集成电路的设计流程范文

导语：如何才能写好一篇集成电路的设计流程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：电路 延续教学 Multisim

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0225-02

电路是高校电子与电气信息类的重要专业基础课。课程主要分析电路中的电磁现象，研究电路的基本规律和电路的分析方法。为学生学习后续的电子与电气信息类后续课程准备必要的电路知识，在整个课程体系中具有承前启后的重要作用。而随着课程教学改革的发展，在技术基础课程中也越来越强调对学生实验研究能力、动手操作能力、实践创新能力的培养。电路课程作为一门重要的技术基础课，在课程延续教学部分也应加强开展综合性复杂实验的教学。为此我们尝试将“多路直流电源设计”的综合性实验引入了电路课程延续教学中。

延续教学作为课程正常教学的有益补充，采用什么样的教学形式开展是教师们在设计教学方案时深深思考的问题。除了常规的通过习题课、答疑讲解加深对理论知识的理解，开展各种形式的实验教学也是十分有必要的。实验教学除了课内的基础实验、验证性实验，课后的延续教学部分进行一些电子设计制作，对锻炼学生的动手能力，提高学生的学习热情和积极性都是十分有好处的。

直流电源在原来的教学安排中我们是在模拟电子技术基础课程中介绍的。但实际上，学生对二极管的单向导电性在高中阶段就有所接触。在电路课程中学习过电容、电感特性，变压器原理后，向学生介绍直流电源的组成原理学生也比较容易接受。这时候在课后延续中引入多路直流电源设计的综合性实验，与实际联系紧密，在理论学习之后，将电路具体实现出来，学生兴趣比较大。电路课程与后续的模拟电子技术基础课程都属于电子电路，本就有着千丝万缕的联系。在电路课程中就开始学习Multisim软件仿真，对后续模电的学习也是十分有帮助的[1]。

1 原理介绍

在实验进行之前，教师需要对实验的理论基础即直流电压源的工作原理加以介绍。直流电压源通常由交流变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路4部分组成，如图1所示。其中交流变压器负责降压，把220 V的交流电网电压降低到合适的交流电压值；整流电路的作用是将方向变化的交流电压变成方向单一的脉动直流电压；滤波电路则将脉动的直流电压转变为较为平滑的直流电压；最后的稳压电路负责清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压的稳定。教师可以重点讲解整流电路[2]。而整流电路的关键在于方向的变化，因此很容易引导学生想到利用二极管的单向导电性来实现整流。接下来主要介绍单相桥式整流电路的结构，讲解桥式整流电路4个二极管构成桥臂，两两交替导通的工作原理。滤波电路部分简单地使用电容元件进行滤波即可。稳压电路则采用三端集成稳压元件W7800和W7900系列来实现。

2 仿真

在学习完实验理论知识部分之后，学生还需要进一步熟悉实验使用的各种元器件，熟悉电路的工作原理和组成。电子分析的仿真软件在这里能够给我们带来极大的帮助。Multisim电路仿真软件是美国国家仪器（NI）有限公司推出的电路仿真软件，具有界面友好，元器件和测量仪器丰富，分析工具强大等优点，是进行电子设计分析的好帮手。学生通过在电脑上采用虚拟的电子元件连接电路，可以掌握常用电子元器件的功能作用、基本参数和测量方法。而且在软件中可以随时根据仿真结果调整电路参数，避免了实验失败带来元器件烧毁的风险。仿真软件提供了丰富的分析仪器，弥补了实验室可能缺少某些不常用仪器的不足。通过软件仿真，学生可以完成从电路设计、元件选取、测试优化、参数调整的一系列过程，锻炼了学生的动手能力和分析能力，也为实际电路的实现打下了良好的基础。多路直流电源的Multisim仿真电路如图2所示。

3 电路实现

学生在认真研究了电路原理并进行电路仿真之后，对每一个电路元件的作用、电路的组成结构都比较熟悉了，这时我们就可以进入实验室进行实物操作了。教师可以先向学生介绍一下面包板和各种电路元器件的使用注意事项。学生通过原理学习和电路仿真，对电路元件已经有了一个感性认识，通过实物操作，更增强了对电路的理性认识。电路逐级连接，逐级测试。遇到问题分析解决。哪一级电路不能出现仿真预计的结果，问题在哪里，需要通过学生自己动手分析解决，锻炼了学生分析问题解决问题的能力。而且由学生自己解决的问题，学生印象更为深刻。在解决各种繁琐问题的过程中，也培养了学生细致耐心的实验习惯。各种常用测量仪器，万用表、双踪示波器的使用，对学生后续电子课程会十分有帮助。原理学习、电路仿真、实物操作整个过程的完成，对培养学生的综合素质和创新意识、工程意识都会大有裨益。学生能够独立完成一个常用电路的制作，也是非常有成就满足感的，促进了学生对电路学习的兴趣。由学生自己连接的多路直流电源电路实物照片如图3所示。

