《集成電路原理》課程體系建設與研究

馬俊成 史勤剛

【摘要】教學改革的核心是教學內容與課程體系的改革。基于對電子科技大學成都學院集成電路設計與集成系統專業實踐教學的定位分析與研究，本文首先介紹了“集成電路原理”課程建設的指導思想，然后闡述了課程建設的內容和實施情況，最后對課程建設的效果進行了簡要的分析和總結。

【關鍵詞】教學改革；課程建設；課程體系；微電子；集成電路；IC設計

0、引言

隨著社會信息化的快速發展，集成電路產業的發展也得到國家的高度重視，先后制定了三個五年發展規劃，行業正處于發展的高速通道上。因此，對集成電路設計人才的需求也大幅增加。然而，每年我國高校集成電路設計專業畢業的研究生遠遠不能滿足社會需要。集成電路設計人才缺乏已成為制約我國集成電路產業向前發展的瓶頸之一。要改變這一現狀，應從本科專業教育開始抓起，培養基礎扎實、有一定技術能力的集成電路設計人才。為此，我系針對集成電路設計與集成系統本科專業的課程體系，對《集成電路原理》課程進行了較深入研究，做了大量的工作，也已取得了一定的成果。

一、課程建設的基本思想

《集成電路原理》的課程任務是：通過本課程的學習使學生基本掌握各種典型集成電路的基本構成、基本工作原理、版圖識別和設計的知識和方法；為工程上利用EDA設計工具實現集成電路、版圖的設計及仿真、驗證，芯片測試、應用提供必需的理論知識。本課程著重研究典型的雙極型和MOS型集成電路的工作原理、特性分析、電路設計、版圖識別與設計等相關理論與知識。課程建設的基本思路包括了：①加強理論教學與研究，探索新技術的發展，探討因教材內容滯后性出現的各類問題及解決措施。②理論教學和實踐應用緊密結合，針對本課程IC設計的實驗；要求任課教師熟練掌握EDA軟件及參與科研項目。同時，選拔對IC設計具有濃厚興趣的學生參與科研項目，訓練學生熟練掌握EDA軟件及IC設計方法。③作為學生課程設計和畢業設計的重要理論與實踐指導課，要求每位學生能借助EDA軟件熟練完成相關系統或單元電路和版圖設計。④定期組織相關教師座談、參加有關培訓，改進教學方法和手段。充分利用EDA軟件，完成科研項目或實踐項目的設計與仿真，通過具體的項目讓學生了解IC設計的流程，積累項目經驗，彌補學生社會經驗不足的缺點，增強我系畢業生市場競爭力。⑤根據我系學生特點，精選或編寫課程教材、講義。

二、課程體系的建設與實施

1、課程體系中常見的問題

《集成電路原理》課程往往存在以下問題：①內容多、知識面廣、課時少，學生接受、理解難度大。因此，有必要完善課程體系的建設，根據知識結構擴展專業課程。②課帶實驗訓練內容少、難度低，無法滿足工程設計的需要。③與專業基礎課聯系緊密，如《微電子器件》和《模擬電路基礎》等課程。然而，任課教師之間溝通較少，教學過程中知識點的銜接不連貫，會出現本課程需要使用的一些中重要定理、模型或電路在專業基礎課程中沒有介紹或沒有重點談論的現象。因此，有必要通過課程體系的建設，成立教研室，組織相關教師座談，完善知識結構，合理安排教學計劃，分配教學內容。④沒有建立以就業為導向的課程體系，學生對學什么、今后做什么很迷茫。

2、課程建設和內容改革

（1）師資隊伍的建立是課程體系建設的重點之一。我系集成電路設計與集成系統專業引進的8名專職教師全部畢業于北大、電子科大等國內知名高校，且都具有豐富的企業工作經驗，其中不乏華為、芯源等全球知名企業。

（2）教學內容及方式、方法的改進。本課程建設改進了理論教學方式、方法，增加了多媒體教學，編寫了《集成電路原理》課件和課外輔導資料。通過和電子科技大學、重慶郵電學院的合作，開設了集成電路工藝實驗。由于集成電路設計與集成系統專業具有實習單位難找的特點，這是因為對于一般的高校很難有動則上千萬的經費投入到集成電路生產環節之中，組織學生去相關單位實習也不太現實。因為半導體器件、集成電路特別是大規模集成電路的生產環境必須是超凈的，所用的氣體、化學試劑必須是超純的，這是行業生產特點所提出來的科學要求，是提高生產成品率的根本保證，所以也不太歡迎和接受相關專業的學生進行實習[5]。為了解決這一問題，在《集成電路原理》教學過程中引入了視頻教學的環節，通過視頻詳細的了解集成電路設計、制造、測試等環節，同時也了解集成電路制造所需的設備及生產環境。我系在《集成電路原理》課程教學和課程體系建設中所做的努力得到了專家的一致認可。《集成電路原理》課程被評為2008年四川省省級精品課程；集成電路設計與集成系統專業2010年被評為四川省省級特色專業，2012年成為四川省高等學校“專業綜合改革試點”專業。

