集成电路设计的流程范文

导语：如何才能写好一篇集成电路设计的流程，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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关键词：纳米尺度互连线 集总参数模型 电路仿真 CMOS射频集成电路设计

中图分类号：TN402 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0176-02

1 引言

随着半导体技术的发展，纳米尺度的CMOS工艺射频集成电路（RFIC）在工业、科技、医药医疗的应用越来越广泛，且其工作频率已经进入微波、毫米波段，如X波段、Ku波段及60GHz应用等[1]。然而，当电路的工作频率进入到这种高频频段时，电路模型的精度是电路能否成功实现的关键所在。在电路版图设计之后，通常是利用Assura和Calibre等工具来获得互连线的寄生电阻和寄生电容。然而，由于电路的寄生电感比寄生电阻和寄生电容复杂且精度低，很难利用版图验证设计工具得到寄生电感值，因此，需要借助于电磁场仿真软件对传输线进行准确模拟。然而，在电路设计初期通常需要考虑用于互连的微带传输线对电路性能的影响，传统单纯利用电磁场仿真软件进行参数提取的方法无法准确根据设计要求进行参数调整。本文构建了基于物理特性的互连线模型，该模型的寄生参数通过传输线物理特性和电磁场仿真软件得到，易于计算和电路设计分析。同时，该模型的参数和频率无关，易于电路分析，适用于射频集成电路的设计。最后，论文详细论述了将模型用于集成电路设计中的流程。

2 互连线寄生参数仿真模型

射频集成电路设计中使用的互连线结构按照其类别可分为两类：第一类是微带线是以芯片衬底地作为其地平面，第二类是互连线是以某一金属层（通常是第一层金属M1）作为其地平面。对于这两类互连线结构而言，采用衬底地平面作为公共地平面的互连线比采用底层金属M1作为公共地的互连线更加灵活，因为在实际电路设计中受限于电路结构，其底层金属需要作为信号线进行器件之间互连，这种情况下需要采用第一种结构来实现信号互连。然而，使用底层金属M1作地线可以隔离衬底，减少衬底的损耗，因此在集成电路设计中两种传输线结构相互并存。

图1是互连线的模型图，该模型为单π集总参数模型，与常规的电感π模型相似[2]。图1中模型并联部分表示寄生电容和电阻，串联部分表示寄生电感和电阻。在设计窄带宽的电路时，尤其是进行放大器电路设计，关注的是工作频率附近的参数。所以，方框模型可以视为独立于工作频率，即模型在窄带电路设计中依旧可以使用。模型中，电感L2和电阻R2为互连线自身的分布电感和分布电阻，包含了集肤效应和邻近效应对电路的影响，而并联电容和电阻为导线和衬底之间等效电容和等效电阻。

对于该传输线模型，其离散参数的矩阵近似于模拟值和实际测量值。根据等效规则，电路的参数都可由Y参数推导得出[3]。在得到每一模块的参数后，串联电感值，电阻值和并联电容值都可以求出。

根据等效规则，工作频带的S参数应该与模拟和测试值相同。根据对Y矩阵的定义，可以推导出以下公式：

式中，为工作频率，函数real（）和函数imag（）分别代表着复数的实部和虚部。

以上的公式对于大多数传输线是可用的，无论传输线是否对称。在大多数情况下，传输线的Y1，Y3部分在结构上并不对称。但是，当两端口的反射系数的值相同时，将出现对称的特殊情况。此时传输线可化简为相同的部分，且可从电报方程中得出各元件的值。

在以上的分析中，电容，电感和电阻分别是频率的参数，而本模型中各部分数值处理成和频率无关的数值，这将在电路设计中产生误差。由于替换产生的误差可有下面公式得出：

是仿真实际S参数值，是模型的S参数值。

通常，当电路的频率与正常工作频率差异较大时，由于集肤效应和邻近效应，这个误差将会造成更加严重的影响。依照上述的模型，我们利用电磁场仿真软件ADS-Momentum构建了互连传输线，该传输线采用第二类结构，该传输线位于的TSMC 0.18um射频/混合信号工艺的第6层金属上，金属线宽6um，线长115um。工作频率为10GHz，根据公式（2）得到集总参数模型各个参数如下：

为比较模型和实际电磁场仿真数据之间差别，公式（4）中各个数据对应模型的S参数和电磁场仿真软件得到的S参数进行了对比，图2是采用电磁场仿真软件ADS-Momentum和模型部分参数对比，从图中可以看出，电磁场仿真软件的模型和本模型S参数的误差远离工作频率段误差越大，这是由于公式（2）中对频率进行了近似处理，远离工作频率的点采用工作频率来代替，由于这种代替，数据之间误差越大。在其偏离中心频率50%位置处（即15GHz和5GHz），模型和Momentum仿真数据的差异低于5%。在实际电路设计，通常需要电路设计师关注于传输线寄生参数对电路性能影响，此时工作频率点附近模型简易、准确是电路设计重点，而偏离工作频率点的模型误差在窄带电路设计是可以接受的。

3 模型在射频集成电路设计中应用

CMOS射频集成电路设计是利用已有的有源器件和无源器件模型进行电路设计。传统的集成电路设计首先进行电路原理图设计，然后进行电路版图设计，再进行参数提取，在参数提取中主要利用Cadence系统自身已有的仿真工具Assura来实现，在参数提取结束后再进行后仿真。当电路设计不满足要求时，需要重复上述过程，然而，在上述的传统集成电路中，由于参数提取过程的参数为分布参数，难以直接用于电路O计参数调整。同时，传统的参数提取方法只进行了电阻和电容的参数提取，而对寄生电感没有进行提取，这将导致电路设计的预期结果和实测结果出入较大。

为克服传统的射频集成电路设计的上述不足，可以将本论文的参数模型和集成电路设计相互结合。图4是本论文的模型应用于射频集成电路设计中流程图，在原理图和版图设计中依然类似于传统的集成电路设计方法，但版图设计及参数提取时将版图中的互连线单独分离出来，利用电磁场仿真软件ADS-Momentum电磁场仿真，仿真结束后利用模型将其中的各个互连线参数提取出来，由于互连线的宽度、长度和图1中模型的各个参数密切相关，故将互连线得到的各个参数代入到版图后仿真设计中，检测互连线参数是否满足电路设计要求。如果互连线参数满足设计要求，则电路设计完成；否则，根据要求适当调整互连线参数，并判断调整后参数是否满足电路设计要求，如果满足电路设计要求，则依据重新设计的要求进行版图调整，完成电路设计。如果调整后的互连线参数依然不满足电路设计要求，则依据要求进行原理图设计调整，然后依次重复上述过程。如图3所示。

从上述的电路设计流程可以看出，在射频集成电路设计中应用本模型可以及时了解电路中的各个互连线参数，根据电路设计要求调整互连线参数，满足电路设计要求。在整个设计流程中，首先根据互连线提取参数判断是否满足电路设计要求，进而根据设计要求调整互连线参数来满足电路设计要求，这将简化传统电路设计循环，减少电路设计时间，同时通过互连线参数调整将互连线作为电路设计的一部分进行综合考虑，这将有助于提高电路综合性能。

4 结语

本文提出了适用电路后仿真的纳米尺度互连线模型，该模型基于物理意义而构建，模型的各个参数皆为集总参数，各个参数都可以通过电磁场仿真软件而获得并在集成电路设计中进行调整。该集总参数的模型结构简单，易于使用，适合于CMOS射频集成电路设计分析中使用，同时文中给出了该模型应用于射频集成电路设计的流程并分析了其特点，分析表明采用文中模型可以根据电路设计要求进行调整互连线的尺寸，并可将互连线参数作为电路设计的一部分进行综合考虑，有助于提高电路综合性能。

参考文献

[1]A.Niknejad， “Siliconization of 60 GHz”， IEEE Microw. Mag.， pp.78-85，Feb.2010.

