張大宇 寧永成 王熙慶 叢山 汪悅

(中國空間技術研究院，北京 100094)

目前，商用塑封器件用于傳統(tǒng)航天器時一般參考NASA戈達德空間飛行中心(GSFC)發(fā)布的元器件技術指南進行質(zhì)量保證，試驗項目、方法和條件原則上參考宇航級器件的要求設定，這樣雖然能較好地驗證器件的宇航適用性，但試驗周期長、成本高、實施技術難度大，妨礙了商用先進技術在航天項目中應用的及時性[1-2]。在國際商業(yè)航天項目方面，近年來取得巨大成功的美國太空探索技術(SpaceX)公司明確允許采用商用塑封器件設計火箭、衛(wèi)星、飛船的電子系統(tǒng)。SpaceX公司在參考NASA技術指南的基礎上，結合航天任務的應用環(huán)境和條件，系統(tǒng)評估器件選用風險，并制定嚴格的器件級和板級篩選、考核評價試驗流程，以確保商用塑封器件能可靠應用于航天任務。

本文研究了國外商用塑封器件宇航應用的質(zhì)量保證一般要求，重點介紹了SpaceX公司的塑封器件質(zhì)量保證措施、流程和方法，分析其特點與成功經(jīng)驗，可為我國開展同類型質(zhì)量保證改進工作提供借鑒。

1 國外商用塑封器件保證概況

商用塑封器件屬于商用現(xiàn)貨產(chǎn)品(COTS)，采用制造成本較低的非氣密性塑料封裝，是國際市場上應用最廣泛的元器件。在宇航應用方面，NASA為了保持技術領先地位并降低成本，多年來以噴氣推進實驗室(JPL)、GSFC等下屬研究機構為支撐，持續(xù)研究新型元器件及其質(zhì)量保證技術，確保單機用元器件的先進性和可靠性。2003年GSFC基于MIL-STD-975和早期形成的311-INST-001標準，制定并發(fā)布了《塑封微電路選擇、篩選和鑒定指南》(編號PEM-INST-001)及《EEE元器件選擇、篩選、鑒定和降額指南》(編號EEE-INST-002)，規(guī)定了當高等級元器件無法獲取時，在經(jīng)過風險評估可接受的情況下，允許選用商用塑封器件，但需要進行全面的質(zhì)量保證。NASA指南中全面闡述了包括商用塑封器件在內(nèi)的低于宇航級的器件在宇航應用時必須進行的質(zhì)量保證要求，其中包括貯存溫度、潔凈度、防靜電和濕度控制要求、可追溯性要求、采購渠道要求、試驗項目和技術條件要求等[3-5]。其修訂的新版指南(編號為EEE-INST-003)，重點增加了塑封單片集成電路、塑封混合集成電路和塑封分立器件等內(nèi)容，明確在評估滿足任務需求時允許使用低等級塑封器件[5]。

ESA早在20世紀80年代就獨立開展了商用塑封器件在空間技術領域的應用研究工作，并且在“星上自主計劃”(Proba)衛(wèi)星等部分項目上大量驗證、使用商用塑封器件并獲得成功[6]。德國航空航天研究中心(DLR)2003年發(fā)布了《商用EEE元器件空間應用通用要求》(編號DLR-RF-PS-006)，明確了商用塑封器件的空間應用可行性和需要采取的質(zhì)量保證要求，其內(nèi)容主要是針對塑封器件。

另外，霍尼韋爾(Honeywell)、波音(Boeing)、飛思卡爾(Freescale)、德州儀器(Texas Instruments)等10多個全球知名半導體制造商和航空電子公司，聯(lián)合制定了航空航天合格電子元器件(AQEC)規(guī)范(編號GEIA-STD-0002-1)，AQEC工作組與美國政府電子和信息技術協(xié)會(GEIA)一起發(fā)布了該規(guī)范。該規(guī)范提供確保商用塑封器件能達到航空航天低風險、高可靠性要求的通用方法，包括提供支持更寬溫度范圍的器件和管芯、貯存保護及可持續(xù)供應鏈等。

