集成电路工艺设计范文

集成电路工艺设计篇1

关键词：集成电路工艺；立体化教学；探索与实践

微电子技术是高科技和信息产业的核心技术，是伴随着集成电路（IC）发展起来的高新技术，对国民经济和国家安全有着举足轻重的战略作用。集成电路工艺作为电子科学与技术相关专业的专业课程，其任务是使学生掌握集成电路的主要工艺技术及相关原理，培养其自主解决工艺问题的能力。课程具有实践性强、理论与实践密切结合的特点，目前的教学存在强调理论、忽视实践的问题，学生害怕硬件，缺乏动手能力，不能扎实系统地掌握课程知识。本文对集成电路工艺的教学方法和教学内容进行了探讨，搭建了“理论―模拟―实践”的立体化教学平台，为大学教学改革提供参考。

一、目前课程存在的问题

1.教学模式的限制

在课程教学中，教学模式主要以理论授课为主，但是高等院校对微电子及集成电路专业的人才培养方式越来越强调对学生实践能力的培养，传统板书和多媒体PPT演示的教学方法已经无法满足与实验教学有机的结合。

2.教学资源的缺乏

要培养学生具备较好的动手能力及基本的科研素质，在集成电路工艺实验教学中，必须使用各种工艺设备，如扩散炉、退火炉、光刻机、刻蚀机等，这些设备仪器价格昂贵，购置和维护这些设备的费用远远超出了学校的承受能力，导致其中部分实验无法开设，降低了教学效果。

3.课程设置僵化

目前集成电路工艺的课程设置一般是采用理论教学和实验教学结合、理论教学和计算机模拟结合的形式，或者单独进行相关的课程设计，整个知识面不够系统，并且考核形式比较单一，不利于学生集成电路工艺设计和分析能力的提高。

二、立体化教学在课程中的实践

1.理论教学设计

集成电路工艺的基础知识所涉及的面较广，理论性较强，要求学生能够扎实掌握半导体原理和器件的相关知识，能够从前期的课程基础上解释工艺中出现的问题，如外延层构造及缺陷与器件性能间的联系、扩散参数与掺杂离子分布的联系等。所以，在教学内容的选择上突出交叉课程的相关性，将半导体原理和器件的内容融入工艺的教学内容中，有利于电子科学与技术专业学生对课程体系的整体掌握。

2.模拟仿真设计

TCAD（Technology CAD） 即工艺计算机辅助设计已经在集成电路工艺中有着举足轻重的作用，广泛运用于工艺优化、控制以及设计优化中，不但可以通过模拟芯片制备的整个工艺流程节省实验成本，在实验前后以及进行过程中，可以随时观察各项数据，对实验过程和结果进行直观分析，从而使学生得到及时全面的认知，改善教学效果。对理论教学中的案例进行验证性和探究性模拟实验设计，可以进一步加强学生对知识的掌握程度。基于南通大学的SILVACO―TCAD的教学软件，同样以热扩散工艺为例，如下图所示，扩散深度随着扩散时间的增加而增加，可见在模拟实验中可以便捷地修改各项参数，灵活设计教学内容。

3.实验教学设计

实验作为教学的重要组成部分必须与理论教学相辅相成， 必须能有效地促进学生对理论的理解，又要能在实验中应用相关理论，为学生获得新的理论知识打下良好的基础。目前集成电路工艺课程存在实验仪器贵重、精密、量少与实验人数多、实验时间短的供需矛盾，因此对于现有的设备一定要对实验参数进行正交设计，从全面实验中挑选出部分有代表性的点进行实验，注重高效率、快速、经济。

综上所述，在集成电路工艺课程中，建立理论授课―TCAD工艺模拟―工艺实验密切结合的立体化实验平台，不但能丰富课程的教学内容，而且能激发学生的学习兴趣，也能使学生更为扎实地掌握集成电路制备的整个流程和设计方式，增强动手能力，提升教学效果。

参考文献：

戚玉婕.TCAD在“半导体工艺”课程中应用的教学探讨[J].扬州：扬州教育学院学报，2013，31（3）：85-87.

集成电路工艺设计篇2

【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

微电子技术基础包含半导体器件、集成电路制造工艺等，在电子信息科学与技术专业课程体系中具有承上启下的作用，衔接先前的低频电子线路课程，为后续集成电路方向研究打下基础。课程组需要不断摸索和实践，并结合当下科技发展的趋势来完善课程体系。以理论教学为载体，以培养学生学习主动性和科技创新性为核心，将现代教育理念融入到微电子技术课程中。本文立足于当前专业体系存在的问题，制定本课程教学大纲，探讨了课程开展的教学方式，目的在于为电子类相关课程的教学改革提供参考。

集成电路工艺设计篇3

[关键词]工艺原理 器件模拟与仿真 微电子技术

[中图分类号] G420 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）11-0112-03

0引言

西安邮电大学微电子科学与工程专业源于原计算机系的微电子学专业，2005年开始招收第一届本科生，专业方向设置偏向于集成电路设计。2013年，根据教育部《普通高等学校本科专业目录（2012年）》的专业设置，将微电子学专业更名为微电子科学与工程专业。2009年至今，该专业累计培养本科毕业生6届。根据历年应届毕业生就业情况和研究生报考方向，我们发现半导体工艺方向人数比重呈现逐年上升的趋势。另外，随着我国经济的快速发展，中西部地区半导体行业的投资力度也越来越大，例如韩国三星电子有限公司、西安爱立信分公司等落户西安，半导体人才需求日益增加。

根据2014年，微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位，设置出半导体工艺、集成电路设计两大课程体系，可实现半导体工艺、集成电路设计和集成电路应用人才的个性化培养。半导体工艺课程体系除设置固体物理、半导体物理学、半导体器件物理等专业基础课程外，还包含集成电路工艺原理、器件模拟与仿真、集成电路制造与测试和半导体工艺实习等专业课程。本课程体系是微电子技术领域人才培养的核心，旨在培养学生掌握集成电路制造的工艺原理、工艺流程以及实践操作的能力，同时也是培养具有创新意识的高素质应用型人才的关键。

因此，整合集成电路工艺原理与实践课程体系的教学内容，充分利用微电子技术实验教学中心现有的硬件环境和优势资源，加强软件设施，例如实践教学具体组织实施方案及考核机制的建设，构建内容健全、结构合理的集成电路工艺原理与实践课程体系，对微电子科学与工程专业及相关专业的人才，尤其是半导体工艺人才培养的落实和发展具有重要意义。

