第一部分 管理类

电子封装技术本科专业建设探究

吴懿

（华中科技大学 连接与电子封装中心 武汉 430074）

摘要：电子工业已经成为全球第一大工业，迫切需要培养出以材料为背景、既懂电子又懂制造的本科以上的高级人才。目前哈尔滨工业大学、北京理工大学、西安电子科技大学和华中科技大学四所重点高校均获得教育部的批准，开办了电子封装技术专业，得到了社会各界的高度关注。本文对电子封装技术专业的内涵、社会需求、培养方案以及就业市场等做一介绍，希望社会用人单位能够了解电子封装专业，进而提出对人才培养的意见与建议，帮助高等院校更好地培养电子制造领域的优秀人才，共同打造一个名副其实的电子制造强国。

关键词：电子封装技术；电子制造；高等教育；本科专业

引言

据统计，当今发达国家国民生产总值增长部分的70%与电子有关。电子工业增长速率一般为GDP增长速率的3倍，已经发展成为全球第一大产业，是一个国家繁荣的核心工业。我们知道，衣食住行是人类生活的基本内容，也是人类生活文化的重要组成部分之一，几千年来没有改变；但是在当今社会，人类生活的基本内容已经完全被现代电子产品改变了。近 20 年来，电子产品，特别是民用消费类电子产品已经广泛普及，已经深入到人类生活各个领域。很难设想退回到计算机和消费类电子产品（手机等）没有普及的十年前，人们如何生活和应对眼前的网络和无线通信高度普及的现代社会。针对这样一个巨变的工业领域和社会需求，需要高等教育机构能够快速应对电子制造领域人才稀缺的现状，培养更多本科以上的电子制造领域高级专门人才。电子封装技术本科新专业就是在这种背景下设立的。该专业的人才培养体系是以材料科学为基础、材料加工与微纳制造为技术手段、电子产品的制造与集成为目标，完全覆盖半导体制造和电子产品制造的整个产业链。为此本文对电子封装技术专业的内涵、社会需求、培养方案以及就业市场等做一介绍。

1 制造的概念

人们一般将“制造”理解为产品的加工工艺过程。例如，著名的Longman词典对“制造”（Manufacture）的解释为“通过机器进行（产品）制作或生产，特别是适用于大规模、大批量的方式运作”。

随着人类生产力的发展，“制造”的概念和内涵在“对象”和“范围”两个方面得到了极大的拓展。对象方面，制造涉及的领域远非局限于机械制造，包括了机械、电子、化工、轻工、食品等行业；过程方面，制造不是仅指具体的工艺过程，而是包括市场分析、产品设计、生产工艺过程、装配检验和销售服务等在内的产品整个生命周期过程。国际生产工程学会1990年给“制造”下的定义是：制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。这是一个“大制造”的概念，是对“制造”的广义的理解。

和广义的制造相比，我们有时将制造及制造过程理解为从原材料或半成品经过加工和装配后形成最终产品的过程。这是一个“小制造”的概念，是对“制造”的狭义的理解。

与大、小制造概念相对应，对制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义的制造技术涉及生产活动的各个方面和全过程，是从产品概念到最终产品的集成活动和系统。狭义理解的制造技术主要涉及产品的加工和装配工艺及过程。以机械制造为例，狭义的机械制造被理解为经加工和装配形成机械产品的过程，包括毛坯制作、零件加工、检验、装配等，其重点是机械加工和装配工艺。广义的机械制造应该包括机械产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。

2 电子制造与电子封装技术

在当今信息时代，社会和经济发展对信息资源、信息技术和信息产业的依赖程度越来越大，信息化程度已成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。而信息化程度与先进电子制造业的代表产品——计算机和微电子产品的普及与发展密切相关，也是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的领域。据统计，当今发达国家国民生产总值增长部分的70%与电子有关。电子工业增长速率一般为GDP增长速率的3倍，目前已经发展成为全球第一大产业，是一个国家繁荣的核心工业。

