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26 novembre 2019

LA QUALITÀ NELL’AEROSPACE”Lo stato dell’arte e le sfide della Space Economy

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In collaborazione con

GIUSEPPE VITALE

SITAEL

“PROSPETTIVE E NUOVI APPROCCI PER LA SELEZIONE DEI COMPONENTI EEE NEI PROGRAMMI

NEW SPACE”

WO

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SHO

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1

New Space economyNew Space economyNew Space economyNew Space economy

“New Space is an approach that focuses on lowering the barriers to entry to space industry, by providing cheaper access to space and more high-quality and affordable data from space that can be put to use here data from space that can be put to use here on Earth, for the benefit of scientists and the general public”

da Wikipedia

Slide 2G. Vitale SITAEL "Prospettive e nuovi approcci per la selezione dei componenti EEE nei programmi "New Space"


Dati da ESCCON 2019

• Costellazioni• Mercato Low Earth Orbit (LEO) fortemente emergente



• Forte bisogno di accedere rapidamente alle tecnologie più avanzate

• Forte spinta verso la riduzione dei costi e verso la riduzione del «time to market/time verso la riduzione del «time to market/time to fly»



Per raggiungere questi obiettivi è necessario un cambio «culturale» nell’approccio alla selezione dei componenti EEE.

Quando soffia il vento del cambiamento

alcuni costruiscono dei ripari, altri

costruiscono dei mulini a vento

(Proverbio cinese)


COTSCOTSCOTSCOTS

Definizione di COTS:“Commercial electronic component readily available and not manufactured, inspected or tested in accordance with military or or tested in accordance with military or space standards” (Ref: ECSS-S-ST-00-01C)“Part neither designed, nor manufactured with reference to military or space standards”(Ref: ECSS-Q-ST-60C)


SITAEL SITAEL SITAEL SITAEL heritageheritageheritageheritage con i COTScon i COTScon i COTScon i COTSSITAEL ha iniziato dalla fine degli anni 90 a sviluppare elettronicabasata su COTS per missioni istituzionali a basso costo


PAMELA (Payload for Antimatter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) in orbita dal 2006 al 2016 AMS-02 in orbita dal 2011

COTS: l’approccio di COTS: l’approccio di COTS: l’approccio di COTS: l’approccio di PLATiNOPLATiNOPLATiNOPLATiNO

PLATiNO (mini Piattaforma spaziaLe ad Alta TecNOlogia) è un programma di sviluppo tecnologico dell’ASI con i seguenti obiettivi principali:

• Identificare e sviluppare come necessario le tecnologie nazionaliche possano aumentare la capacità italiana di implementaremissioni spaziali basate su piccolo satelliti

• Creare una linea di prodotto totalmente innovativa, una piccolo • Creare una linea di prodotto totalmente innovativa, una piccolo piattaforma multimissione facilmente riconfigurabile e capace di operare in differenti scenari di missione e con payloads differenti

• Realizzare una supply chain che possa immettere sul mercato un prodotto ricorrente con tempi di sviluppo e costi competitive a livello internazionale

Il contratto è stato assegnato ad una RTI guidata da SITAEL come mandataria e che include TASI, Leonardo ed Airbus Italia.


COTS: l’approccio di COTS: l’approccio di COTS: l’approccio di COTS: l’approccio di PLATiNOPLATiNOPLATiNOPLATiNO

In aggiunta alle tre tradizionali classi di componenti di ECSS-Q-ST-60 (class 1, 2 e 3) è stata introdotta la classe «commerciale» che consiste di:I) Componenti automotive in accordo ai seguentistandard AEC (Automotive Electronics Council)standard AEC (Automotive Electronics Council)AEC-Q-200 (passivi), AEC-Q-100 (IC), AEC-Q-101 (discreti)II) Componenti commerciali puri con range di teperatura -40÷+85°C minimo o componenti in range di temperatura esteso -55÷+125°C da linee MIL