一、面临的主要问题和解决措施

（一）教学面临的主要问题

课程体系是高等学校人才培养的主要载体，是教育思想和教育观念付诸实践的桥梁。集成电路工艺原理与实践课程体系注重理论教学与实践教学的紧密结合，不仅让学生充分了解、掌握集成电路制造的基本原理和工艺技术，而且逐步加强学生半导体技术生产实践能力的培养。然而，该课程体系相关实践环境建设与运行维护耗费巨大，致使大多数高等院校在该课程体系的教学上仅局限于课堂教学，无法做到理论与实践相结合。

为解决这一问题，学校经过多方调研考察、洽谈协商，与北京微电子技术研究所进行校企合作，建立了半导体工艺联合实验室。通过中省共建项目和其他项目对半导体工艺联合实验室进一步建设、完善，为微电子科学与工程专业及相关专业本科生提供了良好的工艺实践平台。然而，在实际教学过程中，专业课程内容不能模块化、系统化，理论教学与实践教学严重脱钩，工程型师资人员匮乏，教学效果不理想。因此，对集成电路工艺原理与实践课程体系进行深化改革与探索，可谓任重而道远。

（二）主要的解决措施

1.课程体系整合优化

集成电路工艺原理与实践课程体系服务于半导体产业快速发展对人才培养的需要。本课程体系以集成电路工艺原理、器件模拟与仿真和工艺实践为主线，将集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真、集成电路封装与测试、新型材料器件课程设计和半导体工艺实习等课程内容进行整合，明确每门课程、知识的相互关系、地位和作用，找到课程内容的衔接点，让每一门课程都发挥承上启下的作用，保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求。在此基础上，设置半导体材料、半导体功率器件、纳米电子材料与器件等专业选修课，培养学生的兴趣、爱好和特长，以满足个性化培养需要。

为解决微电子科学与工程专业本科生实践形式单一、综合程度不高导致解决实际问题的应用能力不足等现象，集成电路工艺原理与实践课程体系在力求理论教学与实践教学有机融合的基础上，设置微电子学基础实验、半导体器件模拟仿真、半导体工艺实习以及新型材料器件课程设计等实践课程，形成由简单到综合、由综合到创新的递阶实践教学层次。通过独立设课实验、课程设计、科研训练、生产实习、社会实践、科技活动和毕业设计等实践环节达到预期的效果。同时，注重课程形式的综合化、科研化，提高综合性、设计性实验比例，使实践课程与理论课程并行推进，贯穿整个人才培养过程。

2.考核体系的完善

考核体系总体上包括理论课程考核体系和实践课程考核体系。目前，理论考核体系已基本成熟。然而，长期以来，我国教育领域由于实践教学成本高、经费得不到保障，所以考核主体对实践环节考核的积极性不高、重视程度不够，导致考核制度不完善。集成电路工艺原理与实践课程体系在不断完善理论教学考核体系的同时，尤其注重实践教学体系的改革。将教学实验项目的实验过程、工艺参数和器件性能等列为考核的过程。兼顾定性与定量相结合、过程与结果相结合、课内与课外相结合、考核与考评相结合的原则，不断完善实践教学的考核体系，形成以学生为中心的适应学生能力培养和鼓励探索的多元实践教学考核体系。该体系能全面、准确地反映学生的应用能力和实际技能，激发学生的学习动力、创新思维和创新精神，促进人才培养质量和水平的提高。

3.教学团队构建

根据集成电路工艺原理与实践课程体系对高素质应用型人才培养的需要，本教学团队秉承“以老带新”的传统，为青年教师配备老教授或资深教授作为指导教师。在日常教学过程中，由老教师对年轻教师进行业务指导，负责教学质量的监控与授课经验的传授。在老教师的“传、帮、带”和示范表率作用下，青年教师间互相听课、交流教学心得，定期组织教学竞赛，体现以人为本，强调德才兼备，营造青年教师良好的教与学氛围。同时，课程体系团队积极为任课教师创造条件，加大队伍培养建设，鼓励教师走出去，了解企业的运作模式，提高自身的业务能力。目前，已有多位教师到企业参观交流、参加各种业务能力培训，取得了多种职业资格认证，教师的业务能力和水平得到大幅提升。

西安邮电大学经过多年建设和培养，形成了一支结构合理、师资雄厚的教学团队，具有高学历化、年轻化和工程化的特点。本课程体系现拥有任课教师15名，其中具有博士学位的教师7名，副高以上职称的教师8名，40岁以下的教师占课程组教师总数的60%，具有工程实践经验的教师占课程组教师总数的40%。

4.实验环境的优化

实验环境是实践教学和科学研究的关键性场所。根据微电子科学与工程专业半导体工艺、集成电路两大课程体系对人才培养的需要，微电子技术实验教学中心下设微电子学实验教学部和集成电路实验教学部，共计占地约1300平方米。微电子学实验教学部下设微电子学基础实验室、半导体工艺仿真实验室、半导体工艺实验室、微 / 纳材料器件实验室、材料器件分析实验室。微电子学基础实验室，拥有霍尔效应、高频晶体管测试仪、四探针测试仪等常规设备，可实现微电子学专业基础实验。半导体工艺仿真实验室，配置Silvaco、ISE和EDA等专业仿真软件，可实现半导体器件工艺参数和性能的仿真。半导体工艺实验室拥有双管氧化扩散炉、光刻机、LP-CVD、离子束刻蚀机、磁控溅射台、高温快速退火和激光划片等设备，可实现半导体工艺生产。微 / 纳材料器件实验室设计专业，配备排风、有害气体报警系统，拥有气氛热处理程控高温炉、纳米球磨机、高压反应釜等设备，可实现多种纳米材料器件的制备。材料器件分析实验室，拥有吉时利4200-SCS半导体特性分析系统、太阳能模拟器和化学工作站等设备，可完成新型材料器件的测试分析。

通过实践教学资源配置、环境优化，实现了实验教学中心的整体规划和布局;针对大型贵重精密设备配备专业操作人员，进行定期的维护和保养;制定大型设备的操作流程和规范，保证实践教学的顺利实施。实验平台的建设，将为相关专业的本科生、研究生和教师在实践教学、科研方面搭建一个良好的学术平台。

