宇航用商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）器件保證指南-編制說明

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一、工作簡況（包括任務(wù)來源、協(xié)作單位、主要工作過程、國家標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及其所

做的工作等）

1.1任務(wù)來源

根據(jù)國標(biāo)委[2021]XX號文件《國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會關(guān)于下達(dá)XX年第X批推薦性

國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知》要求，由中國空間技術(shù)研究院（以下簡稱“航天五院”）負(fù)責(zé)開展

國家標(biāo)準(zhǔn)《宇航用商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）器件保證要求》的制定工作，項(xiàng)目計(jì)劃號為

20214550-T-469，下達(dá)日期為2021年12月31日，項(xiàng)目周期為2年。

1.2各階段工作過程

1.2.12022年1月，航天五院物資部收到國標(biāo)委下達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃。

1.2.22022年2月到5月，航天五院物資部組織成立編制組，開展標(biāo)準(zhǔn)編制工作。編制

組主要成員見表1，其中研究員X名、高級工程師X名，均為長期從事宇航用COTS器

件保證工作的專家和技術(shù)人員，編制組成員分工見表1。先后調(diào)研和查閱了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資

料，完成標(biāo)準(zhǔn)草案，在編制組內(nèi)部討論并就COTS器件內(nèi)涵、標(biāo)準(zhǔn)文件使用者、標(biāo)準(zhǔn)具

體技術(shù)內(nèi)容等達(dá)成了一致意見，并形成了征求意見稿。

二、國家標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定國家標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容（如技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)、公式、性能要求、

試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等）的論據(jù)

2.1編制原則

2.1.1統(tǒng)一性：各類管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的內(nèi)容與本文件內(nèi)容要求一致。2021年發(fā)布

實(shí)施的GB/T41041-2021《宇航用商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）半導(dǎo)體器件質(zhì)量保證要求》規(guī)定了

宇航用商業(yè)現(xiàn)貨半導(dǎo)體器件（以下簡稱COTS器件）的質(zhì)量保證要求，確立了宇航用COTS

器件需求分析、評價試驗(yàn)、破壞性物理分析（DPA）、篩選試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn)的具體要求和

應(yīng)用控制要求。本指導(dǎo)性技術(shù)文件質(zhì)量保證工作相關(guān)內(nèi)容直接引用該標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2先進(jìn)性：在充分考慮宇航任務(wù)對商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）元器件使用的風(fēng)險和應(yīng)對措施，

借鑒商用器件使用的各行業(yè)領(lǐng)域基礎(chǔ)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)元器件標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，制定了

本文件的內(nèi)容和框架，具體內(nèi)容充分參考了新編制完成的各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.1.3可操作性：規(guī)范的內(nèi)容在典型宇航任務(wù)的元器件保證工程任務(wù)中已經(jīng)被廣泛使用，

可操作性強(qiáng)。

2.2標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容確定的依據(jù)

2

2.2.1COTS概念和內(nèi)涵確定的依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)中縮略語“COTS”用作形容詞，指“商業(yè)現(xiàn)貨的”。國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對COTS

相關(guān)的概念和定義見表1。盡管表述不完全一致，但其定義內(nèi)容基本是一致的。本標(biāo)準(zhǔn)在

對調(diào)研標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的特點(diǎn)，本文件在編制中首先定義“商業(yè)現(xiàn)貨半

導(dǎo)體器件”（簡稱COTS器件），為采用商用成熟技術(shù)，可不按宇航或軍用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制

造的、不受政府采購限制的現(xiàn)貨半導(dǎo)體器件。實(shí)際宇航任務(wù)應(yīng)用中，COTS器件主要包含

類型為：半導(dǎo)體分立器件、集成電路、混合集成電路、光電子器件、電容器、傳感器等。

在商業(yè)市場中，COTS器件供貨方一般宣稱的質(zhì)量等級包含：汽車級、Hi-rel、廠家宇航

級、軍溫工業(yè)級等。

不同質(zhì)量等級的COTS器件具有共性和個性的可靠性特點(diǎn)和應(yīng)用風(fēng)險，如共性特點(diǎn)一

般包含：

更高性能：COTS器件整體性能水平要比軍工宇航級器件的高一代到二代以上。即使是同一芯片，

封裝不同也會導(dǎo)致性能指標(biāo)的差異。比如AD843型運(yùn)放，軍工級(陶瓷空腔封裝)器件單位增益帶寬為

2.3MHz，商用（塑封）器件單位增益帶寬為3.9MHz.

