电子封装可靠性课程教学改革探索与实践

卢向军 张勇

[摘 要] 结合电子封装技术的专业内涵，对电子封装可靠性课程进行定位探讨，确定其教学培养目标，完善教学大纲。针对学校亲产业和服务地方的定位，优化了可靠性相关的课程内容，构建了多层次的电子封装可靠性课程实践，探索以研促教、以教带研、教研育人，以有效提高教学的实际效果。

[关键词] 电子封装;可靠性;集成电路;教学改革

[作者简介] 卢向军（1982—），男，湖南临武人，工学博士，厦门理工学院材料科学与工程学院副教授，硕士生导师，主要从事电子产品可靠性研究;张 勇（1974—），男，湖北天门人，工学博士，厦门理工学院材料科学与工程学院副院长，副教授，硕士生导师，主要从事纳米材料研究。

[中图分类号] G642.1    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）36-0181-02    [收稿日期] 2020-05-11

目前国内高校培养全方位适应电子封装制造人才的专业起步不久，我国每年对电子封装技术专业本科层次的人才需求存在巨大缺口。目前国内有华中科技大学、江苏科技大学、厦门理工学院等11所高等院校开设电子封装技术专业。厦门理工学院2010年依托材料成型及控制专业招收电子封装技术方向本科生，2011年正式获教育部批准招生，专业挂靠材料科学与工程学院[1]。

作为电子信息类特设专业，如何基于学校的办学定位，服务于国家和地方产业发展，对电子封装技术专业课程体系建设和特色课程的教学内容选取提出了更高要求[2]。笔者根据五年来的教学实践活动和毕业生的走访反馈，结合在厦门理工学院电子封装技术专业的课程教学工作，以电子封装可靠性这一专业主干课程为例，就如何开展电子封装技术专业的课程教学进行探讨。

一、电子封装可靠性课程教学现状分析

电子封装技术以裸芯片为对象，采用引线键合技术、塑料封装或陶瓷封装技术对其电气连接和机械保护，实现电子元器件的生产和制造。目前各开设院校根据自身学科建设需要将电子封装技术专业归为不同的学科大类，部分将其纳入材料加工类学科，有些将其纳入机电工程学科[3]。但开设电子封装技术专业的高等院校均将电子封装可靠性列为专业必修课，课程任务是使学生掌握电子封装、组装过程及使用过程中的缺陷和失效，失效分析技术和可靠性试验等与封装可靠性相关的知识。

基于我校应用型本科院校的定位和厦门及其周边地区电子信息产业的发展，为了能够使毕业生有较好的就业前景，电子封装技术专业培养目标定位于培养满足集成电路/LED制造封装、微系统集成、整机组装等微电子制造封装和电子材料制备领域产业需求的高素质创新人才，并将电子封装可靠性作为一门64学时的专业主干课，含32学时的理论课和32学时的实验课。根据教学培养计划在大四上学期开设，为微系统封装基础、微电子概论、光电子器件与封装技术、微连接原理等课程的后续课程，是对上述课程涉及的封装结构设计、封装工艺技术、封装材料的特性以及使用环境等内容的质量控制总结。

为了紧盯培养目标，突出学科重点，电子封装可靠性课程教学大纲讲授内容涵盖了电子封装的主要失效形式和失效机理、仿真分析与寿命预测、工艺可靠性试验、工艺失效分析以及专项工艺可靠性问题。在授课中尽量删除烦琐的理论推导，如焊点疲劳寿命预测模型和多因素环境电子产品寿命预测等。对与其他课程有重复的内容也做了相应的调整淡化，如扫描电子显微镜技术和电子束测试技术在失效分析中的应用。另外还增加一些热门专题，如SIP和QFN等先进封装的可靠性及国际国内可靠性标准等，并通过图片及相关视频展示实例，拓宽学生对新兴先进封装可靠性的了解。

二、专业特色和产业发展，优化教学内容

在专业发展初期，针对厦门市作为国家四大光电产业基地和国家半导体照明工程产业化基地，拥有大量光电显示、LED照明和平板显示面板及模组等相关企业的现状，在专业培养方案中引入了光电子器件与封装技术、LED照明技术、LED照明设计与施工等课程，以服务于厦门及周边地区产业发展。因此在以往电子封装可靠性课程实例中偏向于LED外延芯片、LED发光二极管和光电显示器等光电器件封装的可靠性，使学生掌握了光电芯片、光电器件和封装工艺等方面的失效形式与失效机理、可靠性试验和工艺失效分析方法，提高了学生的就业竞争力。