4 结语

直流电源是模拟电子技术课程中很重要的一个知识点。我们在电路课程中开展多路直流电源设计的综合性实验，在电路课中就让学生对直流电源的基本原理和概念有所了解。而Multisim仿真的使用学习，早早接触电路仿真，对于学生后续课程模拟电子技术和数字电子技术课程的学习都很有好处。通过多路直流电源的综合性实验的原理学习、软件仿真、电路实现这样一个完整的过程，学生能够自己完成一个实用电路的制作，极大地激发了学生学习的热情和积极性，同时加深了学生对理论知识的理解，锻炼了学生的动手能力和操作能力，对理论教学也会起到良好的促进作用。

⒖嘉南

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关键词：集成电路设计；版图；CMOS

作者简介：毛剑波（1970-），男，江苏句容人，合肥工业大学电子科学与应用物理学院，副教授；汪涛（1981-），男，河南商城人，合肥工业大学电子科学与应用物理学院，讲师。（安徽?合肥?230009）

基金项目：本文系安徽省高校教研项目（项目编号：20100115）、省级特色专业项目（项目编号：20100062）的研究成果。

中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）23-0052-02

集成电路（Integrated Circuit）产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是新一代信息技术产业发展的核心和关键，对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展，我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局，产业链基本形成。但与国际先进水平相比，我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中，集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业，集成电路设计人才严重匮乏，已成为制约行业发展的瓶颈。因此，培养大量高水平的集成电路设计人才，是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题，也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1-4]

一、集成电路版图设计软件平台

为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要，合肥工业大学（以下简称“我校”）从2005年起借助于大学计划，和美国Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、华大电子等公司合作建立了EDA实验室，配备了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni设计系统等EDA软件。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程，如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计、ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订，注意相关课程之间相互衔接，关键内容不遗漏，突出集成电路设计能力的培养，通过对课程内容的精选、重组和充实，结合实验教学环节的开展，构成了系统的集成电路设计教学过程。[5，6]

集成电路设计从实现方法上可以分为三种：全定制（full custom）、半定制（Semi-custom）和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计，特别是其后端的版图设计，涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论，这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向，目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。

在集成电路版图设计的教学中，采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统（Zeni EDA System），这是中国唯一的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容，支持百万门级的集成电路设计规模，可进行国际通用的标准数据格式转换，它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优，已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用，特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能，并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。

九天EDA软件系统包括ZeniDM（Design Management）设计管理器，ZeniSE（Schematic Editor）原理图编辑器，ZeniPDT（physical design tool）版图编辑工具，ZeniVERI（Physical Design Verification Tools）版图验证工具，ZeniHDRC（Hierarchical Design Rules Check）层次版图设计规则检查工具，ZeniPE（Parasitic Parameter Extraction）寄生参数提取工具，ZeniSI（Signal Integrity）信号完整性分析工具等几个主要模块，实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。

二、集成电路版图设计的教学目标

根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点，在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。

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>> “射频集成电路设计”课程教学改革初探 应用于相控阵收发组件的射频微波集成电路设计探讨 纳米尺度互连线寄生参数的仿真及应用于CMOS射频集成电路设计 模拟集成电路设计教学探讨 《集成电路设计》课程教学改革与探索 集成电路设计本科教学改革探索 集成电路设计与集成系统专业人才培养模式的探究 集成电路设计与集成系统专业CDIO培养模式的研究与实践 集成电路设计专业课程体系改革与实践 《数字集成电路设计原理》课程教学探索 集成电路设计作为专业核心课程设置的探讨 集成电路设计方法及IP设计技术的探讨 集成电路设计的本科教学现状及探索 模拟集成电路设计教学方法探讨 《专用集成电路设计》教学方法初探 结合集成电路设计大赛谈创新能力的培养 同步数字集成电路设计中的时钟偏移分析 《2012中国集成电路设计业发展报告》的统计及结论 模拟集成电路设计的自动化综合流程研究 以工程需求为导向的集成电路设计闭环教育研究 常见问题解答 当前所在位置：l.

[3]http：//.cn/Info/html/n14730_1.htm.

[4]http：///info/20121026/227691.shtml.

[5]冯卫东.美科学家证实电路世界第四种基本元件存在[N/OL].科技日报，2008-05-06.

[6]李九生.“微波与射频技术”课程新式教学理念应用[J].科技信息，2010，（6）.

[7]李金凤，王健，刘欢.“射频集成电路设计”课程教学改革初探[J].考试周刊，2012，(15).

[8]张银蒲.基于射频方向课程群的教学改革与创新[J].唐山学院学报，2013，（1）.

[9]王立华.虚拟网络分析仪在射频电路设计中的应用[J].电子测量技术，2012，（4）.

