中職院校集成電路測試實驗室的建設(shè)與管理

楊春娜

遵化市職業(yè)技術(shù)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(xué)實驗和學(xué)科建設(shè)的重點產(chǎn)業(yè)基地，在人才培養(yǎng)、科學(xué)研究等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。中等職業(yè)院校測試實驗室的發(fā)展水平，直接決定其教學(xué)成果的質(zhì)量、科研水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量，因此有必要探討和科學(xué)研究中職院校的基本建設(shè)問題，為弘揚中等職業(yè)院校集成電路測試實驗室的可持續(xù)發(fā)展理念，最終提高學(xué)校綜合水平。

一、中等職業(yè)院校集成電路測試實驗室建設(shè)與管理的必要性

（一）中等職業(yè)院校集成電路測試實驗室隊伍建設(shè)問題

中職院校測試實驗室?guī)熧Y隊伍和管理隊伍影響實驗教學(xué)水平，根據(jù)課堂教學(xué)實踐活動，實驗教學(xué)人才分為實驗教師、實驗技術(shù)人員和管理人員三類，實驗教師的基本工作職責(zé)是研究和課堂教學(xué)。中職院校測試實驗室教師的職責(zé)是保證實驗設(shè)備的一致性、機(jī)械設(shè)備開發(fā)設(shè)計的潛在作用，保證實驗設(shè)備的規(guī)格型號符合要求，耗材符合要求，質(zhì)量可靠，管理人員負(fù)責(zé)中等職業(yè)院校集成電路測試實驗室的數(shù)據(jù)上報統(tǒng)計、費用報銷、清潔衛(wèi)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(yè)學(xué)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(chǎn)的角度來看，都要考慮資產(chǎn)投資的收益，由于在校學(xué)生總數(shù)的增加，現(xiàn)階段部分實驗設(shè)備短缺，部分昂貴機(jī)械設(shè)備利用率低等現(xiàn)象在中職院校IC測試實驗室普遍存在[1]。中等職業(yè)院校集成電路測試實驗室基礎(chǔ)建設(shè)的初衷，是為了更好地為學(xué)生提供更強(qiáng)的教育資源和教學(xué)環(huán)境，在教學(xué)環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)，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(shè)備，僅在學(xué)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(dǎo)致了教育資源的消耗。學(xué)生一般按照課程安排來中職院校測試實驗室進(jìn)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(xué)生必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成具體的考試內(nèi)容，對于一些非常復(fù)雜的測試，測試時間是不夠的。

二、中等職業(yè)院校集成電路測試實驗室的建設(shè)背景

（一）集成電路發(fā)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(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；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(fā)展的核心因素之一。

Gartner報告顯示，2019年全球半導(dǎo)體收入總計4,183億美元，相比2018年下滑了11.9%。從國內(nèi)情況來看，受到全球半導(dǎo)體市場下滑影響，我國集成電路產(chǎn)業(yè)2019年增速也出現(xiàn)顯著下降，根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2019年1-9月，中國集成電路產(chǎn)業(yè)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(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)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(yè)學(xué)校人才培養(yǎng)背景

集成電路產(chǎn)業(yè)鏈對高層次人才的技術(shù)預(yù)見工作能力要求極高，要知道集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的技術(shù)復(fù)合類型，同時要有技術(shù)和管理方法的交集。例如與市場的兼容性，同時，半導(dǎo)體材料的開發(fā)、設(shè)計和制造也必須通過一定規(guī)模以上企業(yè)之間的團(tuán)隊合作來推動，中等職業(yè)院校集成電路產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)秀人才的塑造要面向中國要求，努力塑造具有自主研發(fā)和自主創(chuàng)新能力的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈高層次人才。近年來，雖然我國集成電路發(fā)展勢頭良好，前景廣闊，但大家必須清醒地認(rèn)識到我國本土集成電路企業(yè)與世界全產(chǎn)業(yè)鏈的差異，尤其是優(yōu)質(zhì)集成電路的應(yīng)用，我國在設(shè)計、制造、機(jī)械、設(shè)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(yè)在開發(fā)自主創(chuàng)新產(chǎn)品和設(shè)計方案的能力上，與世界領(lǐng)先廠商也存在較大差距，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粭l新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，集成電路創(chuàng)新人才的創(chuàng)造必須以高科技機(jī)械設(shè)備為支撐。現(xiàn)階段，普通中等職業(yè)院校集成電路專業(yè)設(shè)計的課程目標(biāo)主要以項目設(shè)計、實驗、生產(chǎn)實踐階段為主，讓學(xué)生慢慢轉(zhuǎn)換他們所學(xué)的集成電路設(shè)計、信息系統(tǒng)集成等專業(yè)技能，促進(jìn)了集成電路在社會發(fā)展中的各行各業(yè)的普遍應(yīng)用，實施和完善中等職業(yè)院校集成電路設(shè)計方案實驗室的基礎(chǔ)建設(shè)，是塑造高素質(zhì)集成電路優(yōu)秀人才的必然要求。

