集成電路CAD教學(xué)實(shí)踐方法探索

向舜然

集成電路CAD教學(xué)實(shí)踐方法探索

向舜然

摘要：集成電路版圖設(shè)計是微電子產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán)，是連接設(shè)計與制造的橋梁，關(guān)系到集成電路最終的性能。隨著集成電路的特征尺寸的減少，密集度的提高，對版圖設(shè)計人員的要求進(jìn)一步提高，不僅僅是對版圖設(shè)計人才的素質(zhì)，而且在人員的需求量上也成倍的增長。那么往往學(xué)校的教學(xué)不能與技術(shù)的革新同步，學(xué)生再接受學(xué)校的培養(yǎng)之后，一般到企業(yè)要經(jīng)過二次培訓(xùn)，浪費(fèi)了大量的資源和時間。本文通過分析并探索實(shí)踐了集成電路CAD的新的考核方法，實(shí)際教學(xué)中得到較好的效果，值得改革。

關(guān)鍵詞：集成電路；考核方法；改革

一、引言

《集成電路CAD》是微電子技術(shù)專業(yè)的核心課程之一。課程所講授的集成電路版圖設(shè)計是銜接集成電路設(shè)計與制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在本專業(yè)的學(xué)習(xí)與職業(yè)能力培養(yǎng)中起重要作用。本課程實(shí)踐性很強(qiáng)，主要培養(yǎng)學(xué)生的cadence軟件使用技能、電路分析能力、器件版圖識別分析能力、集成電路版圖設(shè)計與驗(yàn)證能力等版圖分析、版圖設(shè)計崗位技能的核心部分。

本課程的學(xué)習(xí)將完成學(xué)生進(jìn)入集成電路版圖相關(guān)崗位前的基本能力訓(xùn)練，有助于學(xué)生更快的適應(yīng)崗位工作。前期課程主要有《數(shù)字電路》《模擬電路》《半導(dǎo)體集成電路》《半導(dǎo)體器件物理》《集成電路制造工藝》等。集成電路版圖是銜接集成電路設(shè)計與半導(dǎo)體制造工藝的接口。本課程重點(diǎn)介紹集成電路與版圖的分析方法、版圖設(shè)計技巧，以及版圖驗(yàn)證方法。使學(xué)生具備在cadence軟件平臺上分析電路、設(shè)計版圖，并最終完成驗(yàn)證等版圖設(shè)計員應(yīng)有的基本能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者應(yīng)該具備集成電路版圖設(shè)計應(yīng)有的知識、技能與素質(zhì)[1]。

學(xué)生來學(xué)校讀書最大的期望是能學(xué)以致用，找到一份合適的工作，經(jīng)過座談會，調(diào)研等方式了解到。學(xué)生經(jīng)常會對自己所學(xué)習(xí)的版圖知識產(chǎn)生疑問，到底自己學(xué)了版圖后能干什么，企業(yè)對這個崗位的要求又是如何的？他們都很迷茫，特別是如果老師自己不是長期在企業(yè)行業(yè)工作的情況下更為明顯。如果有行業(yè)的人員能直接跟學(xué)生溝通，告訴他們需要在學(xué)校期間學(xué)習(xí)什么，重點(diǎn)掌握哪些知識，哪些素質(zhì)。學(xué)生也不會漫無目的學(xué)習(xí)。通過調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，存在兩個問題：第一，學(xué)生在學(xué)校期間無法定位自己以后從事的工作。沒有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。第二，企業(yè)、研究所的版圖需求量大，但是卻無法找到合適的微電子專業(yè)的員工，往往從其他專業(yè)招聘到員工。而這些員工由于沒有進(jìn)行系統(tǒng)的微電子專業(yè)學(xué)習(xí)，無法深入的理解版圖的原理，在繪制版圖的時候就達(dá)不到一定的效率。無法及時完成項(xiàng)目進(jìn)度，造成拖延。并且版圖設(shè)計人員的流動性大，新員工需要進(jìn)行2-3各月的培訓(xùn)才能做基本的工程項(xiàng)目。

二、集成電路CAD課程安排

本課程要求學(xué)生有扎實(shí)的電子電路和專業(yè)英語基礎(chǔ)，具備較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，如《數(shù)字電路》《模擬電路》《半導(dǎo)體集成電路》《半導(dǎo)體器件物理》《集成電路制造工藝》等。