收稿日期：2013-09-10

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【关键词】集成电路设计 工业化教学模式 研究与实践

一、集成电路设计业背景

集成电路（Integrated Circuit，IC）是指将很多微电子器件电路集成在芯片上的一种高级微电子器件。通常使用硅为基础材料，在上面通过扩散或渗透技术形成N型半导体和P型半导体及PN结。20世纪中期，半导体设备可实现真空管功能的实验发现，以及半导体制造技术的进步，使得集成电路成为可能。第一个集成电路雏形是由杰克・基尔比于1958年完成的。仅仅在其开发后半个世纪，集成电路变得无处不在，电脑、手机和其他数字电器成为现代社会结构不可缺少的一部分。

二、Linux/Unix背景

UNIX操作系统（UNIX）是美国AT&T公司1971年在PDP-11上开发的操作系统，具有多用户、多任务的特点，支持多种处理器架构。Linux操作系统（Linux），是一系列类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统是自由软件和开放源代码发展中最著名的例子。

在集成电路设计产业中，有着简明清晰的权限控制、高稳定性、高性能、可大规模并行以及有着深厚开发工具基础的Linux/Unix操作系统被广泛地使用。这就意味着，掌握Linux/Unix操作系统的使用是集成电路设计工程师必需的基本技能。为了满足工业界的需求以及培养合格的工程硕士，数字集成电路与系统集成专业设置了工业Linux/Unix课程以培训相关技能。

工业Linux/Unix课程则主要针对集成电路设计工业界的需求，对未来的集成电路工程师进行必要的职业技能培训，使其能在进入工业界后迅速地熟悉相应的开发平台并在该平台上发挥其集成电路设计专业的知识与技能。该课程有着以下特点：

（一）针对性强。本课程的教学目标非常明确：使得学生们通过该课程的学习能够掌握工业生产流程中最有可能遇到的部分知识与技能，拥有很强的针对性。

（二）注重培养实际操作能力。本课程的目标是培养可进行实际生产开发的集成电路设计工程师，满足工业界的需求，而不是为研究院所提供科研人才，实际的操作能力是本课程的重点所在。

三、工业化教学模式

为满足该课程的教学目标，建议对工业化产业化的教学模式在该课程教学中实施2.以下几个方面的措施：

（一）课程结构原子化。针对该课程知识点众多针对性强的特点，重新梳理课程结构、整理课程体系。将课程内容按照工业界开发流程分割排列为若干相对独立又相互联系的单元。即仿真以下情景：一组从未接触过Linux/Unix操作系统的工程师被要求在该操作系统进行开发，同时项目开发与时间进度均有着相应的要求，那么他们应该如何学习，何时以及如何在学习阶段和开发阶段相互切换，才能以最优解完成任务。

（二）讲练结合。针对该课程注重实际操作能力的特点，该课程一半以上的课时设置为实验课；并在时间上与讲授课程结合，讲完一个单元随即练习一个单元。既能及时巩固讲授课程内容，又能及时发现不足。比如在版本控制工具subversion讲授课后，安排学生上机以小组形式使用该工具进行开发。通过不同组员同时更改同一源代码文件后自动报告有需要解决的更新冲突这一虚拟场景，使得学生能充分体会到使用版本控制工具的优势和好处，进而自发地进行练习希望能够掌握并使用该工具来完成自己最终的课程设计。

（三）产品代替实验。在实验课中，以逐步完成一个实际产品为最终目标，有机结合不同单元的教学内容。抛弃了以往的给出实验内容列表，学生们按部就班走流程的实验模式。实验课没有硬性要求，但最终需要提交完整的产品作为实验成果。同时，在实验课最后会提出若干思考问题，鼓励创新，引导学生完成额外的功能以完善自己的产品。如前面所述的makefile实验中，鼓励学生改进优化原有示例，不同的学生就会提出不同的解决方案，改良的方式各有侧重，有的倾向与代码的简洁性，有的倾向于功能的完整性，有的则倾向于用户体验的舒适性。这样不但锻炼了学生的自学能力，同时还培养了其跳出书本、主动思考的创新精神。

（四）工程代替考试。课程终期设置从实际工业环境中抽象出来的实际工程来作为对学生水平的考核。给予学生的课程设计指导文档相当于工业界的客户需求文档。学生需要灵活应用课程中学到的内容、模仿实验课中使用的流程进行自主开发，完成能够满足需求书上描述功能的产品，提交包括最终产品、源代码、用户手册、设计手册、测试计划书以及工程开发进度记录等一系列成果。并在最后课上通过产品展示的方式向全班同学“推销”其产品，而其他同学则通过客户角度给予该产品评价。通过前期的产品测试、撰写用户手册、设计推销手段等流程给予成果自评，并通过其他学生的反馈得到客户评价，从而使得学生能更深刻地认识到自己产品的优点与缺点，进而在设计与实现的流程中掌握课程中所要求的知识与技能。

笔者认为，研究生阶段的教学工作一定要倾向于研究性教学或工程性教学。这两种教学和之前阶段的高等教育最大的不同就在于开放性、可扩展性的教学，引导学生的自学意识和创新精神是非常必要的。通过在集成电路专业实用Linux/Unix教学中研究并实践工业化的教学模式，并观察总结学生的反馈，该教学模式非常适用并且效果优秀。该教学模式不但能够显著提高学生对所学知识和技能的关注度与投入度，而且还能培养其自学能力、创新精神、活学活用的能力等潜在能力，是工程型课程教学中不可多得的优秀教学模式。