更短貨期：宇航級和軍工級器件生產(chǎn)周期一般在1年左右，而COTS器件的生產(chǎn)周期不到一個月。

因此COTS器件采購貨期一般3個月到6個月，而宇航級和軍工級采購貨期一般在1年以上（有現(xiàn)貨

除外）。

更低成本：美國NEPP（NASAElectronicPartsandPackaging）曾對不同質(zhì)量等級的器件采購價格

進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對比，其中A/D、D/A轉(zhuǎn)換器類，以COTS器件價格為基準(zhǔn)，汽車電子器件價格是其1.1

倍，醫(yī)療電子器件是其6.8倍，軍用/宇航器件是其1200倍。

更低功耗：COTS器件應(yīng)市場需求，功耗不斷下降。COTS器件采用的工藝線寬更小，一般具有

更低的工作電壓和更高的工作頻率。相同功能的器件，由于宇航級器件采用了抗輻照設(shè)計(jì)，其功耗會

增大。比如CAN總線控制器SJA1000，COTS等級器件工作功耗電流最大15mA，而抗輻照設(shè)計(jì)的

JRSJA1000則為40mA。

封裝小型化：COTS器件以塑封為主，其封裝小型化和輕量化是其顯著的特點(diǎn)。塑封器件可以做

到芯片級封裝（CSP：ChipScalePackage），即封裝后的電裝尺寸幾乎與芯片大小一樣。但塑封器件也

有其非氣密性、管腳純錫等不足。

同批一致性好：COTS器件采用批量化生產(chǎn)模式，自動化水平高，因此同批器件的一致性一般要

比小批量生產(chǎn)手工參與的軍工級宇航級器件好。

質(zhì)量與成熟度較好：基于市場競爭的驅(qū)動力，COTS器件制造商對其質(zhì)量和生產(chǎn)成本要求也很高，

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不斷通過提高自動化和成品率來降低生產(chǎn)成本。另外，能在市場上大批量供貨占據(jù)較大份額的COTS

器件，一般都是經(jīng)過市場驗(yàn)證檢驗(yàn)的產(chǎn)品，其成熟度較好。

非抗輻照設(shè)計(jì)：COTS器件是非抗輻照設(shè)計(jì)的，但大部分具有耐輻照的特性。尤其是對于納米級

超大規(guī)模數(shù)字集成電路，大部分器件具備了抗電離總劑量和單粒子鎖定的能力，單子翻轉(zhuǎn)得閾值要比

抗輻照設(shè)計(jì)的宇航級器件低很多。

產(chǎn)品市場周期短：COTS器件因市場需求的更替和競爭，一般供應(yīng)周期較短，即使是市場成熟的

產(chǎn)品，供應(yīng)周期一般在5年到10年。

工作溫度范圍多樣化：軍用及宇航級器件工作溫度范圍是-55℃~125℃，而COTS器件工作溫度

范圍有0℃~70℃（商用）、-40℃~85℃（工業(yè)用）及-40℃~100℃等，目前塑封增強(qiáng)型COTS器件工作

溫度范圍達(dá)到-55℃~125℃。

因此需在指南中按照依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)對COTS器件進(jìn)行分類。

2.2.2國內(nèi)外宇航用元器件保證相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析與保證內(nèi)涵確定依據(jù)

隨著航天技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是科學(xué)探測、遙感測繪、通訊轉(zhuǎn)播、減災(zāi)救災(zāi)、

新技術(shù)驗(yàn)證等民用、商業(yè)航天項(xiàng)目越來越多，單機(jī)的高性能、低成本和短周期設(shè)計(jì)成為必

然趨勢，各國均已經(jīng)以不同的形式成功應(yīng)用了大量的商用器件，并開展了相關(guān)選用、質(zhì)量

保證技術(shù)研究，COTS器件保證是國內(nèi)外宇航用元器件保證中的重要內(nèi)容。

（1）ISO

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）現(xiàn)行的宇航元器件保證標(biāo)準(zhǔn)ISO14621-1《空間系統(tǒng)電氣、

電子和機(jī)電元器件：元器件管理》和ISO14621-2《空間系統(tǒng)電氣、電子和機(jī)電元器件：

控制程序要求》，兩個標(biāo)準(zhǔn)在宇航元器件管理的主要要素包含：過時管理、供應(yīng)商管理、

合同要求、成本管理、警報(bào)交流、過程控制、系統(tǒng)工程、培訓(xùn)等。其中質(zhì)量保證的概念與

ISO/TS18667:2018,Spacesystems—Capability-basedSafety,Dependability,andQuality

Assurance(SD&QA)programmemanagement保持一致，是系統(tǒng)工程的一部分，主要包含

設(shè)計(jì)階段的預(yù)計(jì)、失效分析、參數(shù)分析、故障樹分析、設(shè)計(jì)審查、元器件降額、風(fēng)險分析、

驗(yàn)證階段的實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析。

ISO21350，Spacesystems-Off-the-shelfitemutilization指出空間項(xiàng)目經(jīng)常面臨使用

COTS，這些項(xiàng)目能夠縮短周期，更快的引進(jìn)新技術(shù)和降低采購成本。貨架產(chǎn)品項(xiàng)目的使

用與傳統(tǒng)的管理和工程實(shí)踐不同，在理解相關(guān)風(fēng)險的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)構(gòu)建保證要求。內(nèi)容主

要包含：設(shè)計(jì)評價、宇航環(huán)境分析、技術(shù)狀態(tài)控制、接收試驗(yàn)、保障要求等。盡管這個標(biāo)

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準(zhǔn)明確指出了不包含元器件，它的思想仍值得我們借鑒。