[2]J.Rong， M.Copeland，“The modeling， characterization， and design of monolithic inductors for silicon RFICs”，IEEE Journal of Solid-state Circuits， Vol.32，No.3，pp.357-369，March 1997.

[3]廖承恩.微波技g基础，西安：西安电子科技大学出版社，1994.12.

收稿日期：2016-09-28

篇4

1、集成电路产业是信息产业的核心，是国家基础战略性产业。

集成电路（IC）是集多种高技术于一体的高科技产品，是所有整机设备的心脏。随着技术的发展，集成电路正在发展成为集成系统（SOC），而集成系统本身就是一部高技术的整机，它几乎存在于所有工业部门，是衡量一个国家装备水平和竞争实力的重要标志。

2、集成电路产业是技术资金密集、技术进步快和投资风险高的产业。

80年代建一条6英寸的生产线投资约2亿美元，90年代一条8英寸的生产线投资需10亿美元，现在建一条12英寸的生产线要20亿－30亿美元，有人估计到2010年建一条18英寸的生产线，需要上百亿美元的投资。

集成电路产业的技术进步日新月异，从70年代以来，它一直遵循着摩尔定律:芯片集成元件数每18个月增加一倍。即每18个月芯片集成度大体增长一倍。这种把技术指标及其到达时限准确地摆在竞争者面前的规律，为企业提出了一个“永难喘息”，否则就“永远停息”的竞争法则。

据世界半导体贸易统计组织(WSTS)**年春季公布的最新数据，**年世界半导体市场销售额为1664亿美元，比上年增长18.3%。其中，集成电路的销售额为1400亿美元，比上年增长16.1%。

3、集成电路产业专业化分工的形成。

90年代，随着因特网的兴起，IC产业跨入以竞争为导向的高级阶段，国际竞争由原来的资源竞争、价格竞争转向人才知识竞争、密集资本竞争。人们认识到，越来越庞大的集成电路产业体系并不有利于整个IC产业发展，分才能精，整合才成优势。

由于生产效率低，成本高，现在世界上的全能型的集成电路企业已经越来越少。“垂直分工”的方式产品开发能力强、客户服务效率高、生产设备利用率高，整体生产成本低，因此是集成电路产业发展的方向。

目前，全世界70%的集成电路是由数万家集成电路设计企业开发和设计的，由近十家芯片集团企业生产芯片，又由数十家的封装测试企业对电路进行封装和测试。即使是英特尔、超微半导体等全能型大企业，他们自己开发和设计的电路也有超过50%是由芯片企业和封装测试企业进行加工生产的。

IC产业结构向高度专业化转化已成为一种趋势，开始形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面。

二、苏州工业园区的集成电路产业发展现状

根据国家和江苏省的集成电路产业布局规划，苏州市明确将苏州工业园区作为发展集成电路产业的重点基地，通过积极引进、培育一批在国际上具有一定品牌和市场占有率的集成电路企业，使园区尽快成为全省、乃至全国的集成电路产业最重要基地之一。

工业园区管委会着眼于整个高端IC产业链的引进，形成了以“孵化服务设计研发晶圆制造封装测试”为核心，IC设备、原料及服务产业为支撑，由数十家世界知名企业组成的完整的IC产业“垂直分工”链。

目前整个苏州工业园区范围内已经积聚了大批集成电路企业。有集成电路设计企业21户；集成电路芯片制造企业1家，投资总额约10亿美元；封装测试企业11家，投资总额约30亿美元。制造与封装测试企业中，投资总额超过80亿元的企业3家。上述33家集成电路企业中，已开业或投产（包括部分开业或投产）21家。**年，经过中国半导体行业协会集成电路分会的审查，第一批有8户企业通过集成电路生产企业的认定，14项产品通过集成电路生产产品的认定。**年，第二批有1户企业通过集成电路生产企业的认定，102项产品通过集成电路生产产品的认定。21户设计企业中，有3户企业通过中国集成电路行业协会的集成电路设计企业认定(备案)。

1、集成电路设计服务企业。

如中科集成电路。作为政府设立的非营利性集成电路服务机构，为集成电路设计企业提供全方位的信息服务，包括融资沟通、人才培养、行业咨询、先进的设计制造技术、软件平台、流片测试等。力争扮演好园区的集成电路设计“孵化器”的角色。

2、集成电路设计企业。

如世宏科技、瑞晟微电子、忆晶科技、扬智电子、咏传科技、金科集成电路、凌晖科技、代维康科技、三星半导体（中国）研究开发中心等。

3、集成电路芯片制造企业。

和舰科技。已于**年5月正式投产8英寸晶圆，至**年3月第一条生产线月产能已达1.6万片。第二条8英寸生产线已与**年底开始动工，**年第三季度开始装机，预计将于2005年初开始投片。到今年年底，和舰科技总月产能预计提升到3.2万片。和舰目前已成功导入0.25-0.18微米工艺技术。近期和舰将进一步引进0.15-0.13微米及纳米技术，研发更先进高阶晶圆工艺制造技术。

4、集成电路封装测试企业。

如三星半导体、飞索半导体、瑞萨半导体，矽品科技(纯代工)、京隆科技(纯代工)、快捷半导体、美商国家半导体、英飞凌科技等等。

该类企业目前是园区集成电路产业的主体。通过多年的努力，园区以其优越的基础设施和逐步形成的良好的产业环境，吸引了10多家集成电路封装测试企业。以投资规模、技术水平和销售收入来说，园区的封装测测试业均在国内处于龙头地位，**年整体销售收入占国内相同产业销售收入的近16%，行业地位突出。

园区封装测试企业的主要特点：

①普遍采用国际主流的封装测试工艺，技术层次处于国内领先地位。

②投资额普遍较大：英飞凌科技、飞利浦半导体投资总额均在10亿美元以上。快捷半导体、飞索半导体、瑞萨半导体均在原先投资额的基础进行了大幅增资。

③均成为所属集团后道制程重要的生产基地。英飞凌科技计划产能要达到每年8亿块记忆体(DRAM等)以上，是英飞凌存储事业部最主要的封装测试基地；飞索半导体是AMD和富士通将闪存业务强强结合成立的全球最大的闪存公司在园区设立的全资子公司，园区工厂是其最主要的闪存生产基地之一。

5、配套支持企业

①集成电路生产设备方面。有东和半导体设备、爱得万测试、库力索法、爱发科真空设备等企业。

②材料/特殊气体方面。有英国氧气公司、比欧西联华、德国梅塞尔、南大光电等气体公司。有住友电木等封装材料生产企业。克莱恩等光刻胶生产企业。

③洁净房和净化设备生产和维护方面。有久大、亚翔、天华超净、MICROFORM、专业电镀（TECHNIC）、超净化工作服清洗（雅洁）等等。

**年上半年，园区集成电路企业(全部)的经营情况如下(由园区经发局提供略)：

根据市场研究公司iSuppli今年初的**年全球前二十名半导体厂家资料，目前，其中已有七家在园区设厂。分别为三星电子、瑞萨科技、英飞凌科技、飞利浦半导体、松下电器、AMD、富士通。

三、集成电路产业涉及的主要税收政策

1、财税字［2002］70号《关于进一步鼓励软件产业的集成电路产业发展税收政策的通知》明确，自2002年1月1日起至2010年底，对增值税一般纳税人销售其自产的集成电路产品（含单晶硅片），按17%的税率征收增值税后，对其增值税实际税负超过3%的部分实行即征即退政策。

2、财税字［**］25号《关于鼓励软件产业的集成电路产业发展有关税收政策问题的通知》明确，“对我国境内新办软件生产企业经认定后，自开始获利年度起，第一年和第二年免征企业所得税，第三年至第五年减半征收企业所得税”；“集成电路设计企业视同软件企业，享受软件企业的有关税收政策”。

