知(CustomerNotificationofProduct/ProcessChangesbySolid-StateSuppliers)JEDEC/IPC/ECIAJ-STD-048产品断档通知标准(NotificationStandardforProductDiscontinuance)GB/T19000—2016界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1商业现货commercialoff-the-shelf;COTS注2:商业现货半导体器件一般包含分立器件、单片集成电路、混合集成电路、光电子器件等。3.1.2质量保证qualityassurance应对COTS器件宇航应用可能的存在的风险，提供其能够满足宇航任务使用的信任的活动。3.1.3评价试验evaluationtest2GB/T41040—2021用基础条件的一系列试验。下列缩略语适用于本文件。C-SAM:C模式超声扫描显微镜(C-modeScanningAcousticMicroscope)CA:结构分析(ConstructionAnalysis)CCD:电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice)COTS:商业现货(CommercialOff-The-Shelf)DPA:破坏性物理分析(DestructivePhysicalAnalysis)HAST:高加速应力试验(HighlyAcceleratedStressTest)MSL:潮湿敏感等级(MoistureSensitivityLevel)MTTF:平均故障时间(MeanTimeToFailure)PDA:允许不合格品率(PercentDefectiveAuowable)PIND:颗粒碰撞噪声检测(ParticleImpactNoiseDetection)VLSI:超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegration)4基本要求COTS器件的质量保证单位应拥有GB/T19001—2016或相应标准的质量证书(如符合ISO9001),且4.2质量保证人员质量保证人员要求如下：a)按规定参加培训并取得合格资格；d)能对试验结果做出正确的分析与评价。4.3仪器设备管理与使用c)仪器设备的精度应满足试验或检验的要求；d)使用仪器设备应按规定做好记录。a)潮湿敏感器件应按照GB/T4937.201—2018的MSL等级要求采取相应的保护措施；b)静电敏感器件应按照GB/T32304—2015要求采取保护措施；GB/T41040—20214.5环境要求质量保证试验应与失效分析相结合。如果质量保证试验过程中器件参数严重超差或功能失效，应进行失效分析。元器件的控制计划。4.9信息数据库d)其他器件质量保证信息。4.10元器件贮存和超期复验5技术要求5.1通则在对使用方工程特点及特殊要求进行分析的基础上，考虑COTS器件供货方产品质量信息，了解a)需求分析；b)评价试验(适用时);e)鉴定试验。34GB/T41040—2021宇航任务涉及空间环境对是否对COTS器件有特殊要求。典型空间环境及其对COTS器件的风险见表1。表1典型空间环境及其对COTS器件的风险序号环境条件风险问题1温度极限当超过器件规定的贮存或使用的最高或最低温度限值时，会发生损坏。部分功率器件使用中可能需要适当的散热和冷却方法2温度交变器件组成材料热膨胀系数不匹配，长时间的温度变化循环可能导致损坏3机械冲击当器件受到机械冲击时，可能会超过机械应力极限4机械振动由于长期暴露在某些机械振动环境中，器件可能会发生损坏5辐射宇宙射线或地球辐射带中的质子、重离子等产生辐射，导致总剂量效应、位移效应、单粒子效应6真空真空条件下，有机材料释气可能造成器件性能退化或污染光学元件7湿气暴露于潮湿环境会造成非密封器件封装结构损坏8腐蚀暴露于腐蚀性环境可能造成器件封装结构损坏使用时，宜考虑和防范硬件木马等COTS器件安全性问题。识别COTS器件的替换范围。使用方应在采购合同或协议中明示对供货方产品质量信息的要求和特殊要求。a)质量等级；b)静电敏感度等级；5GB/T41040—2021c)潮湿敏感等级(片式非密封器件适用);d)引线/引出端的镀层材料或无铅化标注；f)经历的质量保证试验项目和试验条件。宇航任务需评估和验证COTS器件产品或工艺变更是否影响其功能性。使用方宜在合同或协议中依据JESD46或等效方法明确指出供货方需要通知的变更、通知的形式和要求。供货方应依据JEDEC/IPC/ECIAJ-STD-048或等效方法发布产品停产通知。