導語：如何才能寫好一篇集成電路的原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞： 大規模集成電路 集成電路制造工藝 教學內容

21世紀以來，信息產業已成為我國國民經濟發展的支柱產業之一，同時也是衡量一個國家科技發展水平和綜合國力的重要指標。超大規模集成電路技術是信息產業的重要基礎，而集成電路制造工藝又是超大規模集成電路的核心技術。因此，對集成電路工藝的優化和創新就成為提高信息產業綜合實力，增強國家科技競爭力的關鍵所在。近年來，盡管我國微電子技術不斷進步，但與微電子技術發達的國家相比，仍存在著相當大的差距。因此，要實現由集成電路生產制造大國向集成電路研發強國的轉變，就迫切需要培養一批高質量的超大規模集成電路工藝技術人才[1]，這也正是《集成電路工藝原理》這門課程所要實現的目標。

然而，目前《集成電路工藝原理》課程的教學效果并不理想[2]，[3]，究其根本原因在于該課程存在內容陳舊、知識點離散、概念抽象、目標不明確等不足[4]。同時，由于大部分普通高校沒有足夠的實驗設備和模擬仿真實驗平臺，無法使學生熟悉和掌握工藝儀器的操作，導致學生所學知識與實際應用嚴重脫鉤，甚至失去學習積極性，產生厭學情緒。為此，依據我院微電子專業本科生的教學情況，我詳細分析了教學過程中存在的問題，提出了改革方案。

一、目前教學中存在的問題

1.學習目標不明確?，F有的教學內容往往采用先分別獨立講授單項加工工藝，待所有工藝全部講授完畢，再綜合利用所有工藝演示制作CMOS集成電路芯片的流程。這種教學模式會造成學生在前期的理論學習過程中目標不明確，無法掌握單項工藝在芯片加工中的作用，不能與實際器件加工進行對應，造成所學知識與實際應用嚴重錯位，降低了學生的學習積極性和主動性。

2.知識銜接性差。本課程的重點內容是集成電路工藝的物理基礎和基本原理，它涉及熱學、原子物理學、半導體物理等離子體物理、化學、流體力學等基礎學科，然而，大部分學生并未系統地學習過譬如等離子體物理、流體力學等課程，這就不可避免地造成了教學內容跨越性大的問題，無法實現知識的正常銜接，致使學生對基本概念和基本物理過程難以理解，從而影響學生的學習興趣。

3.課程內容抽象，不易理解。由于該課程的基本概念、物理原理和物理過程多而繁雜，再加上各種不同工藝之間的配合與銜接，導致內容抽象難懂。教師在課堂上按照常規講法，費時費力，學生對所講內容仍無法徹底理解，難以完成知識的遷移。

4.教學資源匱乏。現有教材中嚴重缺乏集成電路加工方法的可視化資料，大量使用文字敘述描述物理過程和工藝流程，致使課程講授枯燥乏味，學生無法真正理解教學內容，很難產生學習興趣。

綜上所述，在現有集成電路工藝原理的教學過程中還存在一些嚴重影響教學質量的因素。為了響應國家“十二五”規劃中明確提出的建設創新型國家的任務，培養創新型大學生的要求，我們必須逐步改革和完善現有的教學內容及教學模式[5]，提高教學質量，為培養開創未來的全面發展型人才奠定基礎。

二、教學內容的整體規劃

為了讓學生明確教學目標，突出教學重點，需要摒棄傳統的教學思路[6]，構建“先整體、后部分；先目標、后工藝”的教學思路，對教學內容進行重新設計，使其更加符合學生的認知規律。我們拋棄了傳統的教學內容編排方式，提出了整個課程主要圍繞一個通用、典型的集成電路芯片的加工和制備展開，使學生明確本課程的教學目標。首先給出典型器件的模型，分析其各部分的材料和結構，明確器件的不同組成部分并進行歸類，依據器件加工的先后順序，然后模塊化講授器件每部分的加工方法、工藝原理和加工流程，逐步完成集成電路的全部制作，進而完成整個課程內容的講授。這樣就能用一條主線串起每塊學習內容，使學生明確每種工藝的原理、流程和用途，做到有的放矢，并能與實際應用較好地融合在一起，進而提高學生的學習主動性，增強課堂教學效果。

三、教學內容的選取與組織

1.教材的選擇

集成電路工藝的發展遵循摩爾定律，隨著理論的深入和技術的革新，現有的大部分《集成電路工藝原理》教材顯得陳舊、落后，無法適應現代工藝技術的發展和教學的需求。

為此，本課程的教材最好采用現有經典教材和前沿科學研究成果相結合的方式，現有經典教材有美國明尼蘇達大學的《微電子制造科學原理與工程技術》[3]和北京大學的《硅集成電路工藝基礎》[7]等，這些教材內容全面，幾乎覆蓋了所有的集成電路加工方法，而且原理講解深入透徹，具有較強的理論性。這些教材知識結構基本上是按照傳統的教學思路編排，所以要打破這種思維的束縛，設計出一個具有代表性器件的加工過程，然后把教材中的工藝原理、工藝流程融入器件的加工過程中。這就要求我們不能照搬書本上的知識內容，需要根據課程的新設計方案重新整合講義。同時還應該注意，為了擴充學生的知識面，還應該摘取一些具有代表性的最新前沿成果，不僅使學生的知識體系具有完整性，而且能進一步調動他們的創造性。

2.教學內容的選取

依據課程“先整體、后部分；先目標、后工藝”的教學思路，采用“范例”教學模式，教學內容可以劃分為九大知識模塊：典型CMOS器件、外延、氧化、擴散、離子注入、物理氣相淀積、化學氣相淀積、光刻與刻蝕、隔離與互聯。首先，通過一個典型CMOS器件的結構分析，獲得制作一個芯片所需的材料與結構，然后簡要給出不同材料和結構的加工方法，讓學生對課程整體內容有宏觀把握，初步了解每種工藝的基本功能。其次按照器件加工的順序，對不同工藝分別從發展歷史、工藝原理、工藝流程、工藝特點等方面進行詳細闡述，使學生對工藝原理深入理解，工藝流程熟練掌握，最后完成整個器件的制作。

3.教學內容的組織

對每部分教學內容要堅持“基礎知識銜接、主流工藝突出、淘汰工藝刪減、最新工藝提及”的原則。由于本課程以工藝的物理基礎和基本原理為重點內容，這是本課程的教學難點，為了讓學生更加清晰地理解和掌握其工藝原理，需要適當地補充一些課程必備的物理基礎知識。主流工藝是本課程的主要內容，要求學生對原理、流程、性能、使用范圍等深入理解，熟練掌握。因此，這部分內容要進行詳細講解。淘汰工藝是本課程的了解內容，目前淘汰工藝在現有教材中占據的篇幅和課時還比較多，且有喧賓奪主之勢，為了讓學生了解和熟悉集成電路工藝的發展歷史，需要進行適當的概括壓縮或刪減處理。最新工藝是本學科的前沿研究內容，為了擴充學生的知識，開闊學生的視野，應該適當地補充一些新型工藝技術，為學生將來進一步研究深造奠定基礎。

四、結語

《集成電路工藝原理》是微電子學專業本科生的一門重要的專業基礎課程，本課程的目的是使學生掌握集成電路制造工藝流程和基本原理。只有通過精心選擇優秀教材，合理設計教學內容，使理論與實踐緊密結合，才能激發學生的學習興趣和創新思維，進而有效地提高課堂教學質量，為培養科技創新型人才奠定基礎。

參考文獻：

[1]彭英才.兼談《集成電路工藝原理》課的教學體會與實踐[J]，高等理科教育，2003（50）.

[2]李尊朝.集成電路工藝課程教學改革探析[J].實驗科學與技術，2010（8）.

[3]李琦，趙秋明，段吉海.工程教育背景下“集成電路工藝”的教學探索[J].中國電力教育，2011.

[4]邵春聲.淺談《集成電路制造工藝》的課程建設和教學實踐[J].常州工學院學報，2010（23）.

[5]湯乃云.“集成電路工藝原理”課程建設與教學改革探討[J].中國電力教育，2012.

