IEC TC47/SC47D標準體系研究

彭博 崔波 吳亞光 李麗霞 鄭鑌

關鍵詞：IEC TC47/SC47D，半導體器件封裝，標準體系，系列標準

1 IEC TC47/SC47D簡介

在半導體器件的標準化工作中影響最大的國際或國外先進標準組織有國際電工委員會（IEC）、國際半導體設備與材料組織（SEMI）、電子器件聯合工程協會（JEDEC）、歐洲電工標準化委員會電子器件委員會（CECC）等 [1]。

國際電工委員會（IEC）是專門從事電工電子產品標準化工作的國際標準化組織。1961年IEC設立了TC47，即第47技術委員會—“半導體器件標準化技術委員會”，專門從事半導體器件相關的標準制定工作[2]。隨著封裝重要性的不斷提高，于1993年在TC47內成立了半導體器件封裝標準化分技術委員會（SC47D）。

SC47D的工作范圍是制定有關半導體器件封裝的機械和熱方面、封裝組裝技術和測量方法（包括晶圓級封裝）的國際標準。SC47D下設兩個工作組：WG1—封裝外形：負責外形圖和設計指南等方面的標準制定、協調和復審工作；WG2—半導體器件封裝的術語、定義、測試方法和相關要求：負責制定、協調和復審半導體器件封裝的術語、定義、測試方法和相關要求的標準[3]。

截至2022年10月，IEC TC47/SC47D及其工作組共有9個P成員國和18個O成員國。P成員國有：奧地利、巴基斯坦、德國、韓國、比利時、美國、日本、新加坡、中國，現任主席由美國專家擔任，秘書處由日本國家委員會承擔。O成員國有：白俄羅斯、波蘭、丹麥、俄羅斯、芬蘭、法國、荷蘭、捷克、羅馬尼亞、葡萄牙、瑞士、瑞典、泰國、烏克蘭、西班牙、意大利、伊朗、英國。與IEC TC47/SC47D相關聯的國際標準化組織有IEC TC3/SC3D、IEC TC40、IEC TC47/SC47A、IEC TC65/SC65E、IEC TC91和JEITA。

2 IEC TC47/SC47D標準體系

IEC TC47/SC47D發布的現行有效標準共24項，分別由2個工作組承擔制定和維護工作，標準可以分為兩類：第一類是半導體器件的機械標準化，第二類是半導體封裝的熱標準化。IEC TC47/SC47D標準體系架構如圖1所示。

標準制定的年份分布情況如圖2所示，從圖中可以看出，在1993年分技術委員會成立之前，在27年間僅新制定標準共6項，主要為第一類 IEC 60191的第1部分至第6部分標準。2000-2012年新制定標準17項，均為IEC 60191-6的分標準。2013-2020年無新標準制定。2021年新制定1項標準，且開啟了第二類系列標準，即IEC 63378。

2.1 IEC 60191《半導體器件的機械標準化》標準

IEC 60191-1《半導體器件的機械標準化 第1部分：分立器件外形圖繪制的一般規則》規定了分立器件（包括引線數小于8的分立式表面貼裝半導體器件）的外形圖繪制的一般規則，該標準由WG2負責制定和維護。

IEC 60191-2《半導體器件的機械標準化 第2部分：外形尺寸》是IEC自1966年以來出版的活頁出版物，包含了220多張PDF格式的各種封裝外形的圖紙，便于不同國家間封裝外形圖繪制的標準化，目前以數據庫格式提供，該標準由WG1負責制定和維護。

IEC 60191-3《半導體器件的機械標準化 第3部分：集成電路外形圖繪制的一般規則》規定了集成電路外形圖繪制的一般規則，該標準由WG1負責制定和維護。

IEC 60191-4《半導體器件的機械標準化 第4部分：半導體器件封裝外形的分類和編碼體系》規定了半導體器件的封裝外形分類與命名方法，以及為半導體器件封裝生成通用性命名的系統方法，該標準由WG2負責制定和維護。

IEC 60191-5《半導體器件的機械標準化 第5部分：用于集成電路載帶自動焊（TAB）的推薦值》規定了采用載帶自動焊（TAB）作為結構和互連主要構成的集成電路封裝推薦值，該標準適用于制造廠提供給用戶的成品單元，對集成電路（IC）到載帶的互連（內引線焊接）沒有明確要求，該標準由WG1負責制定和維護。