二、改革的特色和预期成果

（一）改革的特色

1.校内实验平台的优化

集成电路工艺原理与实践课程体系的构建，使专业培养方向定位更加明确、教学内容更加明了。尤其是在教学形式上，从教学内容整合、考核体系制定、教学团队形成和实验环境优化等进行了多方位、多角度的改革探索。围绕集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真和半导体工艺生产实践教学内容为主线，保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求;利用选修课实现学生专业个性化培养。通过合理设置理论课程与实践课程比例、课内课程与课外课程比例，可有效地控制教学内容的稳定性、机动性，推进课程内容的重组与融合。同时，引领学生独立思考、主动探索，激发学生的创新意识和提高学生解决实际问题的能力。

2.校企合作实验平台的构建

在校内实践教学的基础上，微电子技术实验教学中心先后与西安芯派电子科技有限公司、西安西谷微电子有限责任公司等微电子器件及测试公司建立了良好的交流合作关系。这些关系的建立，可使微电子科学与工程专业的学生在校外公司，例如在西安芯派电子科技有限公司进行半导体器件再流焊工艺的实习。校内外互补的工艺实践体系构件，使学生不仅掌握集成电路工艺实践基本知识和原理，更能够掌握实际行业内集成电路工艺中需要考虑的系列问题，从而培养了工程的思维方式。

（二）改革的预期成果

1.达到理论与实践教学的有机融合

理论学习是知识传递过程，实践则是知识吸收过程。实践环节教学能巩固、加深学生对课堂上所学知识的理解，培养学生的实践技能。集成电路工艺原理与实践课程体系，将课程体系教学内容按层次分为半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践三个主要部分。通过半导体工艺原理的学习，掌握材料器件的基本参数、性能和制备方法;通过器件模拟与仿真，了解各种制备方法、工艺参数和器件性能之间的关系;通过半导体工艺实践，充分调动学生的学习积极性、主动性和创造性，从而有效地加深对理论知识的理解，锻炼实际动手能力。通过理论和实践的有机融合，可有效培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

2.实现教学的开放性

集成电路工艺原理与实践课程体系，在理论教学方面，打破传统课堂教学的局限性，充分利用现代多媒体技术，实现网络教学。通过网络教学系统，开展互动学习的教学模式。将传统教学活动如批改作业、讨论答疑和查阅资料等传到网络教学系统上;开发试题库，建设合理的测试系统。在实践教学方面，将部分实践教学环节以录像的形式上传到网站上供学生学习、参考，部分实验室实行全天候的开放，学生自主学习、管理。通过兴趣小组、创新项目和开放性实验等多种方式，形成团队教师定期指导、高年级学生指导低年级学生的滚动机制，激发学生潜在的学习能力、创新意识，提高学生的学习兴趣和实践动手能力，为我校培养微电子技术领域高素质应用型人才奠定基础。

三、结语

根据西安邮电大学2014年微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位及社会发展对半导体人才培养的客观要求，本文提出集成电路工艺原理与实践课程体系改革。本课程体系以半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践为主线，对教学内容进行整合、修订和完善，保证半导体人才培养的基本规格和质量要求。根据现有实验环境、实验设备和优势资源，进行资源优化配置，完成微电子技术实验教学中心的整体规划布局。通过师资队伍的建设、切实可行的实践教学管理制度的制定，明确任课教师的职责，出台实践教学质量考核标准，加强实践教学环节的时效性。通过上述诸要素的相互协调、配合，实现集成电路工艺原理与实践课程体系“非加和性”的整体效应，促进微电子技术领域应用型人才培养质量和水平的提高。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 崔颖.高校课程体系的构建研究[J].高教探索，2009（3）：88-90.

[2] 马颖，范秋芳.美国高等教育管理体制对中国高等教育改革的启示[J].中国石油大学学报（社会科学版），2014（4）：105-108.

[3] 别敦荣，易梦春.中国高等教育发展的现实与政策应对[J].清华大学教育研究，2014（1）：11-13.

[4] 王永利，史国栋，龚方红.浅谈工科大学生实践创新能力培养体系的构建[J].中国高等教育，2010（19）：57-58.

[5] 刘华，冉盈.课程群内涵及其相关概念辨析[J].湖北函授大学学报，2014（5）：120-121.

集成电路工艺设计篇4

随着电子技术的高速发展，各类电子产品在不同领域得到广泛运用。高质量的电子产品除了需要先进的设计理念、技术，更需要合理化的产品工艺设计。工艺技术水平与生产制造能力是衡量企业综合实力的标志。电装工艺设计是电子整机生产过程中的一个极其重要的环节。要生产出高质量的产品，除了精心设计电路、正确选用元器件以及整机结构、零部件的设计要合理外，还要优良的电装工艺来保证。电子装配的过程直接关系到电子产品最终的质量与可靠性。信息采集控制中心的电装工艺设计以产品技术文件为基础，除考虑产品的性能、主要技术指标外，还必须兼顾信息采集控制中心的特殊使用要求，包括冲击、振动、环境适应性等因素对可靠性造成的影响。本文以信息采集控制中心为例，阐述通过工艺控制来保证电子产品的质量与可靠性。

2信息采集控制中心概述

图1是信息采集控制中心系统图，该系统主要用于车内气象、生物、有毒有害空气等检测及设备控制，也可广泛用于人防工程的安全防护系统。信息采集控制中心是整个系统的核心（原理见图2），它接收报警器信息，采集流量测控装置和超压测控装置所测试到的流量和超压数据，经过分析处理，做出判别。它采用自适应算法结合车辆行驶速度、温压等数据进行综合分析处理，对相应的设备进行自动控制，控制过滤通风、车内其它相关设备处于正常工作状态，确保车厢在安全、稳定平衡的通风状态下运行。

3信息采集控制中心的电装工艺设计

电装工艺设计包涵的具体内容，主要应体现在产品电装工艺流程设计，产品的装联工艺设计、产品的调试等，贯穿生产全过程。产品生产的各个环节都与产品的可靠性有关联，电子产品的元器件老化筛选、印电板组装焊接、整机装联设计、产品的调试老化规程这几个部分对产品的可靠性影响较大。现就这些工序作一些特别说明。

3.1元器件质量控制据调查，电子产品的故障大都是由于元器件的各种损坏或故障引起的，为了保证电子整机产品能够稳定可靠地长期工作，必须在装配前对所使用的电子元器件进行检验和筛选。信息采集控制中心工艺设计中拟订了元器件的检验筛选工艺文件，主要从外观质量检验、老化筛选，环境试验等几方面进行外购电子器件的可靠性保障。

