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大规模集成电路设计范文1
关键词：微电子学；实验室建设；教学改革；
1微电子技术的发展背景
美国工程技术界在评出20世纪世界最伟大的20项工程技术成就中第5项——电子技术时指出：“从真空管到半导体，集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石”。微电子技术发展已进入系统集成(SOC—SystemOnChip)的时代。集成电路作为最能体现知识经济特征的典型产品之一，已可将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能。这是一个更广义的系统集成芯片，可以认为这是微电子技术又一次革命性变革。因而势必大大地提高人们处理信息和应用信息的能力，大大地提高社会信息化的程度。集成电路产业的产值以年增长率≥15%的速度增长，集成度以年增长率46%的速率持续发展，世界上还没有一个产业能以这样的速度持续地发展。2001年以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。微电子技术、集成电路无处不在地改变着社会的生产方式和人们的生活方式。我国信息产业部门准备充分利用经济高速发展和巨大市场的优势，精心规划，重点扶持，力争通过10年或略长一段时间的努力，使我国成为世界上的微电子强国。为此，未来十年是我国微电子技术发展的关键时期。在2010年我国微电子行业要实现下列四个目标：
(1)微电子产业要成为国民经济发展新的重要增长点和实现关键技术的跨越。形成2950亿元的产值，占GDP的1.6%、世界市场的4%，国内市场的自给率达到30%，并且能够拉动2万多亿元电子工业产值。从而形成了500~600亿元的纯利收入。
(2)国防和国家安全急需的关键集成电路芯片能自行设计和制造。
(3)建立起能够良性循环的集成电路产业发展、科学研究和人才培养体系。
(4)微电子科学研究和产业的标志性成果达到当时的国际先进水平。
在这一背景下，随着国内外资本在微电子产业的大量投入和社会对微电子产品需求的急骤增加，社会急切地需要大量的微电子专门人才，仅上海市在21世纪的第一个十年，就需要微电子专门人才25万人左右，而目前尚不足2万人。也正是在这一背景下，1999年以来，全国高校中新开办的微电子学专业就有数十个。2002年8月教育部全国电子科学与技术专业教学指导委员会在贵阳工作会议上公布的统计数据表明，相当多的高校电子科学与技术专业都下设了微电子学方向。微电子技术人才的培养已成为各高校电子信息人才培养的重点。
2微电子学专业实验室建设的紧迫性
我国高校微电子学专业大部分由半导体器件或半导体器件物理专业转来，这些专业的设立可追溯到20世纪50年代后期。办学历史虽长，但由于多年来财力投入严重不足，而微电子技术发展迅速，国内大陆地区除极个别学校外，其实验教学条件很难满足要求。高校微电子专业实验室普遍落后的状况，已成为制约培养合格微电子专业人才的瓶颈。
四川大学微电子学专业的发展同国内其它院校一样走过了一条曲折的道路。1958年设立半导体物理方向(专门组)，在其后的40年中，专业名称几经变迁，于1998年调整为微电子学。由于社会需求强劲，1999年微电子学专业扩大招生数达90多人，是以往招生人数的2倍。当时，我校微电子学专业的办学条件与微电子学学科发展的要求形成了强烈反差：实验室设施陈旧、容量小，教学大纲中必需的集成电路设计课程和相应实验几乎是空白；按照新的教学计划，实施新课程和实验的时间紧迫，基本设施严重不足；教师结构不合理，专业课程师资缺乏。
在关系到微电子学专业能否继续生存的关键时期，学校组织专家经过反复调研、论证，及时在全校启动了“523实验室建设工程”。该工程计划在3~5年时间内，筹集2~3亿资金，集中力量创建5个适应多学科培养创新人才的综合实验基地；重点建设20个左右基础(含专业及技术基础)实验中心(室)；调整组合、合理配置、重点改造建设30个左右具有特色的专业实验室。“523实验室建设工程”的启动，是四川大学面向21世纪实验教学改革和实验室建设方面的一个重要跨越。学校将微电子学专业实验室的建设列入了“523实验室建设工程”首批重点支持项目，2000年12月开始分期拨款275万元，开始了微电子学专业实验室的建设。怎样将有限的资金用好，建设一个既符合微电子学专业发展方向，又满足本科专业培养目标要求的微电子学专业实验室成为我们学科建设的重点。