Qualifica AECQualifica AECQualifica AECQualifica AEC----QQQQ

La severità della qualifica automotive è comparabile agli standard MIL ed ECSS.La qualifica AEC-Q non è certificata da un enteterzo ma svolta autonomamente dal Manufacturer in risposta alle esigenze di “major Manufacturer in risposta alle esigenze di “major Customers” nel settore automotive.Non sempre è possible avere accesso ai documenti di PPAP (Production Part Approval Process). Non è richiesto LAT periodico, riqualifica in caso di major change


ScreeningScreeningScreeningScreening

I component AEC-Q non vengono sottopostisistematicamente a 100% screening come nel caso deicomponent ESCC ma i Manufacturer automotive sonocertificati ISO/TS 16949 ed hanno il requisito del “continuous improvement”, implementano SPC sulle lineedi produzione con target “zero defects”. I failure rate deidi produzione con target “zero defects”. I failure rate deicomponenti AEC-Q sono tipicamente comparabili con quellidei corripondenti componenti ESCC Grade 1.PIND e leak test sistematicamente su tutti i componentiermetici con cavità ove non eseguito dal ManufacturerIn caso di utilizzo di component commerciali “non qualificati” (commerciali puri) è richiesto burn in a livello di board/unità


CGS2

Diapositiva 11

CGS2 si potrebbe inserire anche che tipo di burn in andrebbe proposto/fattoCaruso Gianluca ST; 12/11/2019

Selezione dei componentiSelezione dei componentiSelezione dei componentiSelezione dei componenti

Su PLATiNO sono stati adottati i seguenti criteri di selezione:• È possible selezionare component di Grado 1, 2, 3 o

Commerciale (Automotive o commerciali puri) a condizioneche i requisti di radiazione e di affidabilità siano soddisfatti. Per i componenti commerciali puri è necessario presentare un Justification Document al Parts Control BoardJustification Document al Parts Control Board

• Per i connettori alla I/F delle unità sono consentiti solo componenti Grado 1

• Per oscillatori, relay ed ibridi non è consentito l’uso di componenti commerciali

• In generale componenti con MSL>3 secondo J-STD-020 non sono ammessi


Selezione dei componentiSelezione dei componentiSelezione dei componentiSelezione dei componenti

Molti Manufacturer offrono anche versioni EP (Enhanced Product) con • Qualifica AEC-Q• Tracciabilità garantita• Tracciabilità garantita• Singola wafer plant ed assembly site• PCN sistematicheAlcuni Manufacturers utilizzano anche die rad hard in package plastico e garantiscono le prestazioni per TID e SEE


JustificationJustificationJustificationJustification DocumentDocumentDocumentDocument

• Family/ sub-family and part number• Package• Manufacturer• Temperature range• Technology• Procurement specification/Data sheet (revision, date)• Procurement specification/Data sheet (revision, date)• Quality level• Functional description (major parameters for the application)• Lead finish• Moulding compound and characteristics (Tg)• Moisture sensitivity level• Qualification status and Qualification/reliability data• RHA data• Other data


JustificationJustificationJustificationJustification DocumentDocumentDocumentDocument

• Nearest Grade 1, 2 parts alternative back up• Technology comparison versus Grade 1 or 2 equivalent• Ordering information, delivery time, license, distributor• Manufacturer screening & other manufacturer test on procured lot• Manufacturer parts traceability• AOQ/EFR/periodic test• Life cycle maturity• Obsolescence notification policy and status for the selected parts• PCN (manufacturer notification policy and status for the selected

parts)• Justification of the need• Procurement conditions


EvaluationEvaluationEvaluationEvaluation

Nel caso i dati presentati nel JD non siano sufficienti per l’approvazione, si procede con una “Evaluation” del componente che consiste in :• Analisi di Costruzione (CA)• RVT (se applicabile)• RVT (se applicabile)

Sulla base del JD e della CA il PCB (Parts Control Board) decide se siano necessari LAT o test di screening addizionali per il procurement