在教學(xué)組織上，安排了30個課時的理論教學(xué)，30學(xué)時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)；以此進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對版圖設(shè)計的了解，熟悉并掌握版圖設(shè)計專業(yè)知識和基本技術(shù)。具體安排的課時和內(nèi)容：集成電路版圖原理與MOS管版圖結(jié)構(gòu)的繪制6節(jié)、電路分析與CMOS反相器版圖設(shè)計4節(jié)、與非門/或非門版圖設(shè)計與版圖驗(yàn)證4節(jié)、棒狀圖的使用與異或門版圖設(shè)計4節(jié)、基本D觸發(fā)器版圖設(shè)計4節(jié)、電壓比較器版圖設(shè)計4節(jié)、集成RC振蕩器版圖設(shè)計4節(jié)。確定課程標(biāo)準(zhǔn)是課程建設(shè)的關(guān)鍵，是完成人才培養(yǎng)方案的保障，是課程的綱領(lǐng)性文件，是課程組不同教師任教的尺度。我們和24所等企業(yè)共同開發(fā)了《集成電路CAD》的課程標(biāo)準(zhǔn)，主要欄目有：課程基本信息、課程學(xué)習(xí)目標(biāo)描述、課程能力標(biāo)準(zhǔn)要求、課程主要內(nèi)容、學(xué)習(xí)者能力測試指導(dǎo)、教學(xué)資源配置等。在近幾年實(shí)施過程中，經(jīng)過了反復(fù)修改和完善。本課程在教學(xué)內(nèi)容的選擇和使用上，一貫遵循篩選優(yōu)化的原則。高度關(guān)注高職教育在教材編寫上的新變化，及時更新和選用優(yōu)秀教材。近幾年來，我們采用的教材不斷跟隨新的教學(xué)計劃和招生計劃的調(diào)整進(jìn)行變動，在同類教材中進(jìn)行反復(fù)的比較遴選，采用能夠?yàn)榻處熓谡n和學(xué)生學(xué)習(xí)提供最大便利的優(yōu)質(zhì)教材，并始終圍繞著學(xué)生的具體情況和學(xué)習(xí)特點(diǎn)選擇教材或編寫教材[2]。