JEDECJESD31D.01，GeneralRequirementsforDistributorsofCommercialandMilitary

SemiconductorDevices，面向的對象是商業(yè)和軍用器件分銷商，為建立了庫存、增值及加

工、重新包裝半導(dǎo)體器件及芯片提供了要求。針對商用器件分銷銷商，具體要求包含以下

幾個方面：分銷商質(zhì)量體系、文件及狀態(tài)管理、包含測試和篩選的增值過程控制、質(zhì)量記

錄及可追溯性、庫存及不合格品控制、產(chǎn)品退貨、計(jì)量校準(zhǔn)、假貨識別及風(fēng)險控制等。

（2）美國

以NASA為代表的美國在對商用器件應(yīng)用的嘗試，一致走在世界前列。圖1是NASA

與其下屬的哥拉德飛行中心（GSFC）和馬歇爾飛行中心（MSFC）對元器件保證策略的

標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。NASA-STD-8739.10將元器件分為四個等級，指出了四個等級的不同應(yīng)用宇航

任務(wù)環(huán)境，可對應(yīng)NPR8705.4中的四種載荷類型。其中，三級包含供貨方Hi-Rel或者按

照汽車級篩選的元器件，四級包含商用元器件。MSFC-STD-3012A在NASA-STD-8739.10

更加細(xì)化，并且包含元器件升級篩選和鑒定的相關(guān)試驗(yàn)要求。GSFC的EEE-INST-002根

據(jù)宇航任務(wù)類型和風(fēng)險，將元器件篩選、鑒定分為三個等級。NASANEPP公布的報(bào)告表

明GSFC正在根據(jù)NASA-STD-8739.10四個等級要求進(jìn)行修訂（EEE-INST-003），其具體

內(nèi)容暫未公開發(fā)布。除篩選和鑒定外，三個標(biāo)準(zhǔn)對于應(yīng)對COTS器件宇航應(yīng)用風(fēng)險，采

取的要素包含：靜電放電控制、停產(chǎn)管理、贗品避免、降額、空間環(huán)境工作評價等。

圖1NASA與其下屬的GSFC、MSFC對元器件保證標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

SAE在2015年發(fā)布的ANSI/GEIA933-B《COTS生產(chǎn)線管理要求》中指出，盡管先

進(jìn)商用器件有一整套質(zhì)量管理體制，但仍有不受控制的因素存在。根據(jù)商用器件的特點(diǎn)建

立了生產(chǎn)線管理要求，包含環(huán)境應(yīng)力、降額、老化、可靠性、鑒定、技術(shù)狀態(tài)控制、假貨

避免、停產(chǎn)管理等16個方面的，作為工廠原有質(zhì)量體系的重要補(bǔ)充。需要考慮的因素包

含：生產(chǎn)廠生產(chǎn)線情況、宇航機(jī)構(gòu)認(rèn)證情況、生產(chǎn)制造水平、主要產(chǎn)品系列、國外高可靠

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領(lǐng)域使用情況和產(chǎn)品數(shù)據(jù)公開性等；歷史供貨情況；持續(xù)供貨能力等；建立制造商質(zhì)量評

定、COTS器件供應(yīng)商名錄、元器件選用目錄等。SAEEIA-933從航空航天、軍用設(shè)備用

戶角度，認(rèn)為商用生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、內(nèi)部元器件、材料、狀態(tài)控制、鑒定方法有兩種可能性，

一是受到用戶的部分控制和影響，供應(yīng)商對用戶反饋非常敏感，并愿意根據(jù)反饋?zhàn)龀龈摹?/p>

然而，這種反應(yīng)只是一般的，除非供應(yīng)商認(rèn)為它對產(chǎn)品的市場表現(xiàn)有利，否則不太可能做

出具體的改變。二是用戶不太可能獲得公布的datasheet以外的任何資料；此外，datasheet

和其它重要信息可以不經(jīng)通知而更改。

SpaceX公司認(rèn)為采用AQEC的ANSI/GEIA-STD-0002-1標(biāo)準(zhǔn)或汽車電子協(xié)會元器件

技術(shù)委員會（AEC）的AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量保證的商用器件，與美軍標(biāo)MIL-PRF-38535

的質(zhì)量保證過程非常相似，能夠滿足其具體航天任務(wù)的高可靠性要求，因此優(yōu)先選用該等

級的產(chǎn)品。另外，SpaceX通過選擇適當(dāng)?shù)钠骷椭圃焐?，按照專用、成批次采購的模式?/p>

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。

（3）歐洲

ECSS-Q-ST-60C結(jié)合元器件應(yīng)用環(huán)境分為了三個不同的等級。項(xiàng)目管理者需要根據(jù)

