《半导体封装测试与可靠性》课程教学大纲 (课程思政版) 课程名称：半导体封装测试与可靠性 课程编号：03016002 学时数：40 学分数：2 课程类型：专业选修课程 开课学院：电子科学与工程学院 授课对象：硕士博士 先修课程：集成电路原理、集成电路工艺 执笔者：任敏 编写日期：2020.09 审核人： 一、教学目的 (1)知识目标 通过本课程教学，使学生系统学习在晶体管和集成电路(C)发展的不同历史阶段出现 的典型半导体封装测试与可靠性技术，了解IC封装的基本概念、功能和国内外发展现状， 重点讲解当今主流的芯片互连技术(WB/TAB/FCB)和先进IC封装技术(QFP、BGA、CSP、 MCM和3D封装等)，以及未来微电子封装技术发展趋势，掌握集成电路测试基本概念和 方法、深入讲述可靠性数学基础、失效分析和应用可靠性，从而拓宽学生的专业知识面，巩 固和深化所学理论知识，培养学生将来从事集成电路产品的研发和生产能力。 (2)思政目标 以立德树人为根本，使学生在获取专业知识的同时，达到社会主义核心价值观的重塑、 个人修养和科学思维的提升，实现全面发展。具体包括：1)认清微电子行业国际国内现状， 理解国家在微电子领域的重大需求，具有科技报国的家国情怀和社会责任感。2)具有追求 真理、勇攀高峰的科学精神，具有探索微电子未知领域的好奇心，敢于创新、善于创新。3) 具备较强的实践能力，具有采用马克思主义唯物辩证法及其方法论来正确认识、分析和解决 微电子领域实际问题的能力。4)具有较高的人文素养、表达能力，具备一定的行业前瞻性 眼光和国际化视野。 二、教学内容与要求 课程总学时数：40学时 (一)教学内容、要求及教学方法 第一章绪论(3学时) 1教学内容
《半导体封装测试与可靠性》课程教学大纲 （课程思政版） 课程名称：半导体封装测试与可靠性 课程编号：03016002 学 时 数 ：40 学 分 数：2 课程类型：专业选修课程 开课学院：电子科学与工程学院 授课对象：硕士/博士 先修课程：集成电路原理、集成电路工艺 执 笔 者：任敏 编写日期：2020.09 审 核 人： 一、教学目的 （1）知识目标 通过本课程教学，使学生系统学习在晶体管和集成电路（IC）发展的不同历史阶段出现 的典型半导体封装测试与可靠性技术，了解 IC 封装的基本概念、功能和国内外发展现状， 重点讲解当今主流的芯片互连技术（WB/TAB/FCB）和先进 IC 封装技术（QFP、BGA、CSP、 MCM 和 3D 封装等），以及未来微电子封装技术发展趋势，掌握集成电路测试基本概念和 方法、深入讲述可靠性数学基础、失效分析和应用可靠性，从而拓宽学生的专业知识面，巩 固和深化所学理论知识，培养学生将来从事集成电路产品的研发和生产能力。 （2）思政目标 以立德树人为根本，使学生在获取专业知识的同时，达到社会主义核心价值观的重塑、 个人修养和科学思维的提升，实现全面发展。具体包括：1）认清微电子行业国际国内现状， 理解国家在微电子领域的重大需求，具有科技报国的家国情怀和社会责任感。2）具有追求 真理、勇攀高峰的科学精神，具有探索微电子未知领域的好奇心，敢于创新、善于创新。3） 具备较强的实践能力，具有采用马克思主义唯物辩证法及其方法论来正确认识、分析和解决 微电子领域实际问题的能力。4）具有较高的人文素养、表达能力，具备一定的行业前瞻性 眼光和国际化视野。 二、教学内容与要求 课程总学时数：40 学时 （一）教学内容、要求及教学方法 第一章 绪论（3 学时） 1 教学内容
