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【關鍵詞】一級公路;城市主干路;設計要點;探究
一、前言
隨著社會經濟的發展需要,各地的道路網也在不斷地建設發展。昔日的山林村莊,都變成今日的新城中心。在城市發展中,由于周邊的地塊未得到相應的開發,周邊環境仍處于欠發達地區,居民出行量少,過境車輛多,同時可能受到政府部門對市政道路投資的限制,就會出現以公路為設計標準同時兼城市道路的功能的道路。
一級公路兼城市主干路的設計,主要是依據一級公路的設計標準,但又考慮到未來發展的需要,結合當地的土地利用規劃及城市的發展需要,提高道路綠化面積,設置人行道及非機動車道方便周邊居民出行,橫斷面結合公路與市政道路特點,路基排水糅合公路與市政道路排水綜合考慮。
二、一級公路兼城市主干路功能的特點
一級公路兼城市主干路,要求道路既滿足一級公路的設計標準,同時符合城市主干路的使用需要。設計規范應為公路設計規范,但在設計過程中,還應充分考慮城市道路設計規范的個別要求,綜合進行設計。
1. 設計車速
這種特殊的一級公路,需要兼顧城市主干路的功能,其設計速度只有一種。因為根據公路路線規范,一級公路的設計速度為100km/h、80km/h、60km/h三種;而根據城市道路規范,城市主干路的設計速度為60km/h、50km/h、40km/h三種。因此一般情況下,一級公路兼城市道路功能,設計速度一般采用60 km/h。
2. 選線
這種特殊的公路,所在的位置一般位于城中心之外,可能在山村山林,又或者周圍區域并沒有相應開發。因此很可能面臨是沒有公路規劃,或者公路規劃不完善,需要進一步考慮選線的問題。
3. 橫斷面設計
一級公路橫斷面一般分為中央分隔帶,行車道,路肩;但城市道路由于功能作用較多,一般分為中央分隔帶,行車道,側綠化帶,人行道及非機動車道等。因此在一級公路兼城市主干路功能的設計中,一般以城市主干路的橫斷面劃分進行設計,這樣可以在后續城市建設中節省道路改造的成本,當然也可能人行道與非機動車道分期實施。
4. 平面設計
平面設計需要結合規劃及選線情況綜合考慮。同時需要注意的是,建議在道路彎道不設超高,因此曲線半徑選擇需大于不設超高的曲線半徑1500m。
5. 縱斷面設計
縱斷面設計的標高,一般需要結合區域的豎向規劃進行考慮。正確處理好規劃路口與現狀路口是設置。新建道路一般采用縱坡坡度大于0.3%。只有在改建道路條件限制時,無法滿足最小縱坡坡度,則需要設置鋸齒形邊溝或其他排水設施。
6. 路基設計
項目的區域所以一般仍未開發,多為郊區,因此受土地使用限制較少。部分通過山區的路段,路基可采用一般放坡即可。遇到居民密集區域,或者部分特殊建筑(如廟宇)時,則無法正常放坡。此時建議使用擋墻設計或者選線時盡量繞開此類區域,避免對路基設計增加難度。
7. 交叉口設計
在公路路線設計規范中,對公路的平面交叉口設計范圍采取了限制條件。以集散功能的一級公路為例,設置的最小間距為500m。但是一般此類項目中,可以結合城市公路路網規劃,對應的道路進行交叉口設置即可。部分路口為規劃路,可以僅預留管道,方便以后規劃路建設時設立信號燈即可。同時如果在路網規劃中沒有的現狀路口,也需要進行接順。
8. 路基排水設計
本公路仍按照一級公路路基路面排水設計,通過路面結構下暗渠同向公路邊坡,從而利用排水溝進行排水。但由于橫斷面形式采用城市主干路的形式,行車道外側為人行道及非機動車道時,路面水無法直接排向邊坡,人行道水向內排向行車道。因此需要設置雨水口收集雨水,再通過暗渠,最后排向道路邊坡外的排水溝。
三、設計中需要注意的地方
1. 需要同時參考城市道路規范
項目是一級公路需兼城市主干路功能,因此明確以公路規范要求進行設計。如相應的公路等級,設計速度,通行能力等。
兼顧城市道路的功能則更多的體現在道路功能劃分上,為兼顧遠期的居民出行,降低城市道路改造成本,美化城市道路環境的角度考慮,增加人行道,非機動車道以及綠化帶等斷面形式。那么在橫斷面設計中,就既參考公路規范又要考慮道路規范了。
2. 在不同設計規范中找共通點
雖然在設計的開始階段,先確定了規范是公路規范。但是由于這種道路的有城市道路的服務功能,仍然也考慮道路規范中的要求。如果兩種規范中存在差異,則需要尋找出兩者的共通點。
為了保證將來道路市政管道建設全線更加統一,如全線雙側布管,那么更好的方式是彎道處不設置超高。如果在彎道設置了超高,雙側布管變成了單側布管,管徑還需要增大,這樣不利于施工。而且一般的項目實施位置為郊區,土地使用限制較少,可以選取更大的曲線半徑。因此一般采用不設超高的曲線半徑。
3.對排水的設計要求
公路與城市道路的最大區別,就在于公路只有路基、路面排水,而城市道路由于所處位置區域繁多,一般會有市政管網工程作為配套工程,道路排水將接入市政管網。
由于道路橫斷面設計需要兼顧一級公路以及城市主干路功能,因此在設計橫斷面時,采用了中央綠化帶+行車道+側綠化帶+非機動車道+人行道的設計,兩側對稱布置。這樣設計,可以滿足公路行車需要,也能滿足居民出行的需要。但是道路外側設置了人行道,抬高的人行道,將會妨礙路面雨水排向邊坡外排水溝。同時為了滿足以后路側地塊的建設,人行道的坡度也需要反坡指向行車道。而工程采用公路設計,又暫不實施市政管網。因此隨之而來的將是既不能采用一般的公路排水方式,也不能采用一般的道路排水方式。排水系統仍統一為路堤排水溝以及路塹邊溝。因此需要想辦法將路面的雨水排向排水溝及邊溝。綜合考慮了以后市政管網建設的需要,以及現有排水的需要。考慮采取以下排水設計:
1、單側行車道路面采取坡度為2%的路拱設計,方向向外,排向路緣帶每隔30m一個的雨水口。
2、雨水口底設置橫向PVC,埋置于人行道之下,坡度為2%,通向路塹邊溝,或者通向路堤邊坡處的急流槽,急流槽排向排水溝。
3、人行道及非機動車道設置單向排水路拱,坡度為2%,方向向內,這是為了方便以后接入市政管道,以及顧及城市道路外側地塊的排水需要。
4、中央分隔帶及側綠化帶下方,埋設縱向軟式透水管,橫向用PVC管連通向邊溝或邊坡急流槽。可采用與雨水口橫向管相同間距,橫向共管可節省造價。
采用的PVC管材單價較為便宜,公路采用了城市道路橫斷面,在不設計市政管網工程的情況下仍能滿足路面的排水要求。
四、結論
在建設項目周邊地區未充分發展,道路長度較長的情況下,不建設市政管網工程,采取一級公路的設計標準兼城市主干路功能,既能滿足現狀交通需要,又能大大地降低造價。在同時考慮公路規范以及道路規范的情況下,如何更優地進行設計,兼顧公路與市政道路的設計標準,需要更多的設計人員進行探討。關鍵在于找準公路與市政道路在設計中的共通點,充分考慮它們的差異處,通過計算驗證,找出一條能夠實現功能轉換的設計道路。
參考文獻:
[1]JTG D20-2006 公路路線設計規范.
[2]JTGD30-2004 公路路基設計規范.
[3]JTG D50-2006 公路瀝青路面設計規范.