3、苏国税发［**］241号《关于明确软件和集成电路产品有关增值税问题的通知》明确，“凡申请享受集成电路产品税收优惠政策的，在国家没有出台相应认定管理办法之前，暂由省辖市国税局商同级信息产业主管部门认定，认定时可以委托相关专业机构进行技术评审和鉴定”。

4、信部联产［**］86号《集成电路设计企业及产品认定管理办法》明确，“集成电路设计企业和产品的认定，由企业向其所在地主管税务机关提出申请，主管税务机关审核后，逐级上报国家税务总局。由国家税务总局和信息产业部共同委托认定机构进行认定”。

5、苏国税发［**］241号《关于明确软件和集成电路产品有关增值税问题的通知》明确，“对纳税人受托加工、封装集成电路产品，应视为提供增值税应税劳务，不享受增值税即征即退政策”。

6、财税［1994］51号《关于外商投资企业和外国企业所得税法实施细则第七十二条有关项目解释的通知》规定，“细则第七十二条第九项规定的直接为生产服务的科枝开发、地质普查、产业信息咨询业务是指：开发的科技成果能够直接构成产品的制造技术或直接构成产品生产流程的管理技术，……，以及为这些技术或开发利用资源提供的信息咨询、计算机软件开发，不包括……属于上述限定的技术或开发利用资源以外的计算机软件开发。”

四、当前税收政策执行中存在的问题

1、集成电路设计产品的认定工作，还没有实质性地开展起来。

集成电路设计企业负责产品的开发和电路设计，直接面对集成电路用户；集成电路芯片制造企业为集成电路设计企业将其开发和设计出来的电路加工成芯片；集成电路封装企业对电路芯片进行封装加工；集成电路测试企业为集成电路进行功能测试和检验，将合格的产品交给集成电路设计企业，由设计企业向集成电路用户提供。在这个过程中，集成电路产品的知识产权和品牌的所有者是集成电路设计企业。

因为各种电路产品的功能不同，生产工艺和技术指标的控制也不同，因此无论在芯片生产或封装测试过程中，集成电路设计企业的工程技术人员要提出技术方案和主要工艺线路，并始终参与到各个生产环节中。因此，集成电路设计企业在集成电路生产的“垂直分工”体系中起到了主导的作用。处于整个生产环节的最上游，是龙头。

虽说IC设计企业远不如制造封装企业那么投资巨大，但用于软硬件、人才培养的投入也是动则上千万。如世宏科技目前已积聚了超过百位的来自高校的毕业生和工作经验在丰富的技术管理人才。同时还从美国硅谷网罗了将近20位累计有200年以上IC产品设计经验、拥有先进技术的海归派人士。在人力资源上的投入达450万元∕季度，软硬件上的投入达**多万元。中科集成电路的EDA设计平台一次性就投入2500万元。

园区目前共有三户企业被国家认定为集成电路设计企业。但至关重要的集成电路设计产品的认定一家也未获得。由于集成电路设计企业的主要成本是人力成本、技术成本(技术转让费)，基本都无法抵扣。同时，研发投入大、成品风险高、产出后的计税增值部分也高，因此如果相关的增值税优惠政策不能享受，将不利于企业的发展。

所以目前，该类企业的研发主体大都还在国外或台湾，园区的子公司大多数还未进入独立产品的研发阶段。同时，一些真正想独立产品研发的企业都处于观望状态或转而从事提供设计服务，如承接国外总公司的设计分包业务等。并且由于享受优惠政策前景不明，这些境外IC设计公司往往把设在园区的公司设计成集团内部成本中心，即把一部分环节研发转移至园区，而最终产品包括晶圆代工、封装测试和销售仍在境外完成。一些设计公司目前纯粹属于国外总公司在国内的售后服务机构，设立公司主要是为了对国外总公司的产品进行分析，检测、安装等，以利于节省费用或为将来的进入作准备。与原想象的集成电路设计企业的龙头地位不符。因此，有关支持政策的不能落实将严重影响苏州工业园区成为我国集成电路设计产业的重要基地的目标。

2、集成电路设计企业能否作为生产性外商投资企业享受所得税优惠未予明确。

目前，园区共有集成电路设计企业23家，但均为外商投资企业，与境外母公司联系紧密。基本属于集团内部成本中心，离产品研发的本地化上还有一段距离。但个别公司已在本地化方面实现突破，愿承担高额的增值税税负并取得了一定的利润。能否据此确认为生产性外商投资企业享受“二免三减半”等所得税优惠政策，目前税务部门还未给出一个肯定的答复。

关键是所得税法第七十二条“生产性外商投资企业是指…直接为生产服务的科技开发、地质普查、产业信息咨询和生产设备、精密仪器维修服务业”的表述较为含糊。同时，财税［1994］51号对此的解释也使税务机关难以把握。

由于集成电路设计业是集成电路产业链中风险最大，同时也是利润最大的一块。如果该部分的所得税问题未解决，很难想象外国公司会支持国内设计子公司的独立产品研发，会支持国内子公司的本土化进程。因此，生产性企业的认定问题在一定程度上阻碍了集成电路设计企业的发展壮大。

3、目前的增值税政策不能适应集成电路的垂直分工的要求。

在垂直分工的模式下，集成电路从设计芯片制造封装测试是由不同的公司完成的，每个公司只承担其中的一个环节。按照国际通行的半导体产业链流程，设计公司是整条半导体生产线的龙头，受客户委托，设计有自主品牌的芯片产品，然后下单给制造封装厂，并帮助解决生产中遇到的问题。国际一般做法是：设计公司接受客户的货款，并向制造封装测试厂支付加工费。各个制造公司相互之间的生产关系是加工关系而非贸易关系。在财务上只负责本环节所需的材料采购和生产，并不包括上环节的价值。在税收上，省局明确该类收入目前不认可为自产集成电路产品的销售收入，因此企业无法享受国家税收的优惠政策。

而在我国现行的税收体制下，如果整个生产环节都在境内完成，则每一个加工环节都要征收17%的增值税，只有在最后一个环节完成后，发起方销售时才会退还其超过3%的部分，具体体现在增值税优惠方面，只有该环节能享受优惠。因此，产业链各环节因为享受税收政策的不同而被迫各自依具体情况采取不同的经营方式，因而导致相互合作困难，切断了形式上的完整产业链。

国家有关文件的增值税政策的实质是侧重于全能型集成电路企业，而没有充分考虑到目前集成电路产业的垂直分工的格局。或虽然考虑到该问题但出于担心税收征管的困难而采取了一刀切的方式。

4、出口退税率的调整对集成电路产业的影响巨大。

今年开始，集成电路芯片的出口退税税率由原来的17%降低到了13%，这对于国内的集成电路企业，尤其是出口企业造成了成本上升，严重影响了国内集成电路生产企业的出口竞争力。如和舰科技，**年1-7月，外销收入78322万元，由于出口退税率的调低而进项转出2870万元。三星电子为了降低成本，贸易方式从一般贸易、进料加工改为更低级别的来料加工。

集成电路产业作为国家支持和鼓励发展的基础性战略产业，在本次出口退税机制调整中承受了巨大的压力。而科技含量与集成电路相比是划时代差异的印刷线路板的退税率却保持17%不变，这不符合国家促进科技进步的产业导向。

五、关于促进集成电路产业进一步发展的税收建议

1、在流转税方面。

(1)集成电路产业链的各个生产环节都能享受增值税税收优惠。

社会在发展，专业化分工成为必然。从鼓励整个集成电路行业发展的前提出发，有必要对集成电路产业链内的以加工方式经营的企业也给予同样的税收优惠。

(2)集成电路行业试行消费型增值税。

由于我国的集成电路行业起步低，目前基本上全部的集成电路专用设备都需进口，同时，根据已有的海关优惠政策，基本属于免税进口。调查得知，园区集成电路企业**年度购入固定资产39亿，其中免税购入的固定资产为36亿。因此，对集成电路行业试行消费型增值税，财政压力不大。同时，既体现了国家对集成电路行业的鼓励，又可进一步促进集成电路行业在扩大再生产的过程中更多的采购国产设备，拉动集成电路设备生产业的发展。