以《国家集成电路产业发展推进纲要》等一系列政策的落地实施以及国家集成电路产业投资基金开始运作为标志，带动了集成电路市场的投资热潮。厦门依据毗邻台湾的区位优势，也将集成电路产业作为重点发展方向，目前已聚集了200多家集成电路制造相关企业。秉持专业服务行业与地方经济的办学理念，在现有理论课程中重点从封装材料、封装形式和使用环境等方面就集成电路封装可靠性进行讲授，并介绍了圆片级封装、系统级封装和3D封装等新工艺与新技术的可靠性问题。实践课内容也进行了调整，删掉了LED发光材料和LED芯片相关可靠性实验，新增了集成电路引线键合力、焊接球焊接力测试和集成电路开封等实验。将微系统封装基础、微连接原理和电子封装材料及其制备工艺等课程中与可靠性有关的课内实验调整至电子封装可靠性综合实验课中。实践教学方式也进行了调整，从先前的课内实验一课一师变为一课多师，实施一岗多师的团队教学。实验课时采用分组教学（5～7人/组）、组间大循环、组内小循环的轮岗实训制。

三、产学结合，构建多层次电子封装技术可靠性实践

鉴于封装测试工艺及其可靠性的实训平台建设费用极高，养护成本也高，学校无力承建，除金相切片分析、可焊性测试、推拉力可靠性和塑封集成电路开封等电子封装可靠性实验在校内实训平台进行外，其他相关实训和实践在电子制造公司或从事芯片封装测试的实体进行，如在厦门市集成电路公共服务平台进行X射线分析技术、声学显微镜分析技术和染色与渗透技术实践，在通富微电子、士兰微和三安集成电路等企业进行芯片破裂、不均匀封装、不完全固化、引线变形和分层等封装缺陷和失效实践，使学生了解和初步掌握电子封装的制造缺陷与使用失效特性、失效分析技术和可靠性试验的基本原理、工艺控制方法和特性参数的测试分析等。

为与产业结合，近年来学生在企业开展校外毕业论文/设计的数量日益增多。电子封装技术专业采用校企合作的毕业设计指导模式，让学生到企业中实践电子封装可靠性内容。如在厦门市集成电路公共服务平台进行扫描电子显微镜在芯片失效分析的应用和芯片封装結构分析和拆解，在三安集成电路公司进行电子产品失效定位分析方法研究和镀覆孔开路失效分析技术等与电子封装可靠性有关的毕业论文/设计。

四、以科研促教学，以教学带科研，教研育人

近年来电子封装技术团队推进产学研用深度结合，加快科技成果转化，教学中始终紧紧结合研究成果对学生进行启迪讲解，激发学生的求知欲和创新应用能力，取得福建省科技进步二等奖1项、三等奖2项，第十四届福建青年科技奖1项，厦门市专利奖二等奖1项，漳州市科技进步奖二等奖和三等奖各1项，1项产品获国家重点新产品称号。“基于物联网的智能LED隧道灯”“基于智能化控制和叉排散热技术的LED路灯”和“大功率LED灯制造关键技术的研究及智能化控制”等获奖项目，“基于老化机理的超级电容器健康状态预测研究”和“网络互联结构的碳纳米管铜基复合材料制备及其热传导机制”等国家级科研项目中与电子封装可靠性相关的研究内容均有学生参与，并将电子封装可靠性有关的科研内容紧密结合学生毕业论文/设计，不仅给学生在专业技术知识方面给予诸多指导，还在沟通管理、科学素养和职业规范等方面给予启迪。近年来学生参与申请与可靠性相关的专利5项，发表论文13篇。

参考文献

[1]史郁，谢安，张旻澍.普通本科高校应用型人才培养体系改革研究—以电子封装技术专业为例[J].长春教育学院学报，2014，30（6）.

[2]周龙早，吴丰顺，吴懿平.电子封装技术本科专业的建设与实践[J].高教论坛，2018，（4）.

[3]胡庆贤，董再胜，王凤江，等.电子封装技术专业人才培养体系的构建[J].2011，10（11）.