一、前言
隨著社會經濟的發展,作為國家現代化水平標志之一的高速公路建設,近年來發展極為迅速。基于高速公路行車交通控制全封閉的特點,各種上跨、下穿立交橋在高速公路建設中被大量采用,此類橋載重不大(一般為H-10、H-15),橋面不寬,但其數量較多,特別是處于丘陵區的湖南,各類上跨機耕道、鄉道及人行天橋數量較多。僅長益路71.51公里地段此種上跨天橋就有43座,為能使天橋與地勢巧妙的結合,美觀得體、造價低、方便施工,業主與設計單位密切配合,針對每座橋所處位置進行多種方案的研究探討,最終選定最佳方案。本文就天橋方案的選取及其工程特點作一簡介。
二、天橋方案選取原則
根據高速公路上跨天橋的特點,并結合長常高速公路長益段的應用情況,可歸納出上跨天橋方案的選取主要應考慮的幾項原則如下:
1. 因地制宜充分考慮地形。
長益公路地處丘陵區,天橋絕大部分設在切方地段。天橋的建筑高度選取除保證必要的橋下凈空外,還需結合地形以減少橋頭接線切方或填方量,最終達到經濟實用的目的。如橋兩端地勢較低,主要采用梁式橋;略高則主要采用中承式拱肋橋;更高則宜采用斜腿剛構、雙向坡拱、拱等型式。
2. 合理選取橋跨后續施工配合
目前,高速公路路面施工多采用大型攤鋪機,而路面施工一般后于天橋施工,以往為減小跨徑、降低截面高度采用加中墩的橋梁,使攤鋪機的通行受阻,直接影響路面施工進度。也對通車運營階段安全行車伏有隱患。故在方案選取時,盡量少用設中墩橋梁,即使設置,其中墩尺寸也宜取較小值。
3. 在結構合理、施工方便的前提下,盡量使橋型美觀大方,橋型多樣化,體現時代氣息,并在主體工程驗收后進行適當的淡色裝飾。
高速公路因線型較好、路面寬闊平順,而致行車單調乏味,司乘人員易于疲勞。而司機視野內的空間感覺對行車安全、舒適起很大作用。為能創造較舒適的行車環境,除適量的綠化點綴外,各種天橋的美觀得體、橋型的差異、色彩的變換,與環境的協調搭配更能對高速行車中的司乘人員以美的享受。因此,在結構合理,施工方便的前提下,應盡量使橋型美觀大方,多樣化,以體現時代氣息,并在主體工程驗收后進行適當的淡色裝飾,可大大提高行車安全及舒適感以提高高速公路的社會效益和經濟效益。
4. 實用經濟、造價合理
在橋型的選擇時,一方面從“輕型”著手,以減少圬工體積;一方面不攀高用料。因此,長益路上跨天橋主要采用鋼筋砼結構,全線43座天橋中僅在兩個服務區中行人天橋的上部結構采用了鋼結構。
三、上跨天橋的應用
根據以上選用方案的基本原則,我們在全線43座上跨天橋的設計中采用了8種以上的拱梁式鋼筋砼上部結構及兩種鋼結構上部構造型式,其設計特點與建成后的整體效果分別概述如下:
1. 鋼筋砼斜腿剛構橋
上部構造整體受力,多次超靜定結構,整體現澆施工。上部全長48m,中跨25.8m,兩斜腿支承點,間距33.8m,主梁呈變高Ⅱ形,橋面至橋下路面頂高差6.89m.構件的簡單,斷面的變化及與地形的充分結合,使人感到整體的美觀和諧,同時,該橋開口斷面施工方便,模板支撐容易,可重復使用,且造價也較其它橋型低,因此該橋型采用的座數為上跨天橋之冠。但由于開口斷面,下緣承拉較弱,為使受力更加合理及橋型更加輕巧美觀,今后的設計中在充分考慮施工難易程度的前提下,可考慮采用整體箱型截面。
2. 帶拱上板式立柱、拱上實心連續板及主拱為實心板式的鋼筋砼拱橋。
本橋為傳統式拱橋類型,但由于拱上采用薄壁板式結構,且主拱川增加側向懸臂線條,使之外形輕巧、美觀,大方、得體。又因其建筑較高(橋下路面以至橋面高7.98m),故高切方處設置此種橋型較易。但拱式結構的特點是兩個橋臺體積較大,造價較高,因此在日后的設計中,如地基情況允許,設置分離式基礎,可適當降低造價。本橋型施工方面較易,模板簡單,操作容易。
該橋型也是采用較多的一種橋型,全線共有8座。
3. 普通鋼筋砼板拱橋帶拱上預應力空心板橋
本橋型拱上全長47.76m,主拱凈跨38.00m,建筑高度7.88m,拱度1/8,為使橋型輕巧,減少主拱川寬度,采用了使拱上側懸臂增加正面線條,同時拱上16.41m長度內不設拱上立柱,而設置縱向預應力鋼筋的方案,但又為避免在空心板中施加的預應力對主拱川產生附加應力,故將空習板與主拱圈接頭處斷開,使空心板部份成為簡單的簡支梁式結構。由于減少了拱上立柱,使人視野更加開闊,從而更利于行車安全。但此種橋型與其他橋型相比,造價較高,且施工工藝要求略高,故全線僅設一座。
4. 普通鋼筋砼板拱帶拱上空心板坡拱橋
此橋屬第三種橋型的改進,為結合路側地形,避免接線填方,特將兩側拱上建筑設計呈坡形,跨中建筑高度為7.53m,而主橋臺部份可減小至5.67m,從而減少了第三種橋型拱上預應力,簡化了施工,降低了造價,也使拱上空腹部份空心板長度減至11.135m,且橋型同樣輕巧,更能突出與地形的充分結合,造價也較第三種橋型節省約29%,故本路段此橋型共設置8座,屬采用較多的一種。
5. 普通鋼筋混凝土T型剛構橋
本橋型上部全長48m,跨中設置薄壁中墩,為節省造價,主梁為空心變截面。建筑高度為各橋型最低(路面至橋面為7.07m),適合較少切方地段。墩臺圬工體積小,因之造價較低,但空心梁的內部模板難以回收利用。此橋型外觀輕盈,是一種較理想的橋型,所以本路上使用也較多(共5座),其造價與第一種橋型相當。
6. 預應力鋼筋砼三跨連續梁橋
三跨預應力鋼筋砼梁橋在路線共設置了二座,主梁呈箱型斷面,梁高1.48m,橋面寬7.00m,設計荷截H-10,橋面距上跨路面高差6.7m,橋總長58.00m,中間跨320m,由于兩端接線較低,采用此種橋型為宜。中墩直徑1.20m,均位于所跨主線邊溝外測。為避免跨中產生較大彎矩,則邊跨較長。此橋箱梁斷面較高,顯得笨重,但箱內約有1.20m高空間,故施工較容易,模板可重復使用。
7. 預應力鋼筋砼兩跨連續梁
本橋用于互通匝道上,橋總寬19m,橋臺不分離,橋墩及上部分離,分別寬7.75m、11.25m,上部構造梁長2×28.10m,中墩采用薄壁鋼筋混凝土中墩。為便于橋下路面施工攤鋪機行走,墩厚僅0.70m.橋面至所跨路面高差7.07m,梁取用了較低的斷面,從而減少了匝道的土方量,降低了造價。橋型布置合理,總體美觀協調。
8. 普通鋼筋混凝土三跨連續梁橋
此橋地處互通立交中,上跨主線及匝道,橋長27.0+24.0+27.0=78.0m,寬3.0m橋跨的布置一方面考慮中國古建筑特色中的均衡對稱,一方面又考慮了對所跨主行車道及不對稱的加減行車道無影響,進行了多個不同方案比較,最終選取中跨跨小而兩邊跨對稱加大的方案,從效果看是合適的。
此橋的第二個特點是斷面型式的取用:基于本橋較窄(全寬3.0m),如采用箱型截面施工難度大,故采用T型截面,同時采用變高,使全橋立面線條較多,顯得活潑、輕盈、雖然其中一個邊跨有加長,但此橋正處互通始端,使視野更為遼闊,整個互通盡收眼底。
此種橋型全線有兩座,另一座系設在進入收費站之后的匝道上,跨徑略小,中跨大,兩個邊跨主要跨切方邊坡,并起平衡作用。
關鍵詞:公路工程;建設項目;檔案管理
Abstract: This paper analyzes the highway engineering archives management problems, on how to improve the highway construction project archives management to put forward several proposals.