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今年，國務院在關于“部署加快現代職業教育”常務會議上，首次提出“將引導一批普通地方本科院校向應用技術型高校轉型”，宿遷學院（以下均稱我院）作為一所地方性獨立院校，一直以“應用技術型本科院校”作為學院的辦學目標，學院經過十余年的發展，在本科職業教育方面頗有建樹，在中國高等教育發展重大改革之際，江蘇省教育廳將我院定為首批轉型學院，并作為典范向全省推廣?！半娐吩怼闭n程作為我院電子信息工程專業主要專業基礎課程，針對該課程的特點，圍繞應用型人才培養方案，我院對該課程進行了一系列的教學改革，改革成效良好，目前，我院已將該課程改革模式做全院推廣。

一、教學大綱的修訂

為培養應用型人才，實現因材施教，我們學院對傳統的本科教育模式進行了有益的改革探索，將現行的本科教育劃分為專業教育和職業教育，同一專業由以前一種培養方案改變為現行的兩種，兩種方案在“教材使用”、“教學總學時”和“課程學分”等方面是一致的，但在課程教學大綱和實踐教學方面有著質的不同。[1-2]

“電路原理”課程是電路理論的入門課程，通過該課程的學習，使學生掌握電路的基本理論知識、分析計算電路的基本方法和初步的實驗技能，培養學生的科學思維能力，樹立理論聯系工程的觀點，同時也培養學生運用所學知識去分析問題、解決問題的能力，并為學習后續課程準備必要的電路知識。同時，該課程又是研究生入學考試的專業課程。因此，根據該課程的特點以及我院學生的實際文化層次，我們對“電路原理”課程的教學大綱做了較大的修訂。下圖為修訂后的大綱簡表，從表中可以看出，專業教育大綱側重理論教學，主要針對深層次的理論研究，職業教育大綱側重實踐教學，重在為學生打下扎實的電路理論和實踐基礎。

二、教學方法和手段改革

1.課堂中適時引入“微工程項目”教學法

“電路原理”課程具有廣泛的工程背景，[3-5]不少學校在教學中，引入了工程項目教學法，此方法對于課堂教學來說，因課堂時間有限，存在一定的局限性。為便于理論課堂教學，我們將軟件仿真教學和實驗教學引入到理論課堂教學中，課堂中講到定理、定律時，通過準備好的仿真電路現場仿真，演示結果，同時，再通過準備好的實驗電路板搭建電路，驗證仿真的正確性。這樣，將只能在課外進行的工程項目縮為可以在課堂上進行的一個個微小項目，不僅可以提升學生的科學思維能力，而且有助于培養學生理論聯系實際的工程觀點。

2.打造精品多媒體課件

多媒體教學的應用已經相當普及，隨著網絡教學資源的豐富，多媒體教學迎來了高速發展的春天。同時，多媒體教學存在的缺陷也逐漸突顯，尤其是網絡下載或教材配套的課件，很不具備因材施教的針對性。為此，我們重新精心制作了新的多媒體課件，新的課件根據學生學習接受能力，重新設置了教學難點和重點。同時，大幅度增加PPT中電路動態過程的制作，讓電路中電壓、電流以動畫的形式展現，提高課程的趣味性，加深學生對“參考方向”、“動態元件的動態過程”和“互感”等抽象知識的理解和掌握。[6-7]

3.強調傳統板書與多媒體教學有機結合

多媒體教學的應用，板書就顯得可有可無，更多甚者，棄用板書。多媒體教學優點固然很多：信息量大、畫面優美、動畫逼真等、教學時間節省等等，但與傳統板書相比，亦有其不足之處：教學進度快，學生思維難以完全跟上；推導定理公式，不如板書教學更易于學生接受和理解；學生對于板書教學認可度更高。因此，教學中應將多媒體教學與傳統板書相結合。課前，設計好每一個教學環節，充分利用教學方法的多樣性，合理地做到二者的有機結合，正真做到提高教學效果和教學質量。[3]

三、實踐教學改革

實踐教學是教學改革中一個重要的環節，[6-7]作為以“應用技術型”為定位的獨立院校，我院在此方面做了大膽的改革嘗試。傳統實驗教學過程是：教師講解――學生實驗――教師指導，整個過程，以教師“教”為主，學生“學”為輔，教師和學生的關系依然是“教”和“學”的關系，這就造成了學生在實驗過程中產生依賴，失去積極性、主動性和創造性。要改變這種狀況，就要調整學生在實驗教學過程中的地位，讓其由“客”變“主”，激發他們的能動性、主動性和創造性。為此，我們做了以下幾個方面的工作。

（1）編寫實驗指導書和制作實驗演示視頻。根據實驗設備的條件和學生的文化能力，我們編寫了實驗指導書，制作了實驗演示視頻。指導書的第一個實驗，是熟知實驗室的儀器設備及使用方法和注意事項，其他每一個實驗均設置三個層次：基礎型，提高型，綜合型。為培養學生自學能力，方便于學生自學實驗內容，我們還為每一個實驗，制作了實驗視頻，實驗視頻詳細講解了基礎型實驗整個操作過程，對提高型和綜合型實驗采用了“啟發式”、“探討式”等教學方法進行講授和操作演示。

（2）改革傳統教學模式。首先，實驗采取分組模式，由過去兩人一組變為一人一組，實現實驗過程的獨立性。其次，指導教師不參與指導自己理論課程教授的學生。最后，指導教師在指導過程中，第一次課在講解儀器設備的使用及注意事項外，對第一個實驗過程允許做詳細的講解和指導，從第二個實驗開始，學生按照實驗計劃自行進入實驗室開始實驗，實驗過程中，遇到困難自己思考解決，不得請教其他同學，可以請教指導教師，指導教師依據實際情況給予必要、簡短的提示，但不得做過多指導。

（3）加強成績的考核。指導教師根據學生實驗的完成情況，按三個分值區間給予成績：基礎型為60―75分；提高型為76―85分；綜合型為86分以上。如果學生不滿意于實驗成績，可提出申請再次重做，成績以后次為準。實驗課堂成績和實驗報告成績按6：4折算出實驗總評成績，實驗總評成績占期末總評成績的20%。

通過以上三個方面的改革，自編分層次的實驗指導書和演示視頻，為激發學生自學能力、創造能力和創新能力提供了保障條件；教學模式的變革，徹底改變了實驗教學過程中學生的“被實驗”現象，迫使學生“客”變“主”，提高學生參與實驗的積極性和主動性；成績考核的加強，促進學生對實驗教學的重視，有力的推動實驗實踐教學質量的提高。

四、考核模式改革

獨立學院學生文化層次相對不高，學習的自覺性和主動性相對較弱，“平時不學習，考前搞突擊”的現象嚴重。為改變這一現狀，我們在研究了國內外一些高?？己四Ｊ胶?，結合我院的實際情況，提出了一個多元化的考核機制。

（1）增加階段性考核。“電路原理”階段性考核方式為：每一章內容進行一次階段考試，階段考試平均成績占期末總評成績30%。階段性考核方式，改變了過去“最后一紙”定成績的考核模式，促使學生重視學習過程，有效的提高了課程的教學質量。

（2）作業成績多樣化。傳統的作業成績比較單一，現將參加電子競賽、電子挑戰杯、參加電子興趣小組完成作品情況和平時綜合性大作業等幾個方面成績一并計入作業成績，作業成績占期末總評成績的10%。作業成績的多樣性，引導和激發了學生對電子競賽活動的興趣和參與，增強了學生對專業知識學習的濃度，促進了學風建設。

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關鍵詞：低壓電力載波；通信技術；城市路燈；遠程智能系統；城市服務質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2017）10-0063-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.10.031

近年來，我國國民經濟飛速發展，城市化水平也隨之不斷提高，政府及相關建設單位也不斷加大對基礎設施建筑的資金投入，故我國城市照明設施處速的完善進程之中。城市道路照明節能是一項較為復雜的系統工程，其涉及到多個環節，例如電子鎮流器、控制決策、照明控制管理、光源、監控技術等。此外，城市照明系統在我國絕大不大部分區域內都極為落后，存在著許多突出問題，例如維護困難、安全隱患大等，大大增加照明的成本投入，制約著我國城市化水平的進展。城市路燈遠程智能控制的實現具有深遠的意義，可以迅速且有效地增強城市照明系統的科學性與高效性，尤其是低壓電力載波通信技術的應用不但可以進一步加快城市化進程，而且可以提高照明的穩定性。

1 城市路燈遠程智能監控系統的工作原理與結構特性

據相關資料的考察，城市遠程智能控制結構上有特殊的要求，針對其特殊性，該系統必不可少的部分為主機和從機單元。主機與從機單元具有眾多不同的單元構成，其中顯示器、設備、鍵盤以及微型打印機等主單片機系統在主機單元中較為常見，光電轉換單位、設備等從單片機系統則包含在從機單元中。

綜合城市路燈遠程智能控制在實際中的應用情況，城市路燈控制室內主要安裝主機單元，而城市路燈控制箱內則一般安裝從機單元。主機單元與從機單元的通信方式一樣，即電力載波，數據交換可以通過從機與電子鎮流器來實現，進而達到系統正常運轉的需求。而主機系統能夠結合實際情況執行繼電器的一些命令，得到的信息會由相應的從機及時獲得。從機經過一定的處理后，又會把信息反饋給主機部分，主機再次處理后可將有價值的數據打印出來。該信息假若真實有效，那么可以斷定該路燈受到了一定程度的損壞。假若主機通過程序將所有路燈都開啟，操作人員又將地址信息傳送給了從機，從而展開巡檢工作，此時則能夠獲得來自從機的有效信息，進而將該信息通過打印機呈現出來。

在對城市路燈遠程控制有一定熟悉之后，依據打印的有效信息，相關技術人員可以準確地判斷出從機單元運行所處的各種狀態，分析從機的線路故障情況，這樣可以有效地緩解物力、人力資源所帶來的壓力，進而促進城市路燈遠程智能控制的不斷完善。