工程的目標(biāo)及其技術(shù)要求、預(yù)算、允許風(fēng)險和進(jìn)度等方面的綜合因素來決定合理使用一種

或幾種等級的元器件。標(biāo)準(zhǔn)給出的元器件保證要求包含：

a元器件項(xiàng)目管理

b元器件選用、評估和批準(zhǔn)

c采購

d操作和貯存

e元器件質(zhì)量保證

f專用元器件

g文件要求。

在該標(biāo)準(zhǔn)中元器件質(zhì)量保證僅僅是整個保證過程的一部分，其范圍非常窄，主要要素

包含：不一致和失效控制、供方警告、可追溯性、針對樣品抽樣試驗(yàn)的批次原則。

ECSS-Q-ST-60-13C結(jié)構(gòu)與ECSS-Q-ST-60完全一致，是在其基礎(chǔ)上針對COTS器件

保證的具體、細(xì)化要求。

（4）國內(nèi)

國內(nèi)關(guān)于商用器件空間應(yīng)用的研究起步較晚，但是由于面臨航天電子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

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提升迫切需求和國外元器件新技術(shù)嚴(yán)格禁運(yùn)的嚴(yán)峻形勢，以及降低航天產(chǎn)品成本、加快航

天器研制進(jìn)度的需求，商用器件空間應(yīng)用的意義重大。近年來，航天五院、航天八院、中

科院、中電集團(tuán)等多家院所和部分高校都對商用器件的可靠性和空間應(yīng)用的質(zhì)量保證要求

進(jìn)行了大量研究。

國內(nèi)宇航型號對商用半導(dǎo)體器件的選用主要分為兩種情況。（1）型號中使用的一些高

性能高技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)器件國內(nèi)外市場上無軍品供貨，只能選擇工業(yè)級或商業(yè)級民用器

件。如空間站用千兆、萬兆以太網(wǎng)光收發(fā)一體組件中選用的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動芯片

GN1157，其傳輸速率可達(dá)11.3Gb/s；以及Everspin公司生產(chǎn)的工業(yè)級toggleMRAM，目

前也大量應(yīng)用于宇航。此類器件亦需根據(jù)其特殊的工作原理、生產(chǎn)制造工藝及可靠性隱患

制定針對性的升級篩選方案進(jìn)行篩選，從而保證其可靠性。（2）在商業(yè)航天快速發(fā)展的大

背景下，低成本衛(wèi)星將COTS大量應(yīng)用于小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星等低成本宇航型號。

QJA104-2013《航天用進(jìn)口元器件選擇控制要求》將COTS器件歸于低等級元器件，

給出了論證、評估、批準(zhǔn)、質(zhì)量保證的管理要求，元器件質(zhì)量保證技術(shù)機(jī)構(gòu)依據(jù)質(zhì)量保證

方案對低等級進(jìn)口元器件開展升級試驗(yàn)、篩選等質(zhì)量保證工作。

航天五院制定了院標(biāo)Q/W-Q-60-10-2019《航天器用低于規(guī)定等級半導(dǎo)體集成電路質(zhì)

量保證指南》，其具體業(yè)務(wù)工作已有30多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，含東三、東四平臺、遙感平臺、載

人航天等多個國家重點(diǎn)高難度宇航型號的元器件質(zhì)量保證工作，大量商用器件在軌均無失

效。其質(zhì)量保證的概念與QJA104-2013基本一致，要素包含：結(jié)構(gòu)分析、篩選、考核（或

鑒定/質(zhì)量一致性）和抗輻射能力評估。

GB/T37312.1—2019《航空電子過程管理航空航天、國防及其他高性能應(yīng)用領(lǐng)域

（ADHP）電子元器件第1部分：高可靠性集成電路與分立半導(dǎo)體器件通用要求》等同

采用IECTS6286-1:2015標(biāo)準(zhǔn)，是COTS器件的最低要求，其主要思路是規(guī)范ADHP在

除公開數(shù)據(jù)手冊之外需求提供額外數(shù)據(jù)情況的具體要素，主要包含：產(chǎn)品或工藝變更的通

知、貨運(yùn)控制、電性能、機(jī)械性能、審查能力、質(zhì)量保證、用戶對供應(yīng)商的監(jiān)控、鑒定、

可靠性、產(chǎn)品監(jiān)控、環(huán)境與職業(yè)健康安全、貨運(yùn)包裝、內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)中的質(zhì)量保證是

對供貨方質(zhì)量體系增加了抽樣計(jì)劃、失效分析、出廠質(zhì)量的要求。

（4）小結(jié)

盡管不同標(biāo)準(zhǔn)中對宇航用元器件保證、質(zhì)量保證、選擇控制等概念和定義有所區(qū)別，

經(jīng)與大量行業(yè)專家研討，基本達(dá)成一致意見，鑒于COTS器件屬于成熟產(chǎn)品、商業(yè)現(xiàn)貨，

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COTS器件質(zhì)量保證工作內(nèi)涵是需要對宇航任務(wù)對COTS器件質(zhì)量要求進(jìn)行細(xì)致分析，給

出的質(zhì)量保證項(xiàng)目、要求、方法，使質(zhì)量要求能夠得到滿足。本文件給出質(zhì)量保證的定義：

應(yīng)對COTS器件可能的存在的風(fēng)險，提供其能夠滿足宇航任務(wù)使用的信任的活動。

參照以上的COTS產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)與行業(yè)專家討論，編制組認(rèn)為：COTS器件保證

