中职院校集成电路测试实验室的建设与管理

2021-08-04杨春娜

河北画报 2021年8期

杨春娜

遵化市职业技术教育中心

中职集成电路测试实验室作为中职院校开展教学实验和学科建设的重点产业基地，在人才培养、科学研究等方面发挥着至关重要的作用。中等职业院校测试实验室的发展水平，直接决定其教学成果的质量、科研水平和人才培养质量，因此有必要探讨和科学研究中职院校的基本建设问题，为弘扬中等职业院校集成电路测试实验室的可持续发展理念，最终提高学校综合水平。

一、中等职业院校集成电路测试实验室建设与管理的必要性

（一）中等职业院校集成电路测试实验室队伍建设问题

中职院校测试实验室师资队伍和管理队伍影响实验教学水平，根据课堂教学实践活动，实验教学人才分为实验教师、实验技术人员和管理人员三类，实验教师的基本工作职责是研究和课堂教学。中职院校测试实验室教师的职责是保证实验设备的一致性、机械设备开发设计的潜在作用，保证实验设备的规格型号符合要求，耗材符合要求，质量可靠，管理人员负责中等职业院校集成电路测试实验室的数据上报统计、费用报销、清洁卫生、中职集成电路测试实验室的测试排序和日常管理工作。

（二）中等职业学校测试实验室资源消耗及测试时间必要性

从中职院校使用资产的角度来看，都要考虑资产投资的收益，由于在校学生总数的增加，现阶段部分实验设备短缺，部分昂贵机械设备利用率低等现象在中职院校IC测试实验室普遍存在[1]。中等职业院校集成电路测试实验室基础建设的初衷，是为了更好地为学生提供更强的教育资源和教学环境，在教学环节中发现，由于中职院校测试实验室开放时间的限制，很多情况下没有使用测试实验设备，仅在学生在实验班时使用，中职院校集成电路测试实验室的初衷并不一致，导致了教育资源的消耗。学生一般按照课程安排来中职院校测试实验室进行测试，因为分配到的中职院校测试实验室是固定的，实验班的时间是固定的，要求学生必须在规定的时间内完成具体的考试内容，对于一些非常复杂的测试，测试时间是不够的。

二、中等职业院校集成电路测试实验室的建设背景

（一）集成电路发展趋势背景

集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。缩写为IC；采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；是使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面发展的核心因素之一。

Gartner报告显示，2019年全球半导体收入总计4,183亿美元，相比2018年下滑了11.9%。从国内情况来看，受到全球半导体市场下滑影响，我国集成电路产业2019年增速也出现显著下降，根据中国半导体行业协会统计，2019年1-9月，中国集成电路产业销售额5,049.9亿元，同比增长13.2%，增速同比下降了9.2个百分点。据中商产业研究院数据库显示，2020年1-2月中国集成电路出口量有所增长，2020年1-2月中国集成电路出口量为327.2亿个，同比增长13.6%。

（二）中等职业学校人才培养背景

集成电路产业链对高层次人才的技术预见工作能力要求极高，要知道集成电路产业链中的技术复合类型，同时要有技术和管理方法的交集。例如与市场的兼容性，同时，半导体材料的开发、设计和制造也必须通过一定规模以上企业之间的团队合作来推动，中等职业院校集成电路产业链优秀人才的塑造要面向中国要求，努力塑造具有自主研发和自主创新能力的集成电路产业链高层次人才。近年来，虽然我国集成电路发展势头良好，前景广阔，但大家必须清醒地认识到我国本土集成电路企业与世界全产业链的差异，尤其是优质集成电路的应用，我国在设计、制造、机械、设备、原材料等方面与全球的卓越水平存在显著差异。我国的集成电路企业在开发自主创新产品和设计方案的能力上，与世界领先厂商也存在较大差距，集成电路产业链是一条新技术产业链，集成电路创新人才的创造必须以高科技机械设备为支撑。现阶段，普通中等职业院校集成电路专业设计的课程目标主要以项目设计、实验、生产实践阶段为主，让学生慢慢转换他们所学的集成电路设计、信息系统集成等专业技能，促进了集成电路在社会发展中的各行各业的普遍应用，实施和完善中等职业院校集成电路设计方案实验室的基础建设，是塑造高素质集成电路优秀人才的必然要求。

三、集成电路专业实验室建设规划

中等职业院校集成电路设计实验室的基础建设具有重要的课堂教学和科研实际意义，实验室的发展水平直接决定了其教学成果的质量、科研水平、人才水平。因此，必须围绕中等职业院校实验室建设的基本问题对培养质量进行探讨和科学研究，以促进实验室可持续发展的理念，最终提高各院校的综合水平。

