哈工大電子封裝技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案改革與實踐

劉 威 杭春進 張 威 田艷紅 安 榮 王晨曦 鄭 振

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150001）

前 言

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（簡稱“哈工大”）電子封裝技術(shù)專業(yè)成立于2007年，根據(jù)《國防科工委關(guān)于印發(fā)國防科技工業(yè)教育“十一五”規(guī)劃的通知》（科工人〔2006〕374號）的精神，電子封裝技術(shù)專業(yè)于2008年被列為國防特色緊缺專業(yè)。電子封裝是為基本的電子電路處理和存儲信息建立互連和一個合適的操作環(huán)境的科學(xué)和技術(shù)，是一個涉及多學(xué)科并且超越學(xué)科的制造和研究領(lǐng)域。由于電子封裝的多學(xué)科、尖端技術(shù)的性質(zhì)，依靠綜合各領(lǐng)域人才解決封裝問題的模式已經(jīng)不能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需求，需要建立一個完整的學(xué)科或?qū)I(yè)，培養(yǎng)專門的微電子封裝制造技術(shù)人才，發(fā)展封裝技術(shù)系統(tǒng)的知識體系。哈工大電子封裝技術(shù)專業(yè)建設(shè)的指導(dǎo)思想和原則是成為國內(nèi)領(lǐng)先、國際知名的電子封裝技術(shù)專業(yè)，為高可靠性的、面向空間及武器裝備電子系統(tǒng)研制和生產(chǎn)，同時也為民用電子器件和產(chǎn)品的規(guī)模化、低成本和高可靠性生產(chǎn)培養(yǎng)國際化、掌握最先進封裝技術(shù)的專門人才。

一、培養(yǎng)方案制定的培養(yǎng)目標(biāo)

本次培養(yǎng)方案修訂從2016年開始，經(jīng)過教學(xué)委員會多次論證，于2018年末完成修訂并開始實施。本次培養(yǎng)方案制定的培養(yǎng)目標(biāo)是強化“厚基礎(chǔ)、強實踐、嚴(yán)過程、求創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)特色，著力培養(yǎng)具有優(yōu)良品質(zhì)、科學(xué)精神、創(chuàng)新思維、國際視野和社會責(zé)任感，具有寬厚的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的電子封裝專業(yè)知識，具有表達、分析和解決復(fù)雜電子封裝工程問題能力，具備組織協(xié)調(diào)和終身學(xué)習(xí)能力，能夠引領(lǐng)電子封裝及相關(guān)領(lǐng)域未來發(fā)展的杰出人才。

二、電子封裝技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案改革與實踐

本專業(yè)的核心課程體系由微納連接原理與方法、電子封裝結(jié)構(gòu)與設(shè)計和電子封裝可靠性三門課構(gòu)成，每門課的學(xué)時數(shù)為40學(xué)時，各門課的主要內(nèi)容如圖1所示。

圖1 電子封裝技術(shù)專業(yè)核心課程體系

其中的微納連接原理與方法將為本專業(yè)學(xué)生具備選擇微互連方法、制定正確的微互連工藝的能力奠定基礎(chǔ)，該課程的主要理論點包含微互連原理、微互連尺寸效應(yīng)和界面反應(yīng)機理。通過微納連接原理與方法課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解電子封裝微納連接所涉及的材料、結(jié)構(gòu)和性能要求的特殊性、封裝結(jié)構(gòu)和微納連接技術(shù)發(fā)展的趨勢和相關(guān)性，掌握電子封裝中各種微納連接技術(shù)的基本原理、工藝方法和應(yīng)用。使學(xué)生能夠運用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)知識表達微納連接技術(shù)中的工程問題，建立微納連接工藝過程的數(shù)學(xué)模型，并正確求解；具有基本的微納連接工藝試驗設(shè)計能力，以及分析和解決電子封裝微納連接工程實踐問題的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設(shè)計能力。

電子封裝結(jié)構(gòu)與設(shè)計課程將為本專業(yè)學(xué)生具備電子封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、制定合理的封裝工藝流程的能力奠定基礎(chǔ)，該課程的主要理論點包含電磁兼容理論、傳熱基礎(chǔ)。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握電子器件與組件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)知識，掌握典型的塑料、陶瓷、金屬、薄膜封裝工藝過程和各關(guān)鍵封裝技術(shù)，掌握圓片級封裝、多芯片封裝、三維封裝結(jié)構(gòu)的特點，具備典型封裝結(jié)構(gòu)及設(shè)計解析能力，能夠?qū)A片級封裝、多芯片封裝、三維封裝等復(fù)雜結(jié)構(gòu)封裝流程進行分析和設(shè)計。