主要關(guān)注的重點(diǎn)是：

[1]審查和理解所有待接收或已接收的COTS器件的設(shè)計(jì)、內(nèi)部元器件、材料、狀態(tài)

控制、鑒定方法，以及它們系統(tǒng)應(yīng)用相關(guān)的能力；

[2]識別存在的風(fēng)險；

[3]在宇航任務(wù)成本、周期等需求約束下，采用額外的行動降低COTS器件的性能與

可靠性相關(guān)的風(fēng)險。

2.2.3標(biāo)準(zhǔn)主要框架確定的依據(jù)

按照GB/T1.1-2020的規(guī)則建立本標(biāo)準(zhǔn)的基本框架；

（1）總的篇章結(jié)構(gòu)遵循范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語、定義和縮略語、總則、COTS

器件可信性、元器件保證大綱或計(jì)劃需考慮的因素、板級保證注意事項(xiàng)、子系統(tǒng)級保證注

意事項(xiàng)和附錄；

（2）總則包括：COTS器件保證工作目標(biāo)、工作內(nèi)容、保證計(jì)劃或大綱、實(shí)施等；

（3）詳細(xì)要求要對COTS器件保證工作開展的項(xiàng)目、涉及到的關(guān)鍵技術(shù)方法等進(jìn)

行說明和示例。

三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）的分析、綜述報(bào)告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果

3.1驗(yàn)證分析情況

本文件中的需求分析和試驗(yàn)分析方法采用相關(guān)單位長期應(yīng)用累積數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，并

在驗(yàn)證數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對其進(jìn)行分析和優(yōu)化，采用的COTS器件已有大量具有成功飛行經(jīng)歷，

進(jìn)一步證實(shí)了流程、方法的有效性。本文件綜合了本單位各宇航型號中1000余項(xiàng)/年的

COTS器件保證工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在具體實(shí)施流程、試驗(yàn)分析方法方面更加具有可實(shí)施性，

更加具有指導(dǎo)性。

3.2可實(shí)施性分析

保證過程從需求分析出發(fā)，通過選擇保證、供應(yīng)保證、質(zhì)量保證、應(yīng)用保證各階段的

實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，獲得了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)，指導(dǎo)COTS器件在宇航型號中成

功應(yīng)用，證明具體實(shí)施過程可操作性強(qiáng)。

8

四、采用國際標(biāo)準(zhǔn)及國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度，以及與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況

根據(jù)目前調(diào)研結(jié)果，國內(nèi)外目前沒有宇航用COTS器件保證標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，國內(nèi)外宇

航用COTS器件質(zhì)量保證處于工程探索階段，無相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)及國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。

因此，本文件可以同步制定國際標(biāo)準(zhǔn)。

五、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)是宇航用COTS器件保證指導(dǎo)性技術(shù)文件，與現(xiàn)行的現(xiàn)行法律、

法規(guī)和強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)的要求相協(xié)調(diào)，不存在沖突。

六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

暫無。

七、作為強(qiáng)制性或推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)的建議

建議本文件作為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。

八、貫標(biāo)國家標(biāo)準(zhǔn)要求和措施建議

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后，將開展宣貫和實(shí)施工作。

九、廢止現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無。

十、其它應(yīng)予說明的事項(xiàng)

暫無。

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11

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1

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一、工作簡況（包括任務(wù)來源、協(xié)作單位、主要工作過程、國家標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及其所

做的工作等）

1.1任務(wù)來源

根據(jù)國標(biāo)委[2021]XX號文件《國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會關(guān)于下達(dá)XX年第X批推薦性

國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知》要求，由中國空間技術(shù)研究院（以下簡稱“航天五院”）負(fù)責(zé)開展

國家標(biāo)準(zhǔn)《宇航用商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）器件保證要求》的制定工作，項(xiàng)目計(jì)劃號為

20214550-T-469，下達(dá)日期為2021年12月31日，項(xiàng)目周期為2年。

1.2各階段工作過程

1.2.12022年1月，航天五院物資部收到國標(biāo)委下達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃。

1.2.22022年2月到5月，航天五院物資部組織成立編制組，開展標(biāo)準(zhǔn)編制工作。編制

組主要成員見表1，其中研究員X名、高級工程師X名，均為長期從事宇航用COTS器

件保證工作的專家和技術(shù)人員，編制組成員分工見表1。先后調(diào)研和查閱了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資

料，完成標(biāo)準(zhǔn)草案，在編制組內(nèi)部討論并就COTS器件內(nèi)涵、標(biāo)準(zhǔn)文件使用者、標(biāo)準(zhǔn)具

體技術(shù)內(nèi)容等達(dá)成了一致意見，并形成了征求意見稿。

二、國家標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定國家標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容（如技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)、公式、性能要求、

試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等）的論據(jù)

2.1編制原則

2.1.1統(tǒng)一性：各類管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的內(nèi)容與本文件內(nèi)容要求一致。2021年發(fā)布