2、在所得税方面。

(1)对集成电路设计企业认定为生产性企业。

根据总局文件的定义，“集成电路设计是将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图的过程”。同时，集成电路设计的产品均为不同类型的芯片产品或控制电路。都属中间产品，最终的用途都是工业制成品。因此，建议对集成电路设计企业,包括未经认定但实际从事集成电路设计的企业，均可适用外资所得税法实施细则第七十二条之直接为生产服务的科技开发、地质普查、产业信息咨询和生产设备、精密仪器维修服务业属生产性外商投资企业的规定。

(2)加大间接优惠力度，允许提取风险准备金。

计提风险准备金是间接优惠的一种主要手段，它虽然在一定时期内减少了税收收入，但政府保留了今后对企业所得的征收权力。对企业来说它延迟了应纳税款的时间，保证了研发资金的投入，增强了企业抵御市场风险的能力。

集成电路行业是周期性波动非常明显的行业，充满市场风险。虽然目前的政策体现了加速折旧等部分间接优惠内容，但可能考虑到征管风险而未在最符合实际、支持力度最直接的提取风险准备金方面有所突破。

3、提高集成电路产品的出口退税率。

鉴于发展集成电路行业的重要性，建议争取集成电路芯片的出口退税率恢复到17%，以优化国内集成电路企业的投资和成长环境。

4、关于认定工作。

(1)尽快进行集成电路设计产品认定。

目前的集成电路优惠实际上侧重于对结果的优惠，而对设计创新等过程(实际上)并不给予优惠。科技进步在很大程度上取决于对创新研究的投入，而集成电路设计企业技术创新研究前期投入大、风险高，此过程最需要税收上的扶持。

鉴于集成电路设计企业将有越来越多产品推出，有权税务机关和相关部门应协调配合，尽快开展对具有自主知识产权的集成电路设计产品的认定工作。

(2)认定工作应由专业机构来完成，税务机关不予介入。

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【关键词】竞赛；集成电路；教学改革

Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit

GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong

VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing，China 100124

Abstract：Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea，right organize procedure，a steady preparation，corporation between university and company，teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student，can push Quality Education，can advance the ability of theory and practice，can improve the ability of resolve problem，can cultivate the spirit of creativity，can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.

Keywords：competition；Integrated circuit；teaching reformation

集成电路在社会发展中扮演着非同寻常的角色，几乎渗透到了各行各业。随着全球经济一体化的发展，集成电路的制造与开发中心正逐步向我国转移。我们肩负重大的历史使命，是要把我国建设成为集成电路的生产大国进而成为集成电路强国[1]。因此培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京华大九天软件有限公司致力于开发自主产权的EDA软件，提供高端的SoC解决方案和一站式设计生产服务，为培养集成电路设计人才提供了很好的软件平台。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。对学生来说，竞赛为他们提供了一个开阔眼界、互相学习和交流的好机会，这是任何课堂教学都无法替代的；对指导老师来说，竞赛可以促进他们转变陈旧的教学理念，改进落后的课程体系，积极寻求新的教学模式，真正做到教学目标、教学内容和教学方法与时俱进，切实达到面向应用、面向市场、面向社会并最终为社会提供优秀专业人才的最高教学目标[2]。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起了一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图和电路设计能力。本人有幸带领学生参加了此次比赛，获得了一些启示。

1.立足现实，拓宽应用

本次大赛的活动宗旨是丰富微电子学专业学生的专业知识，培养学生理论联系实际、独立思考和操作能力，巩固和加深所学专业知识基础，推动京津地区高校微电子学专业的交流和发展，并对国产正版EDA软件的普及和应用起到积极推动作用。

2011年北京大学生集成电路设计大赛分成大学本科和研究生两个级别（本科生组33个组；研究生33个组），每组3人，进行笔试和上机操作。比赛相关规则：笔试阶段，采用闭卷形式，由各参赛队员独立完成，最终成绩计入小组总分；上机操作，以小组形式参加。

2.正确的指导思想

电子学会组织的此次大学生集成电路大赛立足高，紧密结合教学实际，着重基础、注重培养实践能力的原则为大赛成功举行树立了正确的指导思想。

“华大九天杯”集成电路大赛凝聚了各级领导、专家、学者和我校学科部领导、老师及每个参赛队员的心血与汗水。在比赛的前后，我们的指导思想是：参赛获奖不是最终目的，深人持久地开展教育教学改革，充分调动学生学习积极性，吸引更多的学生参加各类竞赛和科技活动，培养更多的优秀专业人才，才是我们的努力方向。集成电路大赛引来了众多企业，他们对参赛学生的青睐，对于与学校合作的重视，也正是我们学校所渴求的。在参赛中与同行各企业充分交流，学校与企业的紧密结合，才能更清楚市场对优秀毕业生的要求，进而能明确培养目标，并在平时的课程教学中加以渗透，在教学中不断改进；在参赛中与其他兄弟院校充分分享经验，不断学习别人的长处，分析参赛中暴露的共性问题，在教育教学中不断改进；在参赛中提高教师的指导水平和改进教育教学方法；在参赛中提高学生的综合素质，培养大批适应现代化建设需要的基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新精神和实践能力的高级应用型人才，才是我们参加北京大学生集成电路设计竞赛的最终目的。

3.准备认真，重在过程

承办方北方工业大学周密的准备工作和热情的服务为大赛成功举行创造了良好的外部环境。北方工业大学和华大九天公司组织的集训为成功参赛奠定了扎实的基础。

在学科部领导和各位老师的努力下，在实验室老师的大力协助下，在华大九天公司培训人员的大力支持下，我们组织了两个阶段的集中培训，并在培训的基础上进行了有针对性的辅导练习，并在参赛前举行了预赛。这些环节对学生和老师起到了很好的引导和督促作用，保证了良好的训练环境，营造了积极向上的参赛氛围。

在电子竞赛的准备过程中，适逢暑假，假期长，学生们可以充分利用暑假时间认真复习电子器件、数字电子电路、集成电路分析与设计等课程的理论知识。同时，学生们还学习华大EDA软件，进行实际电路和版图绘制上机练习，培养了理论联系实践的学风。通过竞赛准备，学生需要综合运用所学知识，解决竞赛中遇到的各种问题，提高了运用理论知识解决实际问题的能力。通过竞赛准备，磨合了小组间的默契配合和分工，增进了师生情谊，提高了团队作战能力。通过竞赛准备，找出了自己在知识上的不足，明确了社会的需要、工作岗位的需要和工作性质，树立了新的奋斗目标，产生了学习新的动力。

4.参赛对嵌入式系统和集成电路设计教学改革的启示

北京大学生集成电路设计竞赛对于培养学生参加实践的积极性、理论联系实际的学风和团队意识有着重要作用，竞赛给学生提供了一个施展才华、发挥创新能力的机会和平台。并对高校集成电路设计课程的教学内容和电子科学与技术的课程体系改革和学生今后工作起到一定的引导作用。

4.1 知识整合的系统教学思想

自从1958年基尔比发明集成电路以后，集成电路一直按照摩尔定律的预测飞速发展。面对集成电路如此迅猛的发展形势，教学工作也要与时俱进，不断改革创新。我承担《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程，深深体会到微电子专业的学生学习嵌入式系统与其他专业有所区别，因为芯片的设计方向日益朝着片上系统SOC、片上可编程系统SOPC的方向发展[3]。学生不仅需要有系统的概念[4]，同时需要对典型处理器体系结构有清晰的理解，在设计SOC芯片时才会有系统的设计思想[5]，又会对处理器内部体系架构有清晰的概念。因此，在对微电子专业的学生讲授嵌入式系统时，要紧密结合集成电路设计的要求，结合集成电路分析与设计、数字电子、模拟电子、电子器件等课程的内容，使学生不仅对处理器结构体系清楚，更熟悉各模块电路，如ALU单元电路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM单元等等。在处理器的，培养学生系统的概念，掌握外部单元电路，如存储器单元电路、系统总线单元、SPI、IIC、UART等等接口电路，从使用者的期望角度出发，来进行芯片的设计，既是使用者，又是设计者。学生在学习集成电路设计的课程时，紧密结合嵌入式系统中的系统体系结构、结合处理器内部的体系结构，具有整体的大的系统性设计概念，整合学生对各个课程的分离的知识内容，培养综合运用所学知识解决系统问题。通过增加实验和上机课时，提高学生将理论与实践紧密结合，培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。