参考文献：

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【关键词】 集成电路 超低功耗 技术研究

集成电路在不断的发展过程中，其所具备的信息处理能力越来越高，然而集成电路板的功耗也在不断增大，这就使得电子设备设计者在性能和功耗的选择过程中往往只能进行折中选择，这些都制约了电子元件的纳米化发展，制约了集成电路的超大规模发展。这种愤怒格式的超低功耗技术只是通过对技术的制约来实现低功耗，因此超低功耗技术成为了一种制约集成电路发展的技术难题。

一、现有的集成电路的超低功耗可测性技术

在集成电路的发展进程中，超低功耗集成电路的实现是一项综合工程，需要在材料、电路构造及系统的功耗之间进行选择。可测性技术所测试出的数据影响制约着集成电路的发展。但随着集成电路在不断发展过程中趋于形成超大规模集成电路结构，这就导致在现有的测试技术中，超大规模的集成电路板容易过热而导致电路板损坏。现有的超低功耗可测性技术并不能满足对现有芯片的测试，并不能有效地通过对日益复杂的集成电路进行测试，因此在对超低功耗集成电路技术进行研究的同时，还要把握现有的集成电路的超低功耗的可测性技术不断革新，以摆脱现有测试技术对集成电路板发展的制约。

二、超低功耗集成电路研究发展方向

2.1 现有的超低功耗集成电路技术

在实际的操作过程，超低功耗集成电路是一项难以实现的综合性较强的工程，需要考虑到集成电路的材料耗能与散热，还要考虑到系统之间的耗能，却是往往在性能和功耗之间进行折中的选择。现有的超低功耗集成电路大多是基于CMOS硅基芯片技术，为了实现集成电路的耗能减少，CMOS技术是通过在在整体系统的实现设计，对结构分布进行优化设计、通过对程序管理减少不必要的功耗，通过简化合理地电路结构对CMOS器材、结构空间、工艺技术间进行立体的综合优化折中。在实际的应用工程中，通过多核技术等结构的应用，达到降低电路集成的耗能，但是睡着电子原件的不断更新换代，使得现有的技术并不能达到性价比最优的创收。

2.2 高新技术在超低功耗集成电路中的应用

随着电子元件的不断向纳米尺度发展，集成电路板的性能得到了质的飞跃，但是集成电路芯片的耗能也变得日益夸张，因此在集成电路板的底层的逻辑存储器件及相关专利技术、芯片内部的局域之间的相互联通和芯片间整体联汇。通过有效的超低功耗的设计方法学理论，进行合理的热分布模型模拟预测，计算所收集的数据信息，这种操作流程成为超低耗解决方案中的不可或缺的部分。

现在的主要的超低功耗技术有，在集成电路的工作期间采用尽可能低的工作电压，其中芯片的核电压为0.85V，缓存电压0.9V。通过电压的有效控制能够减少电路集成技术所运行期间所造成的热量散发，从而导致芯片过热。对非工作核的实行休眠的栅控功耗技术，减少芯片的运作所需要承受的功。通过动态供电及频率技术对集成电路芯片进行有效的控制节能。为了实现超低功耗集成电路，需要从器材的合理结构、对电路元件材料的选择、空间上的合理分配等多个层次进行努力。通过有效地手段减少芯片在运作过程中所存在的电力损耗，从而降电能功耗在电路总功耗中所占的比例，这样能够将集成电路板的耗能有效地控制。利用高新材料形成有效的多阀值CMOS/功率门控制技术，对动态阀值进行数据监控，可以有效地减少无用的做功，有效地减少器件泄漏电流。通过对多门学科知识的应用实践及高新材料的实际应用，能够有效地进行减少集成电路的功耗。

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建设集成电路设计相关课程的视频教学资源，包括集成电路设计基础理论课程讲授视频、典型案例设计讲解视频、集成电路制造工艺视频等；构建集教师、博士研究生、硕士研究生和本科生于一体的设计数据共享平台。集成电路设计是一项知识密集的复杂工作，随着该行业技术的不断进步，传统教学模式在内容上没法完全展示集成电路的设计过程和设计方法，尤其不能展示基于EDA软件进行的设计仿真分析，这势必会严重影响教学效果。另外，由于课时量有限，学生在课堂上只能形成对集成电路的初步了解，若在其业余时间能够通过视频教程系统地学习集成电路设计的相关知识，在进行设计时能够借鉴共享平台中的相关方案，将能很好地激发学生学习的积极性，显著提高教学效果。

二、优化课程教学方式方法

以多媒体教学为主，辅以必要的板书，力求给学生创造生动的课堂氛围；以充分调动学生学习积极性和提升学生设计能力的目标为导向[3]，重点探索启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式，激励学生自主学习；在教学讲义的各章节中添加最新知识，期末开展前沿专题讨论，帮助学生掌握学科前沿动态。传统教学模式以板书为主，不能满足集成电路设计课程信息量大的需求，借助多媒体手段可将大量前沿资讯和设计实例等信息展现给学生。由于集成电路设计理论基础课程较为枯燥乏味，传统的“老师讲、学生听”的教学模式容易激起学生的厌学情绪，课堂教学中应注意结合生产和生活实际进行讲解，多列举一些生动的实例，充分调动学生的积极性。另外，关于集成电路设计的书籍虽然很多，但是在深度和广度方面都较适合作为本科生教材的却很少，即便有也是出版时间较为久远，跟不上集成电路行业的快速发展节奏，选择一些较新的设计作为案例讲解、鼓励学生浏览一些行业资讯网站和论坛、开展前沿专题讲座等可弥补教材和行业情况的脱节。

