文章研究了《微电子封装与测试》课程改革与实践的必要性,并对《微电子封装与测试》课程改革与优化的基本步骤、具体措施进行了初步探索。
《微电子封装与测试》课程是微电子专业的一门重要的专业基础课,同时又涉及到高度交叉的诸多技术领域,包括电子、机械、材料、化工和物理等专业技术,是理论与实践并重的技术基础课程。随着集成电路产业的发展,电子封装越来越受到人们的重视。国内的微电子封装技术教育已经得到国家及相关部委的重视,国家教委设置了“微电子制造工程”目录外专业,国防科工委设置了“电子封装技术”目录外紧缺专业。许多高校的材料学、材料加工、机械制造方面的研究也逐渐向电子封装的材料、工艺和装备转移,陆续创办了许多独立的电子封装技术或微电子制造专业。
湖北大学于2006年申请增设“微电子学”专业,专业挂靠物理学与电子科学学院,2007年开始招生,每年招收规模70人。从2007年起已经有4个班级近三百名学生从该专业毕业,并大都从事与专业相关的工作岗位。作为新开设专业,如何立足学校的办学定位,服务于国家和地方经济社会发展,都对新开微电子专业本科教育提出了更大的挑战,也带来了难得的机遇,同时对微电子课程体系建设和专业特色课程教学内容的选取都提出了较高要求。笔者根据对已毕业学生的走访反馈和四年间的教学实践活动,结合在湖北大学微电子专业方向的《微电子封装与测试》课程教学工作,以及在课程建设中的一些心得体会,以《微电子封装与测试》这一专业特色课程为例,就如何开展微电子专业的专业课程教学进行探讨。
一、强化专业特色,优选教学内容
不同高校不同专业对电子封装课程教学内容偏重点有所不同,“985”和“211”高校重在培养研究型人才,偏重于传授理论知识。湖北大学在微电子专业中开设了《微电子封装与测试》课程,和其他高校重在培养研究型人才而偏重于传授理论知识不同,为了能够使毕业生有较好的就业前景,湖北大学的培养目标定位于培养满足微电子材料与器件制造等高新技术产业需求的高素质创新人才。因此,更希望课堂上学生能够在接受本专业知识外,同时扩大知识范围。
《微电子封装与测试》课程是一门学时数为54学时的专业必修课,根据教学培养计划,《微电子封装与测试》课程开设在大三下学期,在此之前,学生以学习公共基础课和专业基础课为主。为了紧盯培养目标,突出学科重点,我们设计优选的《微电子封装与测试》理论课程体系总体分为七个部分:①电子制造概述,介绍电子制造整个过程以及微电子封装在其中所处的阶段,包括微电子封装的意义、功能及发展趋势;②封装材料,包括高分子封装材料、陶瓷封装材料、焊接材料、引线框架材料等;③封装工艺过程,包括芯片贴装、芯片互连、引线键合等;④封装设计,包括电设计和热控制设计;⑤先进封装技术,主要包括BGA技术、CSP技术、WLP技术及MCM技术等;⑥可靠性设计及封装测试;⑦封装技术展望。我们在授课中尽量删除繁琐的理论推导,如焊点过程中的受力过程理论分析、键合过程中热量的分布等,对部分过时的技术知识也做了相应的调整,主要是以必需和够用为度。另外,还增加一些热门专题,如光电子、LED封装、液晶显示等的封装知识及国际国内相关法律法规等,并通过PPT及相关视频展示,进一步开拓学生对新兴先进的封装知识的了解。
二、结合科研实践,开设创新实验
湖北大学物理学与电子科学学院以前的仪器设备配套以物理、电工电子、功能材料制备、集成电路器件与工艺等实验室为主。为了结合已有的实验条件和目前的科研基础,增强微电子专业的实践教学条件,我们正在开展以下相关工作:
1.在原有EDA实验室的基础上扩建专业集成电路设计实验室,建立集成电路设计EDA实验与验证平台,主要用于集成电路设计的仿真和正确性的验证,包括超大规模可编程逻辑器件EDA设计与验证实验、硬件制作实验。我院已有20套EDA验证板,并已开设多个专业设计实验。随着新专业的成立和学生人数的增加,计划增加30套FPGA(或CPLD器件)验证板,并增加示波器、任意型号发生器等辅助工具。
2.集中建立集成电路工艺与微加工技术平台。湖北大学“铁电压电材料与器件”省重点实验室及“材料物理与化学”省重点学科现有离子刻蚀、真空镀膜、光刻、退火等分散工艺。拟增设扩散等基本工艺,集中建立半导体工艺实验室,让学生能够实践掌握并研究发展集成电路与微加工工艺的整个流程。
3.争取能与产业结合,联合办学,直接培养企业需要的高层次专业人才。为企业服务,并为企业提供科研支撑。
同时,实践教学模式也将进行调整。改目前的一课一师为一课多师,实行一岗多师的团队教学,实现学生为主体和教师为主导的教学模式。课时安排采用分组教学(3~5人/组)、组间大循环、组内小循环的轮岗实训制。
三、产学研结合,注重实践、实(见)习基地建设