2 路燈遠程監控系統的硬件結構

2.1 主機單元

現階段實際應用中，8031單片機應用模式在主機系統中較為常見，其主要組成部分包括4位半顯示單元、鍵盤單元、微型打印機。

2.2 從機單元

電壓與電流傳感器在從機單元經過一定轉換，即將光電轉換為相應的輸出信號，再對信號采取進一步的處理后，接入輸入端（A用轉換單元），最后再傳輸至A8T9C51單片機系統內。通過驅動單元，單片機可實現開啟與關閉路燈的功能，信息交換則是主要通過單片機的中斷過程來實現。

2.3 路燈遠程智能監控系統通信方案

傳輸方案采用單燈接力式，中繼的作用可以在每一個傳輸方案中體現出來，并且不再需要多余的。一般而言，路燈常見的距離在35m左右，進而極大地降低衰減程度，極大地提高信號的信噪比，精確且高效地接受信號。

3 路燈遠程監控系統的軟件結構

3.1 主機軟件設計

為了最大限度地發揮城市路燈遠程智能監控中電力載波通信技g的實用價值，在設計系統主機軟件的過程中，通常主機的軟件一般包括打印程序、顯示程序等。結合系統運轉的實際情況來看，從機的地址一般采用報表的形式傳輸給主機，主機再將相關數據自動保存在存儲器內；再結合實際情況，將主機的數據包穩定傳輸。進一步采用微型打印機再將從機地址打印出來，并及時檢查電流值與電壓情況，假若從機的電流值趨向于0，由此可以推斷出從機中的路燈受到了損壞。假若無法精確接受從機的數據包，則可以推斷系統內的線路路燈出現了一定的問題。

3.2 從機軟件設計

電力載波在城市路燈遠程智能控制中的應用，有效地存進了從機軟件的設計。結合實際的設計情況，在滿足主機實際需求的條件下，從機的軟件可以自由控制路燈的開關，并依據系統內的相關標準，巡檢采樣路燈的電流與電壓值，打包所獲取到的信息，最后傳送到主機，進一步便于城市路燈智能監控中實現相關操作。

4 低壓電力載波通信技術的應用優勢

傳統的城市照明系統存在眾多方面的問題，比如管理不夠規范、浪費大、人工作業量大、系統總體規劃能力不足、缺乏統計查詢功能、路燈壽命較短等。

電力載波在城市路燈遠程智能控制中的應用，促進了高效且科學的管理模式在城市中的實現，維修效率也極大地得到改善，確保整個城市照明的節電率、設備完好率、亮燈率等，與此同時還要加強系統自檢，減少相關人員的工作量，能及時應對正常運轉過程出現的各類問題，切實提高城市的整體服務質量與管理效率。

電力載波在城市路燈遠程智能控制中的應用方面加強研究，城市照明設施的數據庫系統需要盡快建立，從而獲得城市照明設施的相關數據，包括各個設施的性能指標與老化程度等；對各個設施的能耗情況進行統計；綜合歷史資料與現場數據，結合相關的地理信息展示技術，更加精準地掌握照明設施的相關內容。實時檢測系統中可能出現的故障，監控所要統計的照明設施，達到精細化地管理各個設施的目的。

現階段急缺系統的硬件設備與軟件接口方面的規范，需要盡快對硬件控制設備的關鍵技術進行深入研究，進一步約束并限制集中控制器與終端控制器的應用，對通用接口也應當提出更高的要求。電力載波在城市路燈遠程智能控制中的應用，是以先進的計算機網絡技術、自動檢測技術、通訊手段、自動控制技術等為基礎建立起來的，它在未來要實現快速精準地控制與管理城市道路照明設施的目的。

5 結語

綜上所述，低壓電力載波通信技術在城市路燈遠程智能監控中的應用會隨著我國經濟的快速發展而發展，我國的城市化水平也在不斷提高，作為完善城市功能的亮化，對于提高人民生活質量與城市人民的居住環境至關重要，這也對我國照明事業的發展提出了更高的要求。此技術的順利應用可以促進相關從業人員準確地掌握城市路燈的工作狀態，及時發現系統存在的安全隱患并排查，保證系統高效運轉，從而為發展低碳經濟、提高城市的照明品質等方面做出應有的貢獻，促進城市照明系統的精細化、智能化與管理信息化，進而為城市帶來廣大的社會效益與經濟效益。

參考文獻

[1] 唐桂忠，張廣明，趙亞琴，等.城市路燈飾燈遠程智能監控系統的設計與實現[J].測控技術，2004，（8）.

[2] 呂仲瑜，孟力，李璐.低壓電力線載波通信中的抗干擾問題[J].電測與儀表，2003，（6）.

[3] 鄒常茂，韓慶軍.國內智能照明節能電器設備的現狀與技術特性[J].節能與環保，2003，9（12）.

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關鍵詞：集成電路專業；實踐技能；人才培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼： A 文章編號：1002-0845（2012）09-0102-02

集成電路產業是關系到國家經濟建設、社會發展和國家安全的新戰略性產業，是國家核心競爭力的重要體現?！秶窠洕蜕鐣l展第十二個五年規劃綱要》明確將集成電路作為新一代信息技術產業的重點發展方向之一。

信息技術產業的特點決定了集成電路專業的畢業生應該具有很高的工程素質和實踐能力。然而，目前很多應屆畢業生實踐技能較弱，走出校園后普遍還不具備直接參與集成電路設計的能力。其主要原因是一些高校對集成電路專業實踐教學的重視程度不夠，技能培養目標和內容不明確，導致培養學生實踐技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加強集成電路專業對學生實踐技能的培養具有非常重要的現實意義。

一、集成電路專業實踐技能培養的目標

集成電路專業是一門多學科交叉、高技術密集的學科，工程性和實踐性非常強。其人才培養的目標是培養熟悉模擬電路、數字電路、信號處理和計算機等相關基礎知識，以及集成電路制造的整個工藝流程，掌握集成電路設計基本理論和基本設計方法，掌握常用集成電路設計軟件工具，具有集成電路設計、驗證、測試及電子系統開發能力，能夠從事相關領域前沿技術工作的應用型高級技術人才。

根據集成電路專業人才的培養目標，我們明確了集成電路專業的核心專業能力為：模擬集成電路設計、數字集成電路設計、射頻集成電路設計以及嵌入式系統開發四個方面。圍繞這四個方面的核心能力，集成電路專業人才實踐技能培養的主要目標應確定為：掌握常用集成電路設計軟件工具，具備模擬集成電路設計能力、數字集成電路設計能力、射頻集成電路設計能力、集成電路版圖設計能力以及嵌入式系統開發能力。

二、集成電路專業實踐技能培養的內容

1.電子線路應用模塊。主要培養學生具有模擬電路、數字電路和信號處理等方面的應用能力。其課程主要包含模擬電路、數字電路、電路分析、模擬電路實驗、數字電路實驗以及電路分析實驗等。

2.嵌入式系統設計模塊。主要培養學生掌握嵌入式軟件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式應用領域的前沿知識，具備能夠從事面向應用的嵌入式系統設計能力。其課程主要有C語言程序設計、單片機原理、單片機實訓、傳感器原理、傳感器接口電路設計、FPGA原理與應用及SOPC系統設計等。

3.集成電路制造工藝模塊。主要培養學生熟悉半導體集成電路制造工藝流程，掌握集成電路制造各工序工藝原理和操作方法，具備一定的集成電路版圖設計能力。其課程主要包含半導體物理、半導體材料、集成電路專業實驗、集成電路工藝實驗和集成電路版圖設計等。

4.模擬集成電路設計模塊。主要培養學生掌握CMOS模擬集成電路設計原理與設計方法，熟悉模擬集成電路設計流程，熟練使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事模擬集成電路設計的能力。其課程主要包含模擬電路、半導體物理、CMOS模擬集成電路設計、集成電路CAD設計、集成電路工藝原理、VLSI集成電路設計方法和混合集成電路設計等。此外，還包括Synopsis認證培訓相關課程。

5.數字集成電路設計模塊。主要培養學生掌握數字集成電路設計原理與設計方法，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事數字集成電路設計的能力。其課程主要包含數字電路、數字集成電路設計、硬件描述語言、VLSI測試技術、ASIC設計綜合和時序分析等。

6.射頻集成電路設計模塊。主要培養學生掌握射頻集成電路設計原理與設計方法，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事射頻集成電路設計的能力。其課程主要包含CMOS射頻集成電路設計、電磁場技術、電磁場與

天線和通訊原理等。

在實踐教學內容的設置、安排上要符合認識規律，由易到難，由淺入深，充分考慮學生的理論知識基礎與基本技能的訓練，既要有利于啟發學生的創新思維與意識，有利于培養學生創新進取的科學精神，有利于激發學生的學習興趣，又要保證基礎，注重發揮學生主觀能動性，強化綜合和創新。因此，在集成電路專業的實驗教學安排上，應減少緊隨理論課開設的驗證性實驗內容比例，增加綜合設計型和研究創新型實驗的內容，使學有余力的學生能發揮潛能，有利于因材施教。