國際標準化組織航天分技術委員會(ISO/TC20/SC14)發(fā)布的多項標準中涉及商用塑封器件宇航應用，包括ISO 21350：2007《航天系統(tǒng)——現(xiàn)貨產(chǎn)品的利用》、ISO 19683：2017《航天系統(tǒng)——小衛(wèi)星鑒定和接收試驗設計》、ISO 14621：2019《航天系統(tǒng)——電子、電氣和機電(EEE)元器件》等，其目的是推動商用器件進入宇航領域，實現(xiàn)低成本、高性能、快速實現(xiàn)的航天單機系統(tǒng)設計。

綜上所述，歐美國家長期研究性能先進的商用塑封器件在航天領域高可靠應用方法，形成了質(zhì)量保證要求和標準規(guī)范，并在多個航天項目上取得成功，是值得借鑒的普適性方法。同時，這些方法是基于器件級的質(zhì)量保證，技術流程復雜、試驗成本高、實現(xiàn)難度大，在沒有生產(chǎn)廠商參與的情況下用戶難以完成，因此也會限制商用塑封器件的宇航應用。

2 SpaceX公司商用塑封器件質(zhì)量保證

近年來，SpaceX公司在商業(yè)航天領域取得重大突破，采用低成本的獵鷹-9(Falcon-9)火箭和“龍”(Dragon)飛船成功實現(xiàn)了火箭回收、商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射、空間站往返貨運等任務，并且正實施“火星殖民”(Mars Plans)和“星鏈”(Starlink)計劃，向深空探測、載人航天及衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)通信方向發(fā)展。SpaceX公司作為商業(yè)公司，始終將成本和先進性擺在與可靠性同等重要的地位，因而在宇航單機設計中允許選用商用塑封器件，從而降低設計成本、提升單機性能、加快研制進度。

與宇航級空腔密封器件相比，商用塑封器件在價格、性能方面具有優(yōu)勢，但是由于商用元器件領域沒有強制要求實施批次性可靠性試驗，因而不能給出相應的可靠性指標，宇航適用性方面也缺乏驗證，而且由于可追溯性差，直接使用的風險極大，必須針對性開展嚴格的質(zhì)量保證，以確保其應用的可靠性。SpaceX公司商用塑封器件質(zhì)量保證分為選型控制、原廠試驗、篩選試驗和考核試驗，在流程和方法上與NASA的主要區(qū)別是簡化生產(chǎn)廠商試驗而增加用戶板級試驗內(nèi)容，結合單機的實際工況設計相關試驗條件和判據(jù)[7]。

2.1 質(zhì)量保證過程和方法

SpaceX公司基于商業(yè)航天實際應用條件制定商用塑封器件質(zhì)量保證試驗流程，在器件篩選和考核試驗的項目及條件上進行裁剪和特殊設計，在器件級只進行單批次100%篩選試驗，單板電裝后再進行板級試驗，包括篩選試驗、接收試驗和考核試驗，板級考核試驗通過后，板級接收試驗合格的單板可作為飛行件交付單機。其質(zhì)量保證試驗和板級考核試驗的流程如圖1和圖2所示。

注：MSL為濕度敏感性等級，C-SAM為C模式超聲掃描檢查，DPA為破壞性物理分析。

圖1 SpaceX公司商用塑封器件質(zhì)量保證試驗流程

Fig.1 SpaceX’s quality assurance test process for commercial PEMs

注：EMI和EMC分別為電磁干擾和電磁兼容。

圖2 SpaceX公司商用塑封器件板級考核試驗流程

Fig.2 SpaceX’s board-level qualification testprocess for commercial PEMs

分析以上質(zhì)量保證的試驗過程、項目內(nèi)容和方法，SpaceX公司采用器件級和板級試驗相結合的用戶級“批接收篩選試驗+單板考核試驗”的質(zhì)量保證模式，由試驗結果決定是否接收，淡化對生產(chǎn)廠、生產(chǎn)線資質(zhì)和生產(chǎn)過程的控制要求。這樣做的優(yōu)點是可以按照常規(guī)商業(yè)模式進行全球采購，只要能夠達到質(zhì)量要求的產(chǎn)品都可以應用，不必局限在宇航和軍用認證的元器件范圍內(nèi)選型。