三、教學(xué)實(shí)踐改革

掌握企業(yè)實(shí)際需求。由于微電子版圖設(shè)計企業(yè)的性質(zhì)，導(dǎo)致需求也會不盡相同。企業(yè)會對版圖設(shè)計人員所掌握的版圖工具（有多種）類型、版圖人員的熟練程度（上手時間）、版圖設(shè)計人員的性格（嚴(yán)謹(jǐn)度）、版圖設(shè)計人員的基礎(chǔ)知識掌握度（有可能從事多個崗位）以及版圖分析能力有不同的要求。這就要求我們對企業(yè)的需求有準(zhǔn)確的把握，并在教學(xué)環(huán)節(jié)中刻意去強(qiáng)化企業(yè)的需求。量身定制版圖教學(xué)計劃。目前的集成電路版圖教學(xué)計劃都是依據(jù)課本上的知識，由于集成電路發(fā)展快，分類廣，因此書本上無法涵蓋所有知識，以目前的課本為例，集成電路版圖有雙極型和數(shù)字型MOS管型電路的繪制，但課本側(cè)重于數(shù)字MOS管型電路的繪制。而重慶大部分的版圖設(shè)計企業(yè)都需要繪制雙極型電路。學(xué)生以后進(jìn)企業(yè)后第一件事兒就是學(xué)習(xí)雙極性版圖的繪制。無異于上課大部分時間做了無用功。因此根據(jù)企業(yè)工程師的學(xué)習(xí)培養(yǎng)經(jīng)歷及企業(yè)的需求制定教學(xué)計劃，不論是學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)還是企業(yè)的培訓(xùn)負(fù)擔(dān)都大大降低。建立企業(yè)員工行業(yè)教師交換機(jī)制。行業(yè)的教師往往不能及時的把握企業(yè)的需求，即使在短暫的溝通過后了解到企業(yè)目前的需求，但是企業(yè)的需求是會變化的。技術(shù)也是在變化的，因此老師到企業(yè)去鍛煉，首先可以很好的了解到現(xiàn)行狀況下的需求，也能對版圖最新的工具及設(shè)計方法有了解，回到學(xué)校也可以更好的實(shí)施教學(xué)。曾經(jīng)有老師講授的某個軟件都已經(jīng)淘汰很多年的情況，這種情況下，學(xué)生即使學(xué)會了，出了校門也不能運(yùn)用。版圖設(shè)計員工來學(xué)校教學(xué)，首先能把版圖設(shè)計的優(yōu)秀的一些品質(zhì)傳遞給學(xué)生，并且學(xué)生與員工溝通，更能了解企業(yè)的前景，發(fā)展，需求等一系列問題。為以后學(xué)生進(jìn)入并融入企業(yè)打下基礎(chǔ)。版圖員工也會對學(xué)生有一定的了解。方便引進(jìn)優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)企業(yè)。研究共同培養(yǎng)的可行性。研究制定學(xué)生到企業(yè)鍛煉的安全、實(shí)習(xí)內(nèi)容、實(shí)習(xí)形式、鍛煉時間、鍛煉待遇政策，就共同培養(yǎng)教學(xué)計劃、教學(xué)進(jìn)程表、考核評價，學(xué)生定向就業(yè)等相關(guān)內(nèi)容給予書面的約定。考核的時候平時成績由五個方面組成：出勤情況、上課答疑、實(shí)踐報告、完成作業(yè)、學(xué)生自評。其占比分別為30%、10%、30%、20%、10%。其中《集成電路CAD》的作業(yè)分成理論、實(shí)踐報告、設(shè)計等類型，每次課后都有要求。學(xué)生自評的成績由如下幾部分組成：學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)踐報告質(zhì)量、制造測試質(zhì)量、回答教師提問質(zhì)量等組成。期末成績的組成與比例：期末成績由二個方面組成，首先是理論考試站到期末成績的40%、其次是實(shí)踐考核占到60%。其中實(shí)踐考核方式采用隨機(jī)考查的方式來完成，其內(nèi)容是平時在課堂上所講授的內(nèi)容及實(shí)操內(nèi)容，在學(xué)生進(jìn)校的手讓學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣。讓他們理解到只要平時上課跟著老師一步一步走，該做的實(shí)驗(yàn)都準(zhǔn)時高質(zhì)量完成，考核就不怕不能通過。理論考核實(shí)際上占比不多，主要是考核學(xué)生在上課時候掌握知識的情況，主要是理論的知識，也近似一些常識性的東西。一般以閉卷形式對學(xué)生進(jìn)行測試考核。總評成績由以上二個方面組成。平時成績50%考試成績50%，考核方式及考核內(nèi)容與傳統(tǒng)相比，作了較大的改革。探索建立一條由版圖設(shè)計公司需求到人才培養(yǎng)到學(xué)生就業(yè)的專用通道。解決版圖設(shè)計公司用人荒，培訓(xùn)困難，人員流動大等問題。解決學(xué)校培養(yǎng)與實(shí)際差距大的問題。解決學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)性不強(qiáng)，積極性不高的問題[5]。

參考文獻(xiàn)：

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[2]施敏，徐晨.基于九天EDA系統(tǒng)的集成電路版圖設(shè)計[J].南通：南通工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，3(4)：101-103

[3]黃靜，施敏，張振娟，張雪峰.“集成電路CAD”課程教學(xué)平臺的構(gòu)建[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2012，04：41-42.

[4]施敏，孫玲，徐晨，景為平.淺談“集成電路版圖CAD”課程建設(shè)[J].中國集成電路，2007，12：59-62.

[5]張宇.人力資本專用性和企業(yè)參與職業(yè)教育的行為選擇[J].職業(yè)技術(shù)教育.2006，(6)：43-44.

中圖分類號：TN40

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者單位：（重慶城市管理職業(yè)學(xué)院）

作者簡介：向舜然（1987.03-），男，重慶人，碩士研究生，研究方向：數(shù)字信號處理FPGA實(shí)現(xiàn)，工作單位：重慶城市管理職業(yè)學(xué)院。