《集成电路原理》课程体系建设与研究

马俊成 史勤刚

【摘要】教学改革的核心是教学内容与课程体系的改革。基于对电子科技大学成都学院集成电路设计与集成系统专业实践教学的定位分析与研究，本文首先介绍了“集成电路原理”课程建设的指导思想，然后阐述了课程建设的内容和实施情况，最后对课程建设的效果进行了简要的分析和总结。

【关键词】教学改革；课程建设；课程体系；微电子；集成电路；IC设计

0、引言

随着社会信息化的快速发展，集成电路产业的发展也得到国家的高度重视，先后制定了三个五年发展规划，行业正处于发展的高速通道上。因此，对集成电路设计人才的需求也大幅增加。然而，每年我国高校集成电路设计专业毕业的研究生远远不能满足社会需要。集成电路设计人才缺乏已成为制约我国集成电路产业向前发展的瓶颈之一。要改变这一现状，应从本科专业教育开始抓起，培养基础扎实、有一定技术能力的集成电路设计人才。为此，我系针对集成电路设计与集成系统本科专业的课程体系，对《集成电路原理》课程进行了较深入研究，做了大量的工作，也已取得了一定的成果。

一、课程建设的基本思想

《集成电路原理》的课程任务是：通过本课程的学习使学生基本掌握各种典型集成电路的基本构成、基本工作原理、版图识别和设计的知识和方法；为工程上利用EDA设计工具实现集成电路、版图的设计及仿真、验证，芯片测试、应用提供必需的理论知识。本课程着重研究典型的双极型和MOS型集成电路的工作原理、特性分析、电路设计、版图识别与设计等相关理论与知识。课程建设的基本思路包括了：①加强理论教学与研究，探索新技术的发展，探讨因教材内容滞后性出现的各类问题及解决措施。②理论教学和实践应用紧密结合，针对本课程IC设计的实验；要求任课教师熟练掌握EDA软件及参与科研项目。同时，选拔对IC设计具有浓厚兴趣的学生参与科研项目，训练学生熟练掌握EDA软件及IC设计方法。③作为学生课程设计和毕业设计的重要理论与实践指导课，要求每位学生能借助EDA软件熟练完成相关系统或单元电路和版图设计。④定期组织相关教师座谈、参加有关培训，改进教学方法和手段。充分利用EDA软件，完成科研项目或实践项目的设计与仿真，通过具体的项目让学生了解IC设计的流程，积累项目经验，弥补学生社会经验不足的缺点，增强我系毕业生市场竞争力。⑤根据我系学生特点，精选或编写课程教材、讲义。

二、课程体系的建设与实施

1、课程体系中常见的问题

《集成电路原理》课程往往存在以下问题：①内容多、知识面广、课时少，学生接受、理解难度大。因此，有必要完善课程体系的建设，根据知识结构扩展专业课程。②课带实验训练内容少、难度低，无法满足工程设计的需要。③与专业基础课联系紧密，如《微电子器件》和《模拟电路基础》等课程。然而，任课教师之间沟通较少，教学过程中知识点的衔接不连贯，会出现本课程需要使用的一些中重要定理、模型或电路在专业基础课程中没有介绍或没有重点谈论的现象。因此，有必要通过课程体系的建设，成立教研室，组织相关教师座谈，完善知识结构，合理安排教学计划，分配教学内容。④没有建立以就业为导向的课程体系，学生对学什么、今后做什么很迷茫。

2、课程建设和内容改革

（1）师资队伍的建立是课程体系建设的重点之一。我系集成电路设计与集成系统专业引进的8名专职教师全部毕业于北大、电子科大等国内知名高校，且都具有丰富的企业工作经验，其中不乏华为、芯源等全球知名企业。

（2）教学内容及方式、方法的改进。本课程建设改进了理论教学方式、方法，增加了多媒体教学，编写了《集成电路原理》课件和课外辅导资料。通过和电子科技大学、重庆邮电学院的合作，开设了集成电路工艺实验。由于集成电路设计与集成系统专业具有实习单位难找的特点，这是因为对于一般的高校很难有动则上千万的经费投入到集成电路生产环节之中，组织学生去相关单位实习也不太现实。因为半导体器件、集成电路特别是大规模集成电路的生产环境必须是超净的，所用的气体、化学试剂必须是超纯的，这是行业生产特点所提出来的科学要求，是提高生产成品率的根本保证，所以也不太欢迎和接受相关专业的学生进行实习[5]。为了解决这一问题，在《集成电路原理》教学过程中引入了视频教学的环节，通过视频详细的了解集成电路设计、制造、测试等环节，同时也了解集成电路制造所需的设备及生产环境。我系在《集成电路原理》课程教学和课程体系建设中所做的努力得到了专家的一致认可。《集成电路原理》课程被评为2008年四川省省级精品课程；集成电路设计与集成系统专业2010年被评为四川省省级特色专业，2012年成为四川省高等学校“专业综合改革试点”专业。