實(shí)施的GB/T41041-2021《宇航用商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）半導(dǎo)體器件質(zhì)量保證要求》規(guī)定了

宇航用商業(yè)現(xiàn)貨半導(dǎo)體器件（以下簡稱COTS器件）的質(zhì)量保證要求，確立了宇航用COTS

器件需求分析、評價試驗(yàn)、破壞性物理分析（DPA）、篩選試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn)的具體要求和

應(yīng)用控制要求。本指導(dǎo)性技術(shù)文件質(zhì)量保證工作相關(guān)內(nèi)容直接引用該標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2先進(jìn)性：在充分考慮宇航任務(wù)對商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）元器件使用的風(fēng)險和應(yīng)對措施，

借鑒商用器件使用的各行業(yè)領(lǐng)域基礎(chǔ)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)元器件標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，制定了

本文件的內(nèi)容和框架，具體內(nèi)容充分參考了新編制完成的各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.1.3可操作性：規(guī)范的內(nèi)容在典型宇航任務(wù)的元器件保證工程任務(wù)中已經(jīng)被廣泛使用，

可操作性強(qiáng)。

2.2標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容確定的依據(jù)

2

2.2.1COTS概念和內(nèi)涵確定的依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)中縮略語“COTS”用作形容詞，指“商業(yè)現(xiàn)貨的”。國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對COTS

相關(guān)的概念和定義見表1。盡管表述不完全一致，但其定義內(nèi)容基本是一致的。本標(biāo)準(zhǔn)在

對調(diào)研標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的特點(diǎn)，本文件在編制中首先定義“商業(yè)現(xiàn)貨半

導(dǎo)體器件”（簡稱COTS器件），為采用商用成熟技術(shù)，可不按宇航或軍用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制

造的、不受政府采購限制的現(xiàn)貨半導(dǎo)體器件。實(shí)際宇航任務(wù)應(yīng)用中，COTS器件主要包含

類型為：半導(dǎo)體分立器件、集成電路、混合集成電路、光電子器件、電容器、傳感器等。

在商業(yè)市場中，COTS器件供貨方一般宣稱的質(zhì)量等級包含：汽車級、Hi-rel、廠家宇航

級、軍溫工業(yè)級等。

不同質(zhì)量等級的COTS器件具有共性和個性的可靠性特點(diǎn)和應(yīng)用風(fēng)險，如共性特點(diǎn)一

般包含：

更高性能：COTS器件整體性能水平要比軍工宇航級器件的高一代到二代以上。即使是同一芯片，

封裝不同也會導(dǎo)致性能指標(biāo)的差異。比如AD843型運(yùn)放，軍工級(陶瓷空腔封裝)器件單位增益帶寬為

2.3MHz，商用（塑封）器件單位增益帶寬為3.9MHz.

更短貨期：宇航級和軍工級器件生產(chǎn)周期一般在1年左右，而COTS器件的生產(chǎn)周期不到一個月。

因此COTS器件采購貨期一般3個月到6個月，而宇航級和軍工級采購貨期一般在1年以上（有現(xiàn)貨

除外）。

更低成本：美國NEPP（NASAElectronicPartsandPackaging）曾對不同質(zhì)量等級的器件采購價格

進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對比，其中A/D、D/A轉(zhuǎn)換器類，以COTS器件價格為基準(zhǔn)，汽車電子器件價格是其1.1

