《集成电路版图设计》课程教学改革与探索

北方工业大学信息工程学院 鞠家欣 鲍嘉明 杨 兵

《集成电路版图设计》课程教学改革与探索

北方工业大学信息工程学院 鞠家欣 鲍嘉明 杨 兵

《集成电路版图设计》课程对微电子专业学生理解电路设计的概念和工艺技术的认识，起到承前启后的作用，对此课程教学方法的研究有着重要的理论和现实意义。

集成电路版图；教学方法；改革

集成电路版图设计是集成电路设计的最终结果，版图质量的优劣直接关系到整个芯片的性能和经济性，因此，如何培养学生学好集成电路版图设计技术，具备成为合格的版图设计工程师的基本潜质，是摆在微电子专业老师面前的一个普遍难题。如何破解这个难题，我们做了以下探索。

一、突出实践，理论配合

传统的《集成电路版图设计》课程采取理论教育优先，学生对于版图的基本理论和设计规则非常熟悉，但动手实践能力缺乏培养，往往在学生毕业后进入集成电路设计企业还需二次培训版图设计能力，造成了严重的人力资源浪费。这是由于没有清晰的认识《集成电路版图设计》课程的性质，造成对它的讲授还是采取传统教学方式：老师讲，学生听，偏重理论，缺乏实践，影响到学生在工作中面临实际设计电路能力的发挥。《集成电路版图设计》是一门承接系统、电路、工艺、EDA技术的综合性课程，如果按照传统方式授课，课程的综合性和实践性无法得到体现，违背了课程应有的自身规律，教学效果和实用意义不能满足工业界的要求。我们在重新思考课程的本质特点后，采取了实践先行，理论配合的教学方法，具体如下：集成电路版图是根据逻辑与电路功能和性能要求，以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜图形，实现芯片设计的最终输出。版图是一组相互套合的图形，各层版图相应于不同的工艺步骤，每一层版图使用不同的图案来表示。我们首先讲授版图设计工具EDA软件的使用，让学生掌握EDA软件的每一个主要功能，从图形的选择、材料的配置，让学生从感性角度认识实际的版图设计是如何开展的，每一个步骤是如何使用软件完成的，整体芯片版图设计的流程有哪些规定，学生此时设计的版图可能不是很精确和完美，但学生对于什么是版图和如何设计版图有了初步的感性认识，建立起版图设计的基本概念，对于后续的学习奠定了牢实的实践基础，此时再去讲授版图设计理论知识，学生更能理解深层的工艺知识和半导体理论，真正做到了知行合一，实践先行的教育理念，对学生能力的培养大有裨益。

二、注重细节，加强引导

传统方式讲授《集成电路版图设计》理论占大部分时间，学生知道二极管、晶体管、场效应管、电阻、电容等基本元器件的工作原理和构成要素，但是在版图设计中，这些元器件为什么要这样设计，其实内心中充满着疑惑和不解。针对学生的疑惑，我们从工艺细节入手来解决这个问题。作为集成电路版图设计者，首先要熟悉工艺条件和期间物理，才能确定晶体管的具体尺寸、连线的宽度、间距、各次掩膜套刻精度等。版图设计的规则也是由工艺来确定的，掌握了工艺也就掌握了版图设计的钥匙。我们将通用工艺文件的每一条规则向学生讲解，通用元器件的规则整理出它们的共性，最小宽度、长度、间距的尺寸提醒学生要记忆，不同芯片生产厂的工艺对比学习和研究，学生在这一系列规则的学习过程中，慢慢理解熟悉了工艺规则文件的组织构成及学习要点，能够举一反三的在不同工艺规则下，设计同一种元器件的版图，即使电路元器件的数量巨大，电路拓扑关系复杂，在老师耐心的讲解下，学生也能够依据工艺规则设计出符合要求的版图，这都是在理解了工艺规则细节的基础上完成的。所以，关注细节，加强引导，是提高学生学习效果的一个重要方法。

三、完善考核机制，争取比赛练兵

学生成绩的提高，合理完善的考核机制不可或缺。以往《集成电路版图设计》课程的考核主要是理论知识作业和课程报告，学生的学习效果和实际动手能力没有得到考核，造成不能全面评价学生的学习成绩。我们采取项目形式，全方位考核学生的学习效果。根据知识点，将通用模拟电路分成五大类，每个大类提取出经典的电路10种，使用主流芯片加工厂的生产工艺，由经验丰富的老师把它们的版图全部设计出来，作为库单元放在服务器中供学生参考。在学生充分理解库单元实例的基础上，将以往设计的一些实用电路布置给学生，要求在规定的时间内，设计出合格的版图，以此作为最终的考核结果。学生在学习课程期间，可以接触到不同工艺、不同结构的多种类电路，而且必须在规定的时间内设计出版图，这极大的促进了他们学习的积极性和时间观念。学生在设计版图的过程中，会遇到多种问题，他们会采取问老师答疑，和同学讨论的多种方式解决，不仅能督促他们平时上课认真听讲，而且对遇到的问题也能多角度思考，最重要的是他们亲自动手设计版图，将工艺、电路、器件综合考虑，在约定的时间内能力得到极大提高。老师根据学生上传至服务器中设计的不同项目版图打分，而且将每个项目的得分出具详细的报告，对学生的成绩进行点评。学生通过查阅报告，能够知道课程学习的缺点和得分项，为下一次提高设计成绩是一个很好的参考。除了日常学习设计版图项目，学生可以争取参加微电子专业的一些比赛，通过比赛体会一些具有挑战性的版图设计项目，来提高学生在实际场景下如何发挥设计能力和项目组织能力，为他们未来进入职场从事版图设计工作奠定坚实的专业能力和实际解决问题能力。

四、总结

《集成电路版图设计》课程是一门兼具理论基础和实践锻炼想结合的课程，对它的讲授不仅需要扎实的理论基础，还需合理的实践环节配合，才能取得良好的教学效果。

[1]Christopher Saint/Judy Saint.集成电路版图基础-实用指南[M].北京:清华大学出版社,2006(10).

[2]蔡懿慈.超大规模集成电路设计导论[M].北京:清华大学出版社,2005(10.

[3]编委会.最新高等院校实验室建设与管理及教学指导手册[M].北京:中国教育出版社,2006(11).

北方工业大学教育教学改革和课程建设基金。

本文得到北方工业大学教育教学改革和课程建设基金赞助，在此表示感谢！

鞠家欣（1972—），黑龙江双城人，硕士，讲师，研究方向：集成电路设计与测试技术。