(1)了解微电子封装技术的演变过程和现状，微电子封装技术信息产业中的重要性： (2)理解微电子封装技术的分级和分类方法，微电子封装的功能，微电子封装技术的 驱动力： (3)掌握微电子封装的定义，芯片互连的芯片粘接方法。 2思政内容 (1)在讲解我国封装长夜和集成电路产业发展过程中，引入对中美贸易战、中兴华为事 件等社会热点问题，以及国家对集成电路领域的扶持政策，引导学生开展讨论。提出自主可 控的重要性。 (2)通过对国家集成电路扶持政策的讨论，提出科技创新的重要意义。 3教学要求 (1)掌握一维形式的泊松方程、电子与空穴的电流密度方程、电子与空穴的连续性方程， 掌握基本半导体方程的主要简化形式。 (2)让学生认识到我们与国外先进水平的差距，也认识到我国在集成电路领域的投入和 努力，激励学生树立至诚报国的理想追求。 4教学重点与难点 本章重点是微电子封装的定义，难点是芯片互连的芯片粘接方法。 第二章芯片互连技术(5学时) 1教学内容 (1)引线键合(WB)、载带自动焊(TAB)和倒装焊(FCB)技术各自的特点。 (2)WB的三种焊接方式的优缺点，Au一AI焊接的问题，TAB技术的关键材料和关键技 术，FCB技术的芯片凸点制作工艺： (3)再流焊FCB方法即可控塌陷芯片连接C4技术。 2思政内容 通过讲述芯片互联技术从正面键合到倒装焊的演变历程，引出逆向思维方式。 3教学要求 (1)掌握各种芯片互联技术的实现途径、各自特点和技术难点。 (2)培养学生的辩证唯物主义思维，加强学生的哲学素养和科学思维。 4教学重点与难点 本章的重点和难点是掌握再流焊FCB方法即可控塌陷芯片连接C4技术
（1）了解微电子封装技术的演变过程和现状，微电子封装技术信息产业中的重要性； （2）理解微电子封装技术的分级和分类方法，微电子封装的功能，微电子封装技术的 驱动力； （3）掌握微电子封装的定义，芯片互连的芯片粘接方法。 2 思政内容 （1）在讲解我国封装长夜和集成电路产业发展过程中，引入对中美贸易战、中兴华为事 件等社会热点问题，以及国家对集成电路领域的扶持政策，引导学生开展讨论。提出自主可 控的重要性。 （2）通过对国家集成电路扶持政策的讨论，提出科技创新的重要意义。 3 教学要求 （1）掌握一维形式的泊松方程、电子与空穴的电流密度方程、电子与空穴的连续性方程， 掌握基本半导体方程的主要简化形式。 （2）让学生认识到我们与国外先进水平的差距，也认识到我国在集成电路领域的投入和 努力，激励学生树立至诚报国的理想追求。 4 教学重点与难点 本章重点是微电子封装的定义，难点是芯片互连的芯片粘接方法。 第二章 芯片互连技术（5 学时） 1 教学内容 （1）引线键合（WB）、载带自动焊（TAB）和倒装焊（FCB）技术各自的特点。 （2）WB 的三种焊接方式的优缺点，Au－Al 焊接的问题，TAB 技术的关键材料和关键技 术，FCB 技术的芯片凸点制作工艺。 （3）再流焊 FCB 方法即可控塌陷芯片连接 C4 技术。 2 思政内容 通过讲述芯片互联技术从正面键合到倒装焊的演变历程，引出逆向思维方式。 3 教学要求 （1）掌握各种芯片互联技术的实现途径、各自特点和技术难点。 （2）培养学生的辩证唯物主义思维，加强学生的哲学素养和科学思维。 4 教学重点与难点 本章的重点和难点是掌握再流焊 FCB 方法即可控塌陷芯片连接 C4 技术