Key words: Highway Engineering; construction project; file management
中圖分類號:F540.3文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2012)
公路工程檔案是公路規劃、建設、管理活動中形成的具有保存價值的文字材料、圖紙照片、聲像制品等檔案資料,它是公路建設等各項管理活動中直接產生和形成的原始記錄,同時又是真實記錄公路建設發展過程的第一手資料,它即維護著公路歷史發展歷程的真實性,又對公路的規劃建設,對工程質量起著重要的指導 、監督、保證作用,而且還是今后道路規劃、維修及改擴建等不可缺少的科學依據。做好公路工程檔案管理工作是公路管理的一項重要內容,我們必須千方百計采取各種積極措施,使工程檔案的管理納入法制化、規范化的管理軌道,使公路工程檔案管理形成一套完整、準確、便于使用的檔案系統,才能更好的為社會為大眾服務。
公路工程檔案管理中存在的問題
公路工程檔案管理意識薄弱
有些建設項目單位雖然有專門的檔案管理人員,但針對性不強,不能提出合理的指導意見。項目檔案類別很多且相互之間沒有統一的格式導致出現各部門按照各自的想法組卷的混亂現象。
長期以來,許多參加公路建設的建設單位和管理單位對工程檔案工作都缺乏應有的重視,首先是建設單位在施工階段,由于施工任務重,項目多,同時還有許多具體的工作需要協調解決,因而忽視了檔案工作,等到工程完工要辦理竣工驗收時,施工單位才不得不投入大量的人力、物力突擊補充檔案資料,以應付工程竣工驗收之用,致使工程竣工檔案資料質量較差。而有些公路建設管理單位又沒有很好地實行集中統一管理,造成了不少檔案散失嚴重,即使保存下來的也不完整,或因保管不當,致使現有的圖紙不清,紙張變質。這些都將嚴重地影響到公路工程將來的改、擴建和正常的養護維修工作。從而影響到公路檔案資源,使之無法為公路建設和管理提供有效服務,為國家帶來損失。
公路工程檔案管理中常出現的技術性問題
在公路工程檔案的管理中常出現一些技術性問題,一是檔案的收集不齊全。收集齊全是做好檔案工作的基礎。但由于公路工程建設項目建設周期長、參建單位多,各方的集訓不一,常致使一些檔案得不到妥善保管,收集也有不齊全現象;二是有些檔案資料缺乏真實性。檔案資料是公路工程施工全過程的真實記錄。但有些少數施工企業對工程項目檔案資料的記錄和收集缺乏責任心,只重施工,不重檔案,形成的檔案不是在具體工作中隨時隨地的記錄,而是過后隨意編造,欲求蒙混過關;三是書寫材料不規范。公路工程檔案內容豐富,形成主體復雜,編制人員素質參差不同,因此檔案的編制質量也就高低有別,有些檔案中文字用圓珠筆、鉛筆、復寫紙書寫,也用的用傳真紙復印存檔 等,這些不符合規定的現象發生,必將為以后的保管和利用帶來隱患。
公路工程檔案管理人員素質亟待提高
目前檔案管理施工單位為降低成本,有的兼職檔案管理,有的找個未從事過施工的人員代替,這些人員根本未對檔案組卷要求和工程相關知識進行系統學習,檔案管理就無從談起。公路工程檔案工作是一項綜合性的管理工作,在工程建設過程中,隨時都涉及到施工技術表格的填寫、施工材料的保存、竣工圖紙的整理及資料的專業分類組卷、往來文件的歸檔等它需要從事公路工程檔案工作的人員,既要懂工程建設專業技術知識,又要懂檔案專業技術知識,還應熟知各級主管部門制定的各項公路工程檔案法規,而許多檔案管理人員有些有公路建設方面的專業特長,卻缺少檔案技術知識,有些有檔案技術知識,又缺少公路建設方面的知識,無法滿足公路工程檔案管理工作的需要。
二、提高公路建設項目檔案的管理的建議
強化管理
為了確保公路建設工程竣工檔案的系統與完整,保證重點公路建設工程專業檔案質量,檔案行政管理部門和重點建設項目主管部門,日益把項目檔案管理工作放在突出位置上。但是,由于建設周期長、參建單位多、各方的認識不一,致使一些建設檔案得不到妥善保管,檔案的質量得不到保障,時間一長,也容易散失,另外,檔案管理水平較差,沒有達到標準化、制度化、規范化管理。從筆者參與的重點公路工程項目的驗收情況來看,許多單位檔案管理體制不健全,檔案規章制度形同虛設,沒有形成有效的管理和監督機制。因此應進一步提高認識,無論是制度的制定者還是執行者,無論是單位領導還是具體技術人員.都應充分認識到檔案管理的重要性.從項目的開始階段就把建設檔案工作統一起來,嚴格依法治檔。檔案的行政管理部門,應主動介入.加強與項目相關單位的溝通,統一行業項目檔案管理規范,爭取與項目主管部門達到共識,建立一個切實可行的重點建設項目檔案工作監督體系,明確項目參與各方的職責,齊抓共管,搞好重點建設項目的檔案工作。
堅持跟蹤技術咨詢服務,深入監督檢查指導
眾所周知,在諸多建設工程中,高速公路工程建設規模大、周期長、參建單位多,建設、監理、施工、安裝等單位的檔案管理人員,有工程建設方面的專業特長,卻缺少檔案技術知識,有的具有檔案技術知識,卻缺少建設方面的專業知識。同時,建設過程中資料形成了不一定就是檔案,還要按照國家法律和省檔案局下發的《歸檔文件整理規劃》及相關要求,認真做好分類、歸檔、裝訂、編號、編目等各個環節的工作。這就需要檔案主管部門加強檔案業務跟蹤技術咨詢服務,建立深入監督指導服務的機制,把監督檢查指導工作貫穿于建設工程的全過程,才能有效提高建檔歸檔質量。
3、提高公路工程檔案管理人員業務素質
加大檔案人才的培養,努力提高公路建設檔案人員的素質。面對經濟和科技的發展,檔案人員的素質必須提高,以業務素質提高為重點,對檔案專業知識進行學習,對現有的檔案人員,可以通過委培、進修、培訓,不斷拓寬知識面,加強與公路建設相關學科的學習,掌握管理項目檔案所需要的相關知識和計算機管理檔案的技能及一定外語水平,使檔案工作者能更好地為重點公路建設項目服務。
4、檔案管理部門經常性深入監督檢查指導
公路工程檔案管理中常出現的一些問題,除了增強公路工程檔案管理意識和提高公路工程檔案管理人員業務素質之外,還需要檔案管理部門組織力量深入到建單位和施工工地進行監督檢查指導服務,把監督檢查指導工作貫穿于建設工程的全過程,及時糾正檔案資料收集不齊全,書寫材料不規范等現象的發生,把好檔案管理質量關,才能有效的提高建檔歸檔質量。
5、加快檔案管理現代化步伐
時代在快速發展,科學技術飛速進步,按《檔案法》規定,“采用先進技術,實現檔案管理的現代化”。計算機技術的出現和普及給檔案管理工作帶來了深刻的影響,傳統的檔案保存及管理技術正面臨著挑戰。各級檔案部門聯合科技部門積極開展了檔案管理現代化的試驗工作。計算機的應用、檔案縮微、電視錄像等都有待公路工程檔案工作者在實踐中進一步探索。
6、重視檔案的開發利用
工程檔案管理的最終目的在于檔案的開發利用。要做好檔案利用工作,發揮檔案的利用效果,就需要編制好檢索工具,完整、簡便的檔案檢索工具是檔案開發利用的基礎。只有做好檔案的開發利用工作,才能很好滿足日常檔案管理和提供利用的需要。
關鍵詞:集成電路工藝 教學探索
中圖分類號:G642.4 文獻標識碼:A 文章編號:1002-7661(2015)09-0001.01
