IEC 62047-382021 半导体器件.微机电器件.第38部分MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度的试验方法标准立项发展报告

半导体器件微机电器件第38部分：MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SemiconductorDevices-Micro-electromechanicalDevices-Part38:TestMethodforAdhesionStrengthofMetalPowderPasteinMEMSInterconnection摘要随着微电子机械系统（MEMS）技术在消费电子、汽车电子、生物医学及航空航天等领域的广泛应用，MEMS器件的可靠性与互连工艺质量日益成为制约产业发展的关键技术环节。金属粉末膏体作为MEMS互连工艺中的重要材料，其粘附强度直接决定了器件封装质量与长期可靠性。国际电工委员会（IEC）于2021年发布的IEC62047-38:2021《半导体器件微机电器件第38部分：MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度的试验方法》标准，为MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度的测试提供了统一的国际技术规范。该标准填补了MEMS互连工艺中材料粘附性能测试领域的国际标准空白，为全球MEMS产业提供了可重复、可比较的测试方法。本报告对该标准的立项背景、技术内容、适用范围及产业价值进行系统分析，并对标准实施应用与未来发展趋势进行展望。报告指出，该标准的发布实施将有力推动MEMS器件制造工艺的标准化进程，促进产业链上下游的技术协同与质量提升，对我国MEMS产业对标国际先进水平、深度参与国际标准制定亦具有重要的参考意义。关键词：微机电器件；金属粉末膏体；粘附强度；互连工艺；国际标准；IEC62047；试验方法一、标准立项背景与意义1.1MEMS产业发展与标准化需求微电子机械系统（Micro-ElectromechanicalSystems，MEMS）是将微电子技术与机械加工技术融合而成的尖端技术领域，其通过微纳制造工艺在硅片等基材上集成微型机械元件、传感器、执行器与电子控制电路。MEMS器件以其微型化、集成化、批量化生产等显著优势，已广泛应用于汽车安全气囊加速度计、智能手机陀螺仪、压力传感器、喷墨打印头、微流控芯片、射频开关及光通信器件等众多产品中。据市场研究机构预测，全球MEMS市场规模在2025年已突破200亿美元，年复合增长率保持在10%以上的稳健水平。随着MEMS器件应用场景的持续拓展和性能要求的不断升级，器件的互连与封装环节在整个制造流程中的重要性日益凸显。互连工艺的质量直接影响信号的传输完整性、器件的机械强度以及长期服役可靠性。在MEMS封装的多种互连技术中，金属粉末膏体（MetalPowderPaste）因其良好的导电性、导热性及工艺适应性，被广泛用于导电粘接、通孔填充、焊盘制备及三维集成等关键环节。然而，不同供应商、不同配方及不同工艺条件下制备的金属粉末膏体，其粘附性能存在显著差异，而缺乏统一的测试评价方法严重制约了材料的选型认证、工艺优化及质量管控。1.2国际标准立项的必要性在IEC62047-38:2021发布之前，MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度的评价主要依赖各企业自有的内部测试方法或其他行业的相关标准，尚未形成针对该特定应用场景的国际统一规范。这种标准化缺失带来了以下几方面突出问题：其一，由于不同企业采用的测试样品制备方法、加载方式及数据处理方法存在差异，导致同类材料在不同实验室间的测试结果缺乏可比性，给材料供应商与器件制造商之间的技术交流与贸易往来设置了障碍；其二，缺乏统一的标准试验方法使得新型金属粉末膏体材料的研发缺乏明确的性能评价基准，不利于材料创新和工艺进步；其三，从产业宏观角度来看，MEMS互连工艺的标准化是产业链协同发展的重要技术基础，面对日益激烈的国际竞争，制定并推行统一的国际标准已成为产业健康发展的迫切需求。在此背景下，国际电工委员会电子元件质量评定体系（IECQ）框架下的MEMS标准化工作进入加速推进阶段。IEC62047系列标准由IEC/TC47（半导体器件技术委员会）下设的WG4工作组（MEMS工作组）负责制定，该系列标准从术语定义、材料规范到测试方法逐步建立起了覆盖MEMS器件设计、制造、测试与可靠性评价的系统标准体系。IEC62047-38:2021正是该系列标准中针对互连材料粘附强度测试方法的重要组成标准。二、标准主要内容与技术解析2.1标准基本信息IEC62047-38:2021《半导体器件微机电器件第38部分：MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度的试验方法》由国际电工委员会于2021年6月23日正式发布，标准语言为英语，归类为其他半导体分立器件领域。