電子封裝可靠性課程教學(xué)改革探索與實踐

盧向軍 張勇

[摘 要] 結(jié)合電子封裝技術(shù)的專業(yè)內(nèi)涵，對電子封裝可靠性課程進行定位探討，確定其教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，完善教學(xué)大綱。針對學(xué)校親產(chǎn)業(yè)和服務(wù)地方的定位，優(yōu)化了可靠性相關(guān)的課程內(nèi)容，構(gòu)建了多層次的電子封裝可靠性課程實踐，探索以研促教、以教帶研、教研育人，以有效提高教學(xué)的實際效果。

[關(guān)鍵詞] 電子封裝;可靠性;集成電路;教學(xué)改革

[作者簡介] 盧向軍（1982—），男，湖南臨武人，工學(xué)博士，廈門理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事電子產(chǎn)品可靠性研究;張 勇（1974—），男，湖北天門人，工學(xué)博士，廈門理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事納米材料研究。

[中圖分類號] G642.1 ? ?[文獻標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）36-0181-02 ? ?[收稿日期] 2020-05-11

目前國內(nèi)高校培養(yǎng)全方位適應(yīng)電子封裝制造人才的專業(yè)起步不久，我國每年對電子封裝技術(shù)專業(yè)本科層次的人才需求存在巨大缺口。目前國內(nèi)有華中科技大學(xué)、江蘇科技大學(xué)、廈門理工學(xué)院等11所高等院校開設(shè)電子封裝技術(shù)專業(yè)。廈門理工學(xué)院2010年依托材料成型及控制專業(yè)招收電子封裝技術(shù)方向本科生，2011年正式獲教育部批準(zhǔn)招生，專業(yè)掛靠材料科學(xué)與工程學(xué)院[1]。

作為電子信息類特設(shè)專業(yè)，如何基于學(xué)校的辦學(xué)定位，服務(wù)于國家和地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對電子封裝技術(shù)專業(yè)課程體系建設(shè)和特色課程的教學(xué)內(nèi)容選取提出了更高要求[2]。筆者根據(jù)五年來的教學(xué)實踐活動和畢業(yè)生的走訪反饋，結(jié)合在廈門理工學(xué)院電子封裝技術(shù)專業(yè)的課程教學(xué)工作，以電子封裝可靠性這一專業(yè)主干課程為例，就如何開展電子封裝技術(shù)專業(yè)的課程教學(xué)進行探討。

一、電子封裝可靠性課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

電子封裝技術(shù)以裸芯片為對象，采用引線鍵合技術(shù)、塑料封裝或陶瓷封裝技術(shù)對其電氣連接和機械保護，實現(xiàn)電子元器件的生產(chǎn)和制造。目前各開設(shè)院校根據(jù)自身學(xué)科建設(shè)需要將電子封裝技術(shù)專業(yè)歸為不同的學(xué)科大類，部分將其納入材料加工類學(xué)科，有些將其納入機電工程學(xué)科[3]。但開設(shè)電子封裝技術(shù)專業(yè)的高等院校均將電子封裝可靠性列為專業(yè)必修課，課程任務(wù)是使學(xué)生掌握電子封裝、組裝過程及使用過程中的缺陷和失效，失效分析技術(shù)和可靠性試驗等與封裝可靠性相關(guān)的知識。

基于我校應(yīng)用型本科院校的定位和廈門及其周邊地區(qū)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為了能夠使畢業(yè)生有較好的就業(yè)前景，電子封裝技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)定位于培養(yǎng)滿足集成電路/LED制造封裝、微系統(tǒng)集成、整機組裝等微電子制造封裝和電子材料制備領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)需求的高素質(zhì)創(chuàng)新人才，并將電子封裝可靠性作為一門64學(xué)時的專業(yè)主干課，含32學(xué)時的理論課和32學(xué)時的實驗課。根據(jù)教學(xué)培養(yǎng)計劃在大四上學(xué)期開設(shè)，為微系統(tǒng)封裝基礎(chǔ)、微電子概論、光電子器件與封裝技術(shù)、微連接原理等課程的后續(xù)課程，是對上述課程涉及的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、封裝工藝技術(shù)、封裝材料的特性以及使用環(huán)境等內(nèi)容的質(zhì)量控制總結(jié)。