使用方需考虑需考虑的主要风险包含但不限于：a)供货方的质量状况；b)器件是否采用已知禁限用工艺；c)器件是否应用未经宇航任务验证的新技术；d)同宇航任务或结构相似器件的使用经历；要求，明确选用COTS器件的必要性和为应对风险所必须开展的质量保证在COTS器件没有足够宇航应用经历或采用未经宇航任务验证的新技术的情况下，应针对应用风价试验可以按照结构相似性原则进行。评价试验一般包括：a)结构分析；c)抗辐射摸底试验；e)寿命评估试验。GB/T41040—20215.3.2结构相似性原则供货方应存档记录并履行实施一套经过相应工程评审的芯片相似性准则或指南。同一鉴定系列的器件应具有相同的关键工艺过程与材料要素。一般情况下，只要封装工艺技术一致，具有相同或较小引线数量的器件均可视为与某一评价试验的采用检验、试验分析等方法以及复核复算、仿真等手段，获取COTS器件的设计、工艺和材料等要求如下：a)对首次选用的器件一般应进行CA;b)对3只～5只典型样品进行CA;c)CA结论包含，适合宇航应用(可用),特定范围可用(限用),不适合宇航应用(禁用),进一步评1)对于限用结论，一般应明确产品的限用范围或者限制使用条件，在应用控制中予以注意；2)对于进一步评价结论，一般应提出相应的后续评价验证工作要求，根据评价验证结果综合判断。按照宇航任务对不同条件下器件的特性应进行测试分析。必要时，判断参数一致性，并完善特性参数失效判据。5.3.5抗辐照摸底试验对不能确定其抗辐射能力的辐射敏感COTS器件，应进行抗辐射能力评估，包括抗辐射能力调研辐射保证的要求或需要使用中进行抗辐射加固。5.3.7寿命评估试验对器件的工作寿命可靠性应进行评价。5.4破坏性物理分析(DPA)应按照器件具体封装、类型和宇航任务要求制定DPA方案，确定抽样数、试验项目、条件和判据，67GB/T41040—2021一般每检验批抽样3只～5只。DPA的可筛选项目出现不合格时，应对该批次进行100%针对性筛选，筛选合格后可用。5.4.3DPA替代性试验若同规格、批次器件进行过CA且结论可用，且CA已经覆盖DPA的试验项目，则可不再进每检验批均应100%进行筛选试验。筛选试验项目和方法要求如下：b)对器件具有破坏性的试验项目不应列为筛选项目，筛选试验所施加的应力不能超过器件手册c)老炼试验设计参照附录D进行。筛选批次关键项目应设置PDA,参照附录B、附录C的试验等级1级～3级进行选择。若不合格品数超过PDA,则检验批质量保证结论为不合格。替代性试验要求如下：b)对于超大规模集成电路(VLSI)、混合电路和CCD,当电测试因测试程序或产品复杂性而不可5.6鉴定试验a)应从筛选合格的同批次COTS器件中随机抽样规定数量器件，实施用于批接收的鉴定试验；b)应按器件类型，分析COTS器件已进行过的可靠性试验与宇航任务需求之间的差异，参照附录B、附录C的试验等级1级～3级进行选择，确定鉴定试验的项目和条件；8GB/T41040—2021c)鉴定试验所施加的应力一般不应超过器件手册规定的额定应力。鉴定批次PDA为0。替代性试验要求如下：应根据分析筛选试验、鉴定试验的结果，以及评价试验中已获取的性能试验、可靠性数据，判断应采用冗余设计、热设计、容差设计、最坏境况分析等可靠性设计方法，在宇航任务中适当应用导致的应力。即使COTS器件已经进行了超额应力试验分析，仍建议在原有的额定应力范围内使用。COTS器件降额包括可靠性降额和功能降额：9GB/T41040—2021(资料性)推荐的COTS器件的试验等级和其应用的典型宇航任务见表A.1。表A.1推荐的COTS器件的试验等级和其应用的典型宇航任务试验等级质量成本应用风险典型应用1级最高低卫星平台2级高中卫星平台、运载火箭或关键地面支持设备3级中高试验卫星、非关键卫星、运载火箭、关键地面支持设备低最高非关键卫星、非关键地面支持设备，立方星，演示样机等对于试验等级4级，可不进行筛选试验和鉴定试验，但建议进行电性能测试。(资料性)典型COTS器件筛选和鉴定试验(集成电路)B.1典型密封集成电路的筛选和鉴定试验典型密封集成电路筛选试验方法和要求见表B.1。表B.1典型密封集成电路筛选试验方法和要求序号检验/试验试验方法试验等级1级2级3级1外部目检GB/T4937.3√√√2温度循环JESD22-A104√√√3恒定加速度MIL-STD-883,方法2001√√√4PINDbMIL-STD-883,方法2020√√√5X射线检查MIL-STD-883,方法2012√√√6编序列号√√√7初始电参数测试√√√8老炼ef,g,hMIL-STD-883,方法1015√√√9终点电参数测试√√√计算△值—√√不合格品率计算密封MIL-STD-883,方法1014√√√√√√外部目检GB/T4937.3√√√注1:如果生产厂进行的试验条件不低于表中的规定，这些试验不必重复进行。注2:“√”表示该项试验应进行，“—”表示该项试验可不进行。"