中職院校集成電路測試實驗室的建設與管理

楊春娜

遵化市職業技術教育中心

中職集成電路測試實驗室作為中職院校開展教學實驗和學科建設的重點產業基地，在人才培養、科學研究等方面發揮著至關重要的作用。中等職業院校測試實驗室的發展水平，直接決定其教學成果的質量、科研水平和人才培養質量，因此有必要探討和科學研究中職院校的基本建設問題，為弘揚中等職業院校集成電路測試實驗室的可持續發展理念，最終提高學校綜合水平。

一、中等職業院校集成電路測試實驗室建設與管理的必要性

（一）中等職業院校集成電路測試實驗室隊伍建設問題

中職院校測試實驗室師資隊伍和管理隊伍影響實驗教學水平，根據課堂教學實踐活動，實驗教學人才分為實驗教師、實驗技術人員和管理人員三類，實驗教師的基本工作職責是研究和課堂教學。中職院校測試實驗室教師的職責是保證實驗設備的一致性、機械設備開發設計的潛在作用，保證實驗設備的規格型號符合要求，耗材符合要求，質量可靠，管理人員負責中等職業院校集成電路測試實驗室的數據上報統計、費用報銷、清潔衛生、中職集成電路測試實驗室的測試排序和日常管理工作。

（二）中等職業學校測試實驗室資源消耗及測試時間必要性

從中職院校使用資產的角度來看，都要考慮資產投資的收益，由于在校學生總數的增加，現階段部分實驗設備短缺，部分昂貴機械設備利用率低等現象在中職院校IC測試實驗室普遍存在[1]。中等職業院校集成電路測試實驗室基礎建設的初衷，是為了更好地為學生提供更強的教育資源和教學環境，在教學環節中發現，由于中職院校測試實驗室開放時間的限制，很多情況下沒有使用測試實驗設備，僅在學生在實驗班時使用，中職院校集成電路測試實驗室的初衷并不一致，導致了教育資源的消耗。學生一般按照課程安排來中職院校測試實驗室進行測試，因為分配到的中職院校測試實驗室是固定的，實驗班的時間是固定的，要求學生必須在規定的時間內完成具體的考試內容，對于一些非常復雜的測試，測試時間是不夠的。

二、中等職業院校集成電路測試實驗室的建設背景

（一）集成電路發展趨勢背景

集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。縮寫為IC；采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；是使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面發展的核心因素之一。

Gartner報告顯示，2019年全球半導體收入總計4,183億美元，相比2018年下滑了11.9%。從國內情況來看，受到全球半導體市場下滑影響，我國集成電路產業2019年增速也出現顯著下降，根據中國半導體行業協會統計，2019年1-9月，中國集成電路產業銷售額5,049.9億元，同比增長13.2%，增速同比下降了9.2個百分點。據中商產業研究院數據庫顯示，2020年1-2月中國集成電路出口量有所增長，2020年1-2月中國集成電路出口量為327.2億個，同比增長13.6%。

（二）中等職業學校人才培養背景

集成電路產業鏈對高層次人才的技術預見工作能力要求極高，要知道集成電路產業鏈中的技術復合類型，同時要有技術和管理方法的交集。例如與市場的兼容性，同時，半導體材料的開發、設計和制造也必須通過一定規模以上企業之間的團隊合作來推動，中等職業院校集成電路產業鏈優秀人才的塑造要面向中國要求，努力塑造具有自主研發和自主創新能力的集成電路產業鏈高層次人才。近年來，雖然我國集成電路發展勢頭良好，前景廣闊，但大家必須清醒地認識到我國本土集成電路企業與世界全產業鏈的差異，尤其是優質集成電路的應用，我國在設計、制造、機械、設備、原材料等方面與全球的卓越水平存在顯著差異。我國的集成電路企業在開發自主創新產品和設計方案的能力上，與世界領先廠商也存在較大差距，集成電路產業鏈是一條新技術產業鏈，集成電路創新人才的創造必須以高科技機械設備為支撐。現階段，普通中等職業院校集成電路專業設計的課程目標主要以項目設計、實驗、生產實踐階段為主，讓學生慢慢轉換他們所學的集成電路設計、信息系統集成等專業技能，促進了集成電路在社會發展中的各行各業的普遍應用，實施和完善中等職業院校集成電路設計方案實驗室的基礎建設，是塑造高素質集成電路優秀人才的必然要求。

三、集成電路專業實驗室建設規劃

中等職業院校集成電路設計實驗室的基礎建設具有重要的課堂教學和科研實際意義，實驗室的發展水平直接決定了其教學成果的質量、科研水平、人才水平。因此，必須圍繞中等職業院校實驗室建設的基本問題對培養質量進行探討和科學研究，以促進實驗室可持續發展的理念，最終提高各院校的綜合水平。

（一）專業基礎實驗室

中等職業院校的教育以培養高素質實用型人才為主，塑造出來的學生不僅要有扎實的理論基礎，還要有扎實的專業技能。技術類專業基礎實驗室注重培養學生的理論基礎，以認證考試和可操作性考試為主導，根據實驗，學生可以開展技術專業課程和專業學科基礎理論的實踐活動，加強對半導體物理、微電子技術加工技術、版圖設計基礎理論的理解，提高邏輯思維和實踐能力，為進一步學習科目打下堅實的基礎[2]。集成電路的設計過程基本包括：電路原理、仿真前仿真、版圖設計、仿真后仿真、事后處理，中等職業院校的基礎實驗室要達到完成這個基本過程的標準。

