5《微连接原理》课程教学大纲 吴懿平check文档格式.docx
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本课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求
指标点
毕业要求1：
工程知识
能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
1.1掌握了用于解决电子制造技术复杂问题的数学基础知识。
1.2掌握了用于解决电子制造技术复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。
1.3掌握了用于解决电子制造技术复杂问题的工程力学基础知识。
1.4掌握了用于解决电子制造技术复杂问题的工程检测与控制基础知识。
1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决电子制造技术复杂问题。
课程目标1、
课程目标2、课程目标3
毕业要求2：
问题分析
能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
如：
IMC的演变。
2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
固相相变。
2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
可靠性实验。
2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
连接界面的建模与分析。
课程目标1
毕业要求3：
设计/开发解决方案
能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。
3.1了解电子制造技术问题特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。
3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂电子制造技术问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定电子制造技术需求的系统、单元（部件）或工艺流程的能力。
3.3在设计（开发）过程中，具有追求电子制造技术复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。
毕业要求4：
研究
能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
4.1掌握微连接原理，能够采用科学方法，具备合理设计电子制造技术复杂实验、开展科学研究的能力。
4.2掌握电子制造技术原理及主要工艺，能够采用科学方法，正确构建并实施电子制造技术综合实验，得出正确结果的能力。
4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的电子制造技术实验结果进行正确分析能力。
4.4了解常见的电子制造技术常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。
毕业要求5：
使用现代工具
能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。
5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。
5.2了解电子制造技术专业重要资料来源及获取方法。
5.3具备应用各类文献、信息及资料进行复杂电子制造技术实践的能力。
5.4掌握复杂电子制造技术问题的预测与模拟方法，理解其局限性。
毕业要求6：
工程与社会
能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。
6.1了解与电子制造工程相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
6.2了解电子制造技术专业特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂成型及控制工程问题解决方案的优劣。
6.3能正确认识电子制造技术各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。
毕业要求7：
环境和可持续发展
能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
7.1了解电子制造技术的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。
7.2能正确理解和评价电子制造技术复杂问题实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。
7.3在解决复杂的电子制造技术的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
毕业要求8：
职业规范
具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。
8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。
8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。
8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德
8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。
毕业要求9：
个人和团队
能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。
9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。
9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。
毕业要求10：
沟通
能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。
并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。
10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。
10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。
毕业要求11：
项目管理
理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。
11.1了解机械及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。
11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。
11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。
毕业要求12：
终身学习
具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。
12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。
12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。
12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。