IEC 60191-6《半導體器件的機械標準化 第6部分：表面安裝半導體器件封裝外形圖繪制的一般規則》規定了標準貼裝半導體器件封裝外形圖繪制的一般規則，該標準是對IEC 60191-1和IEC 60191-3的補充，規定了引線數大于或等于8的所有表面貼裝分立器件、以及IEC 60191-4中的“E形式”的集成電路的外形圖繪制的一般規則。IEC 60191-6標準由18個部分組成，18項標準及各部分關系如圖3所示。其中6-13、6-16、6-18、6-19、6-20、6-21和6-22由WG2負責制定和維護，其余標準由WG1負責制定和維護。

2.2 IEC 63378《半導體封裝的熱標準化》標準

IEC TR 63378-1《半導體封裝的熱標準化 第1部分：BGA，QFP型半導體封裝的熱阻和熱參數》是一份技術報告，規定了通常用于BGA和QFP型半導體封裝熱特性的術語和定義、熱參數，以及封裝的使用指南，該技術報告由WG2負責制定和維護。

3 IEC TC47/SC47D標準制定現狀

目前，IEC TC47/SC47D分別在電子封裝模型標準和先進半導體封裝基板、半導體封裝的熱標準方面開展制定工作。

（1）新項目提案：《電子封裝模型指南—XML要求》（Part model guideline for electronic-devicepackages - Part 1： XML requirements） ，于2020年2月由美國提出，該項目被同意作為技術報告提出，美國國家委員會將在2023年第二季度完成技術報告提交。該技術報告主要介紹了在封裝領域，電氣和電子產品中零件制造商與其客戶質檢交互零件數據的要求，其適用于所有形式的電子零件。

（2）新項目提案：IEC 6xxxx Ed.1《先進半導體封裝基板的要求規范：第1部分 封裝基板的回流焊評估測試方法》（Required Specifications of packagesubstrates for advanced semiconductor packaging ： Part1- Current Reflow Evaluation Test Method for PackageSubstrate） ，2022年10月在美國舊金山召開的IECTC47/SC47D WG2工作組會議上，日本國家委員會提出此提案，并計劃做新的系列標準，同時提出后續該系列標準第2部分和第3部分的計劃，計劃第2部分：《封裝基板的可靠性試驗失效分析方法》（IEC 6xxxxx - 2 Part2 Failure Analysis Methods forReliability Test of Packaged Substrates），第3部分：《用于封裝基板可靠性評估的標準基板》（IEC6xxxxx - 3 Part3 Standard Substrates for ReliabilityEvaluation of Package Substrates）回流焊評估測試方法。第1部分計劃于2023年2月完成新工作項目（NP）文件。

（3）正在制定中的IEC 63378-2 ED.1：《半導體封裝熱標準化 第2部分：穩態分析用半導體封裝的三維熱仿真模型》（Thermal standardizationon semiconductor packaging - Part 2： 3D thermalsimulation models of semiconductor packages forsteady-state analysis ），其規定了半導體封裝的三維熱仿真模型，該模型用于電子器件穩態熱流體分析，以準確評估結溫。該標準是由日本國家委員會于2022年3月提出的新工作項目，預計2023年1月完成委員會草案（CD）文件。

（4）正在制定中的IEC 63378-3 ED.1： 《半導體封裝熱標準化 第3部分：瞬態分析用半導體封裝的熱電路仿真模型》（Thermal standardizationon s emiconductor p ackages - P art 3 ： T hermal c ircuitsimulation models of semiconductor packages fortransient analysis ），其規定了單芯片半導體封裝的熱電路網絡模型，該模型用于電子器件瞬態分析，以便在封裝制造前評估芯片結溫。該標準是由日本國家委員會于2021年1月提出的新工作項目，預計2023年1月完成委員會草案（CD）文件。

（5）新項目提案：IEC 63378-4 Ed.1： 《半導體封裝熱標準化 第4部分：用于評估細節距半導體封裝熱特性的印制電路板規范》（Printed circuitboard specifications to evaluate thermal characteristicsof fine pitch semiconductor packages ），該標準主要解決JEDEC標準不適用于細節距半導體封裝熱特性評估的問題，計劃將JEITA對應標準轉化為IEC標準。該標準是由日本國家委員會提出，計劃于2023年2月完成新工作項目（NP）文件。