现有各类电子产品，大致可分为航空航天电子产品、工业控制电子产品与通信设备、消费类电子产品等。航空航天电子产品是一类需要工作10～20年而不修理的设备，在高性能、高可靠、轻重量、小尺寸以及低能耗方面有着极其苛刻的要求，有非常高的开发和制造成本；工业控制电子产品与通信设备（包括计算机等产品）的需求非常广，最优的性能、最快的市场反应是至关重要的；而消费类电子产品（如移动电话、个人娱乐电子产品、计算器和手表等）市场巨大、价格竞争压力大、轻便且低能耗的要求突出，其使用期一般为几年，而无须替换和修理。尽管生产制造这些电子产品的具体要求不尽相同，但大致的制造过程基本是一样的。

和机械制造一样，“电子制造”（Electronic Manufacture）也有广义和狭义之分。广义的电子制造也包括电子产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。狭义的电子制造则是指电子产品从硅片开始到产品系统的物理实现过程，如图1 所示。图1 中的椭圆部分又称为电子封装（Electronic Packaging），而晶片的制造则称为半导体制造（Semiconductor Manufacture）。

电子封装是指从电路设计的完成开始，将裸芯片（Chip）、陶瓷、金属、有机物等物质制造（封装）成芯片、元件、板卡、电路板，最终组装成电子产品的整个过程。

半导体制造是指利用微细加工技术将各单元器件按一定的规律制作在一块微小的半导体片上进而形成半导体芯片的过程，也称为集成电路制造。

在半导体器件制作过程中，有前工程和后工程之分。二者以硅圆片（Wafer）切分成晶片为界，在此之前为前工程，在此之后为后工程。

所谓前工程，是指从整块硅圆片入手，经过多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻等工序，制成三极管、集成电路等半导体元件及电极等，开发材料的电子功能，以实现所要求的元器件特性。

所谓后工程，是指从由硅圆片切分好的一个个的小晶片入手，进行装片、固定、键合连接、塑料灌封、引出接线端子、检查、打标等工序，完成作为器件、部件的封装体，以确保元器件的可靠性并便于与外电路连接。

电子制造也可视为是广义的“机械制造”：芯片制造对应于二维零部件成形，芯片封装对应于结构联结（装配），只是前者的精度要远远高于后者，在芯片和器件层面上分别具有纳米级和微米级的制造精度，为此采用具有分子尺度加工单位的薄膜生长、刻蚀等成形工艺和焊接、粘接等直接互联工艺。实际上IC制造工艺，无论是前工程中的光刻还是后工程中的键合，均已成为典型的微机械制造工艺，并和传统的超精密加工工艺、特种加工工艺，以及LIGA工艺、STM表面加工工艺等一些有发展前景的新工艺一道构成了完整的微制造工艺体系。

电子封装可分为零级封装（晶片级的连接，Wafer Level）、一级封装（单晶片或多个晶片组件或元件，Chip Level）、二级封装（印制电路板级的封装，Board Level）和三级封装（整机的组装，System Level）。通常把零级和一级封装称为电子封装（技术），而把二级和三级封装称为电子组装（技术）。二级封装主要有两大技术：通孔组装技术（Through Hole Technology，THT）和表面安装技术（Surface Mounting Technology，SMT）。由于SMT技术的优点非常突出，因此已成为电子生产领域里的主流技术，直到现在还垄断着电子组装的生产。

电子工业包括电子设计与软件、电子制造两个相对独立的产业，已经成为全球最大的工业。当今电子产品的微小化与迅速普及主要得益于集成电路制造技术和电子封装技术的发展与推动。电子封装具有强大的工业应用背景和现代科技背景，有庞大的产业链。

电子封装技术是以材料科学为基础，以材料加工与微纳制造为手段，以微小化、高密度、集成化为特征，以电子产品制造为研究目标的综合交叉的学科（图2），涉及集成电路封装、器件封装、板卡封装与组装等。

