电子封装技术专业教学改革与实践

张 亮，郭永环，何成文

（1.江苏师范大学 机电工程学院，江苏 徐州221116；2.美国加州大学 洛杉矶分校 材料科学与工程系，美国洛杉矶CA90095）

电子封装技术专业教学改革与实践

张 亮1，2，郭永环1，何成文1

（1.江苏师范大学 机电工程学院，江苏 徐州221116；2.美国加州大学 洛杉矶分校 材料科学与工程系，美国洛杉矶CA90095）

随着电子产品微型化的发展，电子封装技术成为电子工业中的关键制造技术之一。与之相匹配的人才的教育与培养成为该领域的重要研究课题。探讨国内在电子封装技术专业教学改革与实践，发现本专业应该从前沿封装技术、实际广泛应用的封装技术、以及与之关系密切的制造技术三方面培养专业性人才，使学生能够对目前工业中封装技术的应用有着较为全面的认识和扎实的基础。

制造技术；教学改革；封装技术

0 前言

随着便携式电子产品的广泛应用，电子产品的制造技术也日新月异，其中封装技术扮演着非常重要的角色。由于芯片集成化的快速发展，封装技术也因此成为制造技术的关键技术之一[1-2]。

目前，学校培养的电子封装专业的学生专业基础多是焊接技术、金属材料以及工程力学等。为了适用工业的发展需求，国内很多单位开始培养电子封装技术的专业人才，例如哈尔滨工业大学、北京工业大学、南京航空航天大学主要是从焊接专业学生开始培养电子封装的知识，学生学习更多的是无铅焊点、无铅钎料、金丝键合、回流焊接等，主要还是局限于装联的层面上。桂林电子工业大学的电子封装培养的学生主要是针对球栅阵列焊点可靠性的表面组装。而浙江工业大学的电子封装主要是从力学角度分析器件在一定载荷作用下的应力-应变，最终的疲劳可靠性的研究仍落在焊点上。而电子封装远非局限这些，还包含电-磁-热、晶圆-器件-制程、树脂-金属-玻璃等，但是由于学校研究设备的不足，也很难进行全方位专业教学，很难让学生对电子封装有比较直接和感观上的认识。

为了使学生能够较为深入地了解和认识电子封装专业，并且掌握专业的知识，能够良好地运用于电子工业，电子封装专业需要进行深入的专业教学改革与实践。在此主要是从前沿封装技术、实际广泛应用的封装技术、以及与之关系密切的制造技术三方面介绍专业性人才的培养。

1 前沿封装技术

工业中关于电子封装较为新兴的材料与技术学校很难获得参观的机会，主要是因为企业保密的缘故，因此也给学校教学带来较大的困难。在电子工业中，由于电子产品的小型化和多功能化的发展，迫使微小的芯片完成巨大的功能。因此芯片也逐渐从2D封装向3D封装转变[3]。3D封装目前已经在Intel和IBM等单位进行研究并且已经在电子工业中使用。图1为典型的3D封装结构。因此需要进行电子封装专业教学的老师可以对3D封装进行知识的搜寻、探讨和教学。对该部分的教学，由于属于最新的工业成果，很难给学生比较直观的认识，可以采用制作小型动画和示意图的方式让学生有比较直观的认识，同时教学生自己动手做一些这方面的模拟设计，即采用工业设计中的CAD、UG等软件进行模拟，然后制成3D封装卡片或者示意动画，加深学生对该部分内容的深入了解，只有这样才能让学生对该领域有较为显著的认识。

图1 典型的3D封装结构

对于封装技术的前沿知识，应该需要专业性较好、并且习惯于探索新型技术的教师来担任教学。因为搜索新型技术和设计前沿技术的学习方法需要花费大量的时间，同时也需要对电子工业教学具有浓厚的兴趣。同时，为了培养学生对前沿知识的兴趣，可以从大学生创新设计开始，选择一些前沿封装技术，通过老师和学生的通力合作，提出自己的想法。还可以结合一些具有一定实力的企业进行合作，共同进行前沿封装技术的探讨。让学生在实践中理论结合实际，发挥自己的主观能动性。

前沿电子封装技术对于在校学习的学生来说具有较高的实用价值，因为学生如果在该领域具有较深入的认识和了解，进入企业以后就可以直接从事一些比较前沿的封装技术。而非像现在大多数的毕业生进入企业对一些前沿的技术一无所知，出现对新型技术缩手缩脚的现象。因此，在培养学生的时候，前沿封装技术对学生的未来职业生涯有着巨大的影响。

2 电子封装技术的基础知识

封装技术随着时间的发展也有巨大的变化，如图2[4]所示。电子器件逐渐由插装器件向四边器件以及表面组装器件方向发展。尽管芯片的尺寸越来越小，但是工厂比较实用的还是一些最基础的工艺。打开电脑主机会发现插装器件在一块电路板上仍然占据着较高的百分比，而表面组装器件例如BGA也只有为数较少的几块。因此，在电子封装技术专业的教学中，电子封装专业技术的基础知识仍然是教学的重点。