隨著經濟和信息技術的發展,信息技術已經滲透到了國民經濟的各個領域。信息技術的基礎是微電子技術,集成電路作為微電子技術的核心,是整個信息產業和信息社會最根本的技術基礎,也是一個國家參與國際化政治、經濟競爭的戰略產業。同時我國集成電路發展水平離歐美日等發達國家有很大的差距,尤其是在自主知識產權的集成電路產品方面。要扭轉這一局面,高素質的專業技術人才是關鍵,要改變這種狀況,應從本科教育做起。《集成電路工藝》是微電子學專業重要的必修專業課,授課教師必須在充分熟悉半導體物理和半導體集成電路等課程的基礎上,結合教學實際中存在的問題,優化整合教學內容,豐富教學手段,探索教學改革措施,培養學生的學習興趣,提高《集成電路工藝》課程的教學質量。
一、教學內容
微電子科技是高速發展的產業推動型學科,微電子產品制造技術更是日新月異,隨著工藝技術的不斷發展,《集成電路工藝》課程的教學內容需要不斷更新。微電子專業前期開設了半導體物理、半導體器件物理、電路分析基礎、數字邏輯電路等電路課程,因而在《集成電路工藝》課程內容設置時將著重培養學生的制造工藝能力,減少器件設計和原理內容的比重,著重講解制造工藝的內容。
根據教學大綱,《集成電路工藝》課程的教學內容可分五個部分:第一部分介紹硅襯底,主要單晶硅錠的拉制及硅片的制造工藝及相關理論;第二部分氧化與摻雜,介紹熱氧化生長二氧化硅工藝,以及通過熱擴散和離子注入與退火相結合的在硅片特定區域的定量摻雜工藝;第三部分薄膜制備,介紹化學氣相淀積和物理氣相淀積兩類薄膜制備方法及工藝流程;第四部分介紹光刻工藝,現代光刻技術和刻蝕工藝;第五部分介紹工藝集成與封裝測試工藝。課程共設置48學時,選用王蔚等人主編,電子工業出版社出版《集成電路制造技術――工藝與原理》(修訂版)一書作為教學教材。在授課過程中,根據重慶郵電大學微電子專業實際情況酌情刪減及增加相關知識,重點培養學生對硅芯片制造基本單項工藝的實際動手能力,激發學生對集成電路工藝的興趣。
二、教學方法和教學手段
《集成電路工藝》這門課程本身強調實驗基礎,需要結合實驗設備,而實驗流程不夠直觀,一味采取灌輸式教學,學生勢必感到枯燥,甚至厭煩。長期以往,學習積極性必然受挫,學習效果自然大打折扣。采用有效的教學方法并結合先進的教學手段,不僅有利于培養學生獲取知識的能動性,而且有利于培養學生獨立發現問題、分析問題以及解決問題的能力,實現以教為中心到以學為中心的轉變,突出學生在學習過程中的主動性,從而取得好的教學成果。基于《集成電路工藝》課程的特點,在教學手段上以多媒體教學為主,傳統黑板板書為輔,同時在課堂上以動畫、視頻的形式展現半導體集成基本單項工藝和器件工藝制作過程,從而達到提高課堂教學質量的目的。
三、考核方式的改革
1CDIO工程教育理念
CDIO工程教育模式,是由美國麻省理工學院、瑞典皇家工學院等四所大學共同創立的工程教育改革模式。是近年來國際工程教育改革的最新成果,CDIO是構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)、運作(Operate)4個英文單詞的縮寫,以產品從研發到運行的生命周期為載體讓學生以主動的、實踐的、與課程之間有機聯系的方式學習掌握知識&-4。迄今已有幾十所世界著名大學加入了CDIO國際組織,這些學校采用CDIO工程教育理念和教學大綱開展教學實踐,取得了良好的效果。
2存在的問題與課程建設思想
微電子技術研究的中心問題是集成電路的設計與制造,將數以億計的晶體管集成在一個芯片上。微電子技術是信息技術的基礎和支柱,是21世紀發展最活躍和技術增長最快的高新科技,其產業已超過汽車工業,成為全球第一大產業。微電子工藝課程主要介紹微電子器件和集成電路制造的工藝流程,平面工藝中各種工藝技術的基本原理、方法和主要特點。其課程建設思想是使學生對半導體器件和半導體集成電路制造工藝及原理有一個較為完整和系統的概念,掌握當前微電子芯片制作的工藝流程、主要設備、檢測方法及其發展趨勢^7]。
但目前該課程教學中存在較多問題,教學效果不佳,主要有如下幾點:(1)教材陳舊,沒有較適合的雙語教材,難以適應跨國際的微電子制造工藝新技術的快速發展;(2)教學內容信息量大,在教學時間短、內容多的情況下,教師難以合理安排教學進度;(3)在課程設置上重理論輕實踐,技術性和實踐性的內容較少,與迅速發展的工業實際脫節;(4)教學方法單一,理論聯系實際不緊密,不利于學生課堂積極性的提高與創造性的發揮“5)實踐教學環境較差,由于微電子工藝設備十分昂貴,有待加強高校精密貴重儀器設備和優質實驗教學資源共享平臺和運行機制的建設;(6)教評形式單一,忽略了實踐教學與考核,致使大多數學生只是死記硬背書本知識的學習方式來應付考試。
3微電子工藝的課程建設
3.1教材選取及教學內容改革
本課程教材選用經歷了《芯片制造一半導體工藝制程實用教程》、《現代集成電路制造工藝原理》到目前的首選教材:國外電子與通信教材系列中,美國MichaelQiurk和JulianSerda著《半導體制造技術》韓鄭生的中文翻譯本。該書不僅詳細介紹芯片制造中的每一關鍵工藝,而且介紹了支持這些工藝的設備以及每一道工藝的質量檢測和故障排除;并吸收了當今最新技術資料,如用于亞0.25pm工藝的最新技術:化學機械拋光、淺槽隔離以及雙大馬士革等工藝;內容豐富、全面、深入淺出、直觀形象、思考習題量大,并附有大量的結構示意圖、設備圖和SEM圖片,學生很容易理解,最主要的相對前兩本教材,它更加突出實際工藝,弱化了較抽象的原理。
教學內容上采取調整部分章節,突出教學重點,并適當增減部分教學內容。本課程的目的是使學生掌握半導體芯片制造的工藝和基本原理,并具有一定的工藝設計和分析能力,課程僅32學時,而教材分20章,600頁,所以教師需要精選課堂授課內容。從襯底制備、薄膜淀積、摻雜技術到圖形加工光刻技術以及布線與組裝,所涉及的概念比較多,要突出重點:薄膜淀積(氧化、蒸發、濺射、MOCVD和外延等),光刻與刻蝕技術、摻雜技術,需章節調整系統整合;對非關鍵工藝的5~8章(介紹半導體制造中的化學藥品、污染及缺陷等內容)只作為學生課后自學閱讀。第2章的半導體材料特性已在“固體物理”課程中詳細介紹,第3章的器件技術已在‘‘半導體物理“晶體管原理”課程中介紹,第20章裝配與封裝會在“集成電路封裝與測試”課程中介紹,故無需重復講解。將第9章集成電路制造工藝概況放在后面串通整過工藝講解,即通過聯系單項工藝流程,具體分析講解典型的CMOS芯片制造工藝流程,如由n-MOS和p-MOS兩個晶體管構成的CMOS反相器,這樣能夠加深對離子注入、化學氣相淀積、光刻關鍵技術、集成電路的隔離技術以及VLSI的接觸與互連技術等內容的理解。
另一方面,指導學生查閱相關資料,對教材內容作必要的補充,微電子工藝技術的發展迅速,因此需要隨時跟蹤微電子工藝的發展動態、技術前沿以及遇到的挑戰。特征尺寸為45nm的集成電路已批量生產,高K介質/金屬柵層疊結構、應變硅技術已采用。而現有的集成電路工藝教材很少能涉及到這些新技術,為了防止知識陳舊,應多關注集成電路工藝的最新進展,尤其是已經投入批量生產的工藝技術,及時將目前主流的工藝技術融入課程教學中。
3.2教學方法的改革