三、改革课程考核方式

改革课程考核、评价模式，一方面通过习题考核学生对基础知识和基本理论的掌握情况；另一方面，通过项目实践考核学生的基本技能，加大对学生的学习过程考核，突出对学生分析问题和解决问题能力、动手能力的考察；再者，在项目实践中鼓励学生勇于打破常规，充分发挥自己的主观能动性，培养学生的创新意识。传统“一张试卷”的考核方式太过死板、内容局限，不能充分体现学生的学习水平。集成电路设计牵涉到物理、数学、计算机、工程技术等多个学科的知识，要求学生既要有扎实的基础知识和理论基础，又要有很好的灵活性。因此，集成电路设计课程的考核应该是理论考试和项目实践考核相结合，另外，考核是评价学生学习情况的一种手段，也应该是帮助学生总结和完善课程学习内容的一个途径，课程考核不仅要看学生的学习成果，也要看学生应用所学知识的发散思维和创新能力。

四、加强实践教学

在理论课程讲解到集成电路的最小单元电路时就要求学生首先进行模拟仿真实验，然后随着课程的推进进行设计性实验，倡导自选性、协作性实验。理论课程讲授完后，在暑期学期集中进行综合性、更深层次的设计性实验。集成电路设计是一门实践性很强的课程，必须通过大量的项目实践夯实学生的基础知识水平、锻炼学生分析和解决问题的能力。另外，“设计”要求具备自主创新意识和团队协作能力，应在实践教学中鼓励学生打破常规、灵活运用基础知识、充分发挥自身特点并和团队成员形成优势互补，锻炼和提升创新能力和团队协作能力。

五、总结

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“中国芯”指的是在中国注册、以华人为企业管理和研发主体的集成电路设计企业所研发的、具有自主知识产权并占据一定市场份额的集成电路芯片或IP核。而“中国芯”工程是工业和信息化部组织的集成电路技术创新和产品创新工程，包括两部分内容，一是组织集成电路的技术创新和产品创新。主要通过电子发展基金、集成电路研究开发专项资金、移动通信手机研发专项及国家科技重大专项等科技开发项目，支持企业产品开发；二是推进中国芯成果的应用与产业化。作为“中国芯”工程的重要组成部分，中国芯推广应用工作由工业和信息化部电子信息司指导，具体实施由工业和信息化部软件与集成电路促进中心（以下简称CSIP）承担。

自2000年国务院18号文以来，我国集成电路产业进入快速发展期，企业数量稳步增加，产业规模日益扩大。随着企业规模的扩大，企业对政府支持的诉求也悄然发生变化：由单纯的资金支持诉求转变为资金支持诉求、品牌支持诉求、战略规划指导诉求并存。在这种背景下，2006年，在工信部电子信息司的指导下，从品牌支持的角度出发，CSIP开展了“中国芯”评选活动，给企业以极大的品牌支持，获得了企业的高度认可，取得了较好的成效。

工信部电子信息司副司长安筱鹏在2012中国集成电路产业促进大会暨第七届“中国芯”颁奖典礼上表示：“‘中国芯’工程对促进国产芯片与整机联动，提高市场占有率、知名度和影响力，起到了积极作用。此后，工业和信息化部也将一如既往地予以支持。”

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――首钢NEC参观感受

2007年7月4日，今天早上九点我们微电子04级全体同学在首钢NEC门口集合，在姜老师和鞠老师的带领下跟随首钢NEC工作人员开始了我们的参观实习。虽然天气炎热，但是同学们秩序井然，而且大家参观的热情高涨，充满了兴奋与好奇。

在工作人员的陪同下，我们来到了首钢NEC的小礼堂，进行了简单的欢迎仪式后，由工作人员向我们讲解了集成电路半导体材料、半导体集成电路制造工艺、集成电路设计、集成电路技术与应用前景和首钢NEC有限公司概况，其中先后具体介绍了器件的发展史、集成电路的发展史、半导体行业的特点、工艺流程、设计流程，以及SGNEC的定位与相关生产规模等情况。

IC产业是基础产业，是其他高技术产业的基础，具有核心的作用，而且应用广泛，同时它也是高投入、高风险，高产出、规模化，具有战略性地位的高科技产业，越来越重视高度分工与共赢协作的精神。近些年来，IC产业遵从摩尔定律高速发展，越来越多的国家都在鼓励和扶持集成电路产业的发展，在这种背景下，首钢总公司和NEC电子株式会社于1991年12月31日合资兴建了首钢日电电子有限公司（SGNEC），从事大规模和超大规模集成电路的设计、开发、生产、销售的半导体企业，致力于半导体集成电路制造（包括完整的生产线――晶圆制造和IC封装）和销售的生产厂商，是首钢新技术产业的支柱产业。公司总投资580.5亿日元，注册资金207.5亿日元，首钢总公司和NEC电子株式会社分别拥有49.7％和50.3％的股份。目前，SGNEC的扩散生产线工艺技术水平是6英寸、0.35um，生产能力为月投135000片，组装线生产能力为年产8000万块集成电路，其主要产品有线性电路、遥控电路、微处理器、显示驱动电路、通用LIC等，广泛应用于计算机、程控和家电等相关领域，同时可接受客户的Foundry产品委托加工业务。公司以“协力·敬业·创新·领先，振兴中国集成电路产业”为宗旨，以一贯生产、服务客户为特色，是我国集成电路产业中生产体系最完整、技术水平最先进、生产规模最大的企业之一，也是我国半导体产业的标志性企业之一。