图2 30年以来功率半导体器件封装技术的发展

为了更为有效的进行专业教学，可以从以下几个方面对学生进行教学：（1）培养学生的兴趣。学生的兴趣可以让学生更轻松有效地进行专业技术课程的学习。因为一般工科课程对于学生来说枯燥乏味，以至于很多工科生在自己毕业时，对专业技术知识知道之甚少，进入企业时更是“一片茫然”。培养学生的兴趣可以从计算机模拟设计和工业案例开始。在教学的过程中让学生做一些工业上的计算机模拟，计算机模拟目前已经广泛应用于电子封装领域[5-6]，把模拟结果做成小动画，可以让学生有比较直观的了解。工业案例也是培养学生兴趣、加深学生记忆较好的方法，实际的案例的影响力远比照本宣科更有影响力。（2）大学生进入老师的实验室进行一些试验。通过老师带领学生进入自己的实验室进行一些专业性的试验，一方面进行试验，一方面给予一些讲解。在试验的过程中对专业知识有实践中的印证，对于学生试验，不应该是大批量的学生同时试验，因为大批量的学生进行试验，很难做到人人动手。分小批量的学生进行试验，让学生从试验设计到试验现象以及试验结果进行有机的进行组合分析，加深书本知识的了解。（3）小规模企业实习。企业实习对于工科学生非常重要，而现在国内高校在这方面做的明显不足，每年约有3周的企业实习，其实就是带领学生到固定的企业进行参观，很难让学生自己动手，因此最后的学生的收效甚微。电子封装类的企业很多，通过学校、学院或者老师联系一些企业，送小批量的学生进行真实意义上的企业实习，到企业一线了解一些实际的工艺。

同时在专业性的教学中，老师准备一些“工业标本”，即为一些基本电子封装器件的剖面样品，让学生能更直观的了解电子封装器件的各部分组成，同时也更为有利于老师的讲解。

3 电子封装技术与之相关的制造技术

随着电子工业的发展，电子封装技术获得长足的发展，电子封装技术的发展很多也得益于相关技术的发展，例如激光技术、焊接技术、可靠性、新材料合成、测试技术、封装设备等。新型制造技术的革新可以为电子封装技术领域带来新的进步。

在高校开设的课程中，对于电子封装技术专业，涉及到的学科基础较多，因此在开设电子封装专业的同时，需要开设很多相辅助的课程。如焊接技术，电子封装中用到了很多关于软钎焊技术的知识，为了进一步提高焊点可靠性，以及对于一些具有形状较为复杂形状的器件，可以采用激光软钎焊技术[7]，因此软钎焊和激光技术的课程也成为电子封装技术中较为重要的部分。

对于电子封装还用到了很多的热学、电磁学的知识，为了更好分析封装结构的可靠性，ANSYS、Marc等有限元软件也得到广泛应用，图3[8]为倒装封装芯片表面温度分布，可以通过软件分析封装结构中热、电磁等。在电子器件封装机构设计中CAD和UG软件也是常用的软件。计算机软件的更新换代也促进了电子封装技术在设计和可靠性方面获得更为方便的应用。

图3 芯片表面的温度分布

4 结论

电子封装技术的日新月异也带来了专业人才的大量需求，因此专业性人才的培养成为目前较为重要的任务。主要通过前沿封装技术、封装技术的基础知识和相关的制造技术三方面进行分析探讨电子封装专业的教学改革与实践，努力为国内培养一流的电子封装技术人才。

[1] Lee S W R，Zhang Z，Chen K，et al.Emerging trend for LED wafer level packaging[J].Frontiers of Optoelectronics，2012，5（2）：119-126.

[2]Benfield D，Lou E，Moussa W A.A packaging solution utilizing adhesive-filled TSVs and flip-chip methods[J]. Journal of Micromechanics and Microengineering，2012，22（6）：065009.

[3] Tu K N，Hsiao H Y，Chen C.Transaction from flip chip solder joint to 3D IC microbump:its effect on microstructure anisotropy[J].MicroelectronicsReliability，2013，53（1）：2-6. [4]褚华斌，胡俊，陈素鹏.表面贴装功率MOSFET封装技术研究进展[C].全国半导体器件技术研讨会，2010.

[5]张亮，薛松柏，禹胜林，等.有限元模拟在微连接焊点可靠性研究中的应用[J].电焊机，2008，38（9）：13-21，72.

[6]张亮，郭永环，何成文，等.WLCSP器件结构优化模拟及无铅焊点可靠性[J].焊接学报，2012，33（7）：53-56.

[7]Marinov V R，Swenson O，Atanasov Y，et al.Laser-assisted ultrathin die packaging:insights from a process study[J]. Microelectronic Engineering，2013（101）：23-30.

[8] Lu X N，Shi T L，Xia Q，et al.Thermal conduction analysis and characterization of solder bumps in flip chip package[J]. Applied Thermal Engineering，2012（36）：181-187.

Teach innovation and practice of electronic packaging specialty

ZHANG Liang1，2，GUO Yonghuan1，HE Chengwen1
（1.School of Mechanical&Electrical Engineering，Jiangsu Normal University，Xuzhou 221116；2.Department of Materials Science and Engineering，University of California，Los Angeles CA90095）

With the development of electronic devices miniaturization，the electronic packaging technology has been become the critical manufacturing technology.And the related training and education of the professionals become the important task in the field. In order to discuss the teach innovation and practice of electronic packaging specialty，three aspects including frontier packaging technology，practice packaging technology used extensively，and the related manufacturing technology should be followed to educate the professional，which can make the students have comprehensive understand the application of the electronic packaging technology in industry and have solid foundation in this field.

manufacturing technology；teach innovation；packaging technology

TG40

：B

：1001-2303（2015）10-0047-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.10.10

2014-05-09；

：2015-01-20

江苏省自然科学基金项目(BK201244)；江苏省高校自然科学基金项目（12KJB460005）；江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室开放研究基金资助课题（JSAWS-11-03）

张 亮（1984—），男，副教授，导师，博士，主要从事钎焊材料、微电子封装材料与技术、焊点可靠性的研究，发表论文40余篇。