（6）正在制定中的IEC TR 63378-5 Ed.1：《半導體封裝熱標準化 第5部分：半導體封裝材料的熱導率測試方法和樣品》（Thermal conductivitymeasurement methods and samples for semiconductorpackaging materials ），以技術報告的形式給出熱導率測試指南，通過不同熱導率測試方法，提供與試驗結果最接近的仿真結果。該標準是由日本國家委員會提出，計劃于2023年1月完成技術報告（TR）文件。

（7）新項目提案：IEC 63378-6 Ed.1：《 半導體封裝熱標準化 第6部分：用于結測點瞬態溫度預測的熱阻和熱容模型》（Thermal resistance andcapacitance model for transient temperature predictionat junction and measurement points ），規定了用于在結點和測試點瞬態溫度預測的熱阻和熱容模型，該模型被定義為數字轉換模型。該標準計劃成為《半導體器件封裝電阻和電容的數字變換》（DigitalTransformation of Resistance & Capacitance，簡稱DXRC）系列標準，后續計劃IEC 63378-6-1《使用半導體器件封裝數據表的模型創建方法》（Modelcreation method using a datasheet of semiconductordevice），IEC 63378-6-2《使用半導體器件封裝測量數據的模型創建方法》（Model creation methodusing a measurement data of semiconductor device）。

IEC 63378-6 Ed.1標準由日本國家委員會提出，計劃于2023年1月完成新工作項目（NP）文件。

（8）準備中的新提案 IEC 63378-7 Ed.1：《半導體封裝熱標準化 第7部分：半導體封裝熱仿真和簡化熱模型的背景和術語》（Backgroundand glossary of thermal simulation and compact thermalmodels on semiconductor packaging），本標準規定半導體封裝中三維熱仿真簡化模型的原理和技術背景，以及通過術語表來明確簡化模型的不同類型和作用。該標準是由日本國家委員會提出，計劃于2023年作為新項目提案。

4 標準趨勢分析及國內采標情況

2022年10月31日至11月3日第86屆IEC大會在美國舊金山召開，期間IEC TC47/SC47D召開了全體會議及其工作組會議，在IEC TC47/SC47D會議上，完成下一屆主席人員調整，新一屆主席仍由美國專家擔任，新一屆主席提出當涉及半導體封裝及其材料（尤其是封裝基板）的評估方法時，將著重考慮與IPC的關系。

5G、人工智能、物聯網等技術的飛速發展，對半導體封裝的要求越來越高。目前半導體工藝正在接近其物理極限，多年來遵循的摩爾定律（Moore's Law）特征尺寸等比例縮小原則已不能滿足半導體技術的發展需要，因此提出了“延續摩爾”（More Moore）和“超越摩爾”（More thanMoore）的技術發展方向。封裝作為超越摩爾定律的重要技術，也迎來了新的發展時代與新的挑戰，如：散熱技術、系統集成技術、嵌入式技術和新材料技術，從目前世界各國對封裝熱標準和先進封裝標準的關注可以看出，標準的制定趨勢與封裝發展趨勢一致，同時也將會給現行的半導體封裝標準體系帶來較大的變革。

IEC TC47/SC47D系列標準在國內以等同采用國家標準為主，采標情況見表1，從表中可以看出，已采標率16.7%，后續仍需要加大采標力度，鼓勵開展國際封裝標準的轉化和研究工作。

此外，技術標準化也是技術水平的體現，現行及在研中IEC TC47/SC47D系列標準暫無我國牽頭起草制定的標準，作為半導體封裝大國，亟需突破目前標準跟研的狀態，制定封裝標準化策略，配置相應的資源，從半導體封裝行業整體發展考慮，系統管理、重點突破重大封裝技術標準，填補國際封裝標準空白。

5 結語

中國在半導體器件封裝領域有基礎優勢，在先進封裝研發和產業化方面也取得了較大成果，我國應密切關注國際封裝標準趨勢，積極參與國際標準制定，適時將國內封裝技術領域的設計、工藝、材料、產品及其可靠性等方面的科研成果轉化為國際標準，實質性參與國際標準化工作，推動、引領國際半導體封裝產業的快速、有序發展。