第三章BGA/CSP/功率器件封装技术(6学时) 1教学内容 (1)通孔插装技术(THT)和波峰焊的特点和工艺过程。 (2)表面贴装技术(SMT)和回流焊的特点和工艺过程。 (3)球栅阵列封装(BGA)的基本概念、特点和封装类型，PBGA和TBGA封装技术的各 自特点，BGA用材料的要求。 (4)芯片尺寸封装(CSP)的封装技术的概念，CSP技术的主要类别。 (5)功率半导体器件的种类及应用环境，TO系列、1GBT模块封装的工艺过程、特点及 类型。 2思政内容 讲解封装中易出现的问题，微小的应力问题可能带来严重的后果，从而引导学生对于工 匠精神的思考。 3教学要求 (1)掌握BGA/CSP/功率器件封装技术的实现途径、各自特点和技术难点。 (2)培养学生精益求精、追求极致的工匠精神。 4教学重点与难点 本章重点是BGA技术的结构和工艺特点，CSP技术的主要工艺流程，BGA、CSP和其他封 装技术的优点。 难点是功率半导体器件封装的特殊性及应用带来的可靠性问题。 第四章多芯片组件(MCM)(4学时) 1教学内容 (1)MCM的概念和发展现状，MCM的分类与特性。 (2)MCM的组装技术，MCM的检测技术和可靠性问题。 (3)MCM的设计分析方法，MCM的热设计技术。 2思政内容 (1)讲解封装中易出现的问题，微小的应力问题可能带来严重的后果，从而引导学生对 于工匠精神的思考。 (2)宇航、卫星、计算机及通信等军事和民用领域对提高组装密度、减轻重量、减小体 积、高中能和高可靠性等方面具有迫切需求，而我国在MCM封装技术领域和国外还存在较
第三章 BGA/CSP/功率器件封装技术（6 学时） 1 教学内容 （1）通孔插装技术（THT）和波峰焊的特点和工艺过程。 （2）表面贴装技术（SMT）和回流焊的特点和工艺过程。 （3）球栅阵列封装（BGA）的基本概念、特点和封装类型，PBGA 和 TBGA 封装技术的各 自特点，BGA 用材料的要求。 （4）芯片尺寸封装（CSP）的封装技术的概念，CSP 技术的主要类别。 （5）功率半导体器件的种类及应用环境，TO 系列、IGBT 模块封装的工艺过程、特点及 类型。 2 思政内容 讲解封装中易出现的问题，微小的应力问题可能带来严重的后果，从而引导学生对于工 匠精神的思考。 3 教学要求 （1）掌握 BGA/CSP/功率器件封装技术的实现途径、各自特点和技术难点。 （2）培养学生精益求精、追求极致的工匠精神。 4 教学重点与难点 本章重点是 BGA 技术的结构和工艺特点，CSP 技术的主要工艺流程，BGA、CSP 和其他封 装技术的优点。 难点是功率半导体器件封装的特殊性及应用带来的可靠性问题。 第四章 多芯片组件（MCM）（4 学时） 1 教学内容 （1）MCM 的概念和发展现状，MCM 的分类与特性。 （2）MCM 的组装技术，MCM 的检测技术和可靠性问题。 （3）MCM 的设计分析方法，MCM 的热设计技术。 2 思政内容 （1）讲解封装中易出现的问题，微小的应力问题可能带来严重的后果，从而引导学生对 于工匠精神的思考。 （2）宇航、卫星、计算机及通信等军事和民用领域对提高组装密度、减轻重量、减小体 积、高中能和高可靠性等方面具有迫切需求，而我国在 MCM 封装技术领域和国外还存在较