3.1.1外观质量检验（1）元器件封装、外形尺寸，电极引线的位置和直径应该符合产品标准外形图的规定；（2）外观是应完好无损，其表面无凹陷、划痕、裂口、污垢和锈斑，外部涂层无起泡、脱落和擦伤现象；（3）电极引出线应镀层光洁，无压折或扭曲，无影响焊接的氧化层、污垢和伤痕；（4）各种型号、规格标志应完整、清晰、牢固，特别是元器件参数的分档标志、极性符号和集成电路的种类型号，其标志、字符应清楚；（5）对于可调元器件，在其调节范围内活动平顺、灵活，松紧适当，无机械杂音，开关类元件能保证接触良好，动作迅速。

3.1.2老化筛选电子整机中使用的元器件，一般需要长时间连续通电的情况下工作，并且会受到环境条件和其他因数的影响，因此要求它们必须具有良好的可靠性和稳定性。要使电子整机稳定可靠地工作，根据元器件的失效规律，有效抑制早期失效对整机的影响，必须对元器件进行必要的老化。信息采集控制中心的电源模块是一个关重件，必须对其关重特性进行质量控制。如图4所示，调节限流电阻使测试电源模块在满负荷电流时的输出电压值应达到技术要求，通电2小时后，测试模块的输出电压及精度。

3.1.3功能性筛及环境试验功能性筛选是指对元器件的电气参数进行功能性测量。对那些要求较高、工作环境严酷的产品，则必须采用严格的筛选方法逐个检验元器件并增加环境应力试验。在信息采集控制中心电源模块检验、传感器检验工艺中详细规定了环境及应力适应性检测方法和要求。通过对元器件进行筛选老化，以排除早期失效的元器件，在生产源头进行质量控制。

3.2印电板组装工艺

3.2.1SMT工艺技术运用在应用SMT时必须按照操作规程进行作业，SMT使用再流焊设备，焊接温度随时问的变化曲线是重要的工艺参数，将对焊接质量起决定作用。要根据具体产品来确定工艺参数，保证焊接质量。

3.2.2分离元器件的装焊（1）器件引脚的搪锡和器件管脚的处理。为保证焊接可靠性，元器件引脚如有氧化变色现象，可采用细抄纸打磨或使用锯片轻轻刮除后再进行搪锡。（2）手工焊接时应先用机器焊表贴器件再用手工焊插装器件。（3）两面焊接时应选用熔点不同的焊料，应先用熔点高的焊料焊一面、再用熔点低的焊料焊另一面。（4）电装时元器件在印制板上的安装原则，应按先低后高、先轻后重、先一般后特殊，先非静电敏感器件后静电敏感器件、先表贴元器件后插装元器件。（5）插装元器件（DIP）在印制扳上的焊接顺序，先焊插头（座）——电阻——电容——二极管——三极管——其它器件——最后焊集成电路。（6）电装静电敏感器件时，焊接次序是先焊器件电源正端，再焊器件电源负端，最后焊器件的各输入、输出端。

3.2.3安全及加固设计应根据元器件安装结构、质量、使用状况决定是否加垫块、垫片绝缘材料，目的是使产品能安全可靠地工作，如：2W上电阻不能贴装在印制板上。元器件单引线承重较大时，需采取固定或支撑措施，如加垫块、支座、进行粘固、绑扎等措施。进行合理的热设计，保证器件工作温度不超过规定值。如加大器件问距、加装散热器等措施，避免产生过热应力使元器件受损。装联后的电路板组装件在调试完成后，要根据使用的环境要求，进行必要的清洗、粘固、灌封、防护、喷涂等处理措施。

3.2.4过应力的预防措施根据产品的环境适应性要求，信息采集控制中心对焊装完成的印电板进行振动试验、温度循环试验、及分板调试。提前排除环境应力及力学应力对印电板造成的部分影响。

3.3整机装联、布线设计

3.3.1合理设计整机装联工艺合理分配、布局各部、组件的安装空间，工艺上尽量细化、合理化安排工序顺序。前后装配工序可形成独立的装配模块，工序间既能独立操作又能合理衔接，形成可批量生产的流水线。如图5所示，信息采集控制中心的特点是体积小、质量轻、装配空间狭小，各部、组件需分层装配的设备，要对各层的装配质量进行有效控制。在保证下层装配部件正确、可靠、规范的情况下才能进行上层的装配。在设计中应十分注意部件、组件的散热，要便于观察、测试、能够分拆便于排除故障。留有电装加工需要的操作空间。机箱或电路板的布线环境应尽可能宽松，要预留足移的线束、线卡的布线安装空间位置。装配过程还要注意连接线的防护以免压破受损。考虑到设备电缆的铺设、电缆固定的方式、电缆插头的插拔等因素。

3.3.2整机布线根据整机布局图、接线图、电路原理图设计有效合理的连线轨迹，可减少线路之间的相互干扰，力求布线的整齐美观。信息采集控制中心在电装工艺设计中对导线（束）的捆扎固定、防护等问题，制定了相应的工艺方法。主要从以下几个方面考虑整机布线。（1）线束归纳与布设捆扎。在产品工艺文件中编制导线、连接器表，归纳了各导线、连接器的导线（束）加工长度、颜色（色标）、连接关系、连接线走向。使操作者清楚、明确，一目了然，有效地减少加工过程的出错机率。布设路径相同的连线束的合并捆扎。要求线间平行走线，连线间不绞扭，插头出线处应有可自然弯曲的圆弧，弯曲半径不得小于线束直径的5倍。不能紧绷受力。若电缆线束需弯曲，弯曲半径不得小于线束直径的2倍。（2）线束的固定抗震设计。为满足产品的抗冲击、振动特性，考虑连线（束）的绑扎牢固及连接端可靠连接，避免接插件松脱影响电器性能。连接线束的布设路径需有支撑及固定平面，与产品的结构设计师交互，预留固定线束的固定座。当线束途经固定座时，用捆扎带将线束固定在固定座上，不允许松脱、晃荡。（3）连线（束）穿过孔的防护。由于电器结构的需要，一些线束会从过孔穿过，为防止金属锐边及棱角对线束的损伤造成短路故障。除了使处理过孔四周圆滑外还需在过孔上贴合保护套（图6）。通过孔的线束也应加热缩套管防护。（4）特殊位置的连接线处理。在距离较短的连接空间，如图7所示，A、B两端硬连接，1.5mm2的导线应力使得连接点两端脱离损坏或存在质量隐患。应用实例：将导线加长，预先绕出弹性圈，将安装应力分散变小。经批量生产试验，这样的加工方式提高了接线的连接可靠性。