三、集成電路專業實踐技能培養的策略

1.改善實驗教學條件，提高實驗教學效果。學校應抓住教育部本科教學水平評估的機會，加大對實驗室建設的經費投入，加大實驗室軟、硬件建設力度。同時加強實驗室制度建設，制訂修改實驗教學文件，修訂完善實驗教學大綱，加強對實驗教學的管理和指導。

2.改進實驗教學方法，豐富實驗教學手段。應以學生為主體，以教師為主導，積極改進實驗教學方法，科學安排課程實驗，合理設計實驗內容，給學生充分的自由空間，引導學生獨立思考應該怎樣做，使實驗成為可以激發學生理論聯系實際的結合點，為學生創新提供條件。應注重利用多媒體技術來豐富和優化實驗教學手段，如借助實驗輔助教學平臺，利用仿真技術，加強新技術在實驗中的應用，使學生增加對實驗的興趣。

3.加強師資隊伍建設，確保實驗教學質量。高水平的實驗師資隊伍，是確保實驗教學質量、培養創新人才的關鍵。應制定完善的有利于實驗師資隊伍建設的制度，對實驗師資隊伍的人員數量編制、年齡結構、學歷結構和職稱結構進行規劃，從職稱、待遇等方面對實驗師資隊伍予以傾斜，保證實驗師資隊伍的穩定和發展。

4.保障實習基地建設，增加就業競爭能力。開展校內外實習是提高學生實踐技能的重要手段。

實習基地是學生獲取科學知識、提高實踐技能的重要場所，對集成電路專業人才培養起著重要作用。學校應積極聯系那些具有一定實力并且在行業中有一定知名度的企業，給能夠提供實習場所并愿意支持學校完成實習任務的單位掛實習基地牌匾。另外，可以把企業請進來，聯合構建集成電路專業校內實踐基地，把企業和高校的資源最大限度地整合起來，實現在校教育與產業需求的無縫聯接。

5.重視畢業設計，全面提升學生的綜合應用能力。畢業設計是集成電路專業教學中最重要的一個綜合性實踐教學環節。由于畢業設計工作一般都被安排在最后一個學期，此時學生面臨找工作和準備考研復試的問題，畢業設計的時間和質量有時很難保證。為了進一步加強實踐環節的教學，應讓學生從大學四年級上半學期就開始畢業設計，因為那時學生已經完成基礎課程和專業基礎課程的學習，部分完成專業課程的學習，而專業課教師往往就是學生畢業設計的指導教師，在此時進行畢業設計，一方面可以和專業課學習緊密結合起來，另一方面便于指導教師加強對學生的教育和督促。

選題是畢業設計中非常關鍵的環節，通過選題來確定畢業設計的方向和主要內容，是做好畢業設計的基礎，決定著畢業設計的效果。因此教師對畢業設計的指導應從幫助學生選好設計題目開始。集成電路專業畢業設計的選題要符合本學科研究和發展的方向，在選題過程中要注重培養學生綜合分析和解決問題的能力。在畢業設計的過程中，可以讓學生們適當地參與教師的科研活動，以激發其專業課學習的熱情，在科研實踐中發揮和鞏固專業知識，提高實踐能力。

6.全面考核評價，科學檢驗技能培養的效果。實踐技能考核是檢驗實踐培訓效果的重要手段。相比理論教學的考核，實踐教學的考核標準不易把握，操作困難，因此各高校普遍缺乏對實踐教學的考核，影響了實踐技能培養的效果。集成電路專業學生的實踐技能培養貫穿于大學四年，每個培養環節都應進行科學的考核，既要加強實驗教學的考核，也要加強畢業設計等環節的考核。

對實驗教學考核可以分為事中考核和事后考核。事中考核是指在實驗教學進行過程中進行的質量監控，教師要對學生在實驗過程中的操作表現、學術態度以及參與程度等進行評價；事后考核是指實驗結束后要對學生提交的實驗報告進行評價。這兩部分構成實驗課考核成績，并于期末計入課程總成績。這樣做使得學生對實驗課的重視程度大大提高，能夠有效地提高實驗課效果。此外，還可將學生結合教師的科研開展實驗的情況計入實驗考核。

7.借助學科競賽，培養團隊協作意識和創新能力。集成電路專業的學科競賽是通過針對基本理論知識以及解決實際問題的能力設計的、以學生為參賽主體的比賽。學科競賽能夠在緊密結合課堂教學或新技術應用的基礎上，以競賽的方式培養學生的綜合能力，引導學生通過完成競賽任務來發現問題、解決問題，并增強學生的學習興趣及研究的主動性，培養學生的團隊協作意識和創新精神。

在參加競賽的整個過程中，學生不僅需要對學習過的若干門專業課程進行回顧，靈活運用，還要查閱資料、搜集信息，自主提出設計思想和解決問題的辦法，既檢驗了學生的專業知識，又促使學生主動地學習，最終使學生的動手能力、自學能力、科學思維能力和創業創新能力都得到不斷的提高。而教師通過考察學生在參賽過程中運用所學知識的能力，認真總結參賽經驗，分析由此暴露出的相關教學環節的問題和不足，能夠相應地改進教學方法與內容，有利于提高技能教學的有效性。

此外，還應鼓勵學生積極申報校內的創新實驗室項目和實驗室開放基金項目，通過這些項目的研究可以極大地提高學生的實踐動手能力和創新能力。

參考文獻：

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[2]袁穎，等.集成電路設計實踐教學課程體系的研究[J]. 實驗技術與管理，2009（6）.

[3]李山，等.以新理念完善工程應用型人才培養的創新模式[J]. 高教研究與實踐，2011（1）.

[4]劉勝輝，等.集成電路設計與集成系統專業課程體系研究與實踐[J]. 計算機教育，2008（22）.

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集成電路是當今信息技術產業高速發展的基礎和源動力，已經高度滲透與融合到國民經濟和社會發展的每個領域，其技術水平和發展規模已成為衡量一個國家產業競爭力和綜合國力的重要標志之一[1]，美國更將其視為未來20年從根本上改造制造業的四大技術領域之首。我國擁有全球最大、增長最快的集成電路市場，2013年規模達9166億元，占全球市場份額的50%左右。近年來，國家大力發展集成電路，在上海浦東等地建立了集成電路產業基地，對于集成電路設計、制造、封裝、測試等方面的專門技術人才需求巨大。為了適應產業需求，推進我國集成電路發展，許多高校開設了電子科學與技術專業，以培養集成電路方向的專業人才。集成電路版圖設計是電路設計與集成電路工藝之間必不可少的環節。據相關統計，在從事集成電路設計工作的電子科學與技術專業的應屆畢業生中，由于具有更多的電路知識儲備，研究生的從業比例比本科生高出很多。而以集成電路版圖為代表包括集成電路測試以及工藝等與集成電路設計相關的工作，相對而言對電路設計知識的要求低很多。因而集成電路版圖設計崗位對本科生而言更具競爭力。在版圖設計崗位工作若干年知識和經驗的積累也將有利于從事集成電路設計工作。因此，版圖設計工程師的培養也成為了上海電力學院電子科學與技術專業本科人才培養的重要方向和辦學特色。本文根據上海電力學院電子科學與技術專業建設的目標，結合本校人才培養和專業建設目標，就集成電路版圖設計理論和實驗教學環節進行了探索和實踐。

一、優化理論教學方法，豐富教學手段，突出課程特點

集成電路版圖作為一門電子科學與技術專業重要的專業課程，教學內容與電子技術（模擬電路和數字電路）、半導體器件、集成電路設計基礎等先修課程中的電路理論、器件基礎和工藝原理等理論知識緊密聯系，同時版圖設計具有很強的實踐特點。因此，必須從本專業學生的實際特點和整個專業課程布局出發，注重課程與其他課程承前啟后，有機融合，摸索出一套實用有效的教學方法。在理論授課過程中從集成電路的設計流程入手，在CMOS集成電路和雙極集成電路基本工藝進行概述的基礎上，從版圖基本單元到電路再到芯片循序漸進地講授集成電路版圖結構、設計原理和方法，做到與上游知識點的融會貫通。

集成電路的規模已發展到片上系統（SOC）階段，教科書的更新速度遠遠落后于集成電路技術的發展速度。集成電路工藝線寬達到了納米量級，對于集成電路版圖設計在當前工藝條件下出現的新問題和新規則，通過查閱最新的文獻資料，向學生介紹版圖設計前沿技術與發展趨勢，開拓學生視野，提升學習熱情。在課堂教學中盡量減少冗長的公式和繁復的理論推導，將理論講解和工程實踐相結合，通過工程案例使學生了解版圖設計是科學、技術和經驗的有機結合。比如，在有關天線效應的教學過程中針對一款采用中芯國際（SMIC）0.18um 1p6m工藝的雷達信號處理SOC 芯片，結合跳線法和反偏二極管的天線效應消除方法，詳細闡述版圖設計中完全修正天線規則違例的關鍵步驟，極大地激發了學生的學習興趣，收到了較好的教學效果。