大差距。引导学生正确认识差距，增强学生的社会责任感和科技报国意识。 3教学要求 (1)掌握MCM技术的实现途径和技术难点。 (2)培养学生精益求精、追求极致的工匠精神。 4教学重点与难点 本章的教学重点和难点是MCM的组装技术和可靠性问题。 第五章未来封装技术展望（2学时) 1教学内容 (1)未来微电子封装技术的发展趋势，无源元件的集成化，三维(3D)封装技术，系 统级封装技术。 (2)系统级封装技术的重要性和目前面临的挑战，圆片级封装(WLP)技术的前景， 微电子机械系统(MEMS)封装技术的特点和应用范围。 2思政内容 引导学生对未来封装技术展开讨论，鼓励学生提出新的想法，从而引出创新思维的重要 性。 3教学要求 (1)掌握封装技术的发展趋势和系统级封装、圆片级封装的概念、实现途径和技术难点。 (2)激励学生勇于创新的科学精神。 4教学重点与难点 本章教学重点和难点是掌握系统级芯片(SOC)和系统级封装(SIP)各自的特点，WLP 技术工艺流程。 第六章可靠性数学基础（4学时) 1教学内容 (1)可靠性的重要性和可靠性的定义 (2)可靠性的表征方法和分布函数、可靠性框图 2思政内容 (1)从“可靠”和“失效”的关系引申出“矛盾的对立统一”。 (2)从失效率的“浴盆曲线”，引申出用发展的眼光看问题。 (3)从Arrehenius方程在加速寿命试验中的应用，引申出“类比法”的逻辑思维方式。 3教学要求 (1)使学生理解可靠性的重要性，理解大型复杂系统寿命评估以及可靠性设计的基本
大差距。引导学生正确认识差距，增强学生的社会责任感和科技报国意识。 3 教学要求 （1）掌握 MCM 技术的实现途径和技术难点。 （2）培养学生精益求精、追求极致的工匠精神。 4 教学重点与难点 本章的教学重点和难点是 MCM 的组装技术和可靠性问题。 第五章 未来封装技术展望（2 学时） 1 教学内容 （1）未来微电子封装技术的发展趋势，无源元件的集成化，三维（3D）封装技术，系 统级封装技术。 （2）系统级封装技术的重要性和目前面临的挑战，圆片级封装（WLP）技术的前景， 微电子机械系统（MEMS）封装技术的特点和应用范围。 2 思政内容 引导学生对未来封装技术展开讨论，鼓励学生提出新的想法，从而引出创新思维的重要 性。 3 教学要求 （1）掌握封装技术的发展趋势和系统级封装、圆片级封装的概念、实现途径和技术难点。 （2）激励学生勇于创新的科学精神。 4 教学重点与难点 本章教学重点和难点是掌握系统级芯片(SOC)和系统级封装（SIP）各自的特点，WLP 技术工艺流程。 第六章 可靠性数学基础（4 学时） 1 教学内容 （1）可靠性的重要性和可靠性的定义 （2）可靠性的表征方法和分布函数、可靠性框图 2 思政内容 （1）从“可靠”和“失效”的关系引申出“矛盾的对立统一”。 （2）从失效率的“浴盆曲线”，引申出用发展的眼光看问题。 （3）从 Arrehenius 方程在加速寿命试验中的应用，引申出“类比法”的逻辑思维方式。 3 教学要求 （1）使学生理解可靠性的重要性，理解大型复杂系统寿命评估以及可靠性设计的基本
思路，理解可靠性关系概念并掌握可靠性框图分析方法。 (2)培养学生的辩证唯物主义思维，加强学生的哲学素养和科学思维。 4教学重点与难点 本章教学重点是可靠性的定义和可靠性的数学表征，教学难点是加速寿命试验。 第七章可靠性效应和物理机理（10学时) 1教学内容 (1)集成电路主要失效现象的物理过程、产生机理及解决方法。包括界面效应、热载 流子效应及NBTI效应、栅氧化层击穿、ESD效应、电迁徙效应、Latch-up效应、等离子体 损伤、天线效应等可靠性现象。 (2)功率半导体器件VDMOS、IGBT器件的失效机理。 2思政内容 (1)S-SO2界面效应研究的早期，科学家针对实验现象给出了各种不同的物理解释。 由此联想到盲人摸象的典故，从而引出整体和部分的关系，以及全面看待问题的唯物主义方 法论。 (2)从栅氧化层的经时击穿现象，引申出“从量变到质量”。 (3)在CMOS电路中，要防止寄生PNPN结构闩锁造成器件烧毁，而在ESD保护器 件中则利用PNPN结构的门锁来泄放电流，达到防护的目的。同一现象在不同场景下有不 同的作用，由此引出“具体问题具体分析”。 3教学要求 (1)使学生掌握集成电路和功率器件的主要失效机理，并能灵活运用这些机理解释失 效现象。 (2)培养学生的辩证唯物主义思维，加强学生的哲学素养和科学思维。 4教学重点与难点 教学重点和难点是各种失效现象的物理机理。 第八章可靠性试验和失效分析方法(6学时) 1教学内容 (1)可靠性试验的目的、和方法。 (2)失效分析的概念、重要性以及分析方法。 2思政内容 (1)针对不同的应用，要采用不同的可靠性试验方法，从而引申出“具体问题具体分 析”的辩证唯物主义方法论
思路，理解可靠性关系概念并掌握可靠性框图分析方法。 （2）培养学生的辩证唯物主义思维，加强学生的哲学素养和科学思维。 4 教学重点与难点 本章教学重点是可靠性的定义和可靠性的数学表征，教学难点是加速寿命试验。 第七章 可靠性效应和物理机理（10 学时） 1 教学内容 （1）集成电路主要失效现象的物理过程、产生机理及解决方法。包括界面效应、热载 流子效应及 NBTI 效应、栅氧化层击穿、ESD 效应、电迁徙效应、Latch-up 效应、等离子体 损伤、天线效应等可靠性现象。 （2）功率半导体器件 VDMOS、IGBT 器件的失效机理。 2 思政内容 （1）Si-SiO2 界面效应研究的早期，科学家针对实验现象给出了各种不同的物理解释。 由此联想到盲人摸象的典故，从而引出整体和部分的关系，以及全面看待问题的唯物主义方 法论。 （2）从栅氧化层的经时击穿现象，引申出“从量变到质量”。 （3）在 CMOS 电路中，要防止寄生 PNPN 结构闩锁造成器件烧毁，而在 ESD 保护器 件中则利用 PNPN 结构的闩锁来泄放电流，达到防护的目的。同一现象在不同场景下有不 同的作用，由此引出“具体问题具体分析”。 3 教学要求 （1）使学生掌握集成电路和功率器件的主要失效机理，并能灵活运用这些机理解释失 效现象。 （2）培养学生的辩证唯物主义思维，加强学生的哲学素养和科学思维。 4 教学重点与难点 教学重点和难点是各种失效现象的物理机理。 第八章 可靠性试验和失效分析方法（6 学时） 1 教学内容 （1）可靠性试验的目的、和方法。 （2）失效分析的概念、重要性以及分析方法。 2 思政内容 （1）针对不同的应用，要采用不同的可靠性试验方法，从而引申出“具体问题具体分 析”的辩证唯物主义方法论
(2)分析本团队研制器件的失效案例，举例说明如何在复杂的实验现象中找出背后的 失效原因，从而引申出“抓住主要矛盾”的辩证唯物主义方法论。 3教学要求 (1)使学生了解主要的可靠性试验方法和失效分析方法，能够针对不同的应用和失效 场景正确选择不同的方法。 (2)培养学生的辩证唯物主义思维，加强学生的哲学素养和科学思维。 4教学重点与难点 教学重点是可靠性试验方法和失效分析方法。难点是失效分析方法的具体实施。 (二)课程作业安排情况 1、在课程进行过程中随机安排24次课堂作业，要求当场完成上交，每次作业量应在 15分钟以内，可以同时起到考勤作用： 2、在第二章、第四章、或第七章中安排1-2次课程报告，要求同学自选课题进行文献 查阅，提交研究报告。 三、考核方式与成绩评定 平时成绩30%，根据课堂作业和课程报告的情况评定，主要考核学生分析解决问题的 能力。 期末成绩70%，采用开卷考试，主要考核学生对基本概念的了解，关键知识点的掌握 和现有知识的运用能力。 