实践才是工科专业教育的根本已成为国际高等工程教育界的共识。美、日等国工科专业的实践教学时数已占总学时的35~40%。近年来随着新的教学计划的修订,我国实验和实训等环节在整个教学计划中的比重明显增大。实践教学是《微电子封装与测试》课程的重要组成部分,是培养学生动手能力、认知能力和创新能力的重要环节。为了培养具有较强创新和实践能力的、符合社会需求、高素质复合应用型工程技术人才,伴随着2007年 “微电子学”专业的组建,我们加强了实(见)习和实训教学环节建设,将原有EDA实验室、“铁电压电材料与器件”省重点实验室、高性能计算实验室等进行了改建和扩建。同时,联合校外企事业单位,如苏州固纬电子有限公司、东莞呈威电子有限公司、天津港东科技发展有限公司以及江苏绿扬电子仪器集团有限公司等,建立了具有本校特色的校内外微电子封装与测试生产实(见)习基地,通过参观相关企事业增强学生对生产过程的初步直观认知。同时,采取与企业实际生产接轨的流水线式实习安排,让每个同学负责生产制造过程中某一项工序,并定期进行轮换工作,适时地对学生进行安装、组装、贴装和封装等具体工艺的实训,而这些实训内容是微电子封装课程和“微电子学”专业的必备技能。通过这些实训和实习,进一步增强学生对封装工艺的感性认识和体验。
实(见)习等基地建设是实现加强实践教学,提高实践教学质量水平,推进产学研相结合研究的基本保证。其目的是为学生创造更多机会进入实践基地学习锻炼,进一步加强实践能力和创新能力的培养,同时实现资源共享,提高设备的利用率。加强现有实践基地的建设,同时开辟新的实践基地,不仅有利于产学研相结合研究的发展,而且有利于实践教学基地的长效运转。湖北省以光电子产业、数字化3C(计算机、通信、消费电子)产业、专用集成电路和软件产业、新型元器件及新材料产业为发展重点。武汉市东湖开发区内武汉中原电子有限公司、武汉富士康、武汉新芯电子有限公司与我校有着良好的合作传统,并且已经接纳了部分微电子专业方向的学生就业。随着以上产业在武汉市的进一步发展和相关国际大公司在武汉的设厂,我们将进一步拓展相关的实践、实(见)习基地,为微电子专业方向的学生创造更多进入实践基地学习锻炼的机会。
四、考核方式的改革
《微电子封装与测试》课程评价的根本目的是为了让学生掌握目前主要的封装工艺以及相关评价封装效果性能优劣的参数。课程评价应准确反映学生的学习水平和学习状况,全面落实课程目标。目前,我们采用的考核方式包括态度纪律考核标准和单元实践考核标准。态度纪律考核标准是以考勤、作业、参与实践的积极性等方面作为平时成绩,而单元实践考核标准是以课后作业作为单元实践考核标准,两者构成了课程的平时成绩。以平时成绩占40%,期末考试成绩占 60%,最终得到学生《微电子封装与测试》课程的评定成绩。这种考察方式存在检查手段单一,不能客观公正地反应学生的实习技能和所掌握的知识。由于单元实践考核存在不同程度的互相抄袭现象,考试较难反映出学生的动手能力。所以,我们将根据不同学习内容的知识结构特点,按照不同结构的课程目标和能力训练,抓住关键,突出重点,采用合适方式,提高评价效率,具体内容如下:
1.恰当运用多种评价方式。学习过程中的评价关注学习过程,有利于及时揭示问题、及时反馈、及时改进教与学活动。最终评价关注学习结果,有利于对教学活动作出总结性的结论。学习过程中的评价和最终评价都是必要的,应加强学习过程中的评价,注意收集反映学生学习与发展的资料。
2.注重评价主体的多元与互动。应注意将教师的评价、学生的自我评价及学生之间的相互评价相结合,加强学生的自我评价和相互评价,促进学生主动学习,自我反思。评价要理解和尊重学生的自我评价与相互评价。根据课程的需要,将来可让从事微电子封装行业的专业人员等适当参与评价活动,争取让学生获得来自企业一线的准确评价。
湖北大学“微电子学”专业在2007年开始首届招生以来,教学计划已经进行了两次较大修订,最大变化是物理、电子类课时减少,技术基础课时增加,实验门数和学时大幅度增加。优化后的课程体系对学生能力培养与社会需求更加接近,主要体现厚基础、增后劲、适应社会需求强等特点。而《微电子封装与测试》课程作为“微电子学”专业的主干课程,其重要性更是得到了专业教师的普遍认可。
由于电子封装技术的自身特点,决定其教学内容和教学手段与其他学科相比,有其特殊的要求。另外,不同层次的学校、不同专业对于《微电子封装与测试》课程的教学要求也有所不同,教师在授课过程中要根据本校定位、专业特点以及学生情况因材施教,优选课程教学内容,并结合自身专业的教学目标,合理选择课程教学手段。以培养学生分析问题的能力、知识应用能力和创新意识,提高其工程职业实践能力,以满足社会对专业人才的需要。但教学探索改革要做的工作还很多,所以《微电子封装与测试》课程的教学还需要长期、深入的研究和探讨。
作者简介:杨辅军,博士,副教授,研究方向:磁性材料与器件制作。
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