集成電路版圖起著承接電路設計和芯片實現的重要作用。通過版圖設計，可以將立體的電路轉化為二維的平面幾何圖形，再通過工藝加工轉化為基于半導體硅材料的立體結構[2]。集成電路版圖設計是集成電路流程中的重要環節，與集成電路工藝密切相關。為了讓學生獲得直觀、準確和清楚的認識，制作了形象生動、圖文并茂的多媒體教學課件，將集成電路典型的設計流程、雙極和CMOS集成電路工藝流程、芯片內部結構、版圖的層次等內容以圖片、Flash動畫、視頻等形式進行展示。

版圖包含了集成電路尺寸、各層拓撲定義等器件相關的物理信息數據[3]。掩膜上的圖形決定著芯片上器件或連接物理層的尺寸。因此版圖上的幾何圖形尺寸與芯片上物理層的尺寸直接相關。而集成電路制造廠家根據版圖數據來制造掩膜，對于同種工藝各個foundry廠商所提供的版圖設計規則各不相同[4]。教學實踐中注意將先進的典型芯片版圖設計實例引入課堂，例如舉出臺灣積體電路制造公司（TSMC）的45nm CMOS工藝的數模轉換器的芯片版圖實例，讓學生從當今業界實際制造芯片的角度學習和掌握版圖設計的規則，同時切實感受到模擬版圖和數字版圖設計的藝術。

二、利用業界主流EDA工具，構建基于完整版圖設計流程的實驗體系

集成電路版圖設計實驗采用了Cadence公司的EDA工具進行版圖設計。Cadence的EDA產品涵蓋了電子設計的整個流程，包括系統級設計、功能驗證、集成電路（IC）綜合及布局布線、物理驗證、PCB設計和硬件仿真建模模擬、混合信號及射頻IC設計、全定制IC設計等。全球知名半導體與電子系統公司如AMD、NEC、三星、飛利浦均將Cadence軟件作為其全球設計的標準。將業界主流的EDA設計軟件引入實驗教學環節，有利于學生畢業后很快適應崗位，盡快進入角色。

專業實驗室配備了多臺高性能Sun服務器、工作站以及60臺供學生實驗用的PC機。服務器中安裝的Cadence 工具主要包括：Verilog HDL的仿真工具Verilog-X、電路圖設計工具Composer、電路模擬工具Analog Artist、版圖設計工具Virtuoso Layout Editing、版圖驗證工具Dracula 和Diva、自動布局布線工具Preview和Silicon Ensemble。

Cadence軟件是按照庫（Library）、單元（Cell）、和視圖（View）的層次實現對文件的管理。庫、單元和視圖三者之間的關系為庫文件是一組單元的集合，包含著各個單元的不同視圖。庫文件包括技術庫和設計庫兩種，設計庫是針對用戶設立，不同的用戶可以有不同的設計庫。而技術庫是針對工藝設立，不同特征尺寸的工藝、不同的芯片制造商的技術庫不同。為了讓學生在掌握主流EDA工具使用的同時對版圖設計流程有準確、深入的理解，安排針對無錫上華公司0.6um兩層多晶硅兩層金屬（Double Poly Double Metal）混合信號CMOS工藝的一系列實驗讓學生掌握包括從電路圖的建立、版圖建立與編輯、電學規則檢查（ERC），設計規則檢查（DRC）、到電路圖-版圖一致性檢查（LVS）的完整的版圖設計流程[5]。通過完整的基于設計流程的版圖實驗使學生能較好地掌握電路設計工具Composer、版圖設計工具Virtuoso Layout Editor以及版圖驗證工具Dracula和Diva的使用，同時對版圖設計的關鍵步驟形成清晰的認識。

以下以CMOS與非門為例，介紹基于一個完整的數字版圖設計流程的教學實例。

在CMOS與非門的版圖設計中，首先要求學生建立設計庫和技術庫，在技術庫中加載CSMC 0.6um的工藝的技術文件，將設計庫與技術庫進行關聯。然后在設計庫中用Composer中建立相應的電路原理圖（schematic），進行ERC檢查。再根據電路原理圖用Virtuoso Layout Editor工具繪制對應的版圖（layout）。版圖繪制步驟依次為MOS晶體管的有源區、多晶硅柵極、MOS管源區和漏區的接觸孔、P+注入、N阱、N阱接觸、N+注入、襯底接觸、金屬連線、電源線、地線、輸入及輸出?；镜陌鎴D繪制完成之后，將輸入、輸出端口以及電源線和地線的名稱標注于版圖的適當位置處，再在Dracula工具中利用幾何設計規則文件進行DRC驗證。然后利用GDS版圖數據與電路圖網表進行版圖與原理圖一致性檢查（LVS），修改其中的錯誤并按最小面積優化版圖，最后版圖全部通過檢查，設計完成。圖1和圖2分別給出了CMOS與非門的原理圖和版圖。

篇6

集成電路設計公司在招聘版圖設計員工時，除了對員工的個人素質和英語的應用能力等要求之外，大部分是考查專業應用的能力。一般都會對新員工做以下要求：熟悉半導體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數字、模擬）設計，了解電路原理，設計關鍵點；熟悉Foundry廠提供的工藝參數、設計規則；掌握主流版圖設計和版圖驗證相關EDA工具；完成手工版圖設計和工藝驗證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設計人員除了懂得IC設計、版圖設計方面的專業知識，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關知識[3]。正因為其需要掌握的知識面廣，而國內學校開設這方面專業比較晚，IC版圖設計工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經驗的設計工程師，就成為各設計公司和獵頭公司爭相角逐的人才[4，5]。

二、針對企業要求的版圖設計教學規劃

1.數字版圖設計。數字集成電路版圖設計是由自動布局布線工具結合版圖驗證工具實現的。自動布局布線工具加載準備好的由verilog程序經過DC綜合后的網表文件與Foundry提供的數字邏輯標準單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時序庫、時序約束文件。在數字版圖設計時，一是熟練使用自動布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學校開設這門課程，可以推薦學生自學或是參加專業培訓。二是數字邏輯標準單元版圖庫的設計，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標準單元版圖庫，因此對于初學者而言設計好標準單元版圖使其符合行業規范至關重要。2.模擬版圖設計。在模擬集成電路設計中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標并不是芯片的尺寸，而是優化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設計者，更關心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關系，應當知道為什么差分對需要匹配，應當知道有關信號流、降低寄生參數、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎上去優化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設計中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設計師作為前端電路設計師的助手，經常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導線是否有大電流流過等，這就要求版圖設計師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。3.逆向版圖設計。集成電路逆向設計其實就是芯片反向設計。它是通過對芯片內部電路的提取與分析、整理，實現對芯片技術原理、設計思路、工藝制造、結構機制等方面的深入洞悉。因此，對工藝了解的要求更高。反向設計流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗證、電路調整、版圖提取整理、版圖繪制驗證及后仿真等。設計公司對反向版圖設計的要求較高，版圖設計工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設計師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數字標準單元電路工作原理。

三、教學實現

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關鍵詞：集成電路；電子元件；測量；故障；維修

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

引言

集成電路是將基本的邏輯門以及它們的組合可以完成某種邏輯操作的電路集成在一塊基元的芯片或者電子電路。在電路中用字。IC。表示，即英文Integrated- circuit的縮寫。在實際使用中，我們需要關心的是它的主要參數和引腳分析。參數是指電參數和使用時的極限參數，其中電參數包括典型工作電壓下的靜態工作電流、增益、最大輸出功率。極限參數包括電源電壓、功耗、工作環境溫度和儲存溫度的極限值。

一、集成電路的檢測

我們在檢測前要了解集成電路及其相關電路的工作原理，熟悉所用集成電路的功能、內部電路、主要電氣參數、各引腳的作用以及引腳的正常電壓、波形與元件組成電路的工作原理。具體如下：

（一）、確定檢修參數

檢修集成電路前，除要了解集成塊本身外部和內部結構、電氣性能參數、各引出腳的功能和正常使用電壓、波形等外，還應了解它與元器件組成電路的原理。知道信號從那個引腳輸人到集成電路內部， 對于信號在集成電路內部的處理知道結果就可以了; 而輸出是從那個引腳到外電路的， 修理時要人為的輸人一個信號以檢查輸出正確與否，如是放大還是衰減。

（二）、集成電路引腳的識別

集成電路封裝形式多種多樣，引腳識別方法也不一樣。因此，在使用集成電路前，必須認真查對識別集成電路的引腳，確認電源、地、輸入、輸出、控制等引腳號，以免因接錯而損壞器件。

引腳排列的一般規律為：圓形集成電路，識別時，面向引腳正視，從定位銷順時針方向依次為1，2，3，4，…。圓形多用于模擬集成電路。扁平和雙列直插型集成電路，識別時，將文字符號標記正放(一般集成電路上有一圓點或一缺口，將缺口或圓點置于左方)，由頂部俯視，從左下腳起，按逆時針方向數，依次為1，2，3，4，…。扁平型多用于集成電路，雙列直插型廣泛應用于模擬和數字集成電路。