4.2 改革传统的教学模式

我国的大学课堂教学模式长期以来被德国教育家赫尔巴特的“四段论”与前苏联教育家凯洛夫的“五环节”所主宰，在新的教育环境和教育目标下，他们所倡导的课堂教学结构和施教程序越来越明显地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代学”的陈腐教学思想和“注入式”、“满堂灌”的落后教学方法.这种“以教师为中心，以教材为中心”的课堂教学，决定了学生在整个教学过程中所处的被动地位，很大程度地禁锢了学生的创造性思维，对学生自学能力、实践能力和创新能力的培养构成了严重的障碍[2]。

现代教育理论指出：指导学生从实践和探索中通过思考获取知识，又在解决问题的探索活动中，运用已获得的知识和技能是培养智能的最好途径。

本次竞赛上午闭卷完成理论知识的考试。本科生的上机操作内容是根据提供的状态图设计一个计数器电路，然后进行原理图的绘制，再次进行版图绘制，进而进行DRC、LVS等环节验证，并撰写设计报告。学生需要利用数字电路中所学的状态表，构造出逻辑关系式，运用卡诺图化简得到最简电路，最后再绘制单元电路，设计出具体的CMOS电路和版图，并进行验证。同时还需要构造出计数器所需的时钟电路。在上机的开始一个半小时中，指导老师可以参与指导，这样增加了比赛中老师对学生的限时指导内容，更有利于学生的竞赛，符合培养人才的现论要求。

学生基本上完成了从需求分析、电路设计、绘制电路、（仿真）、版图绘制、验证到撰写报告等环节。通过竞赛，使学生能亲自感受一个简单的集成电路设计流程，培养了学生的系统设计概念。学生从早晨9点一直进行到下午六点，在短短的一天内要完成笔试和7个小时的上机电路绘制和验证等工作，小组成员只有密切配合，充分发挥各自的优势，保持坚韧不拔的精神，才能取得最终的胜利。这种方式非常有利于培养学生的合作精神和团队精神，锻炼了学生的毅力和体力。

施教之功，贵在引导。可以看出，竞赛在很大程度上符合现代教育理论的要求，符合学生的认知规律。以学生为主体、教师为主导的教学模式正是以传授知识为前提，以形成技能为基点，以培养智能为重心，以全面发展人才为归宿。在《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程教学中，增大课程的实验内容，学生带着问题，进行学习，进行思考、小组讨论，经老师点拨，实现了运用所学理论解决实际问题的过程，既培养了学生的综合能力，又完成了教学任务，符合现代教育论的要求。

施教之旨，在于培养学习方法和思维方式，培养获取新知及再创造之本领。将学生分成小组，布置某一命题，发挥学生的主动性，引导他们查阅资料，分析归纳总结，并在课堂中进行报告或实验演示。学生反映效果很好，获取了知识，又培养了学生自学能力和主动获取知识的方法。

5.引导学生参与科研，撰写学术论文

通过大赛引导大学生形成一股扎扎实实的学习和研究的风气。激发学生在专业领域的学习兴趣，参与到老师平时的科研中，增加动手实践的机会。并在科研中进一步培养学生的研究兴趣，形成良性循环。对于取得的研究成果，可以引导学生撰写论文，并能在广大同学中起到表率作用。

6.结束语

培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。正确的指导思想、科学的组织程序、踏实认真的准备工作以及大赛对校企合作、对教学改革将产生重要的影响。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图、电路设计能力和集成电路设计思想。

参考文献

[1]甘学温,赵宝瑛等.集成电路原理与设计[M].北京:北京大学出版社,2007.

[2]陈建英,李涛,撒晓英.抓住竞赛契机 深化计算机专业教学改革[J].西南民族大学学报·自然科学版,2010,36(9):75-77.

[3]Ahmet Bindal,Sandeep Mann,Billal N.Ahmed.An Undergraduate System-on-Chip

(SoC)Course for Computer Engineering Students[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,2005,48(2)：P279-289.

[4]Lei Jing,Zixue Cheng,Junbo Wang.A Spiral Step-by-Step Educational Method for Cultivating Competent Embedded System Engineers to Meet Industry Demands[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,1-10.

[5]Xiumin Shi,Ji Zhang,Yanbing Ju.Research and Practice in Undergraduate Embedded System Course[C].The 9th International Conference for Young Computer Scientists,

2569-2663.

致谢：竞赛工作是由国家自然基金赞助（No.60976028）；北京工业大学博士基金赞助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020

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关键词：微电子实验室；集成电路设计；微电子工艺；实验教学；

作者简介：李建军(1980—)，男，四川江油，博士，副教授，主要从事超大规模集成电路教学与科研工作

当前，全球微电子技术及产业飞速发展，22nm节点技术已量产，以微电子集成电路为核心的电子信息产业已成为全球第一大产业，而我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，集成电路设计和微电子工艺方面的人才比较匮乏。当前和今后一段时期是我国微电子产业发展的重要战略机遇期和攻坚期，2014年6月我国了《国家集成电路产业发展推进纲要》以加快推进我国集成电路产业发展，并明确指出“重点支持集成电路制造领域”[1]。因此，为适应该领域技术和产业的人才需求，亟须加强对微电子和集成电路相关专业本科生的工艺实验与工程实践能力的训练，培养其创新和实践能力。

高校实验室是培养创新和实践能力重要基地，也是开展教学、科研、生产实践三结合的重要场所[2-3]，特别是对于实践性强的微电子学科，实验室在教学中发挥着举足轻重的作用。因此，建设专业的实验室并开展实践与创新相结合的实验教学，才能更多、更有效地培养满足社会急需的微电子技术人才[4]。

1微电子实验室建设指导思想

微电子实验室建设及人才的培养是以国家对微电子技术人才的需求为目的，以满足社会经济快速发展的需要。近10多年来是我国微电子和集成电路产业飞速发展时期，2000年和2011年国家先后出台了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》、《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，到2014年了《国家集成电路产业发展推进纲要》。在政策导向下，高校微电子专业实验的建设成就也十分显著。但是，我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，这其中缩小差距重要的一点是缩小微电子实验室技术的差距。因此，对于高校微电子专业实验室的建设发展还需进一步的改革创新[5-7]。

微电子实验室建设应以《国家中长期教育改革和发展规划纲要》为导则，明确国家教育改革战略目标和战略主题是优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养，要着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力[8]。

在实验室建设的措施实施上，一是贯彻实施《高等学校本科教学质量与教学改革工程》，进一步推动高校实验室建设和实验教学改革，促进优质教学资源共享，提升高等学校办学水平，加强学生动手能力、实践能力和创新能力的培养，全面提高教育质量；二是贯彻实施《卓越工程师教育培养计划》，面向微电子产业，按通用标准和行业标准强化培养学生的工程和创新能力[9-10]。

2微电子实验室建设

为适应国际半导体产业和我国电子信息产业的快速发展以及社会对微电子专业人才的大量需求，从2002年起我校就对微电子实验室进行了改造，并持续进行了升级换代建设，截止到目前共计投入了800余万元的建设经费。我校的微电子实验室建设主要包括2方面的内容，一是微电子设计实验室建设，二是微电子工艺实验室建设。目前，微电子实验室可满足每年500人的实验教学规模以及高水平实验项目的开设。学生在此完成集成电路芯片设计、制造的整个过程，并对制造的芯片进行测试和分析。