七、教学重点与难点：
教学重点：
1）锡基金属学：
液态锡基合金与：
a块体界面的反应、b薄膜界面的反应；
2）液固界面下金属间化合物形成的热力学与动力学问题；
固固界面下的金属间化合物的演化；
3）缺陷的形成与控制原理，如可肯达尔空洞、锡须、电迁移与热迁移；
4）UBM界面金属学；
5）重点学习的章节内容包括：
第2章“锡与铜的反应”（4学时）、第3章“薄膜中的Cu-Sn反应”（4学时）、第4章“倒装互连中的铜锡反应”（4学时）、第8章“微连接性能评估”（4学时）。
教学难点：
1）微连接原理课程是电子封装技术专业的核心课程之一，理论性强，涉及材料学和冶金学的基础理论知识。
通过本课程学习，要求掌握微连接的基础理论知识。
八、教学方法与手段：
教学方法：
（1）采用现代化教学方法（含互联网、PPT演示，专业影像资料等），讲授微连接原理的理论知识，以提高教学效果及效率；
（2）课堂教学与课堂互动相结合，吸引学生的注意力、重点难点反复交代、层层递进，提高学生的学习效果。
教学手段：
1）强调微连接原理是本专业的基础与理论核心，提高学生对本课程的重视程度，加强学生学习本课程的主动性与能动性；
抓住锡基金属学问题，理清各章节的先后秩序与内在逻辑，进一步帮助学生系统掌握本课程的理论体系。
2）有的放矢地做好课堂教学前的准备（图片、影像、教学视频等手段）展示教学，加深学生对微连接原理的理解与掌握，提高授课质量与效果；
九、教学内容与学时安排
（1）总体安排
教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
表2基本教学内容与学时安排
序号
课程内容
课堂（学习、讨论）学时
课外（准备、复试、实践）学时
1
绪论
微连接原理的材料科学基础
4
8
3
Sn及其金属间化合物
锡与铜的反应
5
薄膜中的Cu-Sn反应
6
扇贝状Cu-Sn形成
7
锡须
电迁移、热迁移与蠕变
9
微尺度下的焊点
10
微连接性能评估
（2）具体内容
各章节的具体内容如下：
第一章绪论（2学时）
1.1电子封装技术的内涵
1.2电子工业中的软钎焊
1.3微连接原理的内容
第二章微连接原理的材料科学基础（4学时）
2.1合金相图与合金凝固、塑性变形与金属强化方法、固态相变原理
2.2扩散、回复与再结晶、材料力学性能
2.3软钎焊基础及其在电子封装中的应用
第三章Sn及其金属间化合物
3.1锡及其基本特性
3.2Sn-Cu二元相图
3.3金属间化合物及其生长、
3.4软钎焊性
3.5润湿及其评价
第四章锡与铜的反应（4学时）
4.1纯Sn在Cu上的润湿反应
4.2SnPb共晶与Cu的润湿反应
4.3无铅共晶焊料与Cu的润湿反应
4.4SnPb共晶与Cu界面在固态下的反应
4.5可肯达尔空洞的形成
第五章薄膜中的Cu-Sn反应（4学时）
5.1Cu薄膜与共晶SnPb浸润反应
5.2Sn/Cu薄膜在室温下的反应
5.3共晶SnAgCu焊膏在UBM薄膜上的反应
第六章扇贝状Cu-Sn形成（2学时）
5.1润湿反应中的扇贝状IMC生长
5.2单分散半球状扇贝IMC的简单模型
5.3熟化理论
第七章锡须（4学时）
6.1锡须生长形态
6.2Cu-Sn反应的应力导致锡须生长（驱动力）
6.3锡须生长的氧化膜理论与位错理论
6.4Sn须的加速生长
6.5锡须生长的抑制
第八章电迁移、热迁移与蠕变（4学时）
8.1电迁移与电子风力
8.2电流聚集和电流密度梯度
8.3Cu-Sn界面反应和电迁移导致的焊点韧脆转变
8.4热迁移与温度梯度
8.5热迁移与电迁移交互
8.6蠕变
第九章微尺度下的焊点（2学时）
9.1焊点微型化带来的可靠性挑战
9.2体积分数对焊点微观组织的影响
9.3互连界面两侧的交互作用
第十章微连接性能评估（2学时）
9.1微连接焊点的静态力学性能
9.2微连接焊点的冲击性能与抗跌落性能
（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求
思考题（课后作业）：
第1章思考题：
1、简述电子封装技术的内涵与外延
2、简述软钎焊在电子工业中的重要作用
3、请阐述电子封装技术的未来发展动向。
第2章思考题：
1、什么是二元共晶焊料与三元共晶焊料
2、简述固态相变的特点
3、何为金属间化合物？
第3章思考题：
1、为什么Sn是软钎焊的基础材料？
2、液态Sn分别铺展在Cu、Au、Ni、Ag镀层表面。
请分别画出室温下的界面金相组织。
3、简述几种软钎焊料润湿的评价方法。
4、简述焊球法的原理和操作过程。
解释个润湿曲线上各特征值的意义，如T0、Fmax参数。
第4章思考题：
1、简述Sn与Cu形成的几种金属间化合物性质。
画出平衡状态下，Sn/Cu界面的组织形貌。
2、画出Sn-Pb二元相图。
分别说明Sn63/Pb37、Sn95/Pb5和Pb95Sn5三种成分从液态到固态的组织形貌，和各相的体积分数。
3、简述可肯达尔空洞的形成及其对互连界面组织与性能的影响。
第5章思考题：
1、Sn焊料与薄膜Cu形成了互连界面。
若薄膜Cu下次表层材料分别为Ni和Cr，请简述多次回流后发生的现象。
2、Sn焊料与薄膜Cu形成了互连界面。
若薄膜Cu下次表层材料分别为Ni和Cr，请简述时效后发生的现象。
3、简述与高锡焊料凸点下UBM的结构及其各镀层的作用。
4、简述90/10高铅焊料凸点下UBM结构及各镀层的作用。
第6章思考题：
简述扇贝状金属间化合物的形成过程。
第7章思考题：
1、简述锡须的形成的三种机制。
2、为什么锡须容易在高锡薄膜镀层表面生长？
第8章思考题：
1、简述电子风力。
2、简述热迁移与电迁移的异同。
3、什么是电流密度梯度；
什么是温度梯度？
4、简述焊料及其界面的蠕变现象。
第9章思考题：
1、为什么说倒装焊料凸点高度进一步缩小后，互连界面性能会发生突变？
2、简述纳米封装特点。
第10章思考题：
1、比较焊点的跌落实验与冲击试验的异同。
2、为什么不能仅以焊点的静态力学性能来评估互连界面的可靠性？
讨论（思考题及作业）要求：
1、每章节学习结束后，学生都要针对上课教师的课程作业进行PPT汇报，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。
2、以小组为单位，针对特定的微连接问题，通过文献阅读及调研，采用PPT进行展示汇报（时间不超过10分钟）与讨论。
汇报表现与成绩，按约10%计入课程总成绩。
十、教学参考书及文献
1教材：
SolderJointTechnology—Materials,PropertiesandReliability,King-NingTu
Springer出版公司，2007年
2参考书：
《材料科学基础》，石德珂编，机械工业工出版社，1999年
《电子制造技术基础》，吴懿平等编，机械工业出版社，2005年
十一、课程成绩评定与记载考核方式
1、课程考核及评价细则
课程考核及评价细则，详见表3。
表3课程考核及评价细则
成绩组成
考核/评价环节
分值
考核/评价细则
对应的教学目标
平时成绩
30%
上课表现
根据学生平时上课的出勤率、回答课堂讨论问题及互动情况，视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。
1、2、3
平时作业
根据学生的课后作业的完成情况及质量，视其对课程知识理解、掌握情况，最后按10%计入课程总成绩。
交流（PPT展示等）
每位学生，根据老师的课题作业计划，采用PPT展示汇报与讨论，成绩按10%计入课程总成绩。
考试成绩
70%
考试的卷面分数
70
以卷面成绩的70%计入总成绩。
2、终结性考试形式：
闭卷考试，以卷面成绩的70%计入总成绩。
撰稿：
《微连接原理》课程组（主笔：
吴懿平）
审核：
材料科学与工程学院本科教学指导委员会
2015-12-15
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