（三）、集成電路不在線直流電阻測量法

不在線直流電阻測量法是指集成電路沒有裝在印制電路板上或集成電路未與元件連接時，測量集成電路的各引腳對于地腳的正、反向電阻。具體測量方法是：首先，在集成電路手冊上或技術資料中找到被測集成電路的型號，查到該集成電路各引腳對地接地腳的正、反向電阻的參考值；其次，用萬用表R*1KΩ 檔，一般不用R*1Ω 檔測試，以防測試電流太大而損壞集成電路。測量前應歐姆校零，還要熟悉引腳的功能，正、反向電阻值。用萬用表測量各腳與地之間的電阻值，并與正常值相比較，以判斷不正常的部位。當然采用這種方法也必須事先知道正常時的電阻值。

（四）、要選用內阻較大的測試儀表

例如測集成電路引腳的直流電壓時， 應用表頭內阻大于20 KΩ/V周的萬用表， 否則會產生較大的測量誤差。要使功率集成電路散熱良好，不允許在不帶散熱片的情況下，處于大功率工作狀態。引線要合理， 如要加接元器件來代替其內部已經要損壞的電路，應選用小型元器件，以免造成不必要的寄生禍合。

（五）、測試時按照規范進行

在測試的時候不要因為測試人員的不慎造成引腳間短路，電壓測量或用示波器探頭測試波形時，表筆或探頭不要由于滑動而造成集成電路引腳間短路，可以選用各個端子短接的外接板對等價引腳進行測量。因為瞬間大電流對器件的沖擊會導致集成電路的損害。

（六）、在線直流電壓測量法

這種方法是判斷集成電路好壞的常用方法。它是用萬用表的直流電壓檔，測出各引腳對地的直流電壓值，然后與標注的參考電壓進行比較，并結合其內部和電路進行比較，據此來判斷集成電路的好壞。采用這種方法，必須事先了解正常時的各腳直流電壓(在強信號和弱信號兩種狀態下的直流電壓)。實際檢查時，因為各腳電壓的變化較小，因而有時會錯過不正常的部位；或有幾個管腳的電壓同時改變，使得判斷困難。為此最好能事先了解該集成塊的內部電路圖，至少要有內部方框圖，了解各腳的電壓是由外部供給的還是內部送出的。這樣，會給判斷帶來很大的方便，比較容易判斷出故障的原因是由集成塊內部還是其元器件引起的。

二、集成電路的性能檢測

為了保證數字系統長期穩定可靠地工作，精心檢測所采用的數字集成電路器件是必不可少的步驟。這種檢測包括對邏輯功能的檢測和必要時對某些參數的檢測。不僅在使用元器件前必須確切知道它的邏輯功能是否正常，而且在測試電路的過程中如果發現某些問題或故障時，還需要檢測其邏輯功能。數字集成電路器件邏輯功能的檢測分靜態測量和動態測量兩個步驟，應當遵循的原則是。 先靜態，后動態。。

（一）、靜態測試

靜態測試的方法是：在規定的電源電壓范圍內，在輸出端不接任何負載的情況下，將各輸入端分別接入一定的電平。測量輸入、輸出端的高低電平是否符合規定值，并按真值表判斷邏輯關系是否正確。靜態測試可以用數字邏輯實驗箱、邏輯電平筆、萬用表等完成。

（二）、動態測試

動態測試的方法是：在輸入端加入合適的脈沖信號，根據輸入、輸出波形分析邏輯關系是否正確。通常用示波器進行動態測試，觀察其輸入、輸出波形與標準波形是否相同。

三、電路故障分析方法

電路故障分析對檢查故障具有決定性指導作用，沒有正確的電路故障分析過程和結果，就不會獲得檢修的成功，這里說明電路故障分析在檢查過程中運用步驟和方法：

有了相對具體的電路部分后，通過電路圖在這些電路中找出測試點，決定是檢測電壓還是檢測電流或其它參數，根據所測數據進行故障分析，確定這一電路是否正常；檢查故障分析過程中，首先遇到具體故障現象，根據故障現象先從整體上進行電路故障分析，即通過具體的故障現象定位電路出現故障的地方；有了上述分析結果，再回到電路中對所懷疑元器件進行針對性的檢測和確定，最終結合電路圖定性出現的問題；對于不正常的電路進行深層次分析，具體到元器件是否損壞、性能是否惡劣、有否開路或電路故障。

四、具體集成電路檢測和故障分析

集成電路O CL 功放電路圖如下圖所示。檢查分析如下：

檢查這種電路時，將揚聲器先與電路斷開，以防檢查過程中的操作不當損壞揚聲器。注意：當測量輸出引腳直流電壓不為0V 時，還應該檢查揚聲器是否已經損壞。首先檢查集成電路的輸出引腳直流電壓，正常時為0V ；若不為0V 再測量正、負電源引腳上的直流電壓是否相等，不等時間差電源電路或電源引腳上的濾波電容；測量兩個電源引腳上直流電壓正常之后，測量集成電路的其他引腳的直流電壓。如果測量輸出引腳直流電壓為0V ，還要測量正、負電源引腳上的直流電壓是否有活是否正常。

五、集成電路使用的注意事項

集成電路使用時，電源電壓要符合要求。TTL電路為+5V，CMOS電路為3～18V，電壓要穩，濾波要好。集成電路使用時，要考慮系統的工作速度，工作速度較高時，宜用TTL電路(工作頻率>1MHz)；工作速度較低時，應用CMOS電路。集成電路使用時，不允許超過其規定的極限參數。集成電路插裝時，要注意管腳序號，不能插錯。CMOS集成電路多余的輸入端絕對不能懸空，要根據邏輯關系進行處理。輸出端不允許與電源或地短路，輸出端不允許并聯使用。集成電路焊接時，不得使用大于45W的電烙鐵，連續焊接的時間不能超過10秒。

結束語

綜上所述，我們即可準確地檢測出集成電路的有關性能指標，正確地使用集成電路，使電路系統正常運行。

參考文獻

[1] 高澤涵.電子電路故障診斷技術[M].西安:西安電子科技大學出版社,2000,11.

篇8

【關鍵詞】電子信息科學與技術微電子課程體系建設教學改革

【基金項目】大連海事大學教改項目：電子信息科學與技術專業工程人才培養實踐教學改革（項目編號：2016Z03）；大連海事大學教改項目：面向2017級培養方案的《微電子技術基礎》課程教學體系研究與設計（項目編號：2016Y21）。

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A【文章編號】2095-3089（2018）01-0228-02

1.開設《微電子技術基礎》的意義

目前，高速發展的集成電路技術產業使集成電路設計人才成為最搶手的人才，掌握微電子技術是IC設計人才的重要基本技能之一。本文希望通過對《微電子技術基礎》課程教學體系的研究與設計，能夠提高學生對集成電路制作工藝的認識，提高從事微電子行業的興趣，拓寬知識面和就業渠道，從而培養更多的微電子發展的綜合人才，促進我國微電子產業的規模和科學技術水平的提高。

2.目前學科存在的問題

目前電子信息科學與技術專業的集成電路方向開設的課程已有低頻電子線路、數字邏輯與系統設計、單片機原理、集成電路設計原理等。雖然課程開設種類較多，但課程體系不夠完善。由于現在學科重心在電路設計上，缺少對于器件的微觀結構、材料特性講解[1]，導致學生在后續課程學習中不能夠完全理解。比如MOS管，雖然學生們學過其基本特性，但在實踐中發現他們對N溝道和P溝道的工作原理知之甚少。

近來學校正在進行本科學生培養的綜合改革，在制定集成電路方向課程體系時，課題組成員對部分學校的相關專業展開調研。我們發現大部分擁有電子信息類專業的高校都開設了微電子課程。譬如華中科技大學設置了固體電子學基礎、微電子器件與IC設計、微電子工藝學以及電子材料物理等課程。[2]又如電子科技大學設置了固體物理、微電子技術學科前沿、半導體光電器件以及高級微電子技術等課程。[3]因此學科課題組決定在面向2017級電子信息科學與技術專業課程培養方案中，集成電路設計方向在原有的《集成電路設計原理》、《集成電路設計應用》基礎上，新增設《微電子技術基礎》課程。本課程希望學生通過掌握微電子技術的原理、工藝和設計方法，為后續深入學習集成電路設計和工程開發打下基礎。

3.微電子課程設置

出于對整體課程體系的考慮，微電子課程總學時為32學時。課程呈現了微電子技術的基本概論、半導體器件的物理基礎、集成電路的制造工藝及封裝測試等內容。[4]如表1所示，為課程的教學大綱。

微電子技術的基本概論是本課程的入門。通過第一章節的學習，學生對本課程有初步的認識。

構成集成電路的核心是半導體器件，理解半導體器件的基本原理是理解集成電路特性的重要基礎。為此，第二章重點介紹當代集成電路中的主要半導體器件，包括PN結、雙極型晶體管、結型場效應晶體管（JFET）等器件的工作原理與特性。要求學生掌握基本的微電子器件設計創新方法，具備分析微電子器件性能和利用半導體物理學等基本原理解決問題的能力。