(1)開發多媒體工藝教學軟件,利用多媒體技術,將動畫、聲音、圖形、圖像、文字、視頻等進行合理的處理,利用大量二維和三維的多媒體圖片、視頻來展示和講解復雜的工藝構造過程。開發圖文聲像并茂的微電子工藝多媒體計算機輔助教學軟件,給學生以直觀、清楚的認識,有助于提高教學質量。
(2)微電子工藝綜合共享實驗平臺建設,集成電路的制造設備價格昂貴,環境條件要求苛刻,運轉與維護費用很大,國內僅部分高校擁有集成電路工藝試驗線或部分實驗分析設備。按照有償服務或互惠互利原則共享設備儀器資源,創建各院校之間和與企業之間的“微電子工藝綜合共享實驗平臺”可極大的提高集成電路工藝及其實驗課程教學效果,即解決了一些院校資金短缺問題,同時也部分補償了大型設備的日常使用和維護費用問題。其綜合共享實驗平臺包括金屬有機化合物MOCVD沉積技術、分子束外延、RF射頻磁控濺射、XPS、XRD及AFM分析測試、光刻、離子注入等涉及投資巨大的儀器設備實驗項目。
(3)拓展實踐能力的校企合作,讓學生帶著理論知識走進企業的真實工程環境,探索利用企業先進的工藝線資源進行工藝實驗教學與參觀實習6-9]。參觀實習能夠使學生對集成電路的生產場地,超凈環境要求具有深刻的感性認識,對單晶硅制造流程、芯片制造工藝過程以及芯片的測試和封裝的了解也更加系統和全面。同時利用假期安排學生去企業實習,讓學生參與企業的部分生產環節,親身感受實際工藝生產過程,增加學生對企業的了解,也利于企業選拔優秀學生。
(4)工藝視頻與工藝實驗輔助教學,由于微電子工藝內容與生產密切結合,不能單靠抽象的書本知識教學,對于學生無法了解到的一些工藝實驗與設備,可通過錄像教學來補充。本學院購置了清華大學微電子所的集成電路工藝設備錄像與多媒體教學系統,結合國外英文原版的工藝流程視頻,通過工藝視頻把實際工藝流程、設備和設備操作等形象地展示在課堂。多媒體教學系統提供了氧化、擴散和離子注入三項工藝設備操作模擬,可使學生身臨其境地對所學的基本工藝進行簡單的模擬。同時結合課堂教學開設半導體平面工藝實驗,主要包括以:氧化、光刻、擴散、蒸鋁、反刻、劃片、裝架、燒結、封裝。實驗以教師講解與學生動手相結合,既培養了學生的實際動手能力,又使學生掌握了科學分析問題的方法,激發了學生的學習興趣,加深學生對課堂理論知識的理解。
3.3多元化的考核評價體系
對學生的考核是對其具體學習成果的度量,也是檢驗教學改革成效的重要手段,為了更科學合理的考核學生,我們建立了多元化的更加注重過程參與的考試評價體系,降低了期末考試在總成績中所占比例,最大限度避免學生靠死記硬背來應付考試和學生創新思維被抑制、高分低能現象產生。這種多元化、過程性的成績評定方法,強調知識的積累與構建過程,消除了學生重理論輕實踐,考前死記硬背應付考試的弊病。總評成績由平時成績和期末考試成績兩部分構成。但加大平時成績的權重,平時成績即包括了作業與考勤,還包括綜合性實驗成績、設計仿真、國外工藝視頻翻譯、專題小論文和專題PPT論壇團隊成績等。同時在期末考題中增加openanswerquestion型、工藝過程設計型題目110-11。
4結語
關鍵詞:集成電路專業;實踐技能;人才培養
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼: A 文章編號:1002-0845(2012)09-0102-02
集成電路產業是關系到國家經濟建設、社會發展和國家安全的新戰略性產業,是國家核心競爭力的重要體現。《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》明確將集成電路作為新一代信息技術產業的重點發展方向之一。
信息技術產業的特點決定了集成電路專業的畢業生應該具有很高的工程素質和實踐能力。然而,目前很多應屆畢業生實踐技能較弱,走出校園后普遍還不具備直接參與集成電路設計的能力。其主要原因是一些高校對集成電路專業實踐教學的重視程度不夠,技能培養目標和內容不明確,導致培養學生實踐技能的效果欠佳。因此,研究探索如何加強集成電路專業對學生實踐技能的培養具有非常重要的現實意義。
一、集成電路專業實踐技能培養的目標
集成電路專業是一門多學科交叉、高技術密集的學科,工程性和實踐性非常強。其人才培養的目標是培養熟悉模擬電路、數字電路、信號處理和計算機等相關基礎知識,以及集成電路制造的整個工藝流程,掌握集成電路設計基本理論和基本設計方法,掌握常用集成電路設計軟件工具,具有集成電路設計、驗證、測試及電子系統開發能力,能夠從事相關領域前沿技術工作的應用型高級技術人才。
根據集成電路專業人才的培養目標,我們明確了集成電路專業的核心專業能力為:模擬集成電路設計、數字集成電路設計、射頻集成電路設計以及嵌入式系統開發四個方面。圍繞這四個方面的核心能力,集成電路專業人才實踐技能培養的主要目標應確定為:掌握常用集成電路設計軟件工具,具備模擬集成電路設計能力、數字集成電路設計能力、射頻集成電路設計能力、集成電路版圖設計能力以及嵌入式系統開發能力。
二、集成電路專業實踐技能培養的內容
1.電子線路應用模塊。主要培養學生具有模擬電路、數字電路和信號處理等方面的應用能力。其課程主要包含模擬電路、數字電路、電路分析、模擬電路實驗、數字電路實驗以及電路分析實驗等。
2.嵌入式系統設計模塊。主要培養學生掌握嵌入式軟件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式應用領域的前沿知識,具備能夠從事面向應用的嵌入式系統設計能力。其課程主要有C語言程序設計、單片機原理、單片機實訓、傳感器原理、傳感器接口電路設計、FPGA原理與應用及SOPC系統設計等。
3.集成電路制造工藝模塊。主要培養學生熟悉半導體集成電路制造工藝流程,掌握集成電路制造各工序工藝原理和操作方法,具備一定的集成電路版圖設計能力。其課程主要包含半導體物理、半導體材料、集成電路專業實驗、集成電路工藝實驗和集成電路版圖設計等。
4.模擬集成電路設計模塊。主要培養學生掌握CMOS模擬集成電路設計原理與設計方法,熟悉模擬集成電路設計流程,熟練使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具,具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事模擬集成電路設計的能力。其課程主要包含模擬電路、半導體物理、CMOS模擬集成電路設計、集成電路CAD設計、集成電路工藝原理、VLSI集成電路設計方法和混合集成電路設計等。此外,還包括Synopsis認證培訓相關課程。
5.數字集成電路設計模塊。主要培養學生掌握數字集成電路設計原理與設計方法,具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事數字集成電路設計的能力。其課程主要包含數字電路、數字集成電路設計、硬件描述語言、VLSI測試技術、ASIC設計綜合和時序分析等。
6.射頻集成電路設計模塊。主要培養學生掌握射頻集成電路設計原理與設計方法,具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事射頻集成電路設計的能力。其課程主要包含CMOS射頻集成電路設計、電磁場技術、電磁場與