例如，金陵信息電子學院集成電路測試實驗室是電子器件科學與技術學科實驗室，為學生開設了“集成電路測試”、“自動化測試導論”、“封裝測試”、“混合信號測試”、 “集成電路檢測標準基礎”等測試課程內容及配套設施學科設計。實驗室擁有各類通用集成電路電子元器件、半導體材料集成電路主要參數測試儀、晶體管特性圖例儀、四探針測試儀、CV/IV特性測試儀、半導體材料霍爾效應測試儀、半導體元器件光學特性測試儀、高分辨光學顯微鏡、探針臺、直流可調穩壓電源、數字萬用表、數字示波器、信號源、頻率計等相關機械設備。

根據本實驗室的測試實踐階段，學生應掌握半導體材料集成電路測試的基本原理和具體方法，使學生掌握晶體管和集成電路各種測試、測量理論基礎、結構模型、測試的方法和意義。并且可以檢測半導體材料的電阻、霍爾系數、單晶少數載流子壽命、半導體材料集成電路的主要參數、晶體管的特性、硅基的特性太陽能板。實驗室與英國國家分析儀器公司（NI）合作，塑造公司所需的集成電路測試專業人才，建立了半導體集成電路芯片級微納電子的測試和表征平臺。

（二）集成電路設計平臺的建設

集成電路設計平臺除了具備基本的軟硬件系統外，還應有一套涵蓋集成電路設計方案全步驟的實驗方案，同時具備半導體元器件、集成電路測試等功能，標準充實和拓展對應課程的實驗內容，提高學生的主動性，在課堂教學應用中，學生可以進行實際的實驗過程，將基礎知識的資金投入到操作過程中，平臺可實現基礎數字集成電路測試。

全面的定制化設計方案測試、硬件配置描述語言設計方案和認證測試等實驗流程，該平臺的建立不僅有利于集成電路設計方案的測試課程內容，還可用于“半導體器件物理”“微電子工藝原理”等其他電子課程。

（三）實驗室建設項目的實施

實驗室作為學校教學實驗和學科建設的重點場所，在課堂教學中發揮了教學、教育、科研、培養優秀人才的重要作用。因此，中等職業院校實驗室規劃的關鍵目標是學習和辦公環境的基礎建設，即實驗室各種實驗設備和模擬設備的基礎建設[3]。以學校成功完成基礎建設的集成電路實驗室為例，實驗室的關鍵是使用SOC集成電路設計方案和基于FPGA集成電路設計方案的教學實驗，學生進行EDA實驗、項目設計和畢業設計等課堂教學日常任務，塑造學生在中等職業院校課堂教學日常任務中使用智能EDA專用工具設計各種電子電路和控制系統的能力，學校集成電路實驗室可容納近50名學生開展實驗學習和學科建設。

在軟件層面，集成電路實驗室的電子計算機配備了32位和64位VMware Workstation，主要用于模擬集成電路電路原理圖的設計方案，仿真以及板圖的設計方案學習。應用RedHatEnterpriseLinuxServer6.0系統軟件、許可網絡服務器及其smic-18處理技術，其中包括電容、電阻、電感等無源元件，以及各種波形信號源元件，該軟件工具大大提高了教師講課和孩子們的學習效率，在硬件配置層面，有50臺裝有Linux的聯想電腦，供學生閱讀材料和參考文獻、電源電路的設計方案和仿真等文章，并進行課堂教學，實驗室配備投影儀，用于教師講課、PPT播放等，多臺凌陽FPGA環境測試箱用于EDA課程內容的實驗過程，多臺數字示波器用于檢查和跟蹤電源電路的波形，實驗室的建設使教師講課和學生學習效率提高。

（四） 管理體制建設

為了更好地提高實驗室的工作效率和資源利用率，體現實驗室規劃的實際效果，必須將科研管理機制應用于實驗室，防止“重基建、輕管理”。因此，管理機制的基礎建設也是實驗室規劃的重要組成部分。可以說，管理方法體現在實驗室規劃的上述各方面。一個優秀的管理方法就像潤滑劑，可以使實驗室的所有部件正常高效地運行。實驗室可以根據每位教師的研究內容、技術專業情況、科研興趣等，在人員結構層面劃分為多個科研工作組。每個小組報告進度并根據每周例會進行討論。對于學術研究問題，充分發揮教師的指導意義，在群體間，基于資源共享、科研、課堂教學等成果，進行資源整合，確保高質量的成果；在管理制度層面，根據具體情況制定考勤管理和考核，嚴格遵守各項規章制度。一方面保證了明確的工作目標，另一方面也鼓勵了創新能力的有效性。對優秀論文和專利申請給予一定的獎勵，充分發揮學生的主動性與創新思維能力，體現“以人為本”的管理模式。

四、結語

總而言之，只有從以上各級提升實驗室的基礎建設，才能滿足課堂教學和科研的需要，提高教學科研水平，造就適應課堂教學和科研需要的綜合性人才，實驗室建設將是學校全方位基礎設施發展過程中長期的任務，