第三章介紹硅平面工藝的基本原理、工藝方法，同時簡要介紹微電子技術不斷發展對工藝技術提出的新要求。內容部分以集成電路發展的順序展開，向學生展示各種技術的優點和局限，以此來培養學生不斷學習和適應發展的能力。

第四章圍繞芯片單片制造工藝以外的技術展開，涵蓋著工藝集成技術、封裝與測試以及集成電路工藝設計流程，使學生對微電子工藝的全貌有所了解。

4.教學模式

目前大部分高校的微電子課程仍沿用傳統落后的教學模式，即以教師灌輸理論知識，學生被動學習為主。這種模式在一定程度上限制了學生主動思考和自覺實踐的能力，降低學習興趣，與本課程授課的初衷相違背。[5]為避免上述問題，本文從以下幾個方面闡述了《微電子技術基礎》課程的教學模式。

教學內容：本課程理論知識點多數都難以理解且枯燥乏味，僅靠書本教學學生會十分吃力。因此，我們制作多媒體課件來輔助教學，將知識點采用動畫的形式來展現。例如可通過動畫了解PN結內電子的運動情況、PN結的摻雜工藝以及其制造技術。同時課件中補充了工藝集成與分裝測試這部分內容，加強課堂學習與實際生產、科研的聯系，便于學生掌握集成電路工藝設計流程。

教學形式：課內理論教學+課外拓展。

1）課內教學：理論講解仍需教師向學生講述基本原理，但是在理解運用方面采用啟發式教學，課堂上增加教師提問并提供學生上臺演示的機會，達到師生互動的目的。依托學校BBS平臺，初步建立課程的教學課件講義、課后習題及思考題和課外拓展資料的體系，以方便學生進行課后的鞏固與深度學習。此外，利用微信或QQ群，在線上定期進行答疑，并反饋課堂學習的效果，利于老師不斷調整教學方法和課程進度。還可充分利用微信公眾號，譬如在課前預習指南，幫助學生做好課堂準備工作。

2）課外拓展：本課程目標是培養具有電子信息科學與技術學科理論基礎，且有能力將理論付諸實踐的高素質人才。平時學生很難直接觀察到半導體器件、集成電路的模型及它們的封裝制造流程，因此課題組計劃在課余時間組織同學參觀實驗室或當地的相關企業，使教學過程更為直觀，加深學生對制造工藝的理解。此外，教師需要充分利用現有的資源（譬如與課程有關的科研項目），鼓勵學生參與和探究。

考核方式：一般來說，傳統的微電子課程考核強調教學結果的評價，而本課程組希望考核結果更具有前瞻性和全面性，故需要增加教學進度中的考核。課題組決定采用期末筆試考核與平時課堂表現相結合的方式，期末筆試成績由學生在期末考試中所得的卷面成績按照一定比例折合而成，平時成績考評方式有隨堂小測、課后習題、小組作業等。這幾種方式將考核過程融入教學，能有效地協助老師對學生的學習態度、學習狀況以及學習能力做出準確評定。

5.結語

篇9

關鍵詞：集成電路 壽命仿真 分析流程 競爭失效 CALCE-PWA

中圖分類號：V263.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（c）-0067-04

由于電子設備對溫度、振動最為敏感，且根據對電子產品失效原因的統計，溫度因素占43.3%，振動因素占28.7%，由這2種應力作用導致的產品的失效為71%[1]。因此，研究集成電路壽命需主要對溫度和振動2種應力進行仿真、評估并預計。據此壽命仿真主體結構中涉及的仿真項目主要有熱仿真、振動仿真、故障預計仿真。在諸如印刷電路板的典型電子產品的服役期內，熱應力、機械應力是產品所承受的主要環境載荷。文獻[2-4]從器件級薄弱環節的失效物理建模出發，通過對整板PCB的振動仿真與實驗，計算了元器件的壽命。文獻[5-7]研究了集成電路的壽命試驗條件，并對PCB電路板組件的溫度分布進行了仿真與實驗研究。此外，國內外學者針對集成電路的失效類別、失效原因開展了大量研究。但是上述研究較多的依賴物理樣機試驗，且計算集成電路壽命時未能綜合考慮集成電路復雜的失效因素。

該文基于協同仿真技術，采用競爭失效機制，選用電子產品中的一個整板PCB作為研究對象，對集成電路壽命進行預測，可在產品設計階段對集成電路的可靠性進行評估，并減少物理樣機試驗成本。

1 壽命分析流程

基于競爭失效機制的集成電路壽命預測的仿真分析流程如圖1所示。首先基于集成電路封裝類型完成模型建立；然后分別從熱仿真、振動仿真中導入模型所需應力參數，加載集成電路壽命剖面；最后根據競爭失效機制，獲取集成電路壽命。其中，集成電路管腳與電路板基板的互連處模型的建立采用競爭失效法則（即“最小薄弱原理”）。

整個流程中各主要步驟如下所示。

（1）獲取集成電路以及電路板組件結構及工藝信息。

（2）根據電路板組件工作環境條件制定壽命周期環境剖面。

（3）基于ANSYS軟件進行仿真分析，獲取熱仿真與振動仿真結果，為基于失效物理的故障預計提供數據支撐。

（4）建立熱故障預計模型與振動故障預計模型，分別進行壽命仿真分析，可得到故障預計結果，基于競爭失效機制，確定集成電路失效狀態，并得到壽命仿真計算結果。

2 研究對象

項目選取的某PCB電路板組件有限元模型網格劃分圖如圖2所示，圖右顯示了集成電路詳細模型的網格劃分效果。電路板組件模型采用SolidWorks軟件建立，對目標集成電路進行詳細的三維模型建模，對其他元器件采用長寬高與之相同的長方體等效處理。使用ANSYS軟件進行仿真分析，用內部MPC約束算法建立接觸單元來處理各元器件和電路板基板的裝配關系。

3 壽命周期環境剖面

熱仿真分析環境條件根據基本試驗中的各種工作環境溫度以及產品工作時對應的環控條件制定。因此，參考典型電子裝備高溫低溫試驗條件[8]，確定仿真溫度環境如下：熱天地面階段工作和不工作溫度為+70 ℃，冷天地面階段工作和不工作溫度為-55℃；熱天飛行階段工作溫度為+55 ℃，冷天飛行階段工作溫度為-40 ℃。

參照典型電子裝備環境試驗條件，確定電路板隨機振動試驗的功率譜密度，其最大值W0為0.04 g2/Hz。綜上，按照電路板實際工作條件，將環境應力簡化為溫度循環1（冷天工作）、溫度循環2（熱天工作）和隨機振動，見表1。

4 有限元仿真分析

4.1 熱仿真分析

針對工作環境溫度為70 ℃、55 ℃、-40 ℃、-55 ℃的情r進行穩態熱分析，表2為環境溫度70 ℃時電路板組件溫度云圖和集成電路溫度云圖。

通過對70 ℃工作環境溫度下電路板、集成電路溫度數據進行統計，得熱分析結果，電路板組件平均溫度為80.4 ℃，溫升為10.4 ℃，集成電路平均溫度為82.7 ℃，溫升為12.7 ℃。

4.2 振動分析

（1）模態分析。

振動分析時將電路板兩端插入導軌，故約束兩端UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ自由度；同時電路板兩側面被壓緊，故約束其UX方向自由度，并將約束載荷置于載荷集Constraints中。獲取電路板組件前三階模態振型如表3所示。

（2）隨機振動分析。

在完成模態分析基礎上按照振動環境條件開展隨機振動分析，可獲取位移云圖、加速度云圖。表4顯示了電路板組件位移云圖、電路板組件加速度云圖。

對隨機振動位移與加速度結果進行歸納，可得電路板位移、加速度，集成電路位移，為進行集成電路壽命計算提供數據支撐。

5 壽命仿真分析

5.1 模型建立

該研究中使用的壽命仿真軟件工具是CALCE-PWA，該軟件是用于電子組件設計和分析的一組集成工具，輸入熱分析與振動分析的結果，利用其故障模型可對印制板器件進行工作剖面下的故障預計。在完成電路板建模、部件建模和元器件建模的基礎上形成最終模型。

5.2 剖面設置

從熱仿真結果中獲取集成電路平均殼溫和集成電路安裝位置的電路板表面平均溫度，并按照溫度剖面將集成電路的詳細溫度數據輸入CALCE-PWA軟件中；結合隨機振動仿真結果設置振動剖面。表5給出溫度循環1（冷天工作）、溫度循環2（熱天工作）和振動剖面示例。

5.3 壽命預計

定義并加載集成電路壽命剖面后，即可以對集成電路在各種類型剖面下的失效前循環數/時間進行計算，匯總結果如表6所示。

通過Miner定理計算集成電路溫度循環、隨機振動下的平均首發故障前時間，見表7，集成電路失效狀態為熱失效，失效循環數為260 089。

6 結語

針對集成電路故障預計的仿真是利用結構、工藝和應力等性能參數建立產品的數字模型并進行失效分析。該文介紹了基于競爭失效機制的集成電路壽命評估流程，并以某型號集成電路進行仿真分析，確定了該集成電路的失效狀態與失效循環次數。基于虛擬樣機技術的集成電路壽命分析方法可應用于產品設計各個階段，并減少物理樣機試驗成本，為評估集成電路的可靠性提供依據。

參考文獻

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[2] Amy R A，Aglietti G S，Richardson G.Board-level vibration failure criteria for printed circuit assemblies： an experimental approach[J].IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing，2010，33（4）：303-311.