为了能够更好地理解电子封装技术的内涵，我们可以将电子封装技术看做电子制造领域的材料热加工技术，如同机械制造领域有冷加工和热加工（铸锻焊与热处理）技术一样。

3 电子制造领域的人才需求

我国的电子工业经过近 60 年的发展，尤其是经过改革开放 30 年的腾飞，由小到大，由弱变强，以相对较少的投入赢得了相对较大的效益，从而取得了令人瞩目的巨大成就，成长为国民经济的第一大产业和国家的支柱产业，肩负起推进国民经济和社会信息化、工业化和国防现代化的重任。中国的电子工业为国民经济的发展、国防实力的增强、重大科学试验工程的开展、人民物质生活和精神生活质量的提高，提供了大量电子装备和各类电子产品。可见，我国对从事电子制造领域的高层次人才的需求远大于其他领域，高级人才非常匮乏，普遍缺乏五类人才：一是能从事顶层设计、组织领导重大工程的技术带头人；二是能占领科技和市场前沿的高层次复合型人才；三是芯片、新型显示器件、网络硬件产品、光伏电池产品、半导体照明、光电产品、新一代移动通信产品的研究开发人才；四是从事制造工艺和材料研发的专门人才；五是善于大生产管理和资本市场运作的高级管理人才。分析目前高等工科院校的专业设置，我们可以发现：基本没有直接面向电子制造领域的、具有全面综合素质和创新能力的本科专业，目前电子制造和电子封装领域的高级人才主要来自于材料、机械、力学、化学、微电子和物理等专业的本科毕业生。劳动力总体素质不高和人才结构性短缺严重制约了中国电子企业快速与协调发展，严重制约了创新和尖端电子产品的设计与研发。

来自业界的统计表明，我国每年对电子封装技术本科层次的人才需求超过 7 万人。吸纳电子封装技术人才的需求单位主要有在建的规模电子封装制造厂（每年均超过35家以上）、比半导体封装更加庞大的电子组装企业（SMT、OEM、EM）；电子制造装备企业、工艺材料制造业、汽车电子产业、半导体（LED）照明产业、太阳能光伏产业、平板显示产业；电子制造产业链上的各企业；电子与航天领域的电子器件与整机研究院所、高等院校（专业教师、读研究生深造）等。

4 电子封装技术专业的培养方案

下面以华中科技大学电子封装技术专业的实践为一个具体案例来说明该专业的培养方案。

4.1 培养目标

培养具备材料工程学科、电子封装学科的有关基础理论知识与应用能力，能够从事电子制造领域的科学研究、教学、技术开发、设计制造、试验研究、企业管理和经营等方面工作，适应市场经济发展的富有创新精神的高素质复合型人才。特别针对电子制造业培养急需的电子封装技术专门人才。

4.2 基本规格

学习材料科学与工程及电子制造科学与技术两个领域的理论和技术；具有较扎实的自然科学基础，人文、艺术和社会科学素质；掌握材料工程领域的基础知识和应用技术，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、材料工程等；系统学习电子封装技术专业领域的理论基础知识和应用技术，主要包括微电子概论、信号与系统、电子制造技术基础、半导体工艺技术、电子封装与组装技术、电子工艺材料与设备、电子制造可靠性、微制造与微纳加工工程、电子制造生产管理等；熟悉本专业领域各个方向的专业技术，了解学科的前沿及发展趋势；具有较好的外语能力、自学能力、富有创新精神，具备较高综合素质。

4.3 培养特色

材料工程与电子制造技术相结合，理论与实际相结合，基础知识与学科前沿相结合。四年学制、授予工学学士学位。

4.4 核心课程

工程化学、工程力学、机械设计基础、材料科学基础、检测与控制、材料加工工程、电子制造技术基础、半导体制造工艺、电子工艺材料、信号与系统、电子制造可靠性、生产管理与质量控制、微连接原理、电子工艺材料、电子组装技术、微机电系统概论、基板技术、光电子导论、生物芯片技术、电子显示技术、电子工业专用设备、封装缺陷分析质量控制、无源元器件、现代分析测试技术等。