四、教材及参考资料 教材： [1山《微电子封装技术》，中国电子学会生产技术学分会丛书编委会，中国科学技术大学 出版社，2011年。 [2]《电子元器件可靠性工程》，孙青等，电子工业出版社2002。 参考资料： [1]田民波，《电子封装工程》，清华大学出版社，2003 [2]张文典，《实用表面组装技术》第二版，电子工业出版社，2008 [3]哈铂(Harper,C.A.)主编，贾松良等译，《电子组装制造：芯片，电路板.封装及元 器件》，Electronic Assembly Fabrication,(美)北京.科学出版社，2006 [4]史保华，贾新章，张德胜，《微电子器件可靠性》，高等学校电子信息类规划教材，1999 [5]雷绍充，《超大规模集成电路测试》，电子工业出版社，2008 [6]庄奕琪，《微电子器件应用可靠性技术》，电子工业出版社，1996 [7刀李可为，《集成电路芯片封装技术（第2版）》，电子工业出版社，2013
（2）分析本团队研制器件的失效案例，举例说明如何在复杂的实验现象中找出背后的 失效原因，从而引申出“抓住主要矛盾”的辩证唯物主义方法论。 3 教学要求 （1）使学生了解主要的可靠性试验方法和失效分析方法，能够针对不同的应用和失效 场景正确选择不同的方法。 （2）培养学生的辩证唯物主义思维，加强学生的哲学素养和科学思维。 4 教学重点与难点 教学重点是可靠性试验方法和失效分析方法。难点是失效分析方法的具体实施。 （二）课程作业安排情况 1、在课程进行过程中随机安排 2-4 次课堂作业，要求当场完成上交，每次作业量应在 15 分钟以内，可以同时起到考勤作用； 2、在第二章、第四章、或第七章中安排 1-2 次课程报告，要求同学自选课题进行文献 查阅，提交研究报告。 三、考核方式与成绩评定 平时成绩 30％，根据课堂作业和课程报告的情况评定，主要考核学生分析解决问题的 能力。 期末成绩 70%，采用开卷考试，主要考核学生对基本概念的了解，关键知识点的掌握 和现有知识的运用能力。 四、教材及参考资料 教材： [1]《微电子封装技术》，中国电子学会生产技术学分会丛书编委会，中国科学技术大学 出版社，2011 年。 [2]《电子元器件可靠性工程》，孙青等，电子工业出版社 2002。 参考资料： [1] 田民波，《电子封装工程》，清华大学出版社，2003 [2] 张文典，《实用表面组装技术》第二版，电子工业出版社，2008 [3] 哈铂（Harper，C.A.）主编，贾松良等译，《电子组装制造：芯片.电路板.封装及元 器件》,Electronic Assembly Fabrication，（美）北京.科学出版社，2006 [4] 史保华,贾新章,张德胜，《微电子器件可靠性》，高等学校电子信息类规划教材，1999 [5] 雷绍充，《超大规模集成电路测试》，电子工业出版社，2008 [6] 庄奕琪，《微电子器件应用可靠性技术》，电子工业出版社，1996 [7] 李可为，《集成电路芯片封装技术（第 2 版）》，电子工业出版社，2013
[8]时万春，《现代集成电路测试技术》，化学工业出版社，2006。 [9)]《微纳米MOS器件可靠性与失效机理》，郝跃，刘红侠，科学出版社，2008 [10]《半导体器件可靠性物理》，高光渤等编著，科学出版社，1987
[8] 时万春，《现代集成电路测试技术》，化学工业出版社，2006。 [9]《微纳米 MOS 器件可靠性与失效机理》，郝跃，刘红侠，科学出版社，2008 [10]《半导体器件可靠性物理》，高光渤等 编著，科学出版社，1987
