哈工大电子封装技术专业培养方案改革与实践

刘 威 杭春进 张 威 田艳红 安 荣 王晨曦 郑 振

（哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001）

前 言

哈尔滨工业大学（简称“哈工大”）电子封装技术专业成立于2007年，根据《国防科工委关于印发国防科技工业教育“十一五”规划的通知》（科工人〔2006〕374号）的精神，电子封装技术专业于2008年被列为国防特色紧缺专业。电子封装是为基本的电子电路处理和存储信息建立互连和一个合适的操作环境的科学和技术，是一个涉及多学科并且超越学科的制造和研究领域。由于电子封装的多学科、尖端技术的性质，依靠综合各领域人才解决封装问题的模式已经不能适应技术发展的需求，需要建立一个完整的学科或专业，培养专门的微电子封装制造技术人才，发展封装技术系统的知识体系。哈工大电子封装技术专业建设的指导思想和原则是成为国内领先、国际知名的电子封装技术专业，为高可靠性的、面向空间及武器装备电子系统研制和生产，同时也为民用电子器件和产品的规模化、低成本和高可靠性生产培养国际化、掌握最先进封装技术的专门人才。

一、培养方案制定的培养目标

本次培养方案修订从2016年开始，经过教学委员会多次论证，于2018年末完成修订并开始实施。本次培养方案制定的培养目标是强化“厚基础、强实践、严过程、求创新”的人才培养特色，着力培养具有优良品质、科学精神、创新思维、国际视野和社会责任感，具有宽厚的基础理论和系统的电子封装专业知识，具有表达、分析和解决复杂电子封装工程问题能力，具备组织协调和终身学习能力，能够引领电子封装及相关领域未来发展的杰出人才。

二、电子封装技术专业培养方案改革与实践

本专业的核心课程体系由微纳连接原理与方法、电子封装结构与设计和电子封装可靠性三门课构成，每门课的学时数为40学时，各门课的主要内容如图1所示。

图1 电子封装技术专业核心课程体系

其中的微纳连接原理与方法将为本专业学生具备选择微互连方法、制定正确的微互连工艺的能力奠定基础，该课程的主要理论点包含微互连原理、微互连尺寸效应和界面反应机理。通过微纳连接原理与方法课程的学习，使学生了解电子封装微纳连接所涉及的材料、结构和性能要求的特殊性、封装结构和微纳连接技术发展的趋势和相关性，掌握电子封装中各种微纳连接技术的基本原理、工艺方法和应用。使学生能够运用数学、物理、化学知识表达微纳连接技术中的工程问题，建立微纳连接工艺过程的数学模型，并正确求解；具有基本的微纳连接工艺试验设计能力，以及分析和解决电子封装微纳连接工程实践问题的创新意识和创新设计能力。

电子封装结构与设计课程将为本专业学生具备电子封装结构设计、制定合理的封装工艺流程的能力奠定基础，该课程的主要理论点包含电磁兼容理论、传热基础。通过该课程的学习，学生可掌握电子器件与组件结构设计的基础知识，掌握典型的塑料、陶瓷、金属、薄膜封装工艺过程和各关键封装技术，掌握圆片级封装、多芯片封装、三维封装结构的特点，具备典型封装结构及设计解析能力，能够对圆片级封装、多芯片封装、三维封装等复杂结构封装流程进行分析和设计。

电子封装可靠性课程将为本专业学生具备电子封装结构及焊点可靠性分析和评价的能力奠定基础，该课程的主要理论点包含失效数学模型、物理模型、失效机理分析。通过该课程的学习，学生可掌握电子封装可靠性的基本概念、寿命试验和统计分析方法、相关失效物理，以及所依托的理论基础、技术基础及发展趋势；能运用数学、物理、化学知识表达电子封装可靠性领域的工程问题，建立封装可靠性的数学模型，并正确求解；具有基本的电子封装可靠性分析及可靠性试验设计能力，以及分析和解决可靠性工程实践问题的创新意识和创新设计能力。

围绕这三门核心课程，本次培养方案的修订还设置了六门扩展课程，以完备电子封装技术专业课程理论体系，包括电子封装材料、微纳加工工艺、MEMS（微机电系统）和微系统封装、表面组装技术、电子封装模拟与仿真、电子封装与社会。核心课程与扩展课程关系如图2所示。

图2 核心课程与扩展课程

其中，电子封装材料课程用以支撑电子封装结构与设计和微纳连接原理两门核心课程，结合该课程讲授的内容，学生可根据电子封装结构和微纳连接的需求，选择合适的电子封装材料。