另外，從試驗項目的設計來看，板級電性能測試、加電溫度循環(huán)、連續(xù)監(jiān)測的板級穩(wěn)態(tài)老煉等試驗項目，是與傳統(tǒng)宇航級器件篩選要求完全不同的試驗；考核試驗中設計的板級接收和板級考核試驗項目，也是結合單機實際工況制定的板級熱、力、電應力試驗，不再進行器件級考核試驗；當具體應用環(huán)境較好時，不再進行抗輻照能力評估。與NASA相比，SpaceX公司進行的不是單一品種商用塑封器件質(zhì)量保證，而是對元器件和單機正樣板的篩選、考核試驗合并。

值得注意的是，SpaceX公司的質(zhì)量保證過程第一步是器件選型控制，確保選擇的生產(chǎn)廠、器件型號符合應用的先進性和可靠性預期，確認是否具有連續(xù)的批采購可獲得性，確定是否存在純錫等宇航禁限用工藝或是否能夠?qū)嵤╋L險緩解措施處理。商用塑封器件的選用控制策略決定了選型范圍和應用風險，也影響著篩選和考核試驗項目、條件的設計。

2.2 應用風險分析及應對措施

SpaceX公司分析認為，宇航級元器件的價格昂貴、生產(chǎn)周期長、性能落后等固有缺點，是制約技術發(fā)展的瓶頸，因而需要使用價格低廉、性能先進的商用塑封器件，并要進行針對性的選用分析、篩選試驗和板級考核試驗等質(zhì)量保證，以確保應用的可靠性。

SpaceX公司根據(jù)具體宇航任務的環(huán)境和應用條件選擇器件，火箭和貨運飛船都是近地軌道、短周期的任務，元器件的應用環(huán)境需要考慮發(fā)射階段顯著的機械沖擊、振動和恒定加速度應力，不需要考慮元器件的抗輻射、長壽命和性能退化問題。與傳統(tǒng)的軍用陶瓷密封器件相比，商用塑封器件具有更好的抗機械振動、沖擊和恒定加速度特性，而且由于沒有空腔，也不存在可動多余物引起的內(nèi)部短路問題?？梢?，商用塑封器件能滿足近地軌道、短周期宇航任務的電性能、壽命、抗輻射性能、封裝可靠性等要求，在溫度范圍窄、存在純錫和非密封等禁限用工藝方面也具有可行的解決措施，總體上可以選用，通過針對性質(zhì)量保證的篩選試驗和考核試驗，可決定單批次器件是否適用于單機。

2.2.1 溫度范圍及過程控制

NASA的PEM-INST-001中指出，商用塑封器件與軍用、宇航級器件相比，應用于宇航任務時主要存在4個方面的問題：①工作溫度的范圍窄，通常不能達到-55～+125 ℃的軍溫范圍；②作為市售現(xiàn)貨產(chǎn)品，用戶無法完全知悉器件的內(nèi)部設計、材料、生產(chǎn)工藝和控制過程；③由于是工業(yè)上大批量生產(chǎn)的低成本商用塑封器件，每只器件的內(nèi)部芯片無可追溯性；④無權威機構監(jiān)測或評價器件的可靠性和質(zhì)量控制水平[8]。

針對這些問題，SpaceX公司結合具體任務的空間環(huán)境，按照美國空軍太空司令部AFSPC Manual 91-710中給出的測量驗證數(shù)據(jù)，確定發(fā)射階段火箭艙內(nèi)實際環(huán)境溫度范圍為-34～+71 ℃，因此選擇工作溫度范圍在-40～+85 ℃的工業(yè)級商用塑封器件能夠滿足使用環(huán)境溫度要求，不會出現(xiàn)因超出工作溫度范圍而失效或參數(shù)退化的問題。通過對生產(chǎn)過程對比分析，SpaceX公司認為采用AQEC規(guī)范的ANSI/GEIA-STD-0002-1或汽車電子協(xié)會元器件技術委員會(AEC)的AEC-Q100進行質(zhì)量保證的商用塑封器件，與美軍標MIL-PRF-38535的質(zhì)量保證過程相似，能夠滿足宇航任務高可靠要求，因此優(yōu)先選用該等級的產(chǎn)品。另外，SpaceX公司通過選擇適當?shù)钠骷椭圃焐?，按照專用、成批次采購的模式，解決器件性能一致性和可信性問題，確保商用塑封器件的整體質(zhì)量水平穩(wěn)定可靠[7]。