4.5 实践教学环节

在武汉光谷企业进行一周的认识实习，主要企业有武汉烽火集团、富士康集团（武汉）、武汉新芯国际、武汉光电国家实验室以及相关的光电子企业。在华中科技大学—伟创力集团（珠海）教学实习基地进行一个月的生产实习，图3 为首届电子封装技术专业（2005 级）学生在珠海实习的留影。建立了电子封装专业的基本教学实验平台与教学实验室，开创了封装和组装相关的教学实验，采用了多媒体互动教学包含多部最新的电子制造领域的教学软件和教学录像，其中包括半导体制造立体化教学软件、晶圆制造工艺录像、光电子制造教学录像、热分析软件、电路设计软件等。第八学期为毕业论文阶段，部分学生加入华中大—伟创力技术中心完成毕业论文；部分学生由指导教师安排在各大电子公司从事合作研究；其余学生在校内做课题。

5 华中科技大学电子封装技术专业的教学实力

华中科技大学是中国规模最大、水平一流的高等学府之一，综合办学实力和整体水平居全国重点大学前列。材料科学与工程学科为国家一级重点学科，整体水平也居全国前列。材料学院目前拥有材料成形与控制工程、材料科学与工程、电子封装技术三个本科专业。共计本科学生1365人；硕士与博士研究生约600人。有教职员工123人，其中院士1人、教授42人、副教授31人、讲师17人、教辅人员21人。拥有一支高素质的教学管理团队和优秀的辅导员团队。

材料学院在电子封装领域的教学与科研实力和水平处于国内高校前列，培养了大量从事电子封装领域工作的高级专门人才（本科、硕士、博士、博士后）。华中科技大学是最早在本科生中开设电子封装课程的学校（05级、06级、07级），目前在读的电子封装方向硕士与博士研究生超过50人，第一届电子封装技术专业方向（2005级）52名学生已经毕业，其中31人在国内各著名高校读研究生、6人去国外深造、15人签约各大电子公司工作，06级、07级和08级在校的电子封装技术专业学生约有130人，2009年电子封装技术专业计划招生60名。

电子封装教学与科研团队还隶属于武汉光电国家实验室，以及材料成形与模具技术国家重点实验室，主要研究领域涉及微电子封装、光电子封装、电子装联、电子工艺材料（焊料与导电胶）、电子产品可靠性、微机电系统（MEMS）、半导体照明、太阳能光伏电池、基板技术、电池技术、热管理、RoHS测试与标准等。

建立了华中科技大学—伟创力研发中心和珠海教学实习基地。图4为华中科技大学校长与伟创力CEO一起为华中科技大学—伟创力研发中心成立举行揭牌的照片。

建立了电子封装技术专业的教学实验中心，其中包括微连接实验室、金相实验室、封装工艺实验室、可靠性实验室、材料分析测试实验室等，拥有超净环境实验室与微纳制造实验条件。主要设备有引线键合设备、可焊性（润湿性）测试仪、微型力学性能试验机、返修工作站、体视显微镜、X-ray、制样镶样设备、金相显微镜、SEM、印制板制造设备、SMT设备、微连接与其他焊接设备、环境实验设备、疲劳性能测试设备、电子测试与信号分析仪器等。图5为部分实验仪器与装备。

2007年12月，在武汉召开了全国高校电子封装本科专业的教学研讨会，来自全国二十余所高校从事电子封装领域教学与科学研究的专家学者聚集在华中科技大学，交流研讨了电子封装技术专业教育的课程体系、专业定位、课程大纲等，为电子封装领域的人才培养制订发展规划（图6）。

6 结语

从学生的角度来看，电子封装技术专业培养的是从事电子制造领域的高级人才和能工巧匠，是最好找工作的工科专业之一！以材料为背景、既学“电子”又学“制造”，当然要读电子封装技术专业！电子封装技术专业已经培养出了第一代本科人才，他们今后的表现如何？能否得到社会的认同还有待时间的检验。目前电子制造与电子封装已成为一项集当今世界最先进科技成果于一体的综合性交叉式边缘学科，其技术进步远不止所表征的多少线宽、多大规模、多高的互联密度那么简单，而是一个极其庞大和复杂的系统工程和综合技术。我们应从国家乃至全球的战略高度，下大力气培养更多从事电子制造方面的专门人才。我们非常希望社会用人单位能够了解电子封装技术本科专业，进而提出对人才培养的意见与建议，帮助高等院校更好地培养电子制造领域的优秀人才，为打造一个名副其实的电子制造强国添砖加瓦。