倍，醫(yī)療電子器件是其6.8倍，軍用/宇航器件是其1200倍。

更低功耗：COTS器件應(yīng)市場需求，功耗不斷下降。COTS器件采用的工藝線寬更小，一般具有

更低的工作電壓和更高的工作頻率。相同功能的器件，由于宇航級器件采用了抗輻照設(shè)計(jì)，其功耗會

增大。比如CAN總線控制器SJA1000，COTS等級器件工作功耗電流最大15mA，而抗輻照設(shè)計(jì)的

JRSJA1000則為40mA。

封裝小型化：COTS器件以塑封為主，其封裝小型化和輕量化是其顯著的特點(diǎn)。塑封器件可以做

到芯片級封裝（CSP：ChipScalePackage），即封裝后的電裝尺寸幾乎與芯片大小一樣。但塑封器件也

有其非氣密性、管腳純錫等不足。

同批一致性好：COTS器件采用批量化生產(chǎn)模式，自動化水平高，因此同批器件的一致性一般要

比小批量生產(chǎn)手工參與的軍工級宇航級器件好。

質(zhì)量與成熟度較好：基于市場競爭的驅(qū)動力，COTS器件制造商對其質(zhì)量和生產(chǎn)成本要求也很高，

3

不斷通過提高自動化和成品率來降低生產(chǎn)成本。另外，能在市場上大批量供貨占據(jù)較大份額的COTS

器件，一般都是經(jīng)過市場驗(yàn)證檢驗(yàn)的產(chǎn)品，其成熟度較好。

非抗輻照設(shè)計(jì)：COTS器件是非抗輻照設(shè)計(jì)的，但大部分具有耐輻照的特性。尤其是對于納米級

超大規(guī)模數(shù)字集成電路，大部分器件具備了抗電離總劑量和單粒子鎖定的能力，單子翻轉(zhuǎn)得閾值要比

抗輻照設(shè)計(jì)的宇航級器件低很多。

產(chǎn)品市場周期短：COTS器件因市場需求的更替和競爭，一般供應(yīng)周期較短，即使是市場成熟的

產(chǎn)品，供應(yīng)周期一般在5年到10年。

工作溫度范圍多樣化：軍用及宇航級器件工作溫度范圍是-55℃~125℃，而COTS器件工作溫度

范圍有0℃~70℃（商用）、-40℃~85℃（工業(yè)用）及-40℃~100℃等，目前塑封增強(qiáng)型COTS器件工作

溫度范圍達(dá)到-55℃~125℃。

因此需在指南中按照依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)對COTS器件進(jìn)行分類。

2.2.2國內(nèi)外宇航用元器件保證相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析與保證內(nèi)涵確定依據(jù)

隨著航天技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是科學(xué)探測、遙感測繪、通訊轉(zhuǎn)播、減災(zāi)救災(zāi)、

新技術(shù)驗(yàn)證等民用、商業(yè)航天項(xiàng)目越來越多，單機(jī)的高性能、低成本和短周期設(shè)計(jì)成為必

然趨勢，各國均已經(jīng)以不同的形式成功應(yīng)用了大量的商用器件，并開展了相關(guān)選用、質(zhì)量

保證技術(shù)研究，COTS器件保證是國內(nèi)外宇航用元器件保證中的重要內(nèi)容。

（1）ISO

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）現(xiàn)行的宇航元器件保證標(biāo)準(zhǔn)ISO14621-1《空間系統(tǒng)電氣、

電子和機(jī)電元器件：元器件管理》和ISO14621-2《空間系統(tǒng)電氣、電子和機(jī)電元器件：

控制程序要求》，兩個標(biāo)準(zhǔn)在宇航元器件管理的主要要素包含：過時管理、供應(yīng)商管理、

合同要求、成本管理、警報(bào)交流、過程控制、系統(tǒng)工程、培訓(xùn)等。其中質(zhì)量保證的概念與

ISO/TS18667:2018,Spacesystems—Capability-basedSafety,Dependability,andQuality

Assurance(SD&QA)programmemanagement保持一致，是系統(tǒng)工程的一部分，主要包含

設(shè)計(jì)階段的預(yù)計(jì)、失效分析、參數(shù)分析、故障樹分析、設(shè)計(jì)審查、元器件降額、風(fēng)險分析、

驗(yàn)證階段的實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析。

ISO21350，Spacesystems-Off-the-shelfitemutilization指出空間項(xiàng)目經(jīng)常面臨使用

COTS，這些項(xiàng)目能夠縮短周期，更快的引進(jìn)新技術(shù)和降低采購成本。貨架產(chǎn)品項(xiàng)目的使

用與傳統(tǒng)的管理和工程實(shí)踐不同，在理解相關(guān)風(fēng)險的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)構(gòu)建保證要求。內(nèi)容主

要包含：設(shè)計(jì)評價、宇航環(huán)境分析、技術(shù)狀態(tài)控制、接收試驗(yàn)、保障要求等。盡管這個標(biāo)

4

準(zhǔn)明確指出了不包含元器件，它的思想仍值得我們借鑒。

JEDECJESD31D.01，GeneralRequirementsforDistributorsofCommercialandMilitary

SemiconductorDevices，面向的對象是商業(yè)和軍用器件分銷商，為建立了庫存、增值及加

工、重新包裝半導(dǎo)體器件及芯片提供了要求。針對商用器件分銷銷商，具體要求包含以下

幾個方面：分銷商質(zhì)量體系、文件及狀態(tài)管理、包含測試和篩選的增值過程控制、質(zhì)量記

錄及可追溯性、庫存及不合格品控制、產(chǎn)品退貨、計(jì)量校準(zhǔn)、假貨識別及風(fēng)險控制等。

（2）美國

以NASA為代表的美國在對商用器件應(yīng)用的嘗試，一致走在世界前列。圖1是NASA

與其下屬的哥拉德飛行中心（GSFC）和馬歇爾飛行中心（MSFC）對元器件保證策略的

標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。NASA-STD-8739.10將元器件分為四個等級，指出了四個等級的不同應(yīng)用宇航