Analisi di CostruzioneAnalisi di CostruzioneAnalisi di CostruzioneAnalisi di Costruzione

TEST SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 PROCEDURE COMMENTS

External visual

inspection X X X X X

MIL-STD-750 method 2071


MIL specifications are not

fitted to visual inspection of

PED but can be used as

reference (Note 1)

X-ray

inspection X X X X X


MIL-STD-883 method 2012 -

C-SAM test X X X X X ESCC 25200 Only applicable to plastic

package

PIND test

(cavity

package)

X X X X X MIL-STD-750 method 2052



package)

Hermeticity

(cavity

package)

X X X MIL-STD-750 method 1071


Lead finish

analysis and

pure tin

identification

X X

Energy Dispersive X-ray analysis

(EDX), X-ray fluorescence,

Microfluorescence, Differential

Scanning Calorimeter (DSC)

Analysis to identify lead

finish

w.r.t. RoHs problematic

Solderability X X MIL-STD-750 method 2026


NA to packages to be

submitted to retinning

Terminal

strength X X

MIL-STD-750 Method 2036

MIL-STD-883 Method 2004 -

Delidding X X X X - -

Internal visual

inspection X X X X

ESCC 2045000

ESCC 2045010

ESCC 2059000

The die revision shall be

identified and recorded

SEM

inspection X X



To verify the quality of wire

bonding, glassivation

integrity, die interconnect

metallization

Analisi di CostruzioneAnalisi di CostruzioneAnalisi di CostruzioneAnalisi di Costruzione

TEST SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 PROCEDURE COMMENTS

Bond strength

(for wedged

bonding)

X X X


MIL-STD-883 method 2011-

Bond shear

(for ball

bonding)

X X X JEDEC JASD22-B116 -

Glassivation

integrityX X X MIL-STD-883 method 2021

Make sure that the

chemical etchant is

suitable for the

metallization

Die shear test


Die shear test

(cavity

package)

X X X


MIL-STD-883 method 2019-

Package level

cross-

sectioning

X

Micro-sectioning of leads shall

be performed to assess

presence and characteristics of

the under-layer

Including die micro-

sectioning

Visual, SEM

and material

analysis

X - -

Note 1: In addition to MIL specification criteria, inspect for any evidence of:

- Package deformation

- Foreign inclusions in the package, voids and cracks in the plastic encapsulant

- Deformed leads, peeling, blistering or corrosion of finishing

- Legibility and correctness of marking

- Homogeneity of the lot (package level)

ProcurementProcurementProcurementProcurement

Negli ultimi anni è stato osservato unoshortage del mercato dei component passiviautomotive con LT>46 weeks (o in allocazione “perenne” dai distributori per allocazione “perenne” dai distributori per alcuni p/n di resistenze thick film e condesatori ceramici). Su PLATiNO per queste famiglie sono stati utilizzati itradizionali componenti space (RM/CDR)


Pure tinPure tinPure tinPure tin

Ad oggi situazione incerta per possible inserimento del Pb nella listadelle SVHC, ci sono scenari in cui la sunset date per utilizzo Pb sarebbe nel 2024 (worst case)

Componenti con finish in pure tin (Sn) sono consentiti a condizione che1. soddisfino i requisiti di JESD-201 classe 2 (o GEIA-STD-0005-

2/Classe 2B), garantito per i component AEC-Q2/Classe 2B), garantito per i component AEC-Q2. non siano utilizzati in Power Function (Voltage>15V &

Current>2A).Se queste condizioni non sono soddisfatte è necessario implementaredelle mitigazioni, ad esempio:• coating• physical barriers/gap rules• retinning


OutgassingOutgassingOutgassingOutgassing

Secondo uno studio presentato ad ACCEDE 2019 (INTA) che prende in considerazionedati di test su un periodo di molti anni, la maggioranza dei componenti plastici(>90%) maggioranza dei componenti plastici(>90%) rispetta i “tradizionali” requisiti di outgassing (RML<1%, CVCM <0.1%).


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