三、集成電路專業(yè)實驗室建設(shè)規(guī)劃

中等職業(yè)院校集成電路設(shè)計實驗室的基礎(chǔ)建設(shè)具有重要的課堂教學(xué)和科研實際意義，實驗室的發(fā)展水平直接決定了其教學(xué)成果的質(zhì)量、科研水平、人才水平。因此，必須圍繞中等職業(yè)院校實驗室建設(shè)的基本問題對培養(yǎng)質(zhì)量進(jìn)行探討和科學(xué)研究，以促進(jìn)實驗室可持續(xù)發(fā)展的理念，最終提高各院校的綜合水平。

（一）專業(yè)基礎(chǔ)實驗室

中等職業(yè)院校的教育以培養(yǎng)高素質(zhì)實用型人才為主，塑造出來的學(xué)生不僅要有扎實的理論基礎(chǔ)，還要有扎實的專業(yè)技能。技術(shù)類專業(yè)基礎(chǔ)實驗室注重培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，以認(rèn)證考試和可操作性考試為主導(dǎo)，根據(jù)實驗，學(xué)生可以開展技術(shù)專業(yè)課程和專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)理論的實踐活動，加強(qiáng)對半導(dǎo)體物理、微電子技術(shù)加工技術(shù)、版圖設(shè)計基礎(chǔ)理論的理解，提高邏輯思維和實踐能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)科目打下堅實的基礎(chǔ)[2]。集成電路的設(shè)計過程基本包括：電路原理、仿真前仿真、版圖設(shè)計、仿真后仿真、事后處理，中等職業(yè)院校的基礎(chǔ)實驗室要達(dá)到完成這個基本過程的標(biāo)準(zhǔn)。

例如，金陵信息電子學(xué)院集成電路測試實驗室是電子器件科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實驗室，為學(xué)生開設(shè)了“集成電路測試”、“自動化測試導(dǎo)論”、“封裝測試”、“混合信號測試”、 “集成電路檢測標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)”等測試課程內(nèi)容及配套設(shè)施學(xué)科設(shè)計。實驗室擁有各類通用集成電路電子元器件、半導(dǎo)體材料集成電路主要參數(shù)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(dǎo)體材料霍爾效應(yīng)測試儀、半導(dǎo)體元器件光學(xué)特性測試儀、高分辨光學(xué)顯微鏡、探針臺、直流可調(diào)穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬用表、數(shù)字示波器、信號源、頻率計等相關(guān)機(jī)械設(shè)備。

根據(jù)本實驗室的測試實踐階段，學(xué)生應(yīng)掌握半導(dǎo)體材料集成電路測試的基本原理和具體方法，使學(xué)生掌握晶體管和集成電路各種測試、測量理論基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)模型、測試的方法和意義。并且可以檢測半導(dǎo)體材料的電阻、霍爾系數(shù)、單晶少數(shù)載流子壽命、半導(dǎo)體材料集成電路的主要參數(shù)、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(yè)人才，建立了半導(dǎo)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(shè)計平臺的建設(shè)

集成電路設(shè)計平臺除了具備基本的軟硬件系統(tǒng)外，還應(yīng)有一套涵蓋集成電路設(shè)計方案全步驟的實驗方案，同時具備半導(dǎo)體元器件、集成電路測試等功能，標(biāo)準(zhǔn)充實和拓展對應(yīng)課程的實驗內(nèi)容，提高學(xué)生的主動性，在課堂教學(xué)應(yīng)用中，學(xué)生可以進(jìn)行實際的實驗過程，將基礎(chǔ)知識的資金投入到操作過程中，平臺可實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)字集成電路測試。