2.2.2 純錫材料

商用塑封器件還存在著引線純錫涂覆和吸潮腐蝕等固有問題。在生產(chǎn)商用塑封器件時，考慮到環(huán)保的無鉛要求，一般引線鍍層為純錫，而純錫在低重力或失重條件下容易生長錫須，雖然生長速度非常緩慢，但是不能排除因此產(chǎn)生短路的風險。另外，純錫在低溫(低于-13 ℃)時原子間的空間變大，形成結晶態(tài)的灰錫(又稱為錫瘟、錫疫)，會導致元器件引線及焊點的破壞[9]。NASA的元器件政策文件NPD 8730.2規(guī)定，必須采用傳統(tǒng)的鉛錫焊料并按照GEIA-STD-0005-1的要求制定控制方案，如果采用錫銀銅焊料和其他新焊料，則必須有證明材料；對于引線涂覆要求錫基的涂覆必須含有至少3%的鉛，如果能夠按照GEIA-STD-0005-2中2C等級進行風險控制，提供2種以上緩解錫須、錫疫問題的措施及相關證明材料，也可以選用純錫引線的商用塑封器件。

對于管腳表面涂覆層為純錫的器件，目前防止錫須生長唯一可行的方法是熱浸漬鉛錫焊料。SpaceX公司建議采用自動熱浸漬焊料工藝，避免因手工操作導致塑封體的開裂、起泡等損傷。對于火箭和飛船等短期宇航任務，SpaceX公司認為錫須的風險是已知可接受的，沒有必要對塑封純錫引腳進行鉛錫焊料的浸焊來更換涂覆層，以免引入更大的未知風險。文獻[10]中關于三防漆厚度對錫須生長影響的研究成果表明，保形涂料的涂覆處理也能夠延緩和減少錫須的生長，有效防止引線短路失效。SpaceX公司在NASA的“商業(yè)軌道運輸服務”(COTS)和“商業(yè)補給服務”(CRS)計劃中，對獵鷹-9火箭和“龍”飛船的相應部位就是采用了加厚的三防漆涂覆方式緩解錫須生長。

GEIA標準也支持風險分析的方法計算錫須導致失效的總體風險，SpaceX公司采用了由Raytheon公司開發(fā)、航空航天工業(yè)界通用的“Pinsky算法”作為風險分析工具，預測錫須密度、長度，評估減緩措施的有效性。需要注意的是，上述分析方法只適用于錫須橋接短路故障，不能用于高壓電弧放電失效模式的分析[11]。

2.2.3 吸潮特性

塑封材料的吸潮特性嚴重影響器件應用的可靠性，主要的故障模式是發(fā)生在焊裝過程中的“爆米花效應”，以及內(nèi)部濕氣引起的鍵合焊點電偶腐蝕?！氨谆ā笔怯捎谒芰戏庋b體內(nèi)部水分因加熱汽化后體積膨脹引起的，通常導致內(nèi)部分層、封裝基體破裂、鍵合點破壞等失效，可以通過器件電裝前的烘焙避免。目前，業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成了基于器件MSL的器件烘焙方法和工業(yè)標準，SpaceX公司嚴格按照J-STD-033B.1的要求處置、包裝、運輸和應用相關器件，能夠確保不出現(xiàn)爆米花效應。