天線和通訊原理等。
在實踐教學內容的設置、安排上要符合認識規律,由易到難,由淺入深,充分考慮學生的理論知識基礎與基本技能的訓練,既要有利于啟發學生的創新思維與意識,有利于培養學生創新進取的科學精神,有利于激發學生的學習興趣,又要保證基礎,注重發揮學生主觀能動性,強化綜合和創新。因此,在集成電路專業的實驗教學安排上,應減少緊隨理論課開設的驗證性實驗內容比例,增加綜合設計型和研究創新型實驗的內容,使學有余力的學生能發揮潛能,有利于因材施教。
三、集成電路專業實踐技能培養的策略
1.改善實驗教學條件,提高實驗教學效果。學校應抓住教育部本科教學水平評估的機會,加大對實驗室建設的經費投入,加大實驗室軟、硬件建設力度。同時加強實驗室制度建設,制訂修改實驗教學文件,修訂完善實驗教學大綱,加強對實驗教學的管理和指導。
2.改進實驗教學方法,豐富實驗教學手段。應以學生為主體,以教師為主導,積極改進實驗教學方法,科學安排課程實驗,合理設計實驗內容,給學生充分的自由空間,引導學生獨立思考應該怎樣做,使實驗成為可以激發學生理論聯系實際的結合點,為學生創新提供條件。應注重利用多媒體技術來豐富和優化實驗教學手段,如借助實驗輔助教學平臺,利用仿真技術,加強新技術在實驗中的應用,使學生增加對實驗的興趣。
3.加強師資隊伍建設,確保實驗教學質量。高水平的實驗師資隊伍,是確保實驗教學質量、培養創新人才的關鍵。應制定完善的有利于實驗師資隊伍建設的制度,對實驗師資隊伍的人員數量編制、年齡結構、學歷結構和職稱結構進行規劃,從職稱、待遇等方面對實驗師資隊伍予以傾斜,保證實驗師資隊伍的穩定和發展。
4.保障實習基地建設,增加就業競爭能力。開展校內外實習是提高學生實踐技能的重要手段。
實習基地是學生獲取科學知識、提高實踐技能的重要場所,對集成電路專業人才培養起著重要作用。學校應積極聯系那些具有一定實力并且在行業中有一定知名度的企業,給能夠提供實習場所并愿意支持學校完成實習任務的單位掛實習基地牌匾。另外,可以把企業請進來,聯合構建集成電路專業校內實踐基地,把企業和高校的資源最大限度地整合起來,實現在校教育與產業需求的無縫聯接。
5.重視畢業設計,全面提升學生的綜合應用能力。畢業設計是集成電路專業教學中最重要的一個綜合性實踐教學環節。由于畢業設計工作一般都被安排在最后一個學期,此時學生面臨找工作和準備考研復試的問題,畢業設計的時間和質量有時很難保證。為了進一步加強實踐環節的教學,應讓學生從大學四年級上半學期就開始畢業設計,因為那時學生已經完成基礎課程和專業基礎課程的學習,部分完成專業課程的學習,而專業課教師往往就是學生畢業設計的指導教師,在此時進行畢業設計,一方面可以和專業課學習緊密結合起來,另一方面便于指導教師加強對學生的教育和督促。
選題是畢業設計中非常關鍵的環節,通過選題來確定畢業設計的方向和主要內容,是做好畢業設計的基礎,決定著畢業設計的效果。因此教師對畢業設計的指導應從幫助學生選好設計題目開始。集成電路專業畢業設計的選題要符合本學科研究和發展的方向,在選題過程中要注重培養學生綜合分析和解決問題的能力。在畢業設計的過程中,可以讓學生們適當地參與教師的科研活動,以激發其專業課學習的熱情,在科研實踐中發揮和鞏固專業知識,提高實踐能力。
6.全面考核評價,科學檢驗技能培養的效果。實踐技能考核是檢驗實踐培訓效果的重要手段。相比理論教學的考核,實踐教學的考核標準不易把握,操作困難,因此各高校普遍缺乏對實踐教學的考核,影響了實踐技能培養的效果。集成電路專業學生的實踐技能培養貫穿于大學四年,每個培養環節都應進行科學的考核,既要加強實驗教學的考核,也要加強畢業設計等環節的考核。
對實驗教學考核可以分為事中考核和事后考核。事中考核是指在實驗教學進行過程中進行的質量監控,教師要對學生在實驗過程中的操作表現、學術態度以及參與程度等進行評價;事后考核是指實驗結束后要對學生提交的實驗報告進行評價。這兩部分構成實驗課考核成績,并于期末計入課程總成績。這樣做使得學生對實驗課的重視程度大大提高,能夠有效地提高實驗課效果。此外,還可將學生結合教師的科研開展實驗的情況計入實驗考核。
7.借助學科競賽,培養團隊協作意識和創新能力。集成電路專業的學科競賽是通過針對基本理論知識以及解決實際問題的能力設計的、以學生為參賽主體的比賽。學科競賽能夠在緊密結合課堂教學或新技術應用的基礎上,以競賽的方式培養學生的綜合能力,引導學生通過完成競賽任務來發現問題、解決問題,并增強學生的學習興趣及研究的主動性,培養學生的團隊協作意識和創新精神。
在參加競賽的整個過程中,學生不僅需要對學習過的若干門專業課程進行回顧,靈活運用,還要查閱資料、搜集信息,自主提出設計思想和解決問題的辦法,既檢驗了學生的專業知識,又促使學生主動地學習,最終使學生的動手能力、自學能力、科學思維能力和創業創新能力都得到不斷的提高。而教師通過考察學生在參賽過程中運用所學知識的能力,認真總結參賽經驗,分析由此暴露出的相關教學環節的問題和不足,能夠相應地改進教學方法與內容,有利于提高技能教學的有效性。
此外,還應鼓勵學生積極申報校內的創新實驗室項目和實驗室開放基金項目,通過這些項目的研究可以極大地提高學生的實踐動手能力和創新能力。
參考文獻:
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【關鍵詞】集成電路;設計方法;IP技術
基于CMOS工藝發展背景下,CMOS集成電路得到了廣泛應用,即到目前為止,仍有95%集成電路融入了CMOS工藝技術,但基于64kb動態存儲器的發展,集成電路微小化設計逐漸引起了人們關注。因而在此基礎上,為了迎合集成電路時代的發展,應注重在當前集成電路設計過程中從微電路、芯片等角度入手,對集成電路進行改善與優化,且突出小型化設計優勢。以下就是對集成電路設計與IP設計技術的詳細闡述,望其能為當前集成電路設計領域的發展提供參考。
1當前集成電路設計方法
1.1全定制設計方法
集成電路,即通過光刻、擴散、氧化等作業方法,將半導體、電阻、電容、電感等元器件集中于一塊小硅片,置入管殼內,應用于網絡通信、計算機、電子技術等領域中。而在集成電路設計過程中,為了營造良好的電路設計空間,應注重強調對全定制設計方法的應用,即在集成電路實踐設計環節開展過程中通過版圖編輯工具,對半導體元器件圖形、尺寸、連線、位置等各個設計環節進行把控,最終通過版圖布局、布線等,達到元器件組合、優化目的。同時,在元器件電路參數優化過程中,為了滿足小型化集成電路應用需求,應遵從“自由格式”版圖設計原則,且以緊湊的設計方法,對每個元器件所連導線進行布局,就此將芯片尺寸控制到最小狀態下。例如,隨機邏輯網絡在設計過程中,為了提高網絡運行速度,即采取全定制集成電路設計方法,滿足了網絡平臺運行需求。但由于全定制設計方法在實施過程中,設計周期較長,為此,應注重對其的合理化應用。
1.2半定制設計方法