3实验室建设项目的实施
3.1整体规划和目标的确立
微电子技术的发展要求我们的实验室建设规划、实验教改方案、人才培养目标必须与其行业发展规划一致，既要脚踏实地，实事求是，又必须要有前瞻性。尤其要注意国际化人才的培养。微电子的人才培养若不能实现国际化，就不能说我们的人才培养是成功的。
基于这样的考虑，在调查研究的基础上，我们将实验室建设整体规划和目标确定为：建立国内一流的由微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验及超大规模集成电路芯片设计综合实验两个实验系列构成的微电子学专业实验体系，既满足微电子学专业教学大纲要求，又适应当今国际微电子技术及其教学发展需求的多功能的、开放性的微电子教学实验基地。我们的目标是：
(1)建立有特色的教学体系——微电子工艺与设计并举，强化理论基础、强化综合素质、强化能力培养。
(2)保证宽口径的同时，培养专业技能。
(3)建立开放型实验室，适应跨学科人才的培养。
(4)在全国微电子学专业的教学中具有一定的先进性。
实践中我们认识到，要实现以上目标、完成实验室建设，必须以教学体系改革、教材建设为主线开展工作。
3.2重组实验教学课程体系，培养学生的创新能力和现代工业意识
实验课程体系建设的总体思路是培养创造性人才。实验的设置要让学生成为实验的主角和与专业基础理论学习相联系的主动者，能激发学生的创造性，有专业知识纵向和横向自主扩展和创新的余地。因此该实验体系将是开放式的、有层次的和与基础课及专业基础课密切配合的。实验教学的主要内容包括必修、选修和自拟项目。我们反复认真研究了教育部制定的本科微电子学专业培养大纲及国际上对微电子学教学提出的最新基本要求。根据专业的特点，充分考虑目前国内大力发展集成电路生产线(新建线十条左右)和已成立近百家集成电路设计公司对人才的强烈需求，为新的微电子专业教学制定出由以下两个实验系列构成的微电子学专业实验体系。
(1)微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验。
这是微电子学教学的重要基础内容，也是我校微电子学教学中具有特色的实验课程。这一实验系列将使学生了解和初步掌握微电子器件的主要基本工艺，工艺参数的控制方法和工艺质量控制的主要检测及分析方法，深刻地了解成品率在微电子产品生产中的重要性。同时，半导体材料特性参数的测试分析系列实验是配合“半导体物理”和“半导体材料”课程而设置的基本实验，通过整合，实时地与器件工艺实验配合，虽增加了实验教学难度，却使学生身临其境直观地掌握了工艺对参数的影响、参数反馈对工艺的调整控制、了解半导体重要参数的测试方法并加深对其相关物理内涵的深刻理解。这样的综合实验，对于学生深刻树立产品成品率，可靠性和生产成本这一现代工业的重要意识是必不可少的。
(2)超大规模集成电路芯片设计综合实验。
这是微电子学教学的重点基础之一。教学目的是掌握超大规模集成电路系统设计的基本原理和规则，初步掌握先进的超大规模集成电路设计工具。该系列的必修基础实验共80学时，与之配套的讲授课程为“超大规模集成电路设计基础”。除此而外，超大规模集成电路测试分析和系统开发实验不仅是与“超大规模集成电路原理”和“电路系统”课程套配，使学生更深刻的理解和掌握集成电路的特性；同时也是与前一系列实验配合使学生具备自拟项目和独立创新的理论及实验基础。
3.3优化设施配置，争取项目最佳成效
由于项目实施的时间紧迫、资金有限。我们非常谨慎地对待每一项实施步骤。力图实现设施的优化配置，使项目产生最佳效益。最终较好地完成了集成电路设计实验体系和器件平面工艺实验体系的实施。具体内容包括：
(1)集成电路设计实验体系。集成电路设计实验室机房的建立——购买CADENCE系统软件(IC设计软件)、ZENILE集成电路设计软件；集成电路设计实验课程体系由EDA课程及实验、FPGA课程及实验、PSPICE电路模拟及实验、VHDL课程及实验、ASIC课程及实验、IC设计课程及实验等组成。
(2)器件平面工艺实验体系和相关参数测试分析实验。结合原有设备新购并完善平面工艺实验系统，包括：硼扩、磷扩、氧化、清洗、光刻、金属化等；与平面工艺同步的平面工艺参数测试，包括：方块电阻、C-V测试(高频和准静态)、I-V测试、Hall测试、膜厚测试(ELLIPSOMETRY)及其它器件参数测试(实时监控了解器件参数，反馈控制工艺参数)；器件、半导体材料物理测试设备，如载流子浓度、电阻率、少子寿命等。
