《電子封裝結構》課程內容設計探索
——以江蘇科技大學電子封裝技術專業教學為例

王小京 劉 寧 周慧玲 蔡珊珊 彭巨擘 王鳳江 陳書錦

一、背景介紹

《電子封裝結構》這門課屬于新興交叉學科“電子封裝技術”專業的必修課程。課程內容涉及力學、物理學、化學、傳熱學、材料學、數值分析等領域相關內容。所謂電子封裝是指將具有一定功能的集成電路芯片，放置在一個與之相適應的外殼容器中，為芯片提供一個穩定可靠的工作環境，使芯片能夠穩定發揮其設計功能[1]。封裝結構則是保護芯片、并使之發揮功能的具體物理構型；它是芯片設計、封裝設計領域的核心內容。因此，該課程教學中涉及的內容、教學、理念等，與電子產業鏈以及封裝技術的發展密切相關。該課程在國外，是作為固體電子學、或微電子學專業的一些選修課程存在的[2]。近二十年來，國內電子制造業長足發展，在珠三角、長三角擁有不同級別的較為完整的電子制造產業鏈。尤其是近10年來，長三角的產業人才需求驅動，需要大量的具有專業知識的從業人員，在這樣的產業背景發展出了“電子封裝技術”這一交叉學科[3]，給國家培養了行業急需的人才。而《電子封裝結構》的建設，也是隨著行業對封裝結構認識的深入，對課程的需求也發生了改變。逐步由最初的“掌握封裝結構”的需求，轉變到當前“對結構掌握的基礎上，具有結構設計的能力”，這樣的需求層面上來，使得課程的內容、教學等方面，均在一定程度上做出新的調整，形成一個較為完整的教學框架[4]。

鑒于此，課程設計人員，克服數據可獲取的障礙，緊跟本領域對結構設計人員的迫切需求，將封裝結構設計的內容引入課堂。采用Cadence軟件、Ansys結構分析軟件對封裝結構設計、結構分析進行講解與實訓；體現基礎理論與封裝結構的緊密結合——使“道”可道。讓封裝結構設計的功能體現、設計理念，在具體的案例中得以深切體現。

二、教學發展歷程

本課程伴隨著第一屆電子封裝技術專業學生進入大一(2011年)，開始建設。經過8年多的發展，形成了當前的教學框架和內容體系。在這段發展過程中，課程內容做過兩次調整。第一階段為課程的建立到第一次調整的階段(2011年～2014年)[4]，課程內容主要借鑒哈爾濱工業大學、北京理工大學等內容體系構建了《電子封裝結構》課程。課程主要講述封裝的主要結構形式與制造流程、工藝。隨著國內對于封裝領域的認知和該領域的快速發展，這一課程內容運行2年后，發現課程內容較為淺顯，沒有深入到封裝結構的基本基礎層面。于是在2015年，對課程內容做了大的調整，即進入第二階段(2015年～2018年)。這個階段的課程內容，加入了封裝結構的基礎內容部分，即封裝結構對芯片的力學支撐與保護作用，封裝結構對芯片熱耗散的傳輸通道與勻熱、封裝結構對芯片配電、信號傳輸方面的影響。主要加入了這四方面的基礎內容，使得該門課程對封裝結構的講述，更為合理。然而，由于封裝領域內可以獲得的設計基礎理論與具體封裝結構的實際案例較少，對于理論與具體封裝結構的結合方面，顯得力不從心。進入2019年后，由于近年以來，國內封測領域在設計方面的發展，部分封裝案例變得“可以獲取”，課程設計者可以獲得更多的封裝結構設計的具體案例，并對知識體系進行了更新，將更多的設計軟件融入具體教學過程，使得封裝結構的理論，與具體結構能夠具有更好的融合。因此，本課程在進入2019年后，可以說是步入了第三個階段。

三、課程內容發展

一直以來，芯片、封裝結構設計屬于核心關鍵技術，國內校、企不具有該方面的技術能力。但該部分內容卻是封裝結構的基礎內容和最為關鍵的部分。近三年，在市場與技術發展的共同驅動下，國內測封企業建立了自己的設計體系，并在封裝結構設計方面積累了一定的數據。因此，本課程設計者，在與企業研發人員交流，并學習了封裝設計的基礎上，對本門課程內容進行調整，加入封裝結構的設計內容。使得電子封裝技術專業的本科生、研究生，以及對該領域感興趣的學生能夠真正地掌握設計的核心部分。該部分內容基于傳熱學、力學、材料學等基礎學科，涉及電路、信號傳輸等方面內容，采用cadence模擬軟件的封裝結構設計。采用Ansys軟件進行封裝結構熱分布、熱應力、熱疲勞、力學載荷下的封裝可靠性模擬。為封裝結構的設計提供基本途徑。

具體體現在表格1中的逐項改變。包含2個主旨：

一是體現具體案例在封裝結構中的作用，讓理論和實際結合得更為緊密；把熱、力、結構等知識，與具體的封裝結構進行結合，體現出不同知識體系統一在封裝體內的具體衡量方法、與結構優化的具體案例。在概述部分，以INTEL的CPU處理器的發展為例，講述了封裝結構的變遷，并以該案例為基礎，進行總結歸納出封裝結構發展的總體路徑。理出未來可能的封裝結構、不適用于CPU的封裝形式，一起其它可能的封裝形式。完成整個封裝體系的推演。在結合具體BGA(BallGrid Array)型、SiP(System in Pacakge)封裝結構中，則選出具體的封裝結構進行分析，從而得到其熱、信號傳輸的具體路徑。

二是將現有的封裝結構分析軟件、設計軟件納入到本門課程的學習過程中[5]。讓學生深切體會到封裝結構的具體形式與理論基礎之間是怎樣結合在一起的。具體的理論在封裝結構中，到底是怎么使用，會有怎么樣的體現效果。

表1 教學內容發展[6～10]

四、結語

本文以《電子封裝結構》這門課程在江蘇科技大學的運行為樣例，闡述了該課程內容隨著認知的發展而產生的演化過程，發展過程隨著人們對于封裝結構的了解而逐漸深入。課程內容從最初的結構、工藝、流程為主，轉變為集結構、工藝歷程和結構設計于一體的專業課程。內容更為詳實、具體、理論與案例齊聚。用實際案例道出理論基礎在本領域的體現之“道”。