半定制設計方法在應用過程中需借助原有的單元電路,同時注重在集成電路優化過程中,從單元庫內選取適宜的電壓或壓焊塊,以自動化方式對集成電路進行布局、布線,且獲取掩膜版圖。例如,專用集成電路ASIC在設計過程中為了減少成本投入量,即采用了半定制設計方法,同時注重在半定制設計方式應用過程中融入門陣列設計理念,即將若干個器件進行排序,且排列為門陣列形式,繼而通過導線連接形式形成統一的電路單元,并保障各單元間的一致性。而在半定制集成電路設計過程中,亦可采取標準單元設計方式,即要求相關技術人員在集成電路設計過程中應運用版圖編輯工具對集成電路進行操控,同時結合電路單元版圖,連接、布局集成電路運作環境,達到布通率100%的集成電路設計狀態。從以上的分析中即可看出,在小型化集成電路設計過程中,強調對半定制設計方法的應用,有助于縮短設計周期,為此,應提高對其的重視程度。
1.3基于IP的設計方法
基于0.35μmCMOS工藝的推動下,傳統的集成電路設計方式已經無法滿足計算機、網絡通訊等領域集成電路應用需求,因而在此基礎上,為了推動各領域產業的進一步發展,應注重融入IP設計方法,即在集成電路設計過程中將“設計復用與軟硬件協同”作為導向,開發單一模塊,并集成、復用IP,就此將集成電路工作量控制到原有1/10,而工作效益提升10倍。但基于IP視角下,在集成電路設計過程中,要求相關工作人員應注重通過專業IP公司、Foundry積累、EDA廠商等路徑獲取IP核,且基于IP核支撐資源獲取的基礎上,完善檢索系統、開發庫管理系統、IP核庫等,最終對1700多個IP核資源進行系統化整理,并通過VSIA標準評估方式,對IP核集成電路運行環境的安全性、動態性進行質量檢測、評估,規避集成電路故障問題的凸顯,且達到最佳的集成電路設計狀態。另外,在IP集成電路設計過程中,亦應注重增設HDL代碼等檢測功能,從而滿足集成電路設計要求,達到最佳的設計狀態,且更好的應用于計算機、網絡通訊等領域中。
2集成電路設計中IP設計技術分析
基于IP的設計技術,主要分為軟核、硬核、固核三種設計方式,同時在IP系統規劃過程中,需完善32位處理器,同時融入微處理器、DSP等,繼而應用于Internet、USB接口、微處理器核、UART等運作環境下。而IP設計技術在應用過程中對測試平臺支撐條件提出了更高的要求,因而在IP設計環節開展過程中,應注重選用適宜的接口,寄存I/O,且以獨立性IP模塊設計方式,對芯片布局布線進行操控,簡化集成電路整體設計過程。此外,在IP設計技術應用過程中,必須突出全面性特點,即從特性概述、框圖、工作描述、版圖信息、軟模型/HDL模型等角度入手,推進IP文件化,最終實現對集成電路設計信息的全方位反饋。另外,就當前的現狀來看,IP設計技術涵蓋了ASIC測試、系統仿真、ASIC模擬、IP繼承等設計環節,且制定了IP戰略,因而有助于減少IP集成電路開發風險,為此,在當前集成電路設計工作開展過程中應融入IP設計技術,并建構AMBA總線等,打造良好的集成電路運行環境,強化整體電路集成度,達到最佳的電路布局、規劃狀態。
3結論
綜上可知,集成電路被廣泛應用于計算機等產業發展領域,推進了社會的進步。為此,為了降低集成電路設計風險,減少開發經費,縮短開發時間,要求相關技術人員在集成電路設計工作開展過程中應注重強調對基于IP的設計方法、半定制設計方法、全定制設計方法等的應用,同時注重引入IP設計技術理念,完善ASIC模擬、系統測試等集成電路設計功能,最終就此規避電路開發中故障問題的凸顯,達到最佳的集成電路開發、設計狀態。
參考文獻
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關鍵詞:特色專業建設;復旦大學;微電子學;創新人才培養
復旦大學“微電子學與固體電子學”學科有半個多世紀的深厚積累。20世紀50年代,謝希德教授領導組建了全國第一個半導體學科,培養了我國首批微電子行業的中堅力量。60年代研制成功我國第一個鍺集成電路。1984年,經國務院批準設立微電子與固體電子學學科博士點,1988年、2001年、2006年被評為國家重點學科。所在一級學科于1998年獲首批一級博士學位授予權,設有獨立設置的博士后流動站和長江特聘教授崗位,建有“專用集成電路與系統”國家重點實驗室,1998年和2003年被列入“211”工程建設學科,2000年被定為“復旦三年行動計劃”重中之重學科得到學校重點支持,2005年獲“985工程”二期支持,建設“微納電子科技創新平臺”。
長期以來復旦大學微電子學教學形成了“基礎與專業結合,研究與應用并重,創新人才培養國際化”特色。近年來,在教育部第二批高等學校特色專業建設中,我們根據國家和工業界對集成電路人才的要求,貫徹“國際接軌、應用牽引、注重質量”的教學理念,制定了復旦大學“微電子教學工作三年計劃大綱”并加以實施,在高端創新人才培養方面對專業教學的特色開展了深層的挖掘和拓展。
一、課程體系的完善和課程建設
微電子技術的高速發展要求微電子專業課程體系在相對固定的框架下不斷加以更新和完善。
我們設計了“復旦大學微電子學專業本科課程設置調查表”,根據對于目前工作在企業、大學和研究機構的專業人士的調查結果,制定了新的微電子學本科培養方案。主要修改包括:
(1)加強物理基礎、電路理論和通信系統課程。微電子學科,特別是系統芯片集成技術,是融合物理、數學、電路理論和信息系統的綜合性應用學科。因此,在原有課程基礎上,增加了有關近代物理、信號與通信系統、數字信號處理等課程,使微電子學生的知識覆蓋面更寬。
(2)面向研究、應用和學科交叉的需要,增加專業選修課程。如增加了電子材料薄膜測試表征方法、射頻微電子學、鐵電材料與器件、Perl語言、計算微電子學、實驗設計及數據分析等課程,為本科生將來進一步從事研究和應用開發打下基礎。
(3)強調能力和素質訓練,高度重視實驗教學。開設了集成電路工藝實驗、集成電路器件測試實驗、集成電路可測性設計分析實驗及專用集成電路設計實驗等從專業基礎到專業的多門實驗課。
在課程體系調整完善的同時,還對于微電子專業基礎課和專業必修課開展了新一輪的課程建設。包括:
(1)精品課程的建設。幾年來,半導體物理、集成電路工藝原理、數字集成電路設計經過建設已經獲得復旦大學校級精品課程。其中半導體物理和集成電路工藝原理課程獲得學校的重點資助,正在建設上海市精品課程。另有半導體器件原理和模擬集成電路設計正在復旦大學校級精品課程建設之中,有望明年獲得稱號。
(2)增加全英語教學和雙語教學課程。為了滿足微電子技術的高速發展和學生盡快吸收、學習最新知識的需求,貫徹落實教育部“為適應經濟全球化和科技革命的挑戰,本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學”的要求,在本科生專業課的教學中新增全英語教學課程3門,雙語教學課程4門。該類專業課程的開設也為微電子專業的國際交流學生提供了選課機會。
(3)教材建設。為了配合課程體系的完善和補充更新專業知識,除了選用一些國際頂級高校的教材之外,還依據我們的課程體系組織編寫了一系列專業教材和論著。有已經出版的《深亞微米FPGA結構與CAD設計》、《Modern Thermodynamics》、《現代熱力學-基于擴展卡諾定理》,列入出版計劃的《半導體器件原理》、《超大規模集成電路工藝技術》和《計算機軟件技術基礎》。另外根據課程體系的要求對實驗用書也進行了更新。