任務(wù)環(huán)境，可對應(yīng)NPR8705.4中的四種載荷類型。其中，三級包含供貨方Hi-Rel或者按

照汽車級篩選的元器件，四級包含商用元器件。MSFC-STD-3012A在NASA-STD-8739.10

更加細(xì)化，并且包含元器件升級篩選和鑒定的相關(guān)試驗(yàn)要求。GSFC的EEE-INST-002根

據(jù)宇航任務(wù)類型和風(fēng)險，將元器件篩選、鑒定分為三個等級。NASANEPP公布的報(bào)告表

明GSFC正在根據(jù)NASA-STD-8739.10四個等級要求進(jìn)行修訂（EEE-INST-003），其具體

內(nèi)容暫未公開發(fā)布。除篩選和鑒定外，三個標(biāo)準(zhǔn)對于應(yīng)對COTS器件宇航應(yīng)用風(fēng)險，采

取的要素包含：靜電放電控制、停產(chǎn)管理、贗品避免、降額、空間環(huán)境工作評價等。

圖1NASA與其下屬的GSFC、MSFC對元器件保證標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

SAE在2015年發(fā)布的ANSI/GEIA933-B《COTS生產(chǎn)線管理要求》中指出，盡管先

進(jìn)商用器件有一整套質(zhì)量管理體制，但仍有不受控制的因素存在。根據(jù)商用器件的特點(diǎn)建

立了生產(chǎn)線管理要求，包含環(huán)境應(yīng)力、降額、老化、可靠性、鑒定、技術(shù)狀態(tài)控制、假貨

避免、停產(chǎn)管理等16個方面的，作為工廠原有質(zhì)量體系的重要補(bǔ)充。需要考慮的因素包

含：生產(chǎn)廠生產(chǎn)線情況、宇航機(jī)構(gòu)認(rèn)證情況、生產(chǎn)制造水平、主要產(chǎn)品系列、國外高可靠

5

領(lǐng)域使用情況和產(chǎn)品數(shù)據(jù)公開性等；歷史供貨情況；持續(xù)供貨能力等；建立制造商質(zhì)量評

定、COTS器件供應(yīng)商名錄、元器件選用目錄等。SAEEIA-933從航空航天、軍用設(shè)備用

戶角度，認(rèn)為商用生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、內(nèi)部元器件、材料、狀態(tài)控制、鑒定方法有兩種可能性，

一是受到用戶的部分控制和影響，供應(yīng)商對用戶反饋非常敏感，并愿意根據(jù)反饋?zhàn)龀龈摹?/p>

然而，這種反應(yīng)只是一般的，除非供應(yīng)商認(rèn)為它對產(chǎn)品的市場表現(xiàn)有利，否則不太可能做

出具體的改變。二是用戶不太可能獲得公布的datasheet以外的任何資料；此外，datasheet

和其它重要信息可以不經(jīng)通知而更改。

SpaceX公司認(rèn)為采用AQEC的ANSI/GEIA-STD-0002-1標(biāo)準(zhǔn)或汽車電子協(xié)會元器件

技術(shù)委員會（AEC）的AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量保證的商用器件，與美軍標(biāo)MIL-PRF-38535

的質(zhì)量保證過程非常相似，能夠滿足其具體航天任務(wù)的高可靠性要求，因此優(yōu)先選用該等

級的產(chǎn)品。另外，SpaceX通過選擇適當(dāng)?shù)钠骷椭圃焐蹋凑諏Ｓ?、成批次采購的模式?/p>

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。

（3）歐洲

ECSS-Q-ST-60C結(jié)合元器件應(yīng)用環(huán)境分為了三個不同的等級。項(xiàng)目管理者需要根據(jù)

工程的目標(biāo)及其技術(shù)要求、預(yù)算、允許風(fēng)險和進(jìn)度等方面的綜合因素來決定合理使用一種

或幾種等級的元器件。標(biāo)準(zhǔn)給出的元器件保證要求包含：

a元器件項(xiàng)目管理

b元器件選用、評估和批準(zhǔn)

c采購

d操作和貯存

e元器件質(zhì)量保證

f專用元器件

g文件要求。

在該標(biāo)準(zhǔn)中元器件質(zhì)量保證僅僅是整個保證過程的一部分，其范圍非常窄，主要要素

包含：不一致和失效控制、供方警告、可追溯性、針對樣品抽樣試驗(yàn)的批次原則。

ECSS-Q-ST-60-13C結(jié)構(gòu)與ECSS-Q-ST-60完全一致，是在其基礎(chǔ)上針對COTS器件

保證的具體、細(xì)化要求。

（4）國內(nèi)

國內(nèi)關(guān)于商用器件空間應(yīng)用的研究起步較晚，但是由于面臨航天電子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

6

提升迫切需求和國外元器件新技術(shù)嚴(yán)格禁運(yùn)的嚴(yán)峻形勢，以及降低航天產(chǎn)品成本、加快航

天器研制進(jìn)度的需求，商用器件空間應(yīng)用的意義重大。近年來，航天五院、航天八院、中

科院、中電集團(tuán)等多家院所和部分高校都對商用器件的可靠性和空間應(yīng)用的質(zhì)量保證要求

進(jìn)行了大量研究。

國內(nèi)宇航型號對商用半導(dǎo)體器件的選用主要分為兩種情況。（1）型號中使用的一些高

性能高技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)器件國內(nèi)外市場上無軍品供貨，只能選擇工業(yè)級或商業(yè)級民用器

件。如空間站用千兆、萬兆以太網(wǎng)光收發(fā)一體組件中選用的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動芯片

GN1157，其傳輸速率可達(dá)11.3Gb/s；以及Everspin公司生產(chǎn)的工業(yè)級tog