通过工作人员的详细讲解，我们一方面回顾了集成电路相关的基础理论知识，同时也对首钢日电的生产规模、企业文化有了一个全面而深入的了解和认识。随后我们在工作人员的陪同下第一次亲身参观了SGNEC的后序工艺生产车间，以往只是在上课期间通过视频观看了集成电路的生产过程，这次的实践参观使我们心中的兴奋溢于言表。

由于IC的集成度和性能的要求越来越高，生产工艺对生产环境的要求也越来越高，大规模和超大规模集成电路生产中的前后各道工序对生产环境要求更加苛刻，其温度、湿度、空气洁净度、气压、静电防护各种情况均有严格的控制。

为了减少尘土颗粒被带入车间，在正式踏入后序工艺生产车间前，我们都穿上了专门的鞋套胶袋。透过走道窗户首先映入眼帘的是干净的厂房和身着“兔子服”的工人，在密闭的工作间，大多数IC后序工艺的生产都是靠机械手完成，工作人员只是起到辅助操作和监控的作用。每间工作间门口都有严格的净化和除静电设施，防止把污染源带入生产线，以及静电对器件的瞬间击穿，保证产品的质量、性能，提高器件产品成品率。接着，我们看到了封装生产线，主要是树脂材料的封装。环氧树脂的包裹，一方面起到防尘、防潮、防光线直射的作用，另一方面使芯片抗机械碰撞能力增强，同时封装把内部引线引出到外部管脚，便于连接和应用。

在SGNEC后序工艺生产车间，给我印象最深的是一张引人注目的的海报“一目了然”，通过向工作人员的询问，我们才明白其中的奥秘：在集成电路版图的设计中，最忌讳的是“一目了然”版图的出现，一方面是为了保护自己产品的专利不被模仿和抄袭；另一方面，由于集成电路是高新技术产业，毫无意义的模仿和抄袭只会限制集成电路的发展，只有以创新的理念融入到研发的产品中，才能促进集成电路快速健康发展。

在整个参观过程中，我们都能看到整洁干净的车间、纤尘不染的设备、认真负责的工人，自始至终都能感受到企业的特色文化，细致严谨的工作气氛、一丝不苟的工作态度、科学认真的工作作风。不可否认，我们大家都应该向他们学习，用他们的工作的态度与作风于我们专业基础知识的学习中，使我们能够适应目前集成电路人才的需求。

这次参观，由于集成电路生产自身的限制，我们只能通过远距离的参观，不能进一步向技术工人请教和学习而感到遗憾，总的来说，这次活动十分圆满。

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（南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210023）

【摘　要】本文从分析集成电路设计实践教学的特点入手，对集成电路设计实验中引入研究型实践教学模式的必要性、作用分析及具体实施方法进行了具体探讨，并提出了研究型实践教学对老师、对学生的要求。

关键词 实践教学；集成电路

基金项目：南京邮电大学教改项目（JG03314JX17）。

作者简介：夏晓娟（1982—），女，南京邮电大学，副教授，从事集成电路设计领域的教学与科研工作。

随着教育改革的不断深入，随着我国电子信息技术飞速发展，迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变，且电子产品发展迅速，集成电路设计是与最前沿科技紧密相连的一个方向，相关的课程也应与前沿科技紧密相连，课程的学习更要注重理论联系实际，培养学生的科学思维能力和分析问题解决问题的能力。因此，集成电路设计实验应在传统的实践教学方法基础上，在“研究型实践教学模式”方面进行探讨和实践。“研究型实践教学模式”是指在实践教学中指导学生将所学理论知识用于行业实际问题分析的一种实践方法，旨在培养学生创造性的运用知识、自主的发现问题、研究问题，并解决问题的能力[1-2]。

1　确立研究型实践教学模式的必要性

集成电路（Integrated Circuit，IC）产业是信息产业的基础和核心，随着我国电子信息技术飞速发展，迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变，大多设计均采用无生产线设计，加工采用代工方式。成电路设计具有一定的特殊性，集成电路设计过程需要集成电路专业人才经过严格的实践训练并且积累一定的工程实践经验。全国集成电路设计相关企业对于人才的需要也越来越严格，越来越需要能力型的、具有创造力的人才，应聘的条件之一就是需要有集成电路设计的相关经验。作为一般理工科院校集成电路专业的发展在一定程度上缺乏对集成电路设计应用型人才培养的认识。因此，我们应该改变传统观念，树立IC设计研究型人才培养观。