(3)与实验室硬件建设配套的软件建设和环境建设。实验室环境建设、实验室岗位设置、实验课程的系统开设、向相关学院及专业提出已建实验室开放计划、制定各项管理制度。
在实验室的阶段建设中，我们分步实施、边建边用、急用优先，在建设期内就使实验室发挥出了良好的使用效益。
3.4强化管理，实行教师负责制
新的实验室必须要有全新的管理模式。新建实验室和实验课程的管理将根据专业教研室的特点，采取教研室主任和实验室主任统一协调下的教师责任制。在两大实验板块的基础上，根据实验内容的布局进一步分为4类(工艺及测试，物理测试，设计和集成电路参数测试，系统开发)进行管理。原则上，实验设施的管理及实验科目的开放由相应专业理论课的教师负责，在项目的建立阶段，将按前述的分工实施责任制，其责任的内容包括：组织设备的安装调试，设备使用规范细则的制定，实验指导书的编写等。根据专业建设的规划，在微电子实验室建设告一段落后，主管责任教师将逐步由较年青的教师接任。主管责任教师的责任包括：设备的维护和保养，使用规范和记录执行情况的监督，组织对必修和选修科目实验指导书的更新，组织实验室开放及辅导教师的安排，完善实验室开放的实施细则等。
实验课将是开放式的。结合基础实验室的开放经验和微电子专业实验的特点，要求学生在完成实验计划和熟悉了设备使用规范细则的条件下，对其全面开放。对非微电子专业学生的开放，采取提前申请，统一完成必要的基础培训后再安排实验的方式。同时将针对一些专业的特点编写与之相适应的实验教材。
4取得初步成果
微电子学专业实验室通过近3年来的建设运行，实现或超过了预期建设目标，成效显著，于2002年成功申报为"；四川省重点建设实验室"；。现将取得的初步成果介绍如下：
(1)在微电子实验室建设的促进下，为适应新条件下的实验教学，我们调整了教材的选用范围。微电子学专业主干课教材立足选用国外、国内的优秀教材，特别是国外能反映微电子学发展现状及方向的先进教材，我们已组织教师编撰了能反映国际上集成电路发展现状的《集成电路原理》，选用了最新出版教材《大规模集成电路设计》，并编撰、重写及使用了《集成电路设计基础实验》、《超大规模集成电路设计实验》、《平面工艺实验》、《微电子器件原理》、《微电子器件工艺原理》等教材。
在重编实验教材时，改掉了"；使用说明"；式的教材编写模式。力图使实验教材能配合实验教学培养目标，启发学生的想象力和创造力，尤其是诱发学生的原发性创新能力乃至创新冲动。
(2)对本科微电子学的教学计划、教学大纲和教材进行了深入研究和大幅度调整，并充分考虑了实验课与理论课的有机结合。坚持并发展了我校微电子专业在器件工艺实验上的特色和优势，通过对实验课及其内容进行整合更新，使实验更具综合性。如将过去的单一平面工艺实验与测试分析技术有机的结合，将原来相互脱节的芯片工艺、参数测试、物理测试等有机地整合在一起，以便充分模拟真实芯片工艺流程。使学生在独立制造出半导体器件的同时，能对工艺控制进行实时综合分析。
(3)引入了国际上最通用、最先进的超大规模集成电路系统设计教学软件(如CADENCE等)，使学生迅速地掌握超大规模集成电路设计的先进基本技术，激发其创造性。为了保证这一教学目的的实现，我们对
专业的整体教学计划做了与之配合的调整。在第5学期加强了电子线路系统设计(如EDA、PSPICE等)的课程和实验内容。在教学的第4学年又预留了足够的学时，作为学生进一步掌握这一工具的选修题目的综合训练。
(4)所有的实验根据专业基础课的进度分段对各年级学生随时开放。学生根据已掌握的专业理论知识和实验指导书选择实验项目，提出实验路线。鼓励学生对可提供的实验设施作自拟的整合，促进学生对实验课程的全身心的投入。
在实验成绩的评定上，不简单地看实验结果的正确与否，同时注重实验方案的合理性和创造性，注重是否能对实验现象有较敏锐的观察、分析和处理能力。
(5)通过送出去的办法，把教师和实验人员送到器件公司、设计公司培训，并积极开展了校内、校际间的进修培训。推促教师在专业基础和实验两方面交叉教学，提高了教师队伍的综合素质。
(6)将集成电路设计实验室建设成为电子信息类本科生的生产实习基地，为此，我们参加了中芯国际等公司的多项目晶圆计划。
加入了国内外EDA公司的大学计划，以利于实验室建设发展和提高教学质量，如华大公司支持微电子实验室建设，赠送人民币1100万元软件(RFIC，SOC等微电子前沿技术)已进入实验教学。