也可按照MIL-STD-883方法5004确定具体条件。如果生产厂已经进行PIND,则不必重复进行。X射线检查可在PIND试验后任意顺序进行，表贴封装器件只进行Y方向检查。除了对器件进行功能和电参数测试之外，应考虑I、热阻、输出噪声等参数测试；允许时可进行板级测试。对于一次可编程只读存储器(PROM)和可编程逻辑器件/阵列(PLD/PLA)等类似结构的器件，应考虑在编程后进行测试，并进行后续的老炼试验等项目；即使生产厂已经进行了编程前的老炼。选择合适的温度和偏置，确保试验的有效性和合理性。老炼试验可能包含静态老炼和动态老炼。5老炼试验温度一般为生产厂规定的最高工作温度，结温不能超过生产厂规定的绝对最大值。对于BGA封装的器件，为防止破坏引脚焊装可靠性，老炼试验时间一般不应超过96h,可结合宇航任务应用时的相关试验对老炼试验应力进行补充。按规定的室温、最高和最低温度测量电参数和功能。k计算所有老炼过程的失效。B.1.2典型密封集成电路的鉴定典型密封集成电路鉴定试验方法和要求见表B.2。表B.2典型密封集成电路的鉴定试验方法和要求试验分组试验方法试验等级1级2级3级B组分组1b标志耐久性MIL-STD-883,方法2015√√分组2可焊性JESD22-B102√√C组寿命试验MIL-STD-883,方法1005√√√电参数测试√√√D组“分组2引线牢固性√√密封(含细检、粗检)MIL-STD-883,方法1014√√分组3热冲击√温度循环JESD22-A104√√—耐湿MIL-STD-883,方法1004√密封MIL-STD-883,方法1014√√分组4机械冲击MIL-STD-883,方法2002√扫频振动MIL-STD-883,方法2007√恒定加速度MIL-STD-883,方法2001√ 密封(含细检、粗检)MIL-STD-883,方法1014√外部目检√终点电测试√ 分组5引线涂覆附着力MIL-STD-883,方法2025√—分组6玻璃熔封盖板的扭矩试验MIL-STD-883,方法2024√对于试验等级3级，鉴定试验可不进行，但建议进行寿命试验。可采用电参数不合格的样品。寿命试验条件原则上应与筛选试验中的老炼试验相同。dD组检验样品可以共用，但应关注因试验应力叠加带来的风险。B.2典型非密封集成电路筛选和鉴定试验B.2.1典型非密封集成电路筛选典型非密封集成电路筛选试验方法和要求见表B.3。GB/T41040—2021表B.3典型非密封集成电路筛选试验方法和要求序号试验项目试验方法试验等级1级2级3级1外部目检GB/T4937.3√√√2编号√√√3温度循环JESD22-A10420次20次20次4X射线检查MIL-STD-883,方法2012√√√5C-SAMIPC/JEDECJ-STD-035√√—6室温电测试 √√√7工程评估8静态老炼试验MIL-STD-883,方法10159室温电测试√√√计算△值—√√√动态老炼e、MIL-STD-883,方法1015√√√室温电测试√√√计算△值√√不合格品率计算低温电测试 √√√高温电测试√√√外部目检GB/T4937.3√√√”表示该项试验应进行，“—”表示该项试验可不进行。”外部目检与编号宜一起进行，以减少对器件操作的次数。要求对器件进行静电防护保护，以及防潮保护。为减少操作步骤，只要求对顶视面进行X射线检查。重点是内引线扫描检查。根据器件缺陷的情况，确定对另一面检查的必要性。除了对器件进行功能和电参数测试之外，应考虑Ip、热阻、输出噪声等参数测试；允许时可进行板级测试。对失效器件(参数或损坏),应记录其失效模式。对于一次可编程只读存储器(PROM)和可编程逻辑器件/阵列(PLD/PLA)等类似结构的器件，应考虑在编程后进行测试，并进行后续的老炼试验等项目；即使生产厂已经进行了编程前的老炼。对序号1~6进行工程评估。如果C-SAM试验不合格率超过10%,应对该批次器件进行力和热特性评估，或者更换批次。大多数批量生产塑封器件的生产厂已经进行了参数一致性控制，因此，若初始电参数测试不合格品率较高时，说明该批次器件质量不受控，或者测试本身存在问题；应进行评估，确定是否更换批次。选择合适的温度和偏置，确保试验的有效性和合理性。老炼试验温度应为生产厂规定的最高工作温度，结温不能超过生产厂规定的绝对最大值；并考虑T。的温度。对于BGA封装的器件，为防止破坏引脚焊装可靠性，老炼试验时间一般不应超过96h,可结合宇航任务应用时的相关试验对老炼试验应力进行补充，也可根据宇航任务需求进行适当调整。△值按器件规范的规定，或者根据器件的设计和结构特点，考虑宇航任务的实际需求后分析确定。每次老炼试验后均应测试△参数并计算△值；△值失效超过10%时，应进行工程评估。对于处于稳态状态工作的器件不要求进行动态老炼试验，如基准电源、温度传感器等。