為了緊盯培養(yǎng)目標(biāo)，突出學(xué)科重點，電子封裝可靠性課程教學(xué)大綱講授內(nèi)容涵蓋了電子封裝的主要失效形式和失效機理、仿真分析與壽命預(yù)測、工藝可靠性試驗、工藝失效分析以及專項工藝可靠性問題。在授課中盡量刪除煩瑣的理論推導(dǎo)，如焊點疲勞壽命預(yù)測模型和多因素環(huán)境電子產(chǎn)品壽命預(yù)測等。對與其他課程有重復(fù)的內(nèi)容也做了相應(yīng)的調(diào)整淡化，如掃描電子顯微鏡技術(shù)和電子束測試技術(shù)在失效分析中的應(yīng)用。另外還增加一些熱門專題，如SIP和QFN等先進封裝的可靠性及國際國內(nèi)可靠性標(biāo)準(zhǔn)等，并通過圖片及相關(guān)視頻展示實例，拓寬學(xué)生對新興先進封裝可靠性的了解。

二、專業(yè)特色和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

在專業(yè)發(fā)展初期，針對廈門市作為國家四大光電產(chǎn)業(yè)基地和國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地，擁有大量光電顯示、LED照明和平板顯示面板及模組等相關(guān)企業(yè)的現(xiàn)狀，在專業(yè)培養(yǎng)方案中引入了光電子器件與封裝技術(shù)、LED照明技術(shù)、LED照明設(shè)計與施工等課程，以服務(wù)于廈門及周邊地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此在以往電子封裝可靠性課程實例中偏向于LED外延芯片、LED發(fā)光二極管和光電顯示器等光電器件封裝的可靠性，使學(xué)生掌握了光電芯片、光電器件和封裝工藝等方面的失效形式與失效機理、可靠性試驗和工藝失效分析方法，提高了學(xué)生的就業(yè)競爭力。

以《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》等一系列政策的落地實施以及國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金開始運作為標(biāo)志，帶動了集成電路市場的投資熱潮。廈門依據(jù)毗鄰臺灣的區(qū)位優(yōu)勢，也將集成電路產(chǎn)業(yè)作為重點發(fā)展方向，目前已聚集了200多家集成電路制造相關(guān)企業(yè)。秉持專業(yè)服務(wù)行業(yè)與地方經(jīng)濟的辦學(xué)理念，在現(xiàn)有理論課程中重點從封裝材料、封裝形式和使用環(huán)境等方面就集成電路封裝可靠性進行講授，并介紹了圓片級封裝、系統(tǒng)級封裝和3D封裝等新工藝與新技術(shù)的可靠性問題。實踐課內(nèi)容也進行了調(diào)整，刪掉了LED發(fā)光材料和LED芯片相關(guān)可靠性實驗，新增了集成電路引線鍵合力、焊接球焊接力測試和集成電路開封等實驗。將微系統(tǒng)封裝基礎(chǔ)、微連接原理和電子封裝材料及其制備工藝等課程中與可靠性有關(guān)的課內(nèi)實驗調(diào)整至電子封裝可靠性綜合實驗課中。實踐教學(xué)方式也進行了調(diào)整，從先前的課內(nèi)實驗一課一師變?yōu)橐徽n多師，實施一崗多師的團隊教學(xué)。實驗課時采用分組教學(xué)（5～7人/組）、組間大循環(huán)、組內(nèi)小循環(huán)的輪崗實訓(xùn)制。