5结语
大规模集成电路设计范文2
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。
大规模集成电路设计范文3
如今，全球正迎来电子信息时代，这一时代的重要特征是以电脑为核心，以各类集成电路，特别是大规模、超大规模集成电路的飞速发展为物质基础，并由此推动、变革着整个人类社会，极大地改变着人们的生活和工作方式，成为体现一个国家国力强弱的重要标志之一。因为无论是电子计算机、现代信息产业、汽车电子及消费类电子产业，还是要求更高的航空、航天及军工产业等领域，都越来越要求电子产品具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、轻型化、便携化以及将大众化普及所要求的低成本等特点。满足这些要求的正式各类集成电路，特别是大规模、超大规模集成电路芯片。要将这些不同引脚数的集成电路芯片，特别是引脚数高达数百乃至数千个I/O的集成电路芯片封装成各种用途的电子产品，并使其发挥应有的功能，就要采用各种不同的封装形式，如DIP、SOP、QFP、BGA、CSP、MCM等。可以看出，微电子封装技术一直在不断地发展着。
现在，集成电路产业中的微电子封装测试已与集成电路设计和集成电路制造一起成为密不可分又相对独立的三大产业。而往往设计制造出的同一块集成电路芯片却采用各种不同的封装形式和结构。今后的微电子封装又将如何发展呢？根据集成电路的发展及电子整机和系统所要求的高性能、多功能、高频、高速化、小型化、薄型化、轻型化、便携化及低成本等，必然要求微电子封装提出如下要求：
(1)具有的I/O数更多；(2)具有更好的电性能和热性能；(3)更小、更轻、更薄，封装密度更高；(4)更便于安装、使用、返修；(5)可靠性更高；(6)性能价格比更高；
2未来微电子技术发展趋势
具体来说，在已有先进封装如QFP、BGA、CSP和MCM等基础上，微电子封装将会出现如下几种趋势：
DCA（芯片直接安装技术）将成为未来微电子封装的主流形式
DCA是基板上芯片直接安装技术，其互联方法有WB、TAB和FCB技术三种，DCA与互联方法结合，就构成板上芯片技术（COB）。
当前，在DCA技术中，WB仍是主流，但其比重正逐渐下降，而FCB技术正迅速上升。因为它具有以下优越性：
（1）DCA特别是FC（倒装芯片）是“封装”家族中最小的封装，实际上是近于无封装的芯片。
（2）统的WB只能利用芯片周围的焊区，随着I/O数的增加，WB引脚节距必然缩小，从而给工艺实施带来困难，不但影响产量，也影响WB质量及电性能。因此，高I/O数的器件不得不采用面阵凸点排列的FC。
（3）通常的封装（如SOP、QFP）从芯片、WB、引线框架到基板，共有三个界面和一个互联层。而FC只有芯片一个基板一个界面和一个互联层，从而引起失效的焊点大为减少，所以FCB的组件可靠性更高。
（4）FC的“引脚”实际上就是凸点的高度，要比WB短得多，因此FC的电感非常低，尤其适合在射频移动电话，特别是频率高达2GHz以上的无线通信产品中应用。
（5）由于FC可直接在圆片上加工完成“封装”，并直接FCB到基板上，这就省去了粘片材料、焊丝、引线框架及包封材料，从而降低成本，所以FC最终将是成本最低的封装。
（6）FC及FCB后可以在芯片背面直接加装散热片，因此可以提高芯片的散热性能，从而FC很适合功率IC芯片应用。
通过以上对DCA及FCB优越性的分析，可以看出DCA特别是FCB技术将成为未来微电子封装的主流形式应是顺理成章的事。
2.2三维（3D）封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径
三维封装技术是国际上近几年正在发展着的电子封装技术，它又称为立体微电子封装技术。3D已成为实现电子整机系统功能的有效途径。
各类SMD的日益微型化，引线的细线宽和窄间距化，实质上是为实现xy平面（2D）上微电子组装的高密度化；而3D则是在2D的基础上，进一步向z方向，即向空间发展的微电子组装高密度化。实现3D，不但使电子产品的组装密度更高，也使其功能更多，传输速度更高、相对功耗更低、性能更好，而可靠性也更高等。