B.2.2典型非密封集成电路的鉴定典型非密封集成电路鉴定试验方法和要求见表B.4。表B.4典型非密封集成电路鉴定试验方法和要求序号试验项目子分组试验方法试验等级1级2级3级1外部目检GB/T4937.332(0)32(0)2C-SAMIPC/JEDECJ-STD-03522(0)22(0)3预处理湿热JESD22-A11332(0)32(0)表面封装器件的模拟回流焊接JESD22-A11332(0)32(0)插装器件的耐焊接热JESD22-B10632(0)32(0)4电参数测试32(0)32(0)5寿命试验高温寿命试验，最高工作温度MIL-STD-883,方法100522(0)22(0)电参数测试22(0)22(0)温度循环温度循环bJESD22-A10422(0)22(0)电参数测试22(0)22(0)C-SAMeIPC/JEDECJ-STD-03522(0)22(0)—6HAST加偏压HASTJESD22-A110不加偏压HASTJESD22-A118电参数测试注1:所有的器件应从筛选批中选择。注2:32(0)表示样品数(允许不合格品数)。注3:“—”表示该项试验可不进行。应确保不能超过最高结温。温度循环分组利用寿命试验分组样品的原因仅考虑经济原因，也可另外选取样品；抽样数也可根据宇航任务要求，但最低不能少于5只。温度循环的次数也可根据实际情况确定。为了检查是否因温度循环或回流焊而引起了失效，与序号2的C-SAM进行比较。GB/T41040—2021(资料性)典型COTS器件筛选和鉴定试验(密封分立器件)典型密封分立器件筛选试验方法和要求见表C.1,鉴定试验方法和要求见表C.2。表C.1典型密封分立器件筛选试验方法和要求序号试验项目试验方法试验等级1级2级3级1外部目检GB/T4937.3√√√2温度循环JESD22-A104√√3恒定加速度MIL-STD-750,方法2006√ 4PINDMIL-STD-750,方法2052√√√5编序列号—√—6初始电测试√√√7高温反偏JESD22-A108√√√8中间电测试√√√9功率老炼JESD22-A108√√√终点电测试√√√计算△值√不合格品率计算密封MIL-STD-750,方法1071√√√√X射线检查MIL-STD-750,方法2076√—外部目检GB/T4937.3√√√注1:如果生产厂进行的试验条件不低于表中的规定，这些试验不必重复进行。注2:“√”表示该项试验应进行，“—”表示该项试验可不进行。“在生产厂规定的最高工作温度下老化，可能低于125℃。按规定的室温、最高和最低温度下测试电参数和功能。计算所有高温反偏和功率老炼过程的失效。GB/T41040—2021表C.2典型密封分立器件鉴定试验方法和要求试验分组试验方法试验等级1级2级3级1分组可焊性JESD22-B102√√标志耐久性MIL-STD-750,方法1022√√2分组内部目检MIL-STD-750,方法2075√MIL-STD-750,方法2077√——键合强度MIL-STD-750,方法2037√芯片粘附强度MIL-STD-750,方法2017√—3分组间歇工作寿命MIL-STD-750,方法1037或1042√电测试√4分组加速稳态工作寿命MIL-STD-750,方法1027或1042√电测试√5分组稳态工作寿命MIL-STD-750,方法1026或1042√√电测试√√注：“√”表示该项试验应进行，“—”表示该项试验可不进行。GB/T41040—2021(资料性)老炼试验设计注意事项老炼试验是筛选试验的重要项目之一，目的是剔除早期失效，但是大多数COTS器件在出厂前未b)试验设计应考虑老炼有效性。器件老炼试验设计可参考JEP163的规定，建议包含：3)试验温度设计，如结温控制；4)仪器设备和连线图设计；6)可编程逻辑器件工作状态设计，如采用典型功能；7)在线监测设计，如器件的典型功能和参数。1)结温不能超过器件手册规定的绝对最大值；2)避免电源或信号可能产生的瞬时大功率对器件的损坏；3)采取充氮保护等措施，防止器件管脚氧化。d)老炼试验后电参数的漂移可能与器件的使用可靠性有关，应根据老炼试验后关键电参数的变化情况判断是否满足使用要求。e)一般设计专用老炼试验板进行器件级老炼试验。如果器件的封装形式不适合，或封装复杂无GB/T41040—2021[1]GB/T4937.3半导体器件机械和气候试验方法第3部分：外部目检[4]ISO9001Qualitymanagementsystems—Requirements[5]JESD22-B102Solderability[6]JESD22-A104Temperaturecycling[7]JESD22-B106Resistancetosoldershockforthrough-holemounteddevices[8]JE