集成电路设计实践主要是提供学生一个实践平台，采用先进的集成电路仿真软件，将书本上的知识采用模拟的方法进行加深理解。实践内容既是电路、模拟电子技术、数字电子技术以及课程设计中所学知识的应用，又是与最前沿科技紧密联系的。而传统的教学内容和教学模式，缺乏对学生创造力的培养，也缺乏与前沿科技的联系，因此需要进行教学改革的探讨和实践。

随着教育改革的不断深入，传统的实践教学中“以教师为中心”、“以灌输为主要方式”的教学模式已无法适应时代的要求。先进的教学模式是人才培养的关键措施。研究型教学模式，又称为研讨式教学模式，是指教师以课程内容和学生的知识积累为基础，引导学生创造性地运用知识、自主地发现问题、研究问题和解决问题，以学生为中心，以知识掌握为基础，以能力培养为主线，以提高素质为目的的一种新模式。集成电路设计实践同样需要采用先进的教学方式，提高学生的创新能力，培养研究型IC设计人才。

2　研究型实践教学模式的作用分析

集成电路设计实践引入研究型实践教学模式，可以使相关领域的学生真正实现学有所用，不仅学习了集成电路设计的软件知识，同时可以将课堂的理论知识通过工艺模型、电路设计、仿真方法来复现，从而更深入的理解理论知识，而且可以通过一些电路实例来解释生活中的一些现象，激发学习的兴趣。

集成电路设计是实践性很强的一个方向，要求将工艺、器件、电路、版图四个方面的理论课程融会贯通，而传统的实践教学旨在加强学生对软件的认识，忽略对理论内容的加深与贯通。通过研究型实践教学模式的开展，可以在保证教学大纲不变的前提下，通过选择适用性较强的实践内容，使学生一方面能够将各门理论课的知识加深及贯通，另一方面可以使学生接触到用人单位感兴趣的课题内容，有利于学生加强实践的动力和持续进步。通过研究型实践，对学校而言，可以培养更优秀学生；对学生而言，可以掌握前沿知识、促进就业。

研究型实践成果的实现为学生的晋升、发展提供支持。学生的实践研究成果如能公开发表或获奖，能解决实际工作中的问题，这无形中为学生在工作岗位上的晋升、发展增加筹码。这在最大程度上激发学生的实践兴趣，是其他任何实践模式都不可比拟的。同时，研究型实践教学鼓励学生多看文献、多写总结报告，这也为学生撰写本科毕业论文打下良好的基础。

3　研究型实践教学模式的具体实施

3．1　课程结构优化

指导学生接触各类资料，能够提出问题，进而解决问题以掌握知识、应用知识，完成对知识的一个探求过程；对实验内容进行适当调整和完善，使课程体系更全面更科学，更能贴近行业发展，更能体现学生的主动性。

3.2　采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法

在研究型实践教学模式中，师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要，结合国内外的研究现状和发展趋势，采用与行业内吻合的实验软件，挑选合适的电路原型做仿真设计，并共同探讨电路的优化方案。

3．3　专业资料查询能力培养

为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理，鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料，以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究，去伪存真，指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。

3．4　指导学生撰写专题论文（报告）

在研究型实践教学过程中，指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时，要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式；要先拟订论文的写作提纲，组织好论文的结构，做到纲举目张；会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想，不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论，由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料，进行研究，完成电路设计和仿真，最后完成专题论文的撰写。

3．5　鼓励学生参与课题研究

为调动学生参与科研创新活动的积极性，激发学生的创新思维，提高学生实践创新能力，鼓励学生参加老师的课题，锻炼学生的动手能力，培养“研究型”的思维模式。

4　研究型实践教学模式对教师和学生的要求

4．1　研究型实践教学模式对教师的要求

研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求：一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构，还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能；二是要掌握学科最新信息，不断更新知识，了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果；三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。

4.2　研究型实践教学模式对学生的要求

研究型实践教学模式对学生的要求：一是学生要有一定的知识积累，储备了比较完备的基础知识；二是要求学生具有一定的专业知识水平，熟练掌握集成电路的一些理论知识；三是要求学生具备一定的自我控制能力和自学能力；四是要求学生具备一定的科学研究能力。在研究型教学中，学生积极参与显得尤为重要，需要充分调动学生的积极性和主动性。

参考文献

［1］黄雪梅.研究型实践教学有效实现的三个关键环节[J].理工高教研究, 2009,4,28(2):136-137.