与常规的微电子封装技术相比，3D可使电子产品的尺寸和重量缩小十倍。实现3D，可以大大提高IC芯片安装在基板上的Si效率（即芯片面积与所占基板面积之比）。对于2D多芯片组件情况，Si效率在20%—90%之间，而3D的多芯片组件的Si效率可达100%以上。由于3D的体密度很高，上、下各层间往往采取垂直互联，故总的引线长度要比2D大为缩短，因而使信号的传输延迟线也大为减小。况且，由于总的引线长度的缩短，与此相关的寄生电容和寄生电感也大为减小，能量损耗也相应减少，这都有利于信号的高速传输，并改善其高频性能。此外，实现3D，还有利于降低噪声，改善电子系统性能。还由于3D紧密坚固的连接，有利于可靠性的提高。
3D也有热密度较大、设计及工艺实施较复杂的不利因素，但随着3D技术日益成熟，这些不利因素是可以克服的。
总之，微电子封装技术的发展方向就是小型化、高密度、多功能和低成本。
参考文献
[1]微电子封装技术[M].中国电子学会生产技术学分会丛书编委会.中国科学技术大学出版社.
[2]金玉丰.微系统封装技术概论[M]科学出版社.2006第1版.
大规模集成电路设计范文4
关键词：电子科学与技术；本科培养方案；课程设置；办学特色
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0070-02
21世纪被称为信息时代，电子科学与技术在信息、能源、材料、航天、生命、环境、军事和民用等科技领域将获得更广泛的应用，必然导致电子科学与技术产业的迅猛发展。这种产业化趋势反过来对本专业的巩固、深化、提高和发展起到积极的促进作用，也对人才的培养提出了更高的要求。因此，本文从人才的社会需求出发，结合我校实际情况，进行了本科专业培养方案的改革探索，并详细介绍了培养方案的制定情况。
一、人才的社会需求情况
目前，我校电子科学与技术专业的本科毕业生主要面向长三角地区庞大的微电子、光电子、光伏和新能源行业，市场对专业人才的需求基本上是供不应求的。但是也应该注意到电子科学与技术产业的分布不均，分类较细，且发展变化较快。另外，电子科学与技术产业结构具有多样性，既有劳动密集型的大型企业、大公司，更多的是小公司和小企业；既有国有企业和私营企业，更有合资、独资的外企。因此，社会需求与本专业毕业生的供需矛盾还会继续存在。
二、专业的培养目标和定位
本专业培养具备微电子、光电子领域的宽厚专业基础知识，熟练实验技能，能掌握电子材料、电子器件、微电子和光电子系统的新工艺、新技术研究开发和设计技能，有较强的工程实践能力，能够在该领域从事各种电子材料、元器件、光电材料及器件、集成电路的设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究、开发和管理工作工程技术人才。并且结合我校“大工程观”人才培养特色，依据“卓越工程师”教育理念下工程技术型人才培养的原则，培养适应微电子和新兴光电行业乃至区域社会经济建设需求的工程技术型人才。
三、本科培养方案制定的思路
电子科学与技术专业培养方案参照工程教育认证的要求，以及专业下设微电子、光电子材料与器件两个本科培养方向的思路制定。注重培养学生的专业基础知识和实践工程能力，使毕业生能满足长三角地区微电子、光电子和新能源行业发展的需求。微电子方向的课程设置专注于电子材料与电子器件、集成电路与系统设计方面，光电子材料与器件方向则偏向于光电信息、光电材料与光电器件方面。
四、本科培养方案的改革探索
要实现电子科学与技术专业的培养目标，适应电子信息产业的不断发展，并结合我校学科发展方向和特色，对电子科学与技术专业本科人才培养方案进行了研究，并对省内外几所高校电子科学与技术专业的培养方案进行调研，最终形成了富有特色的电子科学与技术专业人才培养方案，主要内容如下：
1.培养方案的模块化设计。在设计电子科学与技术专业本科培养方案的整体框架时，根据“加强基础、拓宽专业、培养能力”和培养工程技术型人才的办学理念下，专业培养方案分人文与社会科学、专业基础和专业课三个模块，下设微电子和光电子材料与器件两个专业方向。学生在前两年学习相同的课程，到大三时根据自己的兴趣选择专业方向，选修各自方向的专业课。由于两个方向的不同培养要求，因此在专业基础选修课、专业必修课和专业选修课方面设置限选模块，每个专业方向必须修满相应的学分才能毕业。
2.改革专业基础课程。专业基础课程是为专业课程奠定基础，因此，在保留了原有电子信息类专业通常所开设的电子类课程外，增加了与专业相关的课程，如EDA技术、通信原理、数字信号处理、物理光学、应用光学、激光原理与技术等课程，删减了原先与物理类相关的一些课程，如物理学史、原子物理、热力学与统计物理学等，并删减了一些计算机软件类课程，如C++程序设计、计算机在材料科学中的应用等。专业基础选修课程分方向限选模块，两个专业方向对应有不同的专业基础选修课程。