[3] Al-Yafawi A，Patil S，Da Yu，et al.Random vibration test for electronic assemblies fatigue life estimation[A].Proceedings of Intersociety Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems Conference[C].Binghamton：IEEE，2010.

[4] 高Y名，劉瑩，馬建章.ANSYS 在印制電路板組件隨機振動分析中的應用[J].無線電工程，2015（7）：95-98.

[5] Shankaran G V，Dogruoz M B，Dearaujo D.Orthotropic thermal conductivity and Joule heating effects on the temperature distribution of printed circuit boards[A].IEEE Symposium on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems[C].Binghamton：IEEE，2010.

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篇10

[關鍵詞]集成電路；失效分析；技術

中圖分類號：TN43 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）24-0105-01

1.集成電路失效分析步驟

集成電路的失效分析分為四個步驟。在確認失效現象后，第一步是開封前檢查。在開封前要進行的檢查都是無損失效分析。開封前會進行外觀檢查、X光檢查以及掃描聲學顯微鏡檢查。第二步是打開封裝并進行鏡檢。第三步是電性分析。電性分析包括缺陷定位技術、電路分析以及微探針檢測分析。第四步是物理分析。物理分析包括剝層、聚焦離子束（FIB）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）以及VC定位技術。通過上述分析得出分析結論，完成分析報告，將分析報告交給相關技術人員。相關技術人員根據相應的缺陷進行改進，以此來實現對集成電路失效分析的意義。

2.無損失效分析技術

所謂無損失效分析，就是在不損害分析樣品，不去掉芯片封裝的情況下，對該樣品進行失效分析。無損失效分析技術包括外觀檢查、X射線檢查和掃描聲學顯微鏡檢查。在外觀檢查中，主要是憑借肉眼檢查是否有明顯的缺陷，如塑脂封裝是否開裂，芯片的管腳是否接觸良好等等。X射線檢查則是利用X射線的透視性能對被測樣品進行X射線照射，樣品的缺陷部分會吸收X射線，導致X射線照射成像出現異常情況。X射線檢測主要是檢測集成電路中引線損壞的問題，根據電子器件的大小及電子器件構造情況選擇合適的波長，這樣就會得到合適的分辨率。而掃描聲學顯微鏡檢測是利用超聲波探測樣品內部的缺陷，主要原理是發射超聲波到樣品內部，然后由樣品內部返回。根據反射時間以及反射距離可以得到檢測波形，然后對比正常樣品的波形找出存在缺陷的位置。這種檢測方法主要檢測的是由于集成電路塑封時水氣或者高溫對器件的損壞，這種損壞常為裂縫或者是脫層。相對于有損失效分析方法的容易損壞樣品、遺失樣品信息的缺點，無損失效分析技術有其特有的優勢，是集成電路失效分析的重要技術。

3.有損失效分析技術

3.1 打開封裝

有損失效分析首先是對集成電路進行開封處理，開封處理要做到不損壞芯片內部電路。根據對集成電路的封裝方式或分析目的不同，采取相應的開封措施。方法一是全剝離法，此法是將集成電路完全損壞，只留下完整的芯片內部電路。缺陷是由于內部電路和引線全部被破壞，將無法進行通電動態分析。方法二是局部去除法，此法是利用研磨機研磨集成電路表面的樹脂直到芯片。優點是開封過程中不損壞內部電路和引線，開封后可以進行通電動態分析。方法三是全自動法，此法是利用硫酸噴射來達到局部去除法的效果。

3.2 電性分析

3.2.1 缺陷定位

定位具體失效位置在集成電路失效分析中是一個重要而困難的項目，只有在對缺陷的位置有了明確定位后，才能繼而發現失效機理以及缺陷的特性。缺陷定位技術的應用是缺陷定位的關鍵。Emission顯微鏡技術、OBIRCH（Optical Beam Induce Resistance Change）技術以及液晶熱點檢測技術為集成電路失效分析提供了快捷準確的定位方法。Emission顯微鏡具有非破壞性和快速精準定位的特性。它使用光子探測器來檢測產生光電效應的區域。由于在硅片上發生損壞的部位，通常會發生不斷增長的電子-空穴再結合而產生強烈的光子輻射。因而這些區域可以通過Emission顯微鏡技術檢測到。OBIRCH技術是利用激光束感應材料電阻率變化的測試技術。對不同材料經激光束掃描可測得不同的材料阻值的變化；對于同一種材料若材料由于某種因素導致變性后，同樣也可測得這一種材質電阻率的變化。我們就是借助于這一方法來探測金屬布線內部的那些可靠患。液晶熱點檢測是一種非常有效的分析手段，主要是利用液晶的特性來進行檢測。但液晶熱點檢測技術的要求較高，尤其是對于液晶的選擇，只有恰當的液晶才能使檢測工作順利進行。液晶熱點檢測設備一般由偏振顯微鏡、可以調節溫度的樣品臺以及控制電路構成。在由晶體各向異性轉變為晶體各向同性時所需要的臨界溫度的能量要很小，以此來提高靈敏度。同時相變溫度應控制在30-90攝氏度的可操作范圍內，偏振顯微鏡要在正交偏振光下使用，這樣可以提高液晶相變反應的靈敏度。

3.2.2 電路分析

電路分析就是根據芯片電路的版圖和原理圖，結合芯片失效現象，逐步縮小缺陷部位的電路范圍，最后是利用微探針檢測技術來定位缺陷器件，從而達到對于缺陷器件定位的要求。

3.2.3 微探針檢測技術

微探針的作用是測量內部器件上的電參數值，如工作點電壓、電流、伏安特性曲線等。微探針檢測技術一般是伴隨電路分析配合使用的，兩者的結合可以較快的搜尋失效器件。

3.3 物理分析

3.3.1 聚焦離子束（FIB）

聚焦離子束就是利用電透鏡將離子束聚焦成為微小尺寸的顯微切割器，聚焦離子束系統由離子源、離子束聚焦和樣品臺組成。聚焦離子束的主要應用是對集成電路進行剖面，傳統的方法是手工研磨或者是采用硫酸噴劑，這兩種方法雖然可以得到剖面，但是在日益精細的集成電路中，手工操作速度慢而且失誤率高，所以這兩種方法顯然不適用。聚焦離子束的微細精準切割結合掃描電子顯微鏡高分辨率成像就可以很好的解決剖面問題。聚焦離子束對被剖面的集成電路沒有限制，定位精度可以達到0.1um以下，同時剖面過程中集成電路受到的應力很小，完整地保存了集成電路，使得檢測結果更加準確。

3.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）

掃描電子顯微鏡作為一種高分辨率的微觀儀器，在集成電路的失效分析中有著很好的運用。掃描電子顯微鏡是由掃描系統和信號檢測放大系統組成，原理是利用聚焦的電子束轟擊器件表面從而產生許多電子信號，將這些電子信號放大作為調制信號，連接熒光屏便可得到器件表面的圖像。對于不同層次的信號采集可以選用不同的電子信號，那樣所得到的圖像也將不同。

3.3.3 透射電子顯微鏡（TEM）

透射電子顯微鏡的分辨率可以達到0.1nm，其大大優于掃描電子顯微鏡。集成電路的器件尺寸在時代的發展中變得越來越小，運用透射電子顯微鏡可以更好的研究產品性能，在集成電路失效分析中，透射電子顯微鏡可以清晰地分析器件缺陷。透射電子顯微鏡將更好地滿足集成電路失效分析對檢測工具的解析度要求。

3.3.4 VC定位技術

前文講述的利用Emission/OBIRCH/液晶技術來定位集成電路中的失效器件，在實際應用過程中熱點的位置往往面積偏大，甚至會偏離失效點幾十個微米，這就需要一種更精確的定位技術，可以把失效范圍進一步縮小。VC（VoltageContrast）定位技術基于SEM或FIB，可以把失效范圍進一步縮小，很好地解決了這一難題。VC定位技術是利用SEM或者FIB的一次電子束或離子束在樣品表面進行掃描。硅片表面不同部位具有不同電勢，表現出來不同的明亮對比度。VC定位技術可以通過檢測不同的明亮對比度，找出異常亮度的點，從而定位失效點的位置。

4.總結

我們認識了常用的集成電路失效分析技術和方法，而更深刻地了解各種技術的應用還需要在實際的分析工作當中積累經驗，再認識再提高。