2.1微电子设计实验室建设

微电子设计实验室主要开展超大规模集成电路设计以及微电子器件仿真和工艺模拟的实验教学。教学目的是使学生掌握超大规模集成电路设计的基本原理和方法，初步掌握用于集成电路设计的电子设计自动化EDA(electronicdesignautomation)软件工具的使用，以及掌握用于半导体工艺流程模拟和微电子器件仿真的工艺计算机辅助设计TCAD(technologycomputeraideddesign)软件工具的使用。我校共计投资300余万元用于微电子设计教学实验室建设，建立了配备40台SUNBlade工作站、面积100m2的专用教室，并专门建立了EDA、TCAD软件校内共享第二层交换网络，多个实验室可以同时使用授权EDA、TCAD软件。

微电子设计教学内容的建设包括以下内容：

一是开设VHDL(高速硬件描述语言)程序实验，要求学生编写逻辑电路的VHDL代码，对程序代码进行仿真综合。目的使学生掌握运用VHDL语言进行逻辑电路设计的技能。

二是开设FPGA(现场可编程门阵列)实验，要求学生将综合后的网表文件下载到FPGA器件中，对设计的电路进行硬件验证。目的是使学生掌握电子设计的FPGA物理实现方法，以及应用示波器等调试仪器对电路进行诊断排错的技巧。

三是开设ASICAPR(专用集成电路自动布局布线)版图设计实验，要求学生将通过硬件验证过的电路设计，借助半定制的ASIC设计EDA工具，结合代工厂提供的标准单元库，进行自动布局布线，得到所设计电路的物理版图。目的是使学生掌握电子设计的AISC实现方法。

四是开设工艺模拟和器件仿真实验，要求学生通过TCAD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，并指定产生的器件结构，在满足制造设备的能力和精度下(即给定工艺参数范围内)，让学生设计实验并加以仿真实现。

2.2微电子工艺实验室建设

微电子技术的发展是以集成电路制造技术工艺节点为标志，遵循摩尔定律，变化日新月异。虽然理想的工程教育要求教学最新最前沿的技术，但是不断升级换代，昂贵的实验设备费用是任何高校都负担不起的。况且，每一代集成电路制造技术的工艺流程都具有类似性，因此，单纯追求工艺先进性的实验教学是没有必要的。所以，结合实际教学资源情况，建设主流、典型工艺技术的工艺实验线，并开展理论联系实践的实验教学是微电子工艺实验室建设的重点。

我校先后投入500余万元建设微电子工艺教学实验室，建立了面积300m2的净化室，具有主流CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺和具有代表性的双极工艺完整流程，最小工艺线宽为1μm。并且，由于工艺设备条件的限制，因地制宜地开发了铝栅CMOS工艺。这2类工艺实验课程的学时数都为40学时，学生根据专业方向选择具体工艺类型。

微电子工艺实验课程的目的是培养学生具有一定的工艺设计和分析能力，并通过实践掌握集成电路制造工艺流程。

首先，通过TCAD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，按指定器件结构设计实验并加以仿真实现。并且，TCAD软件是基于物理的器件仿真，不仅能够得到最终的电学特性，还可以了解器件工作时内部物理机制，能够直观分析器件内部能带、电场、电流以及载流子等的分布和变化，有助于学生分析工艺参数的变化对器件物理特性影响，从而最终导致电学参数的改变，从而有利于学生深入理解工艺原理与器件机理的联系。

然后，根据设计的器件尺寸参数，采用L-edit图形编辑器进行器件版图设计，并且选用已设计的器件单元来设计简单的集成电路，如倒向器、或非门、与非门等电路。最后是进行工艺实验实践环节，采用设计的版图制作掩膜版。微电子工艺实验课程的工程化能力要求也主要体现在这一环节，一方面是工程化的理念，另一方面就是相应的实践能力。在这一过程既要培养实际操作能力，更要培养分析问题、解决问题的能力，分析工艺过程中的原因以及造成芯片测试参数与设计参数差别的原因。

2.3实验教学资源建设

2.3.1实验教材编写

微电子设计实验开设的难点之一是实验步骤繁多，学生操作起来较为困难。其原因是国内外缺乏针对本科学生的实验指导书，而EDA工具厂商提供的操作指南过于繁琐，本科学生难以掌握。为配合上述实验的开展，课程组组织相关有实际ASIC设计经验的教师编写了《VLSI自动布局布线(APR)设计实验指导书》实验教材，从操作原理、操作步骤、数据管理、报告撰写等方面对学生进行指导，力求做到学生通过阅读实验教材就能按图索骥，自行完成实验流程。因此在教材的编写上，不厌其详，采用了大量的EDA工具实际操作的截面图，力争反映出每一个操作细节。

对于微电子工艺实验，由于实验内容根据学校实验工艺线实际条件开设，实验内容一是要具有代表性，二是要根据实际情况建立工艺流程。因此，也没有现成的教材或实验指导书可供选择。课程组组织具有丰富工艺实践经验的教师，根据实验室设备条件编写了对应的、适用的《微电子器件设计与制造综合性实验指导书》实验教材。

2.3.2多媒体资料制作

教学信息载体的多样化，包括文字、图片、音频、视频、网络等载体，这是现代教学发展的必然趋势。实验教学多媒体资料可以充分调动教学要素，激发学生的学习兴趣，融教与学为一体[11-12]。

为了让学生对集成电路设计和微电子制造工艺有直观的认识。课程组结合实际的实验实践教学过程，制作了全程相关单项工艺原理、流程及设备操作视频演示多媒体资料。多媒体资料将动画、声音、图形、图像、文字、视频等进行合理的处理，做到图文声像并茂。由于微电子实验课程是与实际联系很紧密的课程，形象化教学素材十分丰富，能激发学生的学习兴趣，对提高教学效果、教学质量非常有益。同时制作器件、集成电路电路的设计、仿真视频演示多媒体资料，让学生能快速熟悉设计软件并理解设计方法。在熟悉微电子器件基本理论和集成电路制造工艺的基础上，掌握器件和集成电路的设计方法，最后通过实验操作制作芯片并测试。

3微电子实验室建设成效

充分发挥了以学生为主的教学形式，完成从设计到实验制作再到测试验证整个过程。每个学生都设计了各自结构的器件，因此在器件制作过程中，每个学生就会切实关注每步工艺对器件性能的影响，在实际工艺过程中的操作锻炼了动手能力，在实践过程中了解哪些工艺因素可能对器件造成影响。微电子实验教学将理论与实践结合、创新与实践结合，培养了学生分析问题、解决问题的能力。

微电子实验采用理论联系实际的方式在国内首次实现了“微电子工艺原理”课程的完整实验教学，并因此而获得2004年四川省教学成果二等奖。此外，我校“电子科学与技术”在2012年全国学科评估中排名全国第一，其中微电子实验教学是本学科本科教学的重要组成部分。

我校微电子实验室除了满足每年本校500人的实验教学外，还向其他高校或二级学院开设微电子实验课程，如西南交通大学和电子科技大学成都学院，起到了教学资源共享，以及辐射带动作用。

篇7

【关键词】电子信息科学与技术微电子课程体系建设教学改革

【基金项目】大连海事大学教改项目：电子信息科学与技术专业工程人才培养实践教学改革（项目编号：2016Z03）；大连海事大学教改项目：面向2017级培养方案的《微电子技术基础》课程教学体系研究与设计（项目编号：2016Y21）。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2018）01-0228-02

1.開设《微电子技术基础》的意义

目前，高速发展的集成电路技术产业使集成电路设计人才成为最抢手的人才，掌握微电子技术是IC设计人才的重要基本技能之一。本文希望通过对《微电子技术基础》课程教学体系的研究与设计，能够提高学生对集成电路制作工艺的认识，提高从事微电子行业的兴趣，拓宽知识面和就业渠道，从而培养更多的微电子发展的综合人才，促进我国微电子产业的规模和科学技术水平的提高。