3.优化专业课程。专业课程是整个专业教育中的主干部分，微电子方向的课程设置紧紧围绕半导体和集成电路设计方向，开设有集成电路设计、微电子工艺原理与技术、工艺与器件可靠性分析、半导体测试技术、现代电子材料及元器件、集成电路工艺与器件模拟等课程。光电子材料与器件方向围绕光电材料和光纤通信方向，开设光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤传感原理与技术、光纤通信技术等课程。另外专业课程里面还设置有专业实验，通过加强实验环节，训练学生的动手操作能力，增强学生的理论知识。
五、与省内外专业人才培养的区别
具有电子科学与技术专业的各大高校分布在不同的地区，服务于不同的区域经济，这就要求专业学生的培养具有区域化、差异化。我们分析了杭州电子科技大学、浙江工业大学、苏州大学、南京理工大学和徐州工程学院这五所不同地区、不同层次高校的电子科学与技术专业的培养方案。不仅使我们能学习到其他高校的先进办学理念、合理的课程设置体系，也可以发现与其他高校之间的差异。具体表现为以下几个方面：
1.专业定位。各个学校的电子科学与技术专业依据自身的师资力量、办学条件、区域经济要求确定专业的发展定位。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业依托1个教育部重点实验室、2个国家级实验教学示范中心、3个省部级重点实验室，人才培养定位于能从事电子元器件、电子电路乃至电子集成系统的设计和开发等方面工作的工程技术人才。浙江工业大学的电子科学与技术专业主要培养光通信、电子电路系统、集成电路设计等方面的人才。苏州大学的电子科学与技术专业定位在培养能够在电路与系统、集成电路与系统等领域从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的高级工程技术人才。南京理工大学的电子科学与技术专业主要是突出光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的电子科学与技术专业主要定位在培养能从事光电子材料与器件开发的工程技术人才。而我校的电子科学与技术专业定位于服务长三角地区半导体和新能源行业，培养能从事集成电路设计与开发、光电子材料与器件的研发等工作的工程技术人才。
2.课程体系。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子元器件、电子电路系统、电子集成系统的能力，在课程设置上开设了通信电子电路、EDA技术、薄膜物理与技术、电子材料与电子器件、电子系统设计与实践、集成电路设计、嵌入式系统原理和应用、现代DSP技术及应用等专业课程。浙江工业大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子电路系统、集成电路系统的能力，开设了电路原理、模电数电、通信电子线路、集成电路设计、光纤通信原理、光网络技术、数字信号处理等专业课程，以及电子线路CAD实验、单片机综合实验、通信原理实验、通信电子线路大型实验、微电子基础实验、半导体器件仿真大型实验、集成电路设计大型实验等实验类课程。苏州大学的电子科学与技术专业培养学生设计与开发电路与系统、集成电路与系统，从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的能力，开设了信号与系统、电磁场与电磁波、高频电路设计与制作、电子线路CAD、CMOS模拟集成电路设计、VLSI设计基础等专业课程，以及电子技术基础实验、信号与电路基础实验、电子线路实验、电子系统综合设计实验等实验类课程。南京理工大学培养学生从事光电子器件、光电系统和集成电路的设计、开发、应用的能力，开设了信号与系统、光学、光电信号处理、光辐射测量、光电子器件、光电成像技术、超大规模集成电路设计、光电子技术、显示技术、光电检测技术、数字图像处理、半导体集成电路、集成电路测试技术、微电子技术、光电子线路、电视原理等专业课程。徐州工程学院的电子科学与技术专业培养学生设计与开发光电子材料与器件的能力，开设有信号与系统、光电子学、光电子技术、激光原理与技术、光伏材料等专业课程，以及模拟电路课程设计、数字电路课程设计、单片机原理课程设计等实践性课程。我校的电子科学与技术专业主要培养学生集成电路设计、光电子材料与器件的设计与制备能力，开设有半导体物理学、半导体器件原理、MEMS技术、微电子工艺原理与技术、薄膜材料及制备技术、工艺与器件可靠性分析、集成电路工艺与器件模拟、EDA技术、通信原理、数字信号处理、光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤通信技术等专业课程，以及近代物理实验、专业实验等实验类课程。