（一）专业基础实验室

中等职业院校的教育以培养高素质实用型人才为主，塑造出来的学生不仅要有扎实的理论基础，还要有扎实的专业技能。技术类专业基础实验室注重培养学生的理论基础，以认证考试和可操作性考试为主导，根据实验，学生可以开展技术专业课程和专业学科基础理论的实践活动，加强对半导体物理、微电子技术加工技术、版图设计基础理论的理解，提高逻辑思维和实践能力，为进一步学习科目打下坚实的基础[2]。集成电路的设计过程基本包括：电路原理、仿真前仿真、版图设计、仿真后仿真、事后处理，中等职业院校的基础实验室要达到完成这个基本过程的标准。

例如，金陵信息电子学院集成电路测试实验室是电子器件科学与技术学科实验室，为学生开设了“集成电路测试”、“自动化测试导论”、“封装测试”、“混合信号测试”、 “集成电路检测标准基础”等测试课程内容及配套设施学科设计。实验室拥有各类通用集成电路电子元器件、半导体材料集成电路主要参数测试仪、晶体管特性图例仪、四探针测试仪、CV/IV特性测试仪、半导体材料霍尔效应测试仪、半导体元器件光学特性测试仪、高分辨光学显微镜、探针台、直流可调稳压电源、数字万用表、数字示波器、信号源、频率计等相关机械设备。

根据本实验室的测试实践阶段，学生应掌握半导体材料集成电路测试的基本原理和具体方法，使学生掌握晶体管和集成电路各种测试、测量理论基础、结构模型、测试的方法和意义。并且可以检测半导体材料的电阻、霍尔系数、单晶少数载流子寿命、半导体材料集成电路的主要参数、晶体管的特性、硅基的特性太阳能板。实验室与英国国家分析仪器公司（NI）合作，塑造公司所需的集成电路测试专业人才，建立了半导体集成电路芯片级微纳电子的测试和表征平台。

（二）集成电路设计平台的建设

集成电路设计平台除了具备基本的软硬件系统外，还应有一套涵盖集成电路设计方案全步骤的实验方案，同时具备半导体元器件、集成电路测试等功能，标准充实和拓展对应课程的实验内容，提高学生的主动性，在课堂教学应用中，学生可以进行实际的实验过程，将基础知识的资金投入到操作过程中，平台可实现基础数字集成电路测试。

全面的定制化设计方案测试、硬件配置描述语言设计方案和认证测试等实验流程，该平台的建立不仅有利于集成电路设计方案的测试课程内容，还可用于“半导体器件物理”“微电子工艺原理”等其他电子课程。

（三）实验室建设项目的实施

实验室作为学校教学实验和学科建设的重点场所，在课堂教学中发挥了教学、教育、科研、培养优秀人才的重要作用。因此，中等职业院校实验室规划的关键目标是学习和办公环境的基础建设，即实验室各种实验设备和模拟设备的基础建设[3]。以学校成功完成基础建设的集成电路实验室为例，实验室的关键是使用SOC集成电路设计方案和基于FPGA集成电路设计方案的教学实验，学生进行EDA实验、项目设计和毕业设计等课堂教学日常任务，塑造学生在中等职业院校课堂教学日常任务中使用智能EDA专用工具设计各种电子电路和控制系统的能力，学校集成电路实验室可容纳近50名学生开展实验学习和学科建设。

在软件层面，集成电路实验室的电子计算机配备了32位和64位VMware Workstation，主要用于模拟集成电路电路原理图的设计方案，仿真以及板图的设计方案学习。应用RedHatEnterpriseLinuxServer6.0系统软件、许可网络服务器及其smic-18处理技术，其中包括电容、电阻、电感等无源元件，以及各种波形信号源元件，该软件工具大大提高了教师讲课和孩子们的学习效率，在硬件配置层面，有50台装有Linux的联想电脑，供学生阅读材料和参考文献、电源电路的设计方案和仿真等文章，并进行课堂教学，实验室配备投影仪，用于教师讲课、PPT播放等，多台凌阳FPGA环境测试箱用于EDA课程内容的实验过程，多台数字示波器用于检查和跟踪电源电路的波形，实验室的建设使教师讲课和学生学习效率提高。

（四）管理体制建设

为了更好地提高实验室的工作效率和资源利用率，体现实验室规划的实际效果，必须将科研管理机制应用于实验室，防止“重基建、轻管理”。因此，管理机制的基础建设也是实验室规划的重要组成部分。可以说，管理方法体现在实验室规划的上述各方面。一个优秀的管理方法就像润滑剂，可以使实验室的所有部件正常高效地运行。实验室可以根据每位教师的研究内容、技术专业情况、科研兴趣等，在人员结构层面划分为多个科研工作组。每个小组报告进度并根据每周例会进行讨论。对于学术研究问题，充分发挥教师的指导意义，在群体间，基于资源共享、科研、课堂教学等成果，进行资源整合，确保高质量的成果；在管理制度层面，根据具体情况制定考勤管理和考核，严格遵守各项规章制度。一方面保证了明确的工作目标，另一方面也鼓励了创新能力的有效性。对优秀论文和专利申请给予一定的奖励，充分发挥学生的主动性与创新思维能力，体现“以人为本”的管理模式。