三、產(chǎn)學(xué)結(jié)合，構(gòu)建多層次電子封裝技術(shù)可靠性實踐

鑒于封裝測試工藝及其可靠性的實訓(xùn)平臺建設(shè)費用極高，養(yǎng)護成本也高，學(xué)校無力承建，除金相切片分析、可焊性測試、推拉力可靠性和塑封集成電路開封等電子封裝可靠性實驗在校內(nèi)實訓(xùn)平臺進行外，其他相關(guān)實訓(xùn)和實踐在電子制造公司或從事芯片封裝測試的實體進行，如在廈門市集成電路公共服務(wù)平臺進行X射線分析技術(shù)、聲學(xué)顯微鏡分析技術(shù)和染色與滲透技術(shù)實踐，在通富微電子、士蘭微和三安集成電路等企業(yè)進行芯片破裂、不均勻封裝、不完全固化、引線變形和分層等封裝缺陷和失效實踐，使學(xué)生了解和初步掌握電子封裝的制造缺陷與使用失效特性、失效分析技術(shù)和可靠性試驗的基本原理、工藝控制方法和特性參數(shù)的測試分析等。

為與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，近年來學(xué)生在企業(yè)開展校外畢業(yè)論文/設(shè)計的數(shù)量日益增多。電子封裝技術(shù)專業(yè)采用校企合作的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)模式，讓學(xué)生到企業(yè)中實踐電子封裝可靠性內(nèi)容。如在廈門市集成電路公共服務(wù)平臺進行掃描電子顯微鏡在芯片失效分析的應(yīng)用和芯片封裝結(jié)構(gòu)分析和拆解，在三安集成電路公司進行電子產(chǎn)品失效定位分析方法研究和鍍覆孔開路失效分析技術(shù)等與電子封裝可靠性有關(guān)的畢業(yè)論文/設(shè)計。

四、以科研促教學(xué)，以教學(xué)帶科研，教研育人

近年來電子封裝技術(shù)團隊推進產(chǎn)學(xué)研用深度結(jié)合，加快科技成果轉(zhuǎn)化，教學(xué)中始終緊緊結(jié)合研究成果對學(xué)生進行啟迪講解，激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新應(yīng)用能力，取得福建省科技進步二等獎1項、三等獎2項，第十四屆福建青年科技獎1項，廈門市專利獎二等獎1項，漳州市科技進步獎二等獎和三等獎各1項，1項產(chǎn)品獲國家重點新產(chǎn)品稱號。“基于物聯(lián)網(wǎng)的智能LED隧道燈”“基于智能化控制和叉排散熱技術(shù)的LED路燈”和“大功率LED燈制造關(guān)鍵技術(shù)的研究及智能化控制”等獲獎項目，“基于老化機理的超級電容器健康狀態(tài)預(yù)測研究”和“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)的碳納米管銅基復(fù)合材料制備及其熱傳導(dǎo)機制”等國家級科研項目中與電子封裝可靠性相關(guān)的研究內(nèi)容均有學(xué)生參與，并將電子封裝可靠性有關(guān)的科研內(nèi)容緊密結(jié)合學(xué)生畢業(yè)論文/設(shè)計，不僅給學(xué)生在專業(yè)技術(shù)知識方面給予諸多指導(dǎo)，還在溝通管理、科學(xué)素養(yǎng)和職業(yè)規(guī)范等方面給予啟迪。近年來學(xué)生參與申請與可靠性相關(guān)的專利5項，發(fā)表論文13篇。

參考文獻

[1]史郁，謝安，張旻澍.普通本科高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系改革研究—以電子封裝技術(shù)專業(yè)為例[J].長春教育學(xué)院學(xué)報，2014，30（6）.

[2]周龍早，吳豐順，吳懿平.電子封裝技術(shù)本科專業(yè)的建設(shè)與實踐[J].高教論壇，2018，（4）.

[3]胡慶賢，董再勝，王鳳江，等.電子封裝技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建[J].2011，10（11）.