3.人才培养特色。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业的人才培养特色是注重集成电路设计、系统集成方面能力的培养。浙江工业大学的人才培养注重光纤通信、集成电路设计方面能力的培养。苏州大学的人才培养注重电路与系统设计、集成电路与系统设计方面能力的培养。南京理工大学的人才培养注重光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的人才培养注重光电材料与器件方面能力的培养。我校的人才培养注重电子材料与电子器件的设计与开发、集成电路设计方面能力的培养。
参考文献：
[1]陈鹤鸣，范红，施伟华，徐宁.电子科学与技术本科人才培养方案的改革与探索[A]//电子高等教育年会2005年学术年会论文集[C].17-20.
大规模集成电路设计范文5
关键词：电压基准源;低功耗;CMOS;POLY
Design of a Low Power CMOS Voltage Reference
GUO Lifang,YAO Ruohe,LI Wenguan
(Physics Science & Technology College,South China University of Technology,Guangzhou,510640,ChinaAbstract：An ultra low power,low temperature coefficient voltage reference is described in this paper.The characteristic of the weak inversion MOS transistor is used in this arichitecture.The voltage reference is implemented in CSMC 0.5 μm,double POLY,single metal CMOS process,the die size is 0.036 75 mm2.Test results show that: the maximum operation current is less than 380 nA,the line regulation from 2.5~6 V is 0.025%,the mean temperature coefficient from 20~100 ℃ is 64 ppm/℃ at 4 V supply voltage.The biggest innovations are smaller die size and lower power consumption than other voltage references.
eywords：bandgap voltage reference;low power;CMOS;POLYオ
1 引 言
大规模集成电路设计范文6
一、无线电液控制技术基本原理
无线电液控制技术的基本工作原理:首先,无线电液控制系统将操作者或机器的控制指令进行数字化处理(包括对信号的滤波,A/D转化等处理),变为易于处理的数字信号;其次,对数字指令信号进行编码处理;再次,指令信号在经发射系统进行数字调制后,通过发射天线以无线电波的方式传递给远处的接收系统。最后,接收系统通过接收天线把带控制指令的无线电波接收下来,经过解调和解码,转换为控制指令,实现对各种类型阀的进行控制。
由于无线电液控制技术在工程机械领域占有重要地位,它也越来越受到各国的重视,都投入了很多的技术力量和资金进行研究开发。虽然红外遥控也可以实现电液控制技术的远程遥控,但是由于红外遥控存在对工作背景要求高、能耗高、传输距离短(一般不会超过10米),且必需在同一直线上,中间不能有任何障碍物以及易受工业热辐射影响等缺点,使得无线电液控制技术成为当前研究的主要方向。