吸潮腐蝕是一種長期效應，需要形成電解液的3個必要條件為：2種金屬形成電偶(通常存在于金鋁鍵合點處)、游離的離子雜質(zhì)(通常為氯、鉀、溴、鈉等離子污染物)和水汽(由大氣中擴散侵入)。國際上的大量研究表明：由于現(xiàn)代塑封半導體器件制造的清洗工藝能夠基本消除離子污染，通過控制環(huán)境溫度和濕度，并且采用適當?shù)陌b、定期更換干燥劑，塑封器件貯存壽命能夠超過15年，不會出現(xiàn)長期存儲引起的腐蝕失效。針對元器件大批量戰(zhàn)略儲備的需求，美國國防部及主要的供應商參與制定了GEIA-STD-0003標準，規(guī)定了保證元器件可靠性的長期貯存方法。SpaceX公司推薦按照德州儀器公司(TI)發(fā)布的關于長期貯存后元器件可靠性的研究報告相關要求存儲元器件，原廠包裝設計的保持干燥時間為32個月，按照J-STD-033對元器件進行烘焙，并采用隔離水汽和腐蝕性污染物的包裝，以延長貯存壽命達到幾十年[12]。

3 對傳統(tǒng)質(zhì)量保證的改進

SpaceX公司結合航天任務實際要求、NASA的規(guī)范指南、工業(yè)標準及其他相關研究成果，按照“批接收篩選試驗+考核試驗”的模式進行商用塑封器件針對性質(zhì)量保證，設計用戶板級試驗替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)廠商器件級試驗項目，在降低試驗周期和成本的同時確保了應用的可靠性。與傳統(tǒng)方法相比，SpaceX公司商用塑封器件質(zhì)量保證方法是以用戶系統(tǒng)角度實施元器件保證，簡化器件級試驗項目，但是增加了大量板級試驗內(nèi)容，系統(tǒng)可靠性和宇航適用性的質(zhì)量保證要求并未降低。其主要的區(qū)別和改進體現(xiàn)在選用準入策略、禁限用工藝處理、抗輻射考慮和篩選考核試驗流程設計等4個方面。

3.1 選用準入的范圍

SpaceX公司元器件選用是基于具體宇航任務應用條件進行適用性分析，綜合考慮性價比、可靠性，擴大可選型范圍，工業(yè)級、汽車級等民用行業(yè)內(nèi)質(zhì)量控制水平穩(wěn)定的商用塑封器件也可作為商業(yè)航天的候選元器件，只是需要通過針對性質(zhì)量保證試驗驗證其可靠性。另外，結合商業(yè)航天任務的電子系統(tǒng)實際工作溫度環(huán)境，可以按照實際工況技術要求進行器件選型，不必局限于軍溫范圍。

3.2 禁限用工藝的應對措施

對于商用塑封器件中存在的宇航禁限用工藝問題，不是一票否決棄用，而是考慮采用風險分析、工藝再處理、外部加固處理等多種措施支撐可靠應用。例如，純錫涂覆、非密封等工藝問題，SpaceX公司采取風險分析和針對性措施緩解處理，包括已經(jīng)被證明有效的重新涂覆、加厚三防漆保護、“Pinsky算法”分析、電裝前烘焙、干燥貯存等。

3.3 抗輻射要求的考慮

元器件輻射損傷失效的風險概率與軌道高度、在軌時間密切相關，火箭發(fā)射和低軌道貨運任務涉及的空間環(huán)境較好，電子系統(tǒng)單機開機時間短，輻射效應引起任務失敗的風險極低，因此SpaceX公司在質(zhì)量保證中不再進行商用塑封器件的抗輻射試驗評估，而是在選型控制階段基于應用風險考慮抗輻射問題處理。截至目前，在SpaceX公司的商業(yè)航天任務中，沒有出現(xiàn)因元器件輻射效應引起單機失效的相關報道。

3.4 試驗方案的設計

SpaceX公司在試驗流程、項目、條件的設計方面，以選用合理性分析和批量采購為前提，考慮任務實際工況裁剪非必要器件級試驗，降低試驗應力條件；結合應用條件增加板級篩選試驗、板級接收試驗和板級考核試驗，減少或合并抽樣數(shù)量；針對商用塑封器件的封裝缺陷，增加潮濕敏感性分級測試、加電溫度循環(huán)、板級振動試驗、涂三防漆保護和蒸煮試驗等。