该标准属于IEC62047系列标准框架下针对MEMS互连工艺中材料性能测试方法的分标准，旨在规范金属粉末膏体在MEMS互连应用中粘附强度的试验评价方法。标准规定了适用于MEMS互连结构中金属粉末膏体粘附强度的试验方法，涵盖了试验原理、样品制备、试验装置、试验条件、试验步骤、数据处理及结果报告等完整的技术要素，为MEMS器件制造商、材料供应商及第三方检测机构提供了统一规范的技术依据。2.2技术内容框架IEC62047-38:2021所规定的粘附强度试验方法，其技术内容框架主要包括以下核心模块：试验原理方面，标准确定了基于剪切（或拉伸）加载模式的粘附强度测定原理。试验通过对标准试样中的金属粉末膏体粘附界面施加可控的机械载荷，记录界面发生失效时的临界载荷值，并依据粘附面积计算粘附强度值。这一原理在力学测试领域具有成熟的科学基础，能够准确反映膏体材料与基体之间的界面结合质量。样品制备方面，标准对试验样品的基体材料、尺寸规格、表面处理方式以及金属粉末膏体的涂覆工艺、固化条件等进行了规定。标准要求样品制备需与实际生产工艺条件保持一致或具有代表性，以保证试验结果能够反映真实应用场景下的粘附性能。同时，标准对样品数量给出了最低要求，以保证试验结果的统计有效性。试验装置方面，标准对拉力试验机（或专用粘附强度测试仪）的载荷量程、加载速率、夹具设计要求及测量精度等做出了明确规定，以确保测试设备能够满足不同粘附强度范围样品的测试需求，同时保证各实验室间测试数据的可比性。试验条件与步骤方面，标准规定了标准大气条件下的测试环境要求，以及详细的装夹操作程序、加载速率选择和失效模式观察记录要求。这些细化的规定最大限度地降低了人为操作因素对测试结果的干扰，提升了试验方法的可操作性和重复性。数据处理与结果报告方面，标准给出了粘附强度的计算方法、有效数据的取舍规则、异常值的判定标准以及试验报告的规范格式要求。标准明确要求试验报告应记录样品信息、试验条件、失效模式（如粘附失效、内聚失效或混合失效）等关键信息，为数据的可追溯性和结果的多维分析提供了保证。2.3与其他标准的关系IEC62047-38:2021为IEC62047系列标准中专门面向互连材料粘附强度测试的方法标准。该系列中，IEC62047-1规定了MEMS器件的术语定义，IEC62047-2等标准涉及材料的力学性能测试方法，IEC62047-20系列关注MEMS器件的可靠性试验方法。本标准与上述标准共同构成了一套从术语定义、材料表征到器件试验的完整标准链，在术语使用、试验条件设定及数据表达方式上保持了良好的一致性和衔接性。需要指出的是，该标准与ISO4587（胶粘剂-刚性对刚性粘接组件拉伸搭接剪切强度的测定）等传统胶粘剂测试标准在原理上存在一定关联，但IEC62047-38:2021针对MEMS互连中金属粉末膏体的特殊性——包括微尺度几何特征、基体材料多样性（硅、玻璃、陶瓷及金属等）以及工艺条件的特殊性——进行了针对性的技术规定，体现了MEMS领域专用标准的不可替代性。三、主要参与编制单位与机构3.1国际电工委员会本标准由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）归口管理。IEC成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域的国际标准化工作。IEC下设的技术委员会（TC）和分技术委员会（SC）体系覆盖了从发电、输配电到各类电子元器件与系统的广泛领域。截至2025年，IEC拥有80多个成员国，累计发布国际标准超过8000项，其标准体系被全球绝大多数国家的认证认可体系所采纳，对全球电工电子产业的发展具有深远影响。3.2IEC/TC47与WG4工作组本标准的技术归口单位为IEC/TC47（半导体器件技术委员会），具体起草工作由TC47下设的WG4工作组（MEMS工作组）承担。IEC/TC47成立于上世纪50年代末期，是IEC中负责半导体器件标准化工作的核心技术委员会之一。其工作范围涵盖分立半导体器件、集成电路、MEMS器件及相关材料的术语、符号、特性、测试方法与可靠性等各个方面。3.3中国参与情况与重点单位我国作为IEC的积极成员国和TC47的重要参与方，在IEC62047-38:2021的制定过程中发挥了重要的建设性作用。国内参与该标准工作的主要单位包括中国电子技术标准化研究院（CESI）、工业和信息化部电子第五研究所（中国赛宝实验室）以及国内多所高校和MEMS骨干企业的专家学者。他们通过中国国家委员会（SAC/TC78全国半导体器件标准化技术委员会）的组织渠道持续参与标准的各阶段文件评议工作，将我国在MEMS互连工艺和可靠性评价领域积累的实践经验和技术见解反馈到国际标准制定工作中。其中，中国电子技术标准化研究院是我国电子信息领域标准化工作的国家级核心研究机构，长期从事半导体器件领域的标准研究、制定与验证工作。该院在MEMS标准领域积累了深厚的技术基础，牵头或参与制定了多项MEMS国家和行业标准，并在IEC/TC47体系中代表我国承担相应的标准化事务。