对《集成电路原理》课程内容重新整合。参照国内外最新教材，关注最新科技动态，适当增减教学内容，适时调整派生课程及内容。为了让我系集成电路设计与集成系统专业的毕业生在竞争日益激烈的社会中占有一定的技术优势，以《集成电路原理》为核心，结合行业发展，适应就业需求，现已派生出多门专业选修课：《模拟CMOS集成电路设计》、《Hspice电路仿真实验》、《版图设计》、《EDA技术》、《反向设计实验》、《集成电路应用实验》、《VLSI设计基础》、《SOC设计技术》、《混合集成电路》和《功率集成电路》等课程。这些课程都以《集成电路原理》为基础，涉及集成电路行业主要的理论、技能基础。

（3）为了增强学生的动手能力及技能水平，将课带实验调整为独立实验课程。实验学时和内容都有很大程度的增加，其实验内容包括Linux系統的基本操作、Cadence系统的设置与操作、EDA软件的设置与操作、CMOS集成电路的设计和仿真、版图设计与验证、电路的提取与仿真等。我系通过开放IC设计实验室，每年组织大三、大四的学生完成混合芯片的分析与设计、数字芯片开发、版图设计等实践内容；毕业班的学生利用实验室的EDA设计平台，完成相关的毕业设计；选拔部分学生，在专职老师和实验老师的带领和指导下，先后完成了锂电池保护芯片的设计、D类功放芯片的设计，并成功流片。进一步强化了学生动手能力和技能水平的提高。

（4）修订教学大纲、完善教材建设。将教学实践与技术、行业的快速发展相结合，突出体现双师型教学团队的特点，在教学过程中注重工程实践的重要性，适时修订、更新教学大纲，使之适合社会对培养集成电路设计与集成系统专业人才需要。在本课程及其派生课程的理论教材上采取选优选新的原则，选择相对适用的规划教材。除此以外，我系还专门组织教师整理了大量的工程实践资料，编写实验、实践讲义《版图设计实验指导书》、《版图综合设计实验指导书》、《电路原理图设计及Hspice实验指导书》、《集成电路反向设计实验指导书》等。

（5）建立完善的课程体系。为了让我系集成电路设计与集成系统专业的学生进校以后，有明确的学习目标，除开展专业介绍培训、专业就业方向培训以外，在课程体系建设中也正在逐步完善以就业为导向的结构体系。可以通过就业方向与知识结构的课程体系让学生在眼花缭乱的基础课程、专业课程、选修课程中找到自己学习的目标、方向及前进的脉络。

三、课程体系建设的效果

教学形式除基本的板书外，还采用了多媒体课件、视频播放、国家重点实验室参观等多种形式。考核方法也不再仅仅只有考试一种形式，对实验、实践内容或课程，如“EDA技术”、“Hspice电路设计与仿真”、“版图设计”、“集成电路应用实验”、“反向设计实验”等采用理论与实践相结合的方法考核。其中，实践考核更是以工程团队的形式考核，不仅要考核项目完成的情况，还要考核团队协同能力、凝聚力、团队负责人的领导力以及团队答辩时的临场发挥发挥水平等。

同时，课程体系在毕业设计中起到了关键作用。开设的实验、实践课程，使学生从系统的认识、电路应用、工艺的掌握到EDA工具的使用等方面都得到了质的提高。

四、存在问题及解决措施

虽然我系在《集成电路原理》课程体系建设方面做了大量的工作，也取得了一些成绩，但新阶段仍然存在一些问题有待解决。主要表现为：①由于集成电路工艺技术发展迅猛，行业渗透性强，因此需要跟上行业发展，尽快整理最前沿的科技资料，了解行业行业发展趋勢，缩短教学大纲更新周期；②我系科研项目比较少，学生直接参与科研项目的机会少；③本课程与相关课程的融合方面，还需要进一步探讨、优化。针对于存在的问题，我系也采取了必要的措施：①每学年，都深入企业调研，修订教学大纲；②定期开展项目实训，以及鼓励更多的学生参加到学院的“项目制”和国腾集团“创业基金”的课题中；③开放集成设计实验室，为学生提供课外实践机会，让有条件的学生参与教师相关课题的研究；④针对相关课程之间的融合问题，定期组织研讨，在制定教学计划、修订教学大纲时体现。同时，我系通过各种途径与兄弟院校交流、与用人单位沟通，吸取更多的经验，培养更加适合社会需求的人才。

五、结束语

以《集成电路原理》为基础，注重理论与实践相结合，突出对相关课程的辐射作用（派生的理论课与实验课），增强集成电路设计与集成系统专业学生的电路设计能力是我系在该专业教育上的主要特点之一。课程体系强调我系集成电路设计与集成系统专业建设的需要，结合自身特点，参考国内外高校在本课程建设的先进经验，作了切实可行的建设。

参考文献：

[1]段吉海.“半导体集成电路”课程建设与教学实践.2007，29（5）：11-15

[2]朱正涌.半导体集成电路[M].北京：清华大学出版社，2004，9

[3]李伟华.VLSI 设计基础[M].北京：电子工业出版社，2002

[4]罗胜钦.数字集成系统芯片（SOC）设计[M].北京：希望电子出版社，2002

[5]吴文光，肖丙刚等，微电子专业集成电路设计实践课程的建设与研究，科技信息，2009，26：10-12