3.4整机性能测试及老化调试既是保证并实现电子设备的功能和质量的重要工作，又是发现电子设备的设计、工艺缺陷和不足的重要环节。从某种程度上说，调试工作是产品实现的重要组成部分，是满足性能参数的可靠依据。调试细则和测试规程是进行调试、测试操作的依据和保障。在整机装配、调试、检验完成之后，还要进行整机的通电老化。整机产品在生产过程中进行老化的原理与电子元器件的老化筛选相同，就是要通过老化发现产品在制造过程中存在的潜在缺陷，把故障消灭在出厂之前。在信息采集控制中心整机测试工艺中明确了的测试方法，老化时间，技术要求。提高产品工作可靠性及使用寿命，同时稳定整机参数，保证调试质量。

4工艺设计文件的完整性

工艺设计文件应包含工艺流程图、质量控制点清单、关键工序清单、操作工艺规程、检验要求等内容。此外还需借用设计文件如：关重件汇总表、外购件汇总表、电原理图、接线图、印电板焊接图，整机总装图等。工艺文件应与设计文件完好衔接并做到系统化、标准化、通用化，具有可操作性、指导性。

5结语

电子装配是一个非常复杂的工作，每一个细节都关系到整个电子产品的可靠性，注重装配工艺过程中的每一个细节是保证整个装配质量和可靠性的关键所在。信息采集控制中心2008年9月定型至今完成了数批千余台套的产品生产，经批量生产验证，产品满足各项性能指标并顺利交付使用。

集成电路工艺设计篇5

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。

集成电路工艺设计篇6

>> 28纳米工艺将在我国持续更长时间，中高联合创新实现28nm量产 台积电宣布量产28nm晶圆 28nm迈向主流 满足28nm工艺下的低功耗需求 28nm工艺最强卡AMD Radeon Pro Duo 引领28nm FPGA“智”造时代 28nm异构知识型处理器 赛灵思:FPGA 28nm时代正式到来 从90nm到28nm回顾GEFORCE显卡进化之路 华力微与联发科合作28nm通信芯片流片成功 高速PCB仿真技术应用于28nm FPGA系统设计技术分析 Altera:28nm SoC FPGA代表嵌入式设计的未来 博通公司推出业界首款28nm异构知识型处理器 对我国创业板最初28家公司的资本结构分析 发改委:我国的28个省份完成2009年节能目标 28年28金 在PLC中如何实现长时间的计时控制 发展循环经济实现我国西部可持续发展 实现我国海洋经济可持续发展的政策路径探析 如何实现我国铁矿石资源的可持续发展 常见问题解答 当前所在位置：

关键词：28纳米；集成电路；制造；工艺

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.10.007

不久前，赛迪顾问了《中国IC 28纳米工艺制程发展》白皮书。白皮书指出，随着28纳米工艺技术的成熟，28纳米工艺产品市场需求量呈现爆发式增长态势：从2012年的91.3万片到2014年的294.5万片，年复合增长率高达79.6%，并且这种高增长态势将持续到2017年。白皮书明确表示，28纳米工艺将会在未来很长一段时间内作为高端主流的工艺节点。考虑到中国物联网应用领域巨大的市场需求，28纳米工艺技术预计在中国将持续更长时间，为6～7年。

具体来看，纵观IC（集成电路）50年来的发展历程，自发明以来所取得的成功和产品增值主要归功于半导体制造技术的不断进步。工艺技术持续快速发展（图1），现有技术不断改进，新技术不断涌现，带动了芯片集成度持续迅速提高，单位电路成本呈指数式降低。因此综合技术和成本等各方面因素，28纳米都将成为未来很长一段时间内的关键工艺节点。

从工艺角度，与40纳米工艺相比，28纳米栅密度更高、晶体管的速度提升了大约50%，而每次开关时的能耗则减小了50%。此外，目前28纳米采用的是193纳米的浸液式方法，当尺寸缩小到22/20纳米时，传统的光刻技术已无能为力，必须采用辅助的两次图形曝光技术（doublepatterning，简称为DP）。然而这样会增加掩膜工艺次数，从而致使成本增加和工艺循环周期的扩大。这就造成了20/22纳米无论从设计还是生产成本上一直无法实现很好的控制，其成本约为28纳米工艺成本的1.5-2倍左右。

从市场需求角度，因为成本等综合原因，14/16纳米不会迅速成为主流工艺，因此，28纳米工艺将会在未来很长一段时间内作为高端主流的工艺节点（图2和表1）。

关于中国28纳米工艺制程现状，自45纳米工艺技术于2011年被攻克之后，以中芯国际（SMIC）为代表的IC制造企业积极开展28纳米工艺技术的研发。中芯国际的28纳米生产制程经过几百人研发团队和近三年时间，于2013年底实现产品在上海试生产。2015年9月，中芯国际28纳米工艺产品将基本上实现量产。首先量产的将是PolySiN工艺，下一步集中在HKMG工艺。

SMIC-高通进行了联合创新

这次中芯国际的28纳米成功量产，离不开Qualcomm（高通）的鼎力支持，双方（Foundry与fabless厂商）的合作具有典型意义和示范作用。高通拥有众多关于半导体工艺和设计的领先技术。作为双方28纳米制程工艺合作的一部分，高通为中芯国际提出实际的产品需求。这对帮助中芯国际利用、改进和完善其生产能力，打造出高良品率、高精确度的世界级商用产品至关重要。同时，协同技术创新也有利于中芯国际建立世界级的28纳米工艺设计包（PDK），可以帮助高通以外的其它设计企业对中芯国际28纳米工艺树立信心。

赛迪顾问总裁李树称，今年是十二五计划的收官之年，按照规划，我国制造的领军企业――中芯国际要完成28nm的量产项目。在2014年下半年，高通公司开始与中芯国际合作，帮助其在28纳米上圆满突破。

资料显示，2014年高通与中芯国际宣布了将双方的长期合作拓展至28纳米晶圆制造。中芯国际藉此成为中国内地第一家在最先进工艺节点上生产高性能、低功耗手机处理器的晶圆代工企业。仅仅一年多时间，中芯国际28纳米芯片组实现商用：而在2015年9月，中芯国际、国家集成电路产业投资基金股份有限公司和高通宣布达成向中芯长电半导体有限公司投资的意向并签署投资意向书，投资总额为2.8亿美元。如本轮拟进行的投资一旦完成，将帮助中芯长电加快中国第一条12英寸凸块生产线的建设进度，从而扩大生产规模，提升先进制造能力，并完善中国整体芯片加工产业链。