對《集成電路原理》課程內容重新整合。參照國內外最新教材，關注最新科技動態，適當增減教學內容，適時調整派生課程及內容。為了讓我系集成電路設計與集成系統專業的畢業生在競爭日益激烈的社會中占有一定的技術優勢，以《集成電路原理》為核心，結合行業發展，適應就業需求，現已派生出多門專業選修課：《模擬CMOS集成電路設計》、《Hspice電路仿真實驗》、《版圖設計》、《EDA技術》、《反向設計實驗》、《集成電路應用實驗》、《VLSI設計基礎》、《SOC設計技術》、《混合集成電路》和《功率集成電路》等課程。這些課程都以《集成電路原理》為基礎，涉及集成電路行業主要的理論、技能基礎。

（3）為了增強學生的動手能力及技能水平，將課帶實驗調整為獨立實驗課程。實驗學時和內容都有很大程度的增加，其實驗內容包括Linux系統的基本操作、Cadence系統的設置與操作、EDA軟件的設置與操作、CMOS集成電路的設計和仿真、版圖設計與驗證、電路的提取與仿真等。我系通過開放IC設計實驗室，每年組織大三、大四的學生完成混合芯片的分析與設計、數字芯片開發、版圖設計等實踐內容；畢業班的學生利用實驗室的EDA設計平臺，完成相關的畢業設計；選拔部分學生，在專職老師和實驗老師的帶領和指導下，先后完成了鋰電池保護芯片的設計、D類功放芯片的設計，并成功流片。進一步強化了學生動手能力和技能水平的提高。

（4）修訂教學大綱、完善教材建設。將教學實踐與技術、行業的快速發展相結合，突出體現雙師型教學團隊的特點，在教學過程中注重工程實踐的重要性，適時修訂、更新教學大綱，使之適合社會對培養集成電路設計與集成系統專業人才需要。在本課程及其派生課程的理論教材上采取選優選新的原則，選擇相對適用的規劃教材。除此以外，我系還專門組織教師整理了大量的工程實踐資料，編寫實驗、實踐講義《版圖設計實驗指導書》、《版圖綜合設計實驗指導書》、《電路原理圖設計及Hspice實驗指導書》、《集成電路反向設計實驗指導書》等。

（5）建立完善的課程體系。為了讓我系集成電路設計與集成系統專業的學生進校以后，有明確的學習目標，除開展專業介紹培訓、專業就業方向培訓以外，在課程體系建設中也正在逐步完善以就業為導向的結構體系。可以通過就業方向與知識結構的課程體系讓學生在眼花繚亂的基礎課程、專業課程、選修課程中找到自己學習的目標、方向及前進的脈絡。

三、課程體系建設的效果

教學形式除基本的板書外，還采用了多媒體課件、視頻播放、國家重點實驗室參觀等多種形式。考核方法也不再僅僅只有考試一種形式，對實驗、實踐內容或課程，如“EDA技術”、“Hspice電路設計與仿真”、“版圖設計”、“集成電路應用實驗”、“反向設計實驗”等采用理論與實踐相結合的方法考核。其中，實踐考核更是以工程團隊的形式考核，不僅要考核項目完成的情況，還要考核團隊協同能力、凝聚力、團隊負責人的領導力以及團隊答辯時的臨場發揮發揮水平等。

同時，課程體系在畢業設計中起到了關鍵作用。開設的實驗、實踐課程，使學生從系統的認識、電路應用、工藝的掌握到EDA工具的使用等方面都得到了質的提高。

四、存在問題及解決措施

雖然我系在《集成電路原理》課程體系建設方面做了大量的工作，也取得了一些成績，但新階段仍然存在一些問題有待解決。主要表現為：①由于集成電路工藝技術發展迅猛，行業滲透性強，因此需要跟上行業發展，盡快整理最前沿的科技資料，了解行業行業發展趨勢，縮短教學大綱更新周期；②我系科研項目比較少，學生直接參與科研項目的機會少；③本課程與相關課程的融合方面，還需要進一步探討、優化。針對于存在的問題，我系也采取了必要的措施：①每學年，都深入企業調研，修訂教學大綱；②定期開展項目實訓，以及鼓勵更多的學生參加到學院的“項目制”和國騰集團“創業基金”的課題中；③開放集成設計實驗室，為學生提供課外實踐機會，讓有條件的學生參與教師相關課題的研究；④針對相關課程之間的融合問題，定期組織研討，在制定教學計劃、修訂教學大綱時體現。同時，我系通過各種途徑與兄弟院校交流、與用人單位溝通，吸取更多的經驗，培養更加適合社會需求的人才。

五、結束語

以《集成電路原理》為基礎，注重理論與實踐相結合，突出對相關課程的輻射作用（派生的理論課與實驗課），增強集成電路設計與集成系統專業學生的電路設計能力是我系在該專業教育上的主要特點之一。課程體系強調我系集成電路設計與集成系統專業建設的需要，結合自身特點，參考國內外高校在本課程建設的先進經驗，作了切實可行的建設。

參考文獻：

[1]段吉海.“半導體集成電路”課程建設與教學實踐.2007，29（5）：11-15

[2]朱正涌.半導體集成電路[M].北京：清華大學出版社，2004，9

[3]李偉華.VLSI 設計基礎[M].北京：電子工業出版社，2002

[4]羅勝欽.數字集成系統芯片（SOC）設計[M].北京：希望電子出版社，2002

[5]吳文光，肖丙剛等，微電子專業集成電路設計實踐課程的建設與研究，科技信息，2009，26：10-12