4 啟示與建議

美國商業(yè)航天的代表SpaceX公司，在可靠應用商用塑封器件方面借鑒微電子工業(yè)標準規(guī)范和相關研究成果，形成了一套有別于NASA、ESA、MIL的質(zhì)量保證方法。實踐證明，該方法在現(xiàn)階段有效保證了其火箭、無人貨運飛船等商業(yè)航天任務中元器件的應用可靠性。國內(nèi)某些低軌、短壽命、低成本的小衛(wèi)星，以及科學探測及新技術驗證搭載單機等風險接受能力較高的航天項目，在應用商用塑封器件時也可以借鑒SpaceX公司的質(zhì)量保證措施、方法，結合航天器實際環(huán)境和應力條件，設計基于“器件級篩選+板級考核試驗”相結合的保證流程，以有效降低成本，加快進度，促進新技術、先進器件在未來復雜宇航任務中低成本、高可靠地應用。

4.1 國內(nèi)質(zhì)量保證流程

長期以來，商用塑封器件的選型和低成本質(zhì)量保證都是宇航應用領域關注的重點。國內(nèi)用戶單位在小衛(wèi)星項目、非關鍵載荷、搭載任務單機等特定應用場合的元器件控制和保證方面積累了一定的經(jīng)驗，包括基于應用風險分級的器件選型和保證流程優(yōu)化、板級試驗與器件級試驗項目的替代實施等措施，推動了新型處理器、FPGA、高速接口等復雜高性能商用塑封器件的宇航應用，但是在質(zhì)量保證試驗項目和流程優(yōu)化方面尚未形成廣泛共識。

商用塑封器件質(zhì)量保證通常是參考NASA的PEM-INST-001和EEE-INST-002制定針對性保證方案，實施篩選、考核試驗、輻照評估試驗、結構分析和破壞性物理分析(DPA)[2,13]。典型商用塑封器件的質(zhì)量保證試驗項目和流程，如圖3所示。

篩選試驗包括外部目檢、溫度循環(huán)、電測試和老煉等，并進行參數(shù)變化率控制，在篩選合格產(chǎn)品中抽取樣品進行DPA?？己嗽囼炓话惆▔勖囼?、模擬回流焊等項目，其結論判斷是否存在批次性問題。結構分析需要針對器件的結構特點制定針對性的分析方案，結合宇航禁限用工藝的規(guī)定，給出器件的材料、結構、工藝等是否適合宇航應用的結論。輻照試驗是根據(jù)宇航任務的要求和不同類型器件的輻照效應單獨制定方案，對每批次的器件進行總劑量試驗(TID)，對每個芯片版本的器件進行單粒子試驗(SEE)，CCD及光耦等光電器件還要考慮進行抗位移損傷效應(DDD)摸底試驗，輻照試驗判據(jù)與任務周期、軌道空間環(huán)境及冗余設計要求(RDM)有關。上述質(zhì)量保證流程是較為嚴格的器件級質(zhì)量控制方法，用戶實施成本高、難度大，且結構分析結論一般是宇航禁限用、需要進一步針對性評價或航天器決策，另外花費長時間、高成本完成的抗輻照摸底指標通常也不理想，還要采取單機線路級抗輻照設計或其他緩解措施。

注：SEM為掃描電子顯微鏡檢查。 圖3 典型商用塑封器件質(zhì)量保證流程Fig.3 Quality assurance flow of typical commercial PEMs

4.2 質(zhì)量保證方法改進建議

分析對比國內(nèi)外調(diào)研情況，我國航天器在商用塑封器件的選擇、篩選、考核、應用實踐方面還需要進一步創(chuàng)新方法，精細化設計基于實際工況的質(zhì)量保證方案，引入結合單機系統(tǒng)設計的板級力、熱、電及綜合應力試驗內(nèi)容，減少器件級篩選和考核試驗項目，優(yōu)化質(zhì)量保證流程，并急需形成通用標準規(guī)范以指導用戶應用。綜合考慮質(zhì)量、成本、風險和可實施性等諸多因素，建議在6個方面對現(xiàn)有質(zhì)量保證流程進行優(yōu)化和改進。

(1)商用塑封器件選型控制階段首先進行應用需求分析，結合應用風險分級和實際工況設計質(zhì)量保證流程，綜合考慮應用需求、器件背景、經(jīng)費、成本和風險，以目標為導向確定器件級、板級試驗項目和實施方式。