从高通角度，业内人士普遍认为，其也将从“中高联合创新模式”中获得巨大裨益。与中芯国际深度合作，使高通增加了一个28纳米生产合作伙伴，该模式也可帮助高通更接近中国市场客户，更好地满足中国市场及客户的需求；而当下，中国物联网市场也正孕育巨大市场机会，高通曾在多个场合强调其技术正试图“拓展互联网边界”，业界认为与中芯国际等国内企业的合作，对于高通抓住和实现未来万物互联的机遇至关重要。

“联合创新”模式值得推广

中国集成电路产业需要模式创新。传统IDM（集成器件制造商）模式（图4）的高生产运营成本制约了技术创新，同时技术进步难度大，产能和市场难以匹配：与此同时，行业分工模式导致工艺对接难度加大，Foundry（晶圆代工厂）（图5）的标准化工艺研发不利于满足客户特色需求，各Foundry厂工艺不统一增加了Fabless（IC设计公司）的适配难度，两种模式均不能满足中国集成电路行业的未来发展需求。

而IC设计公司和晶圆代工厂的“联合创新”模式更值得推崇。联合创新模式是一种分工基础上的紧密合作，是一种产业结构上的虚拟再整合，有利于加快Foundry工艺进步速度，有助突破产业发展瓶颈，提高Fabless工艺适配能力，提升产品性能优化空间。

因此，“‘中高联合创新’正推动中国28纳米走向成熟，也开启了IC产业发展新模式。”作为全球领先的无晶圆半导体厂商，高通是少数几家能够以规模化和技术资源支持半导体代工厂开发及成熟化领先制程工艺的厂商，并且高通秉承开放的胸怀，与中国代工厂真诚合作。

现在是一个开放、合作、共赢的时代，此前英特尔和紫光/展讯、瑞芯微合作，高通和华为、中芯国际合作共推14nm，IBM成立OpenPOWER基金会、在华建立POWER技术产业联盟等，无不体现了这种理念。本土企业也应该抓住国家重视集成电路产业的时代机遇，与上下游合作伙伴甚至同业合作，提升技术水平和市场规模。

参考文献：

【1】魏少军，中国集成电路产业的差距在哪？电子产品世界，2014（9）：19

【2】郑小龙，打造合作共赢面向世界的创新模式，电子产品世界，2015（4）：22

【3】王莹，晶圆制造人才告急，校企联动与在职培训缺一不可，电子产品世界，2014（7）：18

【4】王莹，上下联动，促进IC产业跨越式发展，电子产品世界，2013（1）：28

集成电路工艺设计篇7

【关键词】SRAM 定制设计 性能 功耗

1 引言

Cache的设计是芯片集成电路设计重要的一部分。高效、快速的SRAM一直以来都是集成电路设计者始终追求的目标。

对于SRAM存储单元来说，它第一个必须具备的优点就是高稳定性，这样才能保证存储体进行正确的读、写操作。在0.18u工艺、0.13u工艺，6T单元具有很好的稳定性，而且由于它面积小的特点，一直备受设计者的青睐。但是，随着CMOS工艺尺寸的发展，在进入65nm、45nm、32nm甚至22nm之后，6管SRAM由于其存储结构的特点，数据输出皆是通过敏感放大器检测位线电压差，并将电压差进行放大输出。但是随着工艺尺寸的缩小和电源电压的降低，6管存储单元的稳定性越来越差，抗噪声能力越来越弱，使得敏感器的开启与关断时间很难控制，而且时常会发生位线的一个噪声电压被敏感放大器放大输出的错误操作。由寄存器组合成的存储模块其面积和功耗是所有低功耗设计者的噩梦。

本文通过实际工程项目中出现的问题，由于6TSRAM和寄存器组成的SRAM在后端物理设计当中出现面积、功耗和时序的问题制约了芯片性能的提升，用8TSRAM进行全定制设计替代芯片中的部分存储模块，最后进行数据对比证明了8TSRAM在纳米级工艺下的重要作用。

2 电路设计

2.1 写路径

写IO模块由32个1倍的DFF和64个4倍的反相器组成，写数据在写门控时钟WCLK控制下，产生WBL以及WBLB，在写字线WWL控制下写入存储单元。

2.2 读路径

IO读出电路分为全局与局部两级电路进行读出，每根局部读位线上挂8个cell，一个局部读出单元电路对两根局部位线进行预充，局部IO电路是16选1。

2.3 时钟模块

图1为时钟模块修改后电路图。为解决写时序中写字线先于写数据稳定的问题，适当推迟写译码时钟WCLK_DEC（推迟约90ps）的开启时间，且不推迟写译码时钟的关断时间（防止字线产生毛刺）；为解决读时序中读出数据存在毛刺的问题，适当推迟求值时钟RCLK_D（推迟约20ps）的开启时间。

3 版图设计

版图结构按功能进行划分，主要包括以下几个部分：中间部分从上至下依次为读写地址二级译码、读写地址预译码、读写地址锁存器、时钟模块；左右两侧为阵列模块，阵列cell中间为Local IO模块，阵列下面依次为Global IO模块、Write IO模块。

整个版图左右两边为阵列，中间为译码及时钟，左右两边距离边界阱不小于1.3um；整个版图上下各加一行DCAP单元，高度为1.68um。图2是存储器的版图布局规划图，下面分别对这几个部分进行说明：

3.1 阵列模块

阵列位于整个存储器的左右两边，由32个32位cell单元组成，阵列左边和右边各有32×16个cell单元，其中上下各有16×16个。

3.2 时钟模块

为减缓电路电压的波动，时钟模块被DCAP单元包围；为减小时钟线上电流密度，时钟线线宽加宽至0.08um；为降低时钟线的耦合串扰，时钟线尽量不与除电源地线外的长线互连线并行走线或者加大与信号线间的间距，尽量被电源线或者地线包围。

4 面积、时序和功耗

TPSRAM32X32的版图面47um×63um，在TSMC40G的WC和WCL工艺拐角下频率可达到1.8GHz，时钟信号的最小脉冲宽度为200ps，在TSMC40G的TC和LT工艺拐角下时钟信号的最小脉冲宽度为130ps。

5 结论

在40nm工艺下，由于电源电压的降低，6T结构SRAM为了保证读操作的正确性，每一代工艺迁移晶体管尺寸的减小都有限，尤其是从45nm工艺迁移到32nm工艺，6T结构的下拉N管尺寸几乎没改变，所以面积也会大于8T结构。

在功耗方面亚阈值漏电流的计算公式如下：

可知，亚阈值漏电流与尺寸大小关，在40nm下8T结构可以选用更小尺寸的下拉管接地，从而有效减少漏电流。

最终的数据结果比对可以查看表1、表2。

参考文献

[1]E.J.Marinisen，B.Prince，D.Ketel-Schulz，etal.Challenges in Embedded Memory Design and Test[C].Proceedings of Desgin.Automation and Test in Europe，2005：722-727.