在本标准的制定过程中，该院组织国内相关企事业单位对标准草案进行了系统研究和实验验证，为保证标准技术内容的科学性、合理性及在我国的适用性提供了有力支撑。同时，该院在标准发布后积极推动其在我国的宣贯实施和转化应用，促进我国MEMS产业对标国际先进水平。此外，国内在MEMS封装与测试领域有深厚积累的重点研究机构和企业，如中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中电科十三所、苏州敏芯微电子技术股份有限公司等，也通过技术研讨和试验验证等多种方式参与了相关支撑工作，共同推动了该标准技术内容的持续完善。四、标准实施应用与产业影响4.1标准的技术促进作用IEC62047-38:2021的发布为MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度的评价提供了科学的统一标尺。该标准的实施将从以下方面发挥重要的技术促进作用：首先，统一的试验方法为不同材料体系之间的性能对比提供了可靠的平台，有助于MEMS器件制造商在产品设计选型阶段更高效地评估不同供应商的金属粉末膏体材料，降低选型盲目性和试验成本；其次，标准化的测试方法能够为金属粉末膏体材料的工艺优化提供明确的性能反馈，引导材料供应商针对粘附性能开展定向改进；再次，从可靠性角度而言，粘附强度作为MEMS互连结构的重要力学性能指标，其标准化测试也为器件的可靠性评估和寿命预测提供了基础数据支撑。4.2对产业生态的影响从产业链视角来看，该标准的实施正在对MEMS产业的生态系统产生深远的积极影响。对于上游材料供应商而言，标准提供了产品性能表征的统一语言，有助于规范市场秩序和营造公平竞争环境。对于中游器件制造商而言，标准作为供应链质量管控的有效工具，能够帮助企业在材料进货检验、工艺验证和产品出厂检验等环节建立规范的技术指标体系。对于下游应用端用户而言，器件互连粘附性能的可靠评价最终为终端产品的长期稳定运行提供了有力保障。在合格评定与认证认可领域，该标准的启用为第三方检测机构开展金属粉末膏体粘附强度的委托检测和能力认可提供了明确的技术依据。随着国际电工委员会电子元件质量评定体系（IECQ）对MEMS领域认证范围的持续扩展，该标准预计将在全球范围内被纳入相关产品认证方案，进一步强化其作为国际贸易中技术通行证的地位。4.3我国产业的对标与应对对于我国MEMS产业而言，IEC62047-38:2021既带来了技术对标和贸易便利的机遇，也提出了在标准应用与实施能力方面的挑战。当前我国正处在MEMS产业快速发展的关键时期，据中国半导体行业协会数据，2024年中国MEMS市场规模已超过1200亿元人民币，且保持快速增长态势。但与此同时，国内在MEMS标准化体系建设方面与产业规模和发展速度相比仍存在一定的滞后，特别是在从器具设计到可靠性评价的全链条标准覆盖方面，标准的系统性、先进性和国际化程度仍需持续提升。面对这一形势，国内相关标准化技术机构和企业应当从以下方向积极应对：一是加快对该国际标准的研究与转化，适时推动采用为国家标准或行业标准，使国内企业能够在统一的技术规范下开展生产与贸易活动；二是加强MEMS互连材料与工艺领域的标准化技术研究投入，提升自主创新能力，为后续国际标准的制修订贡献更多中国方案和智慧；三是培育和强化第三方检测机构在该领域的测试服务能力，构建完善的标准验证和技术服务体系。五、结论与展望IEC62047-38:2021《半导体器件微机电器件第38部分：MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度的试验方法》是MEMS互连工艺标准化领域的一项重要国际标准成果。该标准的制定基于全球MEMS产业对互连材料性能测试方法统一化的迫切需求，在IEC/TC47/WG4工作组的组织下，汇集了各成员国专家的技术智慧，经过严谨的标准化程序制定完成。标准为MEMS互连中金属粉末膏体的粘附强度评价提供了系统完整且具有良好可操作性的试验方法，有效填补了该细分领域国际标准的空白。展望未来，随着MEMS器件向更高集成度、更多功能集成和更广泛应场景的方向持续演进，金属粉末膏体材料体系也将不断丰富和优化。该标准在实施过程中将根据产业技术发展和应用反馈适时进行修订与完善，以持续保持其技术先进性和适用性。同时，值得注意的是，随着先进封装和异构集成技术的迅速发展，MEMS互连工艺将面临更多新型材料和新型结构的挑战，这将对粘附强度测试方法提出更高的要求，也为后续相关标准的制定和升级指明了方向。对于中国MEMS产业而言，积极采用和深度参与该类国际标准既是对产业技术能力的有力促进，也是提升国际竞争力的重要途径。唯有在标准领域实现从追随者到贡献者的角色转换，中国的MEMS产业才能真正在全球产业链中占据优势地位，实现从制造大国向制造强国的实质性跨越。参考文献[1]IEC62047-38:2021,Semiconductordevices-Micro-electromechanica