(2)由于商用塑封器件屬于通用現(xiàn)貨產(chǎn)品，不能以宇航或軍用元器件的方式控制設計、生產(chǎn)過程，因此建議采用批接收試驗(LAT)的方式進行質(zhì)量保證，根據(jù)應用風險針對性設計不同的保證流程。

(3)在結構分析或DPA中發(fā)現(xiàn)非密封特性、金鋁鍵合工藝、純錫材料等公知風險問題時，可將其作為警示提醒用戶應用時進行適當處理，不作拒收判據(jù)。

(4)商用塑封器件的工作溫度范圍滿足航天器板級、單機級、整機級試驗的相應溫度范圍即可，非必要時無需開展超溫范圍的器件特性摸底試驗。

(5)建議對航天器選用及潛在選用的商用塑封器件獨立于質(zhì)量保證以外統(tǒng)一實施抗輻射試驗，得到的權威抗輻射指標數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，支撐選用。

(6)批量投產(chǎn)的航天器單機、單板，如果大量選用已有成功應用經(jīng)歷的商用塑封器件，可以采用多品種器件電裝后的單板級篩選、考核試驗的方式進行質(zhì)量保證，降低成本、簡化流程。

總體來說，當單機關鍵程度高、要求最低風險設計時，建議對選用的商用塑封器件從元器件角度實施全面質(zhì)量保證，采用“器件級篩選+器件級考核試驗”的傳統(tǒng)保證模式，全面評價器件的可靠性和宇航適用性；當單機風險接受能力較高、要求低成本設計時，建議從單機角度進行質(zhì)量保證，采用“器件級簡化篩選+板級篩選+板級考核試驗”的保證模式，確保單機、單板的可靠性，典型方案在下一節(jié)具體介紹。

4.3 典型的低成本保證方案

借鑒SpaceX公司的成功經(jīng)驗，建議國內(nèi)在選用商用塑封器件時，首先以用戶和任務角度進行基于應用條件的選用風險分析和結構分析，針對已知可靠性隱患采取緩解措施，設計適度的器件級篩選試驗，統(tǒng)籌調(diào)度實施多品種元器件電裝后的板級篩選和板級考核試驗，不再進行單一品種商用塑封器件的器件級考核試驗，典型的低成本保證流程見圖4。

選用分析階段重點對備選器件的宇航應用經(jīng)歷、批次質(zhì)量信息、抗輻照試驗數(shù)據(jù)、歷史質(zhì)量問題情況、選用必要性等進行分析，同時確定選用的器件型號、封裝形式、質(zhì)量等級、批次等信息，確定是否需要進行抗輻照評估或單機級抗輻射設計。結構分析是針對器件的結構、材料、封裝進行一系列試驗和物理分析，判斷是否存在禁限用工藝，是否適合宇航應用或者能否采取針對性緩解措施，同時也需要從物理層面識別樣品是否為假貨。器件級篩選試驗中模擬焊接、C-SAM和DPA為抽樣評價項目，外部目檢、X光檢查和電測試為對100%樣品實施的器件級試驗。對多品種元器件電裝后的多塊單板進行篩選試驗，項目包括溫度循環(huán)、板級測試、板級老煉及外部目檢。對篩選合格的單板進行板級接收試驗，主要為板級溫度和極限應力試驗，并進行板級性能測試，通過接收試驗后抽樣實施板級壽命試驗、耐濕試驗、機械試驗和EMC試驗等考核試驗項目，其余單板可以作為飛行件。

圖4 商用塑封器件的板級質(zhì)量保證流程Fig.4 Board level quality assurance flow of commercial PEMs

區(qū)別于現(xiàn)行航天元器件“統(tǒng)一質(zhì)量保證”的管理要求，實施低成本保證方案的前提是以單機研制部門為主體開展器件質(zhì)量保證，針對性簡化器件級試驗項目，并與多品種元器件電裝后的板級試驗相融合，直接篩選出板級飛行件產(chǎn)品。我國航天器用商用塑封器件保證技術的改進需求強烈，后續(xù)仍要結合具體項目實踐，從元器件質(zhì)量保證技術和管理兩方面入手探索流程優(yōu)化方法，提高單機的性價比和市場競爭力。