[2]S.Kundu，etal.Test Challenges in Nanometer Technologies[J].J.ElectronicTesting：Theory and Applications，2001，17（3/4）：209-218.

[3]赛普拉斯36-Mbit和18Mbit容量的四倍速和双倍速SRAM[EB/OL].

[4]Y.Morita et al.An Area-Conscious Low-Voltage-Oriented 8T-SRAM Design under DVS Environment[J].Digest of Tech.Papers，Symp.VLSI Circuits，2007：256-257.

[5]M.A.Turi，J.G.Delgado-Frias et al.High-Performance Low-Power SelectivPrecharge Schemes for Address Decoders[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems，2008，55（9）.

[6]K.Zhang et al.A 3-GHz 70-Mb SRAM in 65nm CMOS technology with integrated column-based dynamic power supply[J].EEE J.Solid-State Circuits，2006：146-151.

[7]C.T.Chuang，S.Mukhopadhyay，J.J.Kim，K.Kim.High-Performance SRAM in NanoscaleCMOS：Design Challenges and Techniques[J].EEE JSSCC，2007：4-12.

作者简介

唐骏（1990-），男。现为国防科学技术大学计算机学院硕士研究生在读。主要研究方向为集成电路设计。

作者单位

集成电路工艺设计篇8

1.二维CAPP产品

（1）工艺设计软件KMCAPP。KMCAPP帮助企业实现产品工艺规划和工艺设计的数字化，是实现企业产品从数字化设计到数字化制造的桥梁。KMCAPP于1996年正式，是中国最早的商品化CAPP软件产品之一，KMCAPP具备以下功能特点。

提供完备的客户化工具，企业可以自定义、自扩充工艺表格和工艺资源等，充分满足工艺设计和工艺管理的个性化需求。

提供图文一体的工艺编辑环境，可以轻松绘制工艺简图和编制工艺卡片。

工艺卡片中可嵌入多种格式的图形、图像。

支持文件、数据库等多种工艺信息存储格式（例如XML等）。

智能工艺卡片拼图打印功能。

提供丰富的二次开发接口，已实现与各种主流的CAD/PDM/ERP软件的集成。

（2）基于知识推理的工艺设计平台：开目参数化CAPP。开目参数化CAPP系统是借助于工艺知识辅助工艺人员进行工艺设计的软件系统，能提供工艺知识建库、工艺规则解释等工具，并提供大量行业工艺知识库。系统能帮助企业有效地学习、继承优秀工艺人员的工艺设计知识，形成企业的工艺知识财富，提高工艺设计的效率和质量。系统已在锅炉、电机和军工等众多制造业企业成功应用，开目参数化CAPP特色功能如下。

工艺知识定义工具：通过定义工具产生参数化的工艺流程，在定义过程中可以将定义好的数据保存为模版，分类存放，提高数据的复用性。定义工具定义内容包含参数定义和流程定义。

工艺知识推理与解释：可通过输入零件的特征及加工要求等已知条件，系统自动分析流程，自动生成工艺文档。通过应用本系统，零件工艺大部分内容可以自动和半自动产生，从而提高工艺数据产生的效率。

工艺输出：解释后的工艺数据自动填写在开目CAPP工艺卡片中，再利用工艺设计、编辑平台即可进行编辑和打印输出。

工艺知识库建设：建设和维护工艺设计过程中所运用的各种数据、工艺和现场经验等。

2.三维CAPP产品

（ 1 ） 三维装配工艺规划软件KM3DCAPP-A。

KM3DCAPP-A是开目公司结合现代企业对于CAPP的实际需求，历经8年研究开发推出的三维装配工艺规划软件，至2013年已正式推出6个版本。KM3DCAPP-A能够对产品的装配过程进行可视化的模拟与分析，对装配方案进行快速评价，优化产品的装配过程，使企业工艺人员能够提早进入工艺规划和准备阶段，提前确定装配方案，模拟和预估产品装配性能及可装配性等问题。还可以实现实体的电缆电线建模，在建模之后实现三维布线仿真，模拟手工真正的线缆放线动作实现。同时，KM3DCAPP-A还能够帮助用户快速建立动态、直观的产品维修手册和用户培训材料（图1）。

（2）基于三维CAD 模型的机加工艺规划软件KM3DCAPP-M。

KM3DCAPP-M是传统加工与三维技术结合的创新产品，可帮助制造企业通过特征识别技术，并结合特征参数化工艺设计，实现三维环境下的零件加工工艺设计及工艺过程可视化。KM3DCAPP-M可以用计算机识别加工特征，在工艺特征识别出来后逐一调用工艺知识库获得各个工艺特征的加工步骤，生成每个工序和工步的工艺参数和工序加工图，实现三维设计、三维工艺和三维加工，从而打通三维CAD和CAM的桥梁。

3.开目工艺管理产品

开目工艺管理系统作为开目PLM整体解决方案中“工艺规划与过程管理解决方案”的重要组成部分，通过企业工艺数据管理、工艺资源及工艺流程管理、协同工艺设计管理和工艺研发项目管理等，能够帮助企业完善工艺管理体系、快速搭建满足其工艺设计与管理需求的工艺规划平台、建立工艺知识积累和高效复用机制，提升企业工艺研发能力和工艺设计效率，缩短产品研制周期，进而提升企业的核心竞争能力（图2）。目前该系统已在航空、航天、电子、船舶、汽车、装备和工程机械等行业得到广泛应用，为制造企业提升工艺管理效率和管理质量带来了巨大价值，并拥有航天科工集团、中国电子科技集团、上海电气电站集团、长安汽车、陕重汽和中国一重等企业客户近千家，获得了广大制造企业的普遍认可。