電子封裝可靠性課程將為本專業(yè)學(xué)生具備電子封裝結(jié)構(gòu)及焊點可靠性分析和評價的能力奠定基礎(chǔ)，該課程的主要理論點包含失效數(shù)學(xué)模型、物理模型、失效機理分析。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握電子封裝可靠性的基本概念、壽命試驗和統(tǒng)計分析方法、相關(guān)失效物理，以及所依托的理論基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)及發(fā)展趨勢；能運用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)知識表達電子封裝可靠性領(lǐng)域的工程問題，建立封裝可靠性的數(shù)學(xué)模型，并正確求解；具有基本的電子封裝可靠性分析及可靠性試驗設(shè)計能力，以及分析和解決可靠性工程實踐問題的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設(shè)計能力。

圍繞這三門核心課程，本次培養(yǎng)方案的修訂還設(shè)置了六門擴展課程，以完備電子封裝技術(shù)專業(yè)課程理論體系，包括電子封裝材料、微納加工工藝、MEMS（微機電系統(tǒng)）和微系統(tǒng)封裝、表面組裝技術(shù)、電子封裝模擬與仿真、電子封裝與社會。核心課程與擴展課程關(guān)系如圖2所示。

圖2 核心課程與擴展課程

其中，電子封裝材料課程用以支撐電子封裝結(jié)構(gòu)與設(shè)計和微納連接原理兩門核心課程，結(jié)合該課程講授的內(nèi)容，學(xué)生可根據(jù)電子封裝結(jié)構(gòu)和微納連接的需求，選擇合適的電子封裝材料。

微納加工工藝課程側(cè)重芯片級的加工制造技術(shù)。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握各種微納加工方法的基本原理、物理模型、主要工藝步驟和微納加工設(shè)備的基本原理，微納加工技術(shù)所加工成型的各種微結(jié)構(gòu)的特點、所適用的材料特性及應(yīng)用過程中的注意事項，加工精度的評價方法；引導(dǎo)學(xué)生利用課堂所學(xué)的微納加工技術(shù)與知識，針對典型的結(jié)構(gòu)單元或器件，設(shè)計可行的加工工藝流程，逐步培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用微納加工技術(shù)解決工程實際問題的能力。

MEMS和微系統(tǒng)封裝更側(cè)重于系統(tǒng)級封裝。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握MEMS和微系統(tǒng)相關(guān)的各種微制造技術(shù)、封裝技術(shù)，以及所依托的技術(shù)基礎(chǔ)及發(fā)展趨勢；能運用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)知識表達MEMS及微系統(tǒng)制造過程中的工程問題，建立工藝過程的數(shù)學(xué)模型；具有基本的MEMS及微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計能力，以及分析和解決工程實踐問題的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設(shè)計能力。

表面組裝技術(shù)課程側(cè)重于電路板級的組裝技術(shù)。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可了解和掌握SMT（表面組裝技術(shù)）體系及特點、技術(shù)發(fā)展動態(tài)及SMT涉及的基礎(chǔ)硬件，如元器件、印制電路板、技術(shù)裝備等；掌握SMT制造的關(guān)鍵技術(shù)工藝過程，如絲網(wǎng)印刷和點膠技術(shù)、貼片技術(shù)、焊接技術(shù)、檢測技術(shù)、清洗和返修技術(shù)等；能夠利用所學(xué)知識解決實際工程應(yīng)用中的具體問題。

電子封裝模擬與仿真用于支撐電子封裝可靠性課程，對電子產(chǎn)品的壽命進行預(yù)測和優(yōu)化。使學(xué)生掌握電子封裝模擬與仿真應(yīng)用背景知識；能運用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)知識表達電子封裝制造領(lǐng)域的工程問題，掌握關(guān)鍵的模擬仿真軟件原理、使用方法、應(yīng)用范圍及局限性；能夠較熟練的運用有限元軟件、分子動力學(xué)及第一性原理對電子封裝中的宏觀連續(xù)的物理化學(xué)過程（熱力分析、壽命預(yù)測、結(jié)構(gòu)設(shè)計）、分子級及原子級的物理化學(xué)過程（失效機理、性能表征、材料設(shè)計）進行模擬與仿真。