篇10

MEMS器件设计团队在开始每项设计前,以及贯穿在整个设计流程中都必须对封装策略和如何折中进行考虑和给与极大的关注。许多MEMS产品供应商都会把产品封装作为进行市场竞争的主要产品差异和竞争优势。

封装选择规则

设计MEMS器件的封装往往比设计普通集成电路的封装更加复杂,这是因为工程师常常要遵循一些额外的设计约束,以及满足工作在严酷环境条件下的需求。器件应该能够在这样的严苛环境下与被测量的介质非常明显地区别开来。这些介质可能是像干燥空气一样温和,或者像血液、散热器辐射等一样严苛。其他的介质还包括进行测量时的环境,例如,冲击、震动、温度变化、潮湿和EMI/RFI等。

首先,MEMS器件的封装必须能够和环境进行相互影响。例如,压力传感器的压力输入、血液处理器件的流体入口等。MEMS器件的封装也必须满足其他一些机械和散热裕量要求。作为MEMS器件的输出,可能是机械电机或压力的变化,因此,封装的机械寄生现象就有可能与器件的功能相互影响和干扰。

例如,在压阻传感器内,封装应力就会影响传感器的输出。当封装中不同材料混合使用时,它们的膨胀和收缩系数不同,因此,这些变化引起的应力就附加在传感器的压力值中。在光学MEMS器件中,由于冲击、震动或热膨胀等原因而产生的封装应力会使光器件和光纤之间的对准发生偏移。在高精度加速度计和陀螺仪中,封装需要和MEMS芯片隔离以优化性能(见图1)。

根据生产的MEMS器件类型的不同,电子性能的考虑可以决定所选封装类型的策略。例如,电容传感MEMS器件会产生非常小、并可以被电子器件所识别的电荷,在设计时就需要特别注意电路和封装中的信号完整性问题。

通常,大多数基于MEMS的系统方案都对MEMS芯片提供相应的电路补偿、控制和信号处理单元。因此,一个MEMS芯片和定制ASIC芯片可以被集成在同一个封装内。同样,电路也可以是集成了MEMS器件的单芯片、单封装(见图2)。

MEMS器件有时也采用晶圆级封装,并用保护帽把MEMS密封起来,实现与外部环境的隔离或在下次封装前对MEMS器件提供移动保护。这项技术常常用于惯性芯片的封装,如陀螺仪和加速度计。

这样的封装步骤是在MEMS流片过程中实现的,需要在洁净环境中按照晶圆处理流程操作。相比而言,集成电路的大部分封装都是在晶圆被切割完成后的芯片级完成的,对封装过程的环境洁净程度没有特别高的要求。

MEMS芯片设计者更愿意使用成本非常低廉的标准封装形式,因此采用塑料封装或与集成电路兼容的封装,这可以利用集成电路工业领域的成本优势。使用标准封装也降低了设计和测试时间,封装本身的成本也非常低。一个通行的准则是,如果MEMS器件可以安装在PCB板上,它就有可能采用标准集成电路封装形式(见图3)。

然而,当今绝大多数MEMS器件封装都是客户定制的,并且对特殊应用进行了优化。所以,标准集成电路封装不能承受前面所描述的那些严酷条件对介质所带来的影响。

MEMS器件封装的挑战是未来所大量应用的两个领域:医疗电子和汽车电子。在这两类应用中,被测量的介质对于MEMS器件来说是非常严酷的。在汽车电子领域,需要测量内燃机机油、燃油、冷却液热辐射、尾气排放等的压力或化学成分。这两个领域对器件都要求具有高可靠性和极端坚固的特点。所以,长寿命(特别是医用可植入设备)、小尺寸(见图4)、生物材料兼容性(见图5)是在选择封装设计、材料和接口时所面临的最大问题。

传统MEMS器件封装形式

早期MEMS器件封装形式采用SOC(system-on-Chip:片上系统)技术、以CMOS工艺组装一个或多个MEMS器件,包括模拟和数字工艺。MEMS产品也可以采用SIP(System-in-Package:封装内系统)技术在前面讨论的封装中集成两个或多个芯片。搭接线(wire-bonding)用于连接封装内的芯片,包括MEMS芯片。现今,这种技术正被集成电路生产领域中的倒装芯片封装技术所替代(见图6)。

在以前,工程师常常把封装设计留在关键传感器和电路设计完成后的最后阶段。然而,这种设计流程在产品面市压力和激烈竞争的冲击下发生了变化,迫使工程师改变他们的设计方法。否则,产品封装的劣势将会错过极佳市场窗口。另外,由于设计工具匮乏,当应力或其他影响因素没有被合理评估时,就使得设计失败。

新型开发工具

当前,用于封装设计的新技术已经接近了MEMS器件制造的水平。硅通孔(TSV)蚀刻技术可以实现高达100多μm的晶圆蚀刻深度。因此,MEMS晶圆厂就可以采用这种和MEMS制造相同级别的技术来制造封装了。

硅通孔(TSV)的运用使另外一种技术得以实现,那就是多芯片堆叠技术。该技术将多个芯片的管芯堆叠在一个封装中,并通过硅通孔连接在一起。芯片堆叠使芯片的封装更小,但会使封装会变得更加复杂。热量必须在堆叠得极其接近的芯片之间传递,从而产生散热问题;另外机械结构的稳定性也必须仔细仿真以确保良好的性能和可靠性。传统的集成电路封装工厂目前也开始提供特殊的MEMS器件封装,而且设备供应商也投入开发新的封装和测试设备。因此,MEMS器件的封装选择是很多的。MEMS器件集成多个传感器,以及与相应的软件配套来提供更高附加值的系统正逐渐向多芯片封装解决方案方向发展。芯片堆叠可以通过一次一片的方式生产,也可以通过晶圆级封装方式进行。

未来发展趋势