全面的定制化設(shè)計方案測試、硬件配置描述語言設(shè)計方案和認(rèn)證測試等實驗流程，該平臺的建立不僅有利于集成電路設(shè)計方案的測試課程內(nèi)容，還可用于“半導(dǎo)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(shè)項目的實施

實驗室作為學(xué)校教學(xué)實驗和學(xué)科建設(shè)的重點場所，在課堂教學(xué)中發(fā)揮了教學(xué)、教育、科研、培養(yǎng)優(yōu)秀人才的重要作用。因此，中等職業(yè)院校實驗室規(guī)劃的關(guān)鍵目標(biāo)是學(xué)習(xí)和辦公環(huán)境的基礎(chǔ)建設(shè)，即實驗室各種實驗設(shè)備和模擬設(shè)備的基礎(chǔ)建設(shè)[3]。以學(xué)校成功完成基礎(chǔ)建設(shè)的集成電路實驗室為例，實驗室的關(guān)鍵是使用SOC集成電路設(shè)計方案和基于FPGA集成電路設(shè)計方案的教學(xué)實驗，學(xué)生進(jìn)行EDA實驗、項目設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等課堂教學(xué)日常任務(wù)，塑造學(xué)生在中等職業(yè)院校課堂教學(xué)日常任務(wù)中使用智能EDA專用工具設(shè)計各種電子電路和控制系統(tǒng)的能力，學(xué)校集成電路實驗室可容納近50名學(xué)生開展實驗學(xué)習(xí)和學(xué)科建設(shè)。

在軟件層面，集成電路實驗室的電子計算機(jī)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(shè)計方案，仿真以及板圖的設(shè)計方案學(xué)習(xí)。應(yīng)用RedHatEnterpriseLinuxServer6.0系統(tǒng)軟件、許可網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及其smic-18處理技術(shù)，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(xué)習(xí)效率，在硬件配置層面，有50臺裝有Linux的聯(lián)想電腦，供學(xué)生閱讀材料和參考文獻(xiàn)、電源電路的設(shè)計方案和仿真等文章，并進(jìn)行課堂教學(xué)，實驗室配備投影儀，用于教師講課、PPT播放等，多臺凌陽FPGA環(huán)境測試箱用于EDA課程內(nèi)容的實驗過程，多臺數(shù)字示波器用于檢查和跟蹤電源電路的波形，實驗室的建設(shè)使教師講課和學(xué)生學(xué)習(xí)效率提高。

（四） 管理體制建設(shè)

為了更好地提高實驗室的工作效率和資源利用率，體現(xiàn)實驗室規(guī)劃的實際效果，必須將科研管理機(jī)制應(yīng)用于實驗室，防止“重基建、輕管理”。因此，管理機(jī)制的基礎(chǔ)建設(shè)也是實驗室規(guī)劃的重要組成部分。可以說，管理方法體現(xiàn)在實驗室規(guī)劃的上述各方面。一個優(yōu)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(jù)每位教師的研究內(nèi)容、技術(shù)專業(yè)情況、科研興趣等，在人員結(jié)構(gòu)層面劃分為多個科研工作組。每個小組報告進(jìn)度并根據(jù)每周例會進(jìn)行討論。對于學(xué)術(shù)研究問題，充分發(fā)揮教師的指導(dǎo)意義，在群體間，基于資源共享、科研、課堂教學(xué)等成果，進(jìn)行資源整合，確保高質(zhì)量的成果；在管理制度層面，根據(jù)具體情況制定考勤管理和考核，嚴(yán)格遵守各項規(guī)章制度。一方面保證了明確的工作目標(biāo)，另一方面也鼓勵了創(chuàng)新能力的有效性。對優(yōu)秀論文和專利申請給予一定的獎勵，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性與創(chuàng)新思維能力，體現(xiàn)“以人為本”的管理模式。

四、結(jié)語

總而言之，只有從以上各級提升實驗室的基礎(chǔ)建設(shè)，才能滿足課堂教學(xué)和科研的需要，提高教學(xué)科研水平，造就適應(yīng)課堂教學(xué)和科研需要的綜合性人才，實驗室建設(shè)將是學(xué)校全方位基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展過程中長期的任務(wù)，