4.工艺管理相关辅助产品

（1）基于MODAPTS法的工时管理解决方案：开目工时管理系统。长期以来，大多数企业的工时定额方法是以手工和经验来制定工时定额，工时定额数据量大，数据处理工作复杂。特别对于产品结构复杂、零件数量多、工艺路线长的产品，工时定额编制周期长，工时定额的科学性、准确性差。如何快速地制定工时定额，提高工时定额数据的一致性和信息共享，是企业生产流程管理中面临的一个重要环节。开目工时管理系统运用时间研究中的MODAPTS法（Modolar Arrangement of predetermind Time Standard，简称MOD法）对工人标准作业过程进行研究，制定出标准作业时间，为企业合理制定工时定额提供了依据和方法。该系统提高了工时定额的准确性和效率，为企业提高科学管理水平和生产管理效率发挥了积极作用。系统包括工时基础数据定义、工时定额编制、工时定额审批、工时定额统计及历史工时入库5个模块。具有快速准确完成工时定额制定、能对定额数据进行有效管理、分析和信息共享等特点。

（2）工装全生命周期管理解决方案：开目工装管理系统。工艺装备从需求提出、计划制定、研制（采购）和库存，一直到车间的使用、最终的报废，构成了工装的全生命周期。开目工装管理系统基于工装全生命周期管理的理念，构建了集工装申请、工装设计过程管理和工装仓库管理等一体化的解决方案。上游与产品数据管理、工艺管理和企业资源管理等信息系统实现信息与过程的无缝连接，下游为企业DNC系统、MES系统等信息系统提供更丰富全面的工装数据基础和源头（图3）。

二、行业优势

开目的CAPP产品在汽车、航空航天、船舶、机车车辆、工程机械、电机、电子和装备等行业都有应用，在汽车、工程机械、电机和锅炉等行业具有独特的优势。

（1）汽车行业主要应用开目工艺管理系统进行企业的工艺信息化建设。除基础管理功能外，专业协同的BOM管理功能、适合企业大规模定制的产品配置管理、实现T S16949质量文件的辅助编制，以及与上游PDM和下游ERP的集成应用等独具应用特色。

（2）工程机械行业的应用特点是工艺设计向制造现场延伸、面向三维模型的工艺规划、基于知识的智能化工艺设计和全球化业务拓展。随着工程机械行业的全球化进程，开目公司的CAPP也已应用到印度等海外国家。

（3）电机行业的应用特点就是全面应用，工艺管理系统、工时管理系统、工装管理系统和工艺质量管理系统等，开目工艺信息化相关产品与之都有很高的契合度。开目的电机行业用户里都配置了以上系统的应用。

（4）开目公司根据锅炉行业的行业特点，专门开发出多种专业CAPP系统，如冷做CAPP、焊接CAPP和参数化工时定额计算系统等。为锅炉企业提高工艺设计的效率和质量提供了工具及方法，为锅炉企业提高科学管理水平和生产管理效率发挥了积极作用。

三、典型案例分析

上海电气集团上海电机厂有限公司（以下简称上海电机）是上海电气集团下属的一家综合性电机制造大型企业，中国机械工业500强，拥有大中型汽轮发电机、水轮发电机设备和交直流电机等9大类、132个系列、5 000多种规格的电机电器产品，大中型交直流电机占全国电机行业的1/3。

上海电机厂生产方式主要是多品种、单件、小批量生产，按条线进行管理。上海电机厂在实施CAPP系统之前，就已具备良好的信息化基础，设计部门已经有PDM系统，生产部门也在使用ERP系统，CAPP系统实施的目标不仅仅是管理好工艺相关的业务，也必须充当上下游信息系统的桥梁，紧密集成及传递相关信息，为ERP提供材料、工时等成本核算数据，工艺路线、工作中心等生产计划编制数据，以及物料清单等基础数据，为缩短生产制造准备周期提供可能，加速推进企业发展。

企业关注并期待解决的问题如下。

（1）解决手工编制工艺文件和工艺汇总工作量大、效率低及易出错的问题。

（2）解决协同工艺设计的问题。

（3）解决工时、工装和工艺质量管理问题。

（4）解决各种管理系统间的数据相对独立，数据更新不同步的问题。

针对上海电机厂的情况，开目公司制定了具有针对性的解决方案。

首先，针对大型电机、高速电机和中型电机3类主导产品，分别建立相应的专业工艺组。其他工艺组主要是编制先行工艺，为这3个产品组服务为主。

其次，工艺部门根据设计进行工艺卡片的编制、工艺装备明细表的汇总、工艺路线的汇总和工装设计（复制、修改）任务书编制，完成后进行工艺文件会签。会签批准后交给材料定额组进行零部件的材料定额卡的编制，全部完成后，将产品图样与工艺卡片、工艺路线表、工装设计（复制、修改）任务书和材料定额卡一起交回档案室进行统一管理。工艺文件归档后，车间进行工时编制，制造部进行工装设计。

第三，各工艺组设计划员统一进行工艺任务的分派、工艺卡片编制工作的协调以及工艺路线的汇总。同时，因为每个零件在加工时会在多个车间进行流转，所以存在多人协同工作，并行完成工艺设计任务。

第四，工时和材料独立管理，不依附于工艺卡片。

第五，大量工装，工艺人员下发工装任务后，由工具分厂完成设计、复制和修改。最后，纸质归档（图4）。

在前期项目规划过程中，双方围绕企业核心业务需求及信息化建设的总体规划，确立了本项目实施所期望达到的具体业务目标。并根据业务目标，将项目的实施分为以下几个阶段：第一阶段：工艺文件编制、汇总、签审和电子签名；第二阶段：工艺过程管理，与PDM/ERP系统的集成；第三阶段：工时管理系统；第四阶段：工装全生命周期管理；第五阶段：基于三维CAD的可视化装配工艺规划；第六阶段：工艺质量管理系统。

基于规划，上海电机厂在2006年8月，引入开目工艺管理系统（CAPP系统）进行工艺信息化建设，并开始了开目工艺管理系统（一期）实施应用。2007年10月，实施应用开目工时管理系统，以提高工时定额的准确性和效率。

2008年11月，实施应用工装管理系统，以实现工艺装备的全生命周期管理。2010年8月，实施应用基于三维CAD的可视化装配工艺规划系统、工艺质量管理系统。2011年6月，

展开工艺管理系统深化应用，进行应用拓展、性能优化和功能改进。

迄今为止，通过应用开目CAPP系统，上海电机厂已经取得一定的成功。

（1）积累了丰富的企业知识资产。目前在上海电机厂工艺管理中已完成工艺过程卡超过21万张、材料定额卡15万张、车间明细表37 000、工装60 000个、工装工时定额12万套，并建立了丰富的包括工序、工步内容、材料和工装等工艺资源库。

（2）建立了基于BOM的协同工艺、材料、工时、工装设计与管理平台。电子产品资料的更新周期从10天变为实时；数据的一致性提高到了100%；设计校对与批准效率提高了50%；技术档案检索效率提高了80%。