《电子封装结构》课程内容设计探索——以江苏科技大学电子封装技术专业教学为例

王小京 刘 宁 周慧玲 蔡珊珊 彭巨擘 王凤江 陈书锦

一、背景介绍

《电子封装结构》这门课属于新兴交叉学科“电子封装技术”专业的必修课程。课程内容涉及力学、物理学、化学、传热学、材料学、数值分析等领域相关内容。所谓电子封装是指将具有一定功能的集成电路芯片，放置在一个与之相适应的外壳容器中，为芯片提供一个稳定可靠的工作环境，使芯片能够稳定发挥其设计功能[1]。封装结构则是保护芯片、并使之发挥功能的具体物理构型；它是芯片设计、封装设计领域的核心内容。因此，该课程教学中涉及的内容、教学、理念等，与电子产业链以及封装技术的发展密切相关。该课程在国外，是作为固体电子学、或微电子学专业的一些选修课程存在的[2]。近二十年来，国内电子制造业长足发展，在珠三角、长三角拥有不同级别的较为完整的电子制造产业链。尤其是近10年来，长三角的产业人才需求驱动，需要大量的具有专业知识的从业人员，在这样的产业背景发展出了“电子封装技术”这一交叉学科[3]，给国家培养了行业急需的人才。而《电子封装结构》的建设，也是随着行业对封装结构认识的深入，对课程的需求也发生了改变。逐步由最初的“掌握封装结构”的需求，转变到当前“对结构掌握的基础上，具有结构设计的能力”，这样的需求层面上来，使得课程的内容、教学等方面，均在一定程度上做出新的调整，形成一个较为完整的教学框架[4]。

鉴于此，课程设计人员，克服数据可获取的障碍，紧跟本领域对结构设计人员的迫切需求，将封装结构设计的内容引入课堂。采用Cadence软件、Ansys结构分析软件对封装结构设计、结构分析进行讲解与实训；体现基础理论与封装结构的紧密结合——使“道”可道。让封装结构设计的功能体现、设计理念，在具体的案例中得以深切体现。

二、教学发展历程

本课程伴随着第一届电子封装技术专业学生进入大一(2011年)，开始建设。经过8年多的发展，形成了当前的教学框架和内容体系。在这段发展过程中，课程内容做过两次调整。第一阶段为课程的建立到第一次调整的阶段(2011年～2014年)[4]，课程内容主要借鉴哈尔滨工业大学、北京理工大学等内容体系构建了《电子封装结构》课程。课程主要讲述封装的主要结构形式与制造流程、工艺。随着国内对于封装领域的认知和该领域的快速发展，这一课程内容运行2年后，发现课程内容较为浅显，没有深入到封装结构的基本基础层面。于是在2015年，对课程内容做了大的调整，即进入第二阶段(2015年～2018年)。这个阶段的课程内容，加入了封装结构的基础内容部分，即封装结构对芯片的力学支撑与保护作用，封装结构对芯片热耗散的传输通道与匀热、封装结构对芯片配电、信号传输方面的影响。主要加入了这四方面的基础内容，使得该门课程对封装结构的讲述，更为合理。然而，由于封装领域内可以获得的设计基础理论与具体封装结构的实际案例较少，对于理论与具体封装结构的结合方面，显得力不从心。进入2019年后，由于近年以来，国内封测领域在设计方面的发展，部分封装案例变得“可以获取”，课程设计者可以获得更多的封装结构设计的具体案例，并对知识体系进行了更新，将更多的设计软件融入具体教学过程，使得封装结构的理论，与具体结构能够具有更好的融合。因此，本课程在进入2019年后，可以说是步入了第三个阶段。

三、课程内容发展

一直以来，芯片、封装结构设计属于核心关键技术，国内校、企不具有该方面的技术能力。但该部分内容却是封装结构的基础内容和最为关键的部分。近三年，在市场与技术发展的共同驱动下，国内测封企业建立了自己的设计体系，并在封装结构设计方面积累了一定的数据。因此，本课程设计者，在与企业研发人员交流，并学习了封装设计的基础上，对本门课程内容进行调整，加入封装结构的设计内容。使得电子封装技术专业的本科生、研究生，以及对该领域感兴趣的学生能够真正地掌握设计的核心部分。该部分内容基于传热学、力学、材料学等基础学科，涉及电路、信号传输等方面内容，采用cadence模拟软件的封装结构设计。采用Ansys软件进行封装结构热分布、热应力、热疲劳、力学载荷下的封装可靠性模拟。为封装结构的设计提供基本途径。

具体体现在表格1中的逐项改变。包含2个主旨：

一是体现具体案例在封装结构中的作用，让理论和实际结合得更为紧密；把热、力、结构等知识，与具体的封装结构进行结合，体现出不同知识体系统一在封装体内的具体衡量方法、与结构优化的具体案例。在概述部分，以INTEL的CPU处理器的发展为例，讲述了封装结构的变迁，并以该案例为基础，进行总结归纳出封装结构发展的总体路径。理出未来可能的封装结构、不适用于CPU的封装形式，一起其它可能的封装形式。完成整个封装体系的推演。在结合具体BGA(BallGrid Array)型、SiP(System in Pacakge)封装结构中，则选出具体的封装结构进行分析，从而得到其热、信号传输的具体路径。

二是将现有的封装结构分析软件、设计软件纳入到本门课程的学习过程中[5]。让学生深切体会到封装结构的具体形式与理论基础之间是怎样结合在一起的。具体的理论在封装结构中，到底是怎么使用，会有怎么样的体现效果。

表1 教学内容发展[6～10]

四、结语

本文以《电子封装结构》这门课程在江苏科技大学的运行为样例，阐述了该课程内容随着认知的发展而产生的演化过程，发展过程随着人们对于封装结构的了解而逐渐深入。课程内容从最初的结构、工艺、流程为主，转变为集结构、工艺历程和结构设计于一体的专业课程。内容更为详实、具体、理论与案例齐聚。用实际案例道出理论基础在本领域的体现之“道”。