電子封裝與社會將介紹電子封裝技術(shù)相關(guān)的法規(guī)與政策、電子封裝技術(shù)職業(yè)規(guī)范和職業(yè)危害因素識別及防護措施，以及電子封裝過程對環(huán)境的影響。

電子封裝技術(shù)專業(yè)實踐與創(chuàng)新設(shè)計課程體系將包括電子封裝基礎(chǔ)實驗、電子封裝項目設(shè)計、電子封裝生產(chǎn)實習(xí)、電子封裝國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

其中，電子封裝基礎(chǔ)實驗是電子封裝技術(shù)專業(yè)的主要實踐課程，是主干專業(yè)課程的配套實驗課程。電子封裝基礎(chǔ)實驗課涵蓋LED電子產(chǎn)品的封裝、組裝制造、產(chǎn)品質(zhì)量檢測，形成了圍繞LED電子產(chǎn)品封裝的系統(tǒng)化、全流程化實驗教學(xué)體系。主要實驗包括：LED芯片鍵合及推力測試、LED內(nèi)引線鍵合及拉力測試、LED混合電路組裝工藝實驗、LED外引線微電阻焊工藝實驗、印制電路板的應(yīng)變測試實驗、紅外熱像焊點缺陷測量實驗。

電子封裝項目設(shè)計以解決電子封裝實際問題為核心，項目涵蓋的內(nèi)容包括電子封裝工藝設(shè)計、電子封裝工裝設(shè)計、電子封裝溫度場模擬、電子封裝質(zhì)量評價等。通過電子封裝項目設(shè)計課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將深入了解電子封裝項目的選題背景及意義，通過查閱文獻資料綜述項目的研究現(xiàn)狀；運用所學(xué)的專業(yè)知識獨立提出試驗方案，并對試驗方案進行可行性論證；課程將引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法和先進設(shè)計軟件進行機構(gòu)的建模、分析、設(shè)計與仿真，使學(xué)生具備應(yīng)用先進設(shè)計工具解決工程實際問題的能力；通過該課程的訓(xùn)練，學(xué)生將掌握電子封裝材料性能研究的實驗方法、電子封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范、電子封裝工藝優(yōu)化方法及電子封裝可靠性的評價方法。

電封生產(chǎn)實習(xí)以實際電子封裝產(chǎn)品生產(chǎn)為對象，結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識領(lǐng)會電子封裝生產(chǎn)實踐、生產(chǎn)監(jiān)督與質(zhì)量檢驗流程。通過生產(chǎn)實習(xí)，使學(xué)生了解和掌握基本生產(chǎn)知識，印證、鞏固和豐富已學(xué)過的專業(yè)課程內(nèi)容，達到理論聯(lián)系實際的目的，提高學(xué)生在生產(chǎn)實際中調(diào)查研究、觀察問題、分析問題及解決問題的能力。

電子封裝國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證課程的授課目的是讓本專業(yè)學(xué)生掌握如何使用IPC-A-610（國際電子工業(yè)連接協(xié)會-電子組件可接受性標(biāo)準(zhǔn)），具體包括無鉛、通孔、SMT及分立布線組件的元器件排列朝向和焊接要求、印制電路板和組件、無焊饒接要求；掌握電子組件焊接可接受性要求評定，具備通孔及表貼組裝、印制電路板及組件缺陷和質(zhì)量評定的能力。學(xué)生可以選擇參加IPC-A-610組織的認(rèn)證考試，如果通過認(rèn)證考試，學(xué)生可以獲得IPC認(rèn)證專員證書（CIS-Certificated IPC Specialist），進而提高本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)能力、工程化能力，拓展國際化視野。

結(jié)語

本次電子封裝技術(shù)專業(yè)新版培養(yǎng)方案修訂，構(gòu)建了微納連接原理與方法、電子封裝結(jié)構(gòu)與設(shè)計和電子封裝可靠性核心課程體系，圍繞該體系設(shè)置了六門擴展課程，使電子封裝技術(shù)專業(yè)課程理論體系更加完備。此外，構(gòu)建了以電子封裝基礎(chǔ)實驗、電子封裝項目設(shè)計、電子封裝生產(chǎn)實習(xí)、電子封裝國際標(biāo)準(zhǔn)為核心的專業(yè)實踐和創(chuàng)新設(shè)計課程體系，對電子封裝技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案的制定和改革進行了有益探索。