微纳加工工艺课程侧重芯片级的加工制造技术。通过该课程的学习，学生可掌握各种微纳加工方法的基本原理、物理模型、主要工艺步骤和微纳加工设备的基本原理，微纳加工技术所加工成型的各种微结构的特点、所适用的材料特性及应用过程中的注意事项，加工精度的评价方法；引导学生利用课堂所学的微纳加工技术与知识，针对典型的结构单元或器件，设计可行的加工工艺流程，逐步培养学生应用微纳加工技术解决工程实际问题的能力。

MEMS和微系统封装更侧重于系统级封装。通过学习，学生可掌握MEMS和微系统相关的各种微制造技术、封装技术，以及所依托的技术基础及发展趋势；能运用数学、物理、化学知识表达MEMS及微系统制造过程中的工程问题，建立工艺过程的数学模型；具有基本的MEMS及微系统结构的设计能力，以及分析和解决工程实践问题的创新意识和创新设计能力。

表面组装技术课程侧重于电路板级的组装技术。通过该课程的学习，学生可了解和掌握SMT（表面组装技术）体系及特点、技术发展动态及SMT涉及的基础硬件，如元器件、印制电路板、技术装备等；掌握SMT制造的关键技术工艺过程，如丝网印刷和点胶技术、贴片技术、焊接技术、检测技术、清洗和返修技术等；能够利用所学知识解决实际工程应用中的具体问题。

电子封装模拟与仿真用于支撑电子封装可靠性课程，对电子产品的寿命进行预测和优化。使学生掌握电子封装模拟与仿真应用背景知识；能运用数学、物理、化学知识表达电子封装制造领域的工程问题，掌握关键的模拟仿真软件原理、使用方法、应用范围及局限性；能够较熟练的运用有限元软件、分子动力学及第一性原理对电子封装中的宏观连续的物理化学过程（热力分析、寿命预测、结构设计）、分子级及原子级的物理化学过程（失效机理、性能表征、材料设计）进行模拟与仿真。

电子封装与社会将介绍电子封装技术相关的法规与政策、电子封装技术职业规范和职业危害因素识别及防护措施，以及电子封装过程对环境的影响。

电子封装技术专业实践与创新设计课程体系将包括电子封装基础实验、电子封装项目设计、电子封装生产实习、电子封装国际标准认证。

其中，电子封装基础实验是电子封装技术专业的主要实践课程，是主干专业课程的配套实验课程。电子封装基础实验课涵盖LED电子产品的封装、组装制造、产品质量检测，形成了围绕LED电子产品封装的系统化、全流程化实验教学体系。主要实验包括：LED芯片键合及推力测试、LED内引线键合及拉力测试、LED混合电路组装工艺实验、LED外引线微电阻焊工艺实验、印制电路板的应变测试实验、红外热像焊点缺陷测量实验。

电子封装项目设计以解决电子封装实际问题为核心，项目涵盖的内容包括电子封装工艺设计、电子封装工装设计、电子封装温度场模拟、电子封装质量评价等。通过电子封装项目设计课程的学习，学生将深入了解电子封装项目的选题背景及意义，通过查阅文献资料综述项目的研究现状；运用所学的专业知识独立提出试验方案，并对试验方案进行可行性论证；课程将引导学生应用现代设计方法和先进设计软件进行机构的建模、分析、设计与仿真，使学生具备应用先进设计工具解决工程实际问题的能力；通过该课程的训练，学生将掌握电子封装材料性能研究的实验方法、电子封装结构设计的标准及规范、电子封装工艺优化方法及电子封装可靠性的评价方法。

电封生产实习以实际电子封装产品生产为对象，结合所学专业知识领会电子封装生产实践、生产监督与质量检验流程。通过生产实习，使学生了解和掌握基本生产知识，印证、巩固和丰富已学过的专业课程内容，达到理论联系实际的目的，提高学生在生产实际中调查研究、观察问题、分析问题及解决问题的能力。

电子封装国际标准认证课程的授课目的是让本专业学生掌握如何使用IPC-A-610（国际电子工业连接协会-电子组件可接受性标准），具体包括无铅、通孔、SMT及分立布线组件的元器件排列朝向和焊接要求、印制电路板和组件、无焊饶接要求；掌握电子组件焊接可接受性要求评定，具备通孔及表贴组装、印制电路板及组件缺陷和质量评定的能力。学生可以选择参加IPC-A-610组织的认证考试，如果通过认证考试，学生可以获得IPC认证专员证书（CIS-Certificated IPC Specialist），进而提高本专业毕业生就业能力、工程化能力，拓展国际化视野。

结语

本次电子封装技术专业新版培养方案修订，构建了微纳连接原理与方法、电子封装结构与设计和电子封装可靠性核心课程体系，围绕该体系设置了六门扩展课程，使电子封装技术专业课程理论体系更加完备。此外，构建了以电子封装基础实验、电子封装项目设计、电子封装生产实习、电子封装国际标准为核心的专业实践和创新设计课程体系，对电子封装技术专业培养方案的制定和改革进行了有益探索。