2.目前学科存在的问题

目前电子信息科学与技术专业的集成电路方向开设的课程已有低频电子线路、数字逻辑与系统设计、单片机原理、集成电路设计原理等。虽然课程开设种类较多，但课程体系不够完善。由于现在学科重心在电路设计上，缺少对于器件的微观结构、材料特性讲解[1]，导致学生在后续课程学习中不能够完全理解。比如MOS管，虽然学生们学过其基本特性，但在实践中发现他们对N沟道和P沟道的工作原理知之甚少。

近来学校正在进行本科学生培养的综合改革，在制定集成电路方向课程体系时，课题组成员对部分学校的相关专业展开调研。我们发现大部分拥有电子信息类专业的高校都开设了微电子课程。譬如华中科技大学设置了固体电子学基础、微电子器件与IC设计、微电子工艺学以及电子材料物理等课程。[2]又如电子科技大学设置了固体物理、微电子技术学科前沿、半导体光电器件以及高级微电子技术等课程。[3]因此学科课题组决定在面向2017级电子信息科学与技术专业课程培养方案中，集成电路设计方向在原有的《集成电路设计原理》、《集成电路设计应用》基础上，新增设《微电子技术基础》课程。本课程希望学生通过掌握微电子技术的原理、工艺和设计方法，为后续深入学习集成电路设计和工程开发打下基础。

3.微电子课程设置

出于对整体课程体系的考虑，微电子课程总学时为32学时。课程呈现了微电子技术的基本概论、半导体器件的物理基础、集成电路的制造工艺及封装测试等内容。[4]如表1所示，为课程的教学大纲。

微电子技术的基本概论是本课程的入门。通过第一章节的学习，学生对本课程有初步的认识。

构成集成电路的核心是半导体器件，理解半导体器件的基本原理是理解集成电路特性的重要基础。为此，第二章重点介绍当代集成电路中的主要半导体器件，包括PN结、双极型晶体管、结型场效应晶体管（JFET）等器件的工作原理与特性。要求学生掌握基本的微电子器件设计创新方法，具备分析微电子器件性能和利用半导体物理学等基本原理解决问题的能力。

第三章介绍硅平面工艺的基本原理、工艺方法，同时简要介绍微电子技术不断发展对工艺技术提出的新要求。内容部分以集成电路发展的顺序展开，向学生展示各种技术的优点和局限，以此来培养学生不断学习和适应发展的能力。

第四章围绕芯片单片制造工艺以外的技术展开，涵盖着工艺集成技术、封装与测试以及集成电路工艺设计流程，使学生对微电子工艺的全貌有所了解。

4.教学模式

目前大部分高校的微电子课程仍沿用传统落后的教学模式，即以教师灌输理论知识，学生被动学习为主。这种模式在一定程度上限制了学生主动思考和自觉实践的能力，降低学习兴趣，与本课程授课的初衷相违背。[5]为避免上述问题，本文从以下几个方面阐述了《微电子技术基础》课程的教学模式。

教学内容：本课程理论知识点多数都难以理解且枯燥乏味，仅靠书本教学学生会十分吃力。因此，我们制作多媒体课件来辅助教学，将知识点采用动画的形式来展现。例如可通过动画了解PN结内电子的运动情况、PN结的掺杂工艺以及其制造技术。同时课件中补充了工艺集成与分装测试这部分内容，加强课堂学习与实际生产、科研的联系，便于学生掌握集成电路工艺设计流程。

教学形式：课内理论教学+课外拓展。

1）课内教学：理论讲解仍需教师向学生讲述基本原理，但是在理解运用方面采用启发式教学，课堂上增加教师提问并提供学生上台演示的机会，达到师生互动的目的。依托学校BBS平台，初步建立课程的教学课件讲义、课后习题及思考题和课外拓展资料的体系，以方便学生进行课后的巩固与深度学习。此外，利用微信或QQ群，在线上定期进行答疑，并反馈课堂学习的效果，利于老师不断调整教学方法和课程进度。还可充分利用微信公众号，譬如在课前预习指南，帮助学生做好课堂准备工作。

2）课外拓展：本课程目标是培养具有电子信息科学与技术学科理论基础，且有能力将理论付诸实践的高素质人才。平时学生很难直接观察到半导体器件、集成电路的模型及它们的封装制造流程，因此课题组计划在课余时间组织同学参观实验室或当地的相关企业，使教学过程更为直观，加深学生对制造工艺的理解。此外，教师需要充分利用现有的资源（譬如与课程有关的科研项目），鼓励学生参与和探究。

考核方式：一般来说，传统的微电子课程考核强调教学结果的评价，而本课程组希望考核结果更具有前瞻性和全面性，故需要增加教学进度中的考核。课题组决定采用期末笔试考核与平时课堂表现相结合的方式，期末笔试成绩由学生在期末考试中所得的卷面成绩按照一定比例折合而成，平时成绩考评方式有随堂小测、课后习题、小组作业等。这几种方式将考核过程融入教学，能有效地协助老师对学生的学习态度、学习状况以及学习能力做出准确评定。

5.结语

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半导体生产技术的每一次重要进化都会给集成电路设计者带来一系列越来越艰难的挑战。多年以来，结构设计面临的最大挑战都是围绕于基础领域和电性需求。但随着越来越精密的设计和生产技术让半导体公司能够在更小的面积上实现更大、更复杂、更快的电路，集成电路设计者开始发现，设计后期阶段对电路性能的决定作用越来越大。结构设计的决定因素如容性耦合和信号集成在前几代技术中一般都是次要考虑因素，而如今它们开始在主流设计中对性能起到主要影响作用。从而使布线后寄生元件提取的详细分析成为主流时序确认流程的必要工作。

向更高级纳米技术的过渡同样采用了类似的模式，不过复杂度更高：在65纳米级以上大多可被忽略的生产因素影响，对于65纳米及以下级别会变得越来越突出。在这样高级的几何尺寸下，平坦化化学机械抛光(CMP)可能会磨损比周围绝缘电阻材料较为柔软的铜线顶部。结果铜线厚度和响应时间即便是在同一个裸片上也会有极大不同。过去生产工程师会通过金属填充和切缝切削等方式设法减轻CMP的影响，然而在更高的纳米几何尺寸下，这些调整措施会因为对耦合效应影响的加大而严重影响电路性能。

同样，在这种几何尺寸下需要的更强的解析度增强法(RET)提高了电路性能的生产影响。即使是在当今的主流几何尺寸下，芯片结构也小于硅光刻使用的193纳米光波源，这就需要光学邻近矫正法(OPC)和相移光罩(PSM)来补偿因次波长衍射导致的失真。生产商一般只要将这些技术应用于180纳米设计的两个层面，而65纳米设计的所有层面都需要矫正――算起来大概有35个要使用新兴的工艺技术。至于CMP，生产商可以将这些矫正手段用于上一代的设计品而无需担心影响性能。而对于更高的纳米级别设计，在整个设计过程中需要仔细考虑系列RET矫正的影响。采用了新的技术，工程师可以研究光刻在版图设计方面的影响，在制作光罩之前交互摸索不同的RET方法。使用加密晶片处理数据的工艺模型文件进行光刻影响的详细模拟，在不危及机密生产资料安全的情况下，提供光刻结果的精确预测。通过这种手段，设计团队可以制造出无光刻影响的版图，降低光刻相关的重新投片风险。

如今设计师需要采用与用于时序收敛相同的方法处理生产影响，在每个模块设计周期的早期预测其影响。可制造性设计(DFM)和良率导向设计(DFY)策略应该贯穿于整个设计流程，包括综合、布局、布线、布线优化和完成阶段。相反地，补偿CMP和光刻影响的设计改良也应该对设计意图有更清晰的把握，例如发现一些关键途径以降低因信号集成和时序问题而出现新缺陷的可能性。