二、无线电液控制技术的研究现状及趋势
(一)无线电液控制技术的研究现状
最初,遥控电液控制系统都是采用有线遥控方式进行的。早在60年代初期,人们就能利用拖缆遥控装置来控制液压机械上的手动、电液多路阀,操作时通过拖缆遥控装置上的双向单轴摇杆输出线性比例信号来控制电液比例多路阀,线控盒摇杆的信号完全能模拟液压多路阀上手动拉杆的动作。虽然这种方式也可以使操作人员在作业区外对机械设备进行操作控制,但是由于控制信号在电缆线中的衰减,使得遥控的距离有限,同时由于电缆线的存在,影响了操作的灵活性,而且数米长的电缆经常是生产事故中的主要根源。[2]
随着无线电技术的成熟,把无线电技术引入电液控制系统成为了可能。由于无线电液控制技术是通过无线电波来传递控制指令,完全消除了拖缆式遥控装置所带来的故障隐患。但是一开始的无线电液控制系统都只能发射简单的指令,如:打开/关闭等指令。进入70年代后,随着大规模集成电路及专用微处理器的出现,开发出了可靠性更高的手持式无线遥控系统。后来,随着数字处理技术的快速发展,无线数字通信技术的日趋成熟,利用数字通信技术的抗干扰能力强、易于对数字信号进行各种处理等等的优点,使得遥控系统的抗干扰性能逐步提高,安全性能大大改善;与此同时,模拟集成电路设计的迅速发展,各种高精度的模拟/数字转换器(A/D)和数字/模拟转换器(D/A)的研制成功,并把他们应用到无线电液控制系统中,使得无线电液控制系统不但能够传输开关信号,也能够传输模拟控制量并且对控制指令有较高分辨能力,也就是说,无线电液控制系统不但能够控制普通的电磁开关阀,而且能够控制比例阀。由于无线电液控制技术既有电液控制技术的优点,又有无线技术的优点,因此它有着很广泛的应用,特别是在工程机械领域中。无线电液控制系统的典型应用场合如工业行车、汽车吊、随车吊、混凝土泵(臂架)车、盾构掘进机的管片拼装机等。
80年代初,美国Kraft TeleRobtics和约翰·迪尔等公司,相继开发出无线遥控系统,并应用于挖掘机中,成功推出遥控挖掘机。其中,比较典型的是约翰·迪尔公司的690CR型遥控挖掘机。
1983年,日本小松制作所研究开发了各种工作装置的微动控制和复合动作的无线电操纵,并成功改装PC200-2型液压挖掘机。
1987年,德国HBC公司研制成功应用于工程机械领域的工业无线电遥控装置。这种遥控装置采用了先进的数字化通信技术,传输的比例控制信号安全、可靠和实用,并对发射的指令有很高的分辨率;在接收端使用模拟技术可以使执行机构的加速、减速动作与无线电遥控装置发射器上的动作完全成比例,从而实现对执行机构的无级控制。利用它,结合电液比例伺服驱动机构、液压比例多路阀和电液比例减压阀及普通电磁控制开关阀,就可以实现工程机械的无线遥控。德国HBC无线电遥控系统采用的比例输出信号(0-5V/10V、4-20mA、PWM0-2A)可与多个厂家电液多路阀信号匹配,可模拟手动操作方式达到与液压控制系统互相间的协调。
与国外对无线电液控制技术的研究应用相比较,国内则相对比较晚,技术相对也落后一些。上海宝山钢铁公司于1997年引入HBC无线遥控系统、意大利FABERCOM的比例液压伺服模块,对黄河工程机械厂生产的ZY65型履带式装载机进行了遥控改造,使其成为一台遥控装载机。
(二)无线电液控制技术研究趋势
随着数字通信技术和超大规模集成电路的高速发展,把数字通信技术和高性能、高集成度的集成电路应用到无线电液控制技术中,使得无线电液控制器的性能更加完善,可靠性更加高。它们都推动着无线电液控制技术的发展,具体表现在以下几个方面:(1)超大规模集成电路的飞速发展使无线电液控制器硬件电路的可靠性提高,同时为实现更强大的(下转第152页)(上接第193页)功能提供了可能性;(2)数字通信技术提高了无线电液控制器的性能;(3)纠错编码技术提高了无线电液控制器的抗干扰能力。
三、无线电液控制技术在盾构管片拼装机中的应用
盾构管片拼装机是一六自由度机械手,由电液比例多路阀控制各个方向执行器动作,实现管片的拼装。利用无线遥控系统控制电液比例多路阀的先导级就可以控制进入多路阀的流量。采用电液比例技术能提高管片机的拼装速度,有效地降低工程造价。
四、结语
由于无线电液比例技术具有多方面的优点,在工程机械领域得到了广泛的应用。将无线遥控技术应用于盾构管片拼装机系统,将具有重要的工程应用意义。
【参考文献】
[1] 郑贵源.无线遥控装置在工业控制中的应用[J].机械与电子,1997,(2).