设计和生产之间的互相影响趋势越来越明显，这进一步反映了半导体公司和晶圆厂之间的天然关系。晶圆厂如今在必须规则的基础上增加了可选规则，这可以帮助半导体生产商充分发挥新工艺技术的潜力。对设计师来说，通过采用推荐的规则带来可能的良率提升，以平衡传统目标成为挑战所在。因为每个晶圆厂和工艺都有不同的整套规则，在生产约束越来越多的情况下，精确预测电路性能的需求使得这样的挑战更加复杂。

篇9

关键词：集成电路版图；CD4002B；芯片解析

作者简介：王健（1965-），男，辽宁沈阳人，沈阳化工大学信息工程学院，副教授；樊立萍（1966-），女，山东淄博人，沈阳化工大学信息工程学院，教授。（辽宁　沈阳　110142）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）31-0050-02

“集成电路版图设计”是一门讲授集成电路版图版图工作原理、设计方法和计算机实现的课程，是电子科学与技术专业及相关电类专业课程体系中一门重要的专业课。[1]该课程一般以“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”和“半导体器件”为先修课程，主要讲授集成电路双极工艺和CMOS工艺的基本流程、版图基本单元的工作原理和结构特点，以及布局布线的设计方法。[2]其目的是指导学生掌握集成电路版图分析与设计技术，提高学生实践能力和综合解决问题的能力。由于集成电路芯片外层有封装，学生在学习该课程前对版图无直观认识，很多版图设计教材是先讲授工艺流程，然后讲授单元版图，最后论述布局布线等内容，这样教学有悖于从感性到理性的认知过程，有碍教学效果。[3]有的教材在版图解析方面做了有益尝试，但由于当时技术条件限制，采用绘制图代替芯片解析照片，实践性欠佳。为了在有限的学时中能够尽快引导学生入门，在版图解析与设计两个方面的能力都有所提高，笔者将芯片CD4002B解析并应用到“集成电路版图设计”课程教学实践中，效果良好。

一、版图逆向解析

集成电路的设计包括逻辑（或功能）设计、电路设计、版图设计和工艺设计。通常有两种设计途径：正向设计、逆向设计。[2]

逆向设计的作用为仿制和获得先进的集成电路设计。逆向设计的流程为：提取横向尺寸，提取纵向尺寸和测试产品的电学参数。[2]

对于本科电子科学与技术专业教学，版图的逆向设计主要是提取芯片的横向尺寸。提取芯片横向尺寸方法为：打开封装，进行拍照、拼图；由产品的复合版图提取电路图、器件尺寸和设计规则；进行电路模拟和画版图。

二、CD4002B版图解析

CD4002B是两个四输入或非门芯片，封装为双列14针塑料封装，根据芯片编号规则判断为CMOS工艺制造。该电路具有器件类型全面、电路典型的特点，适用于教学实践。

1.CD4002B芯片版图拍照

首先将芯片放到浓硝酸中加热，去掉封装，用去离子水冲洗、吹干后在显微镜下拍照铝层照片。再将芯片放到盐酸溶液中漂洗去掉铝层，用去离子水冲洗、吹干后放到氢氟酸溶液中去掉二氧化硅层，经去离子水冲洗、吹干后用染色剂染色，杂质浓度高部分颜色变深，冲洗、吹干后在显微镜下对无铝层（有源层）芯片拍照。

采用图形编辑软件分别对两层照片进行拼接，获得版图照片。

2.芯片版图分析

通过对CD4002B两层（铝层和有源层）照片进行分析研究表明：解析的芯片为是一层铝，且铝栅极，P阱工艺。该芯片铝线宽度最小为9微米，栅极宽度为6微米。芯片包含的单元为NMOS、PMOS、反相器、四输入与非门、电阻、二极管等。

该芯片由两个四输入或非门组成，其中一个或非门电路图如图1所示，其中9、10、11、12管脚为输入端，14管脚为电源端，13管脚为输出端和7管脚为地端。四个输入端首先分别经过一个反相器，然后接入一个四输入与非门，最后经过一个反相器输出。逻辑关系经过推导和仿真验证为或非门关系。

为了实现静电保护，在输入、输出和电源端分别构造静电保护。输入端静电保护电路由四个二极管和一个限流电阻构成；输出端静电保护电路由二个二极管和一个限流电阻构成；电源端静电保护电路由一个二极管构成。

下面以芯片中四输入与非门版图和输入静电保护电路说明版图特点。

该芯片的四输入与非门版图如图2所示。N14、N15、N16、N17为NMOS管，共用一个P阱，从铝层分析四个NMOS管为串联关系。为了节省面积，相邻器件源极和漏极共用，即上一个管子源极是邻近管子漏极；P14、P15、P16、P17为PMOS管，从铝层分析四个NMOS管为并联关系，四个器件源极相连和漏极相连，提取的电路图见图1。

该芯片的输入管脚都有静电保护电路，如图3所示。其中D5-1、D5-2为两个以P阱为P区的二极管，该管N区接输入端，P区接地；R5为基区电阻；D5-3、D5-4为以基区电阻为P区，衬底为N区的二极管，其中P区接电阻，N区接电源。提取的电路图见图1。

三、课程教学改革

1.教学大纲的改革

本科生教学既要注重实践教学又要兼顾理论教学，不仅要掌握单元的版图设计和软件使用，还应该掌握版图结构原理。为此确立该课程的基本目标为：电路的分析及应用，能够读懂电路的线路图，并能进行正确分析；版图识读和常见基本器件的版图设计；布局布线与验证修改；[4]掌握版图的失效机理，并能掌握特殊器件版图的设计方法。

根据电子科学与技术的课程体系，参考几种教材制定了特色显著的教学大纲。该大纲主要内容包括：模拟和数字集成电路基本单元电路和工作原理；双极工艺、CMOS工艺和BICMOS工艺的介绍；集成电路的失效机理和防护措施；三种工艺的中的NPN和PNP晶体管、NMOS和PMOS晶体管、电阻、电容和电感等器件的版图和工作原理；特殊器件的版图及工作原理；[5]版图布局、布线和标准单元设计的基本规则；逆向版图的识别方法；[2]集成电路设计软件的使用方法。[6]

篇10

5年前，当海信集团决定投入3000万元进军芯片领域时，只有一个信念：“国外大公司能够做到的，我们自己也一定可以做到。”这一决定蕴藏着巨大风险，但海信仍只身投入到芯片的研发中，并且选择了电视机核心芯片中最具挑战性的数字视频处理芯片，这引起了业界的一片质疑。

2001年6月，曾在美国一家集成电路设计公司短暂工作过的海信专用集成电路设计所负责人战嘉瑾，率领3名研发人员组建了海信ASIC上海研发中心。战嘉瑾回忆说：“刚开始，连起码的设计流程都没有。”没办法，平均年龄28岁的七八个年轻人，一方面由浅入深地汲取有关理论知识，一方面积极与国外企业进行交流学习。2003年8月，当他们把经过软件仿真后的设计代码进行电路验证时，却发现理论上设计得好好的东西，放到验证板上就全乱套了。反复检查、修改多次都是这样。幸运的是，海信对技术开发允许50％的失败率，失败也不影响研发经费的下拨。两个月过去了，设计人员终于发现是验证中一个很小的疏忽造成的。在修正了这个问题后，系统终于按照设计意图正常运转起来。

2005年2月，经过数次批量装机生产和验证，并与国际同类产品进行严格的比较试验，结果显示，海信研制的芯片，与国际先进芯片相比，技术性能毫不逊色。

拥有全部自主知识产权的国产芯片，就这样诞生了。它包含着10项发明专利在内的30多项技术专利，包含着海信年轻的设计师们1600个日日夜夜的心血。

2005年6月24日，应用成果通过信息产业部组织的鉴定。7月2日，当装有这枚芯片的彩电在青岛海信批量下线时，中国彩电产业迎来了新的时代。