為了傳承復旦微電子學的豐富教學經驗和保證教學質量,建立了完備的教學輔導制度,如課前試講、課中聽課及聘請經驗豐富的退休老教師與青年教師結對子輔導等。每學期聽課總量和被聽課教師分別均超過所授課程和任課教師人數的50%以上。對所有聽課結果進行了數據分析,并反饋給任課教師,為教師改進教學提供了有益的幫助。在保證教學內容的情況下,鼓勵教師嘗試新的教學手段,實現所有必修課程的電子化,建立主要必修課程的網頁,完全公開提供所有課件信息,部分課件獲得超過15000次的下載量。青年教師還獨創了“移動課堂”的授課新方法,該方法能夠完整復制課堂教學,既能高清晰展示教學課件的內容,又能把教師課上講解的聲音、動作及臨時板書全部包含在內,能夠使用大眾化的多媒體終端進行播放,隨時隨地完美重現課堂講解全過程。
通過國際合作的研究生項目及教師出國交流,復旦大學微電子學專業教師的教學水平得到進一步提升。在研究生的聯合培養項目(如復旦-TU Delft碩士生項目、復旦-KTH碩士生/博士生項目等)中海外高校教師來到復旦全程教授所有課程,復旦配備青年教師跟班聽課和擔任課程輔導。這使得青年教師的授課理念、授課方式及授課水平都有大幅提高。同時,由于聯合培養項目及其他合作項目,復旦的青年教師也被邀請參與海外高校的教學,擔任對方課程的主講,青年教師利用交流的機會,引進海外高校的一些課程用于補充復旦微電子的培養方案。這些都為集成電路專業特色的挖掘和拓展起到重要的作用。
經過幾年的努力,微電子專業的教學水平普遍得到提升,在教學評估中得到各個方面的好評。
二、培養方法的改進和創新
培養適應時代要求的微電子專業創新人才也需要在培養方法上加以改進和創新。
針對微電子工程的特點,在堅持扎實的理論的基礎上,強調理論聯系實際,開展實踐能力訓練。在學校的支持下,教學實驗室環境得到及時更新,幾個方面的實驗教學在國內形成特色。
(1)本科的集成電路工藝實驗可以在學校自己的工藝線上完成芯片的清洗、氧化、擴散、光刻、蒸發、腐蝕等基本工藝制作步驟,為學生完整掌握集成電路制造的基本能力提供了很好的實際訓練。
(2)在集成電路測試方面,結合自動化測試機臺(安捷倫SoC93000ATE),開設了可測性設計課程,附帶實驗。
(3)集成電路設計課程都附帶課程項目實踐,培養了學生實際設計能力和素質,取得很好效果。
通過課程教學訓練學生創新思維和分析問題的能力。嘗試開設了部分本科生和研究生同時共同選修的研討型課程。在課程學習的過程中,本科生不僅可以得到研究生的指導,在課堂上就某些課程內容進行探究,還可以在開展課程設計時在小組內和研究生同學共同開展小型項目研究,對于提高本科生進一步學習微電子專業的興趣和培養他們發現問題解決問題的能力有很大的幫助。
參加科研無疑是培養學生創新能力的一個最為有效的途徑。配合復旦大學的要求,微電子學專業在本科階段,持續設置多種科研計劃,給予本科生進實驗室開展科研以支持。
(1)大一的“啟航”學術體驗計劃。計劃鼓勵大一學生在感興趣的領域進行探究式學習和實踐,為學生打造一個培養創新意識,鍛煉學術能力的資源平臺。“啟航”學術體驗計劃的所有學術實踐項目均來自各個微電子專業的導師,學生通過對感興趣的項目進行申報與自薦的形式申請加入各學術實踐小組。引導學生領略學科前沿,體驗研究樂趣。
(2)二、三年級曦源項目。項目建立在學生自主學習和創新思想的基礎上,鼓勵志同道合的同學組成研究團隊,獨立提出研究方向,尋找合適的指導教師。加入自己感興趣的研究方向的團隊。在開放課題列表中尋找合適的課題方向,并向該課題指導教師進行申請。還有更多的學生在大三甚至更早就進入各個研究小組,參與教授領導的各類國家級、省部級項目及來自企業、海外等的合作項目的研究。在完成的計劃和項目成果之外,學生們還在收集文獻資料、獲取信息的能力,發現問題、獨立思考的能力,運用理論知識解決實際問題的能力,設計和推導論證、分析與綜合的能力,科學實驗、發明創造的能力,寫作和表說的能力等方面,都有不同的收獲。
通過學生參加國際交流活動及外籍教師講授課程給學生提供國際化的培養,提供層次更高、路徑多元的培養方案,培養了學生的國際化眼光,開拓了學生的培養渠道。
幾年來,微電子學專業學生的出國交流人數逐年增長,從2008年起,共有20位本科生赴國外多個高校交流學習。交流的項目包括雙學位、長學期和暑期項目等,交流時間從3個月到2年不等,交流學校包括美國(耶魯、UCLA等)、歐洲(伯明翰、赫爾辛基等)、日本(早稻田、慶應等)及我國港臺高校。大多數同學在交流期間的學習成績達到交流學校的優秀等級,同時積極參加交流學校教授小組的科研工作,得到了很好的評價。個別同學由于表現優異在交流結束回國后被對方教授邀請再次前去完成畢業論文;也有同學交流期間)參加國際級大師的科研小組工作,獲益匪淺,直研后表現出強于一般研究生的科研能力。可以看到,國際交流不僅為同學們提供了專業知識和研究能力的不同培養模式,也為他們提供了更加廣闊的視野和體驗多種文化的機會,為他們今后的發展和進步打下了很好的基礎。自特色專業建設以來,每學期均新開設“前沿講座”課程,課程內容不固定,授課人為聘請的海外教師,有的來自海外高校,有的來自海外企業,課程均為全英語課程或雙語教學課程。這類課程直接引進了海外高校的課程和教學方式,不僅學生受益,同時也培養了復旦微電子專業的青年教師。企業還提供與課程內容直接相關的軟件,在改善教學環境的同時,還為學生參加科研提供了培訓。
經過2年多特色專業項目的建設,復旦微電子學專業在鞏固已有教學特色基礎上,在高端創新人才培養方面進行了深層的挖掘和拓展,取得了一系列的成果。
【關鍵詞】集成電路 加速試驗 壽命試驗 可靠性試驗
1 集成電路加速試驗概述
隨著集成電路等電子市場的競爭環境日趨激烈,在滿足用戶預期需求的前提下,在盡可能短時間內將產品投入市場是電子開發商搶占市場的重要舉措。這無疑促使與激發了加速試驗的產生與發展。
美國波音公司最早提出了可靠性加速試驗的概念,最初提出的原因是為了降低產品的研發費用,提高產品的可靠性。由于加速試驗的測試環境要苛刻于現實環境,因此通過加速試驗,可以獲得比正常條件下更多的信息。加速試驗需要更高的應力,通常在加速試驗中引入在正常使用中不可能發生故障模式的因素:高頻率、高振動、高溫、高濕度等。通過加速試驗得到產品加速試驗模型,分析產品的性能,找出導致產品失效的原因,為產品設計提供設計依據,提高產品可靠性和延長使用壽命。目前,加速試驗已經廣泛應用于各個行業,如電子、通訊、能源、工業、汽車等,更優很多知名公司例如惠普、福特等,注重加速試驗的開發與研究,縮短產品研發周期,提高產品性能,提高了企業的經濟效益。
2 集成電路加速壽命試驗
隨著科學技術的發展,高集成電路的可靠性的要求也是越來越高,使用壽命甚至大30年以上。可靠性壽命是衡量集成電路可靠性和性能質量的指標之一,所以需要準確、快速的壽命試驗方法。傳統壽命試驗方法試驗周期長,費用昂貴,在很大程度上影響了高可靠集成電路的研發周期。傳統的壽命試驗,是基于現實環境模擬的試驗方法,通過大量的數據統計來估測集成電路的壽命,方法繁瑣,操作麻煩,而且試驗周期長,人為因素多。目前,加速試驗技術領域已經開發新的基于模擬現場環境的試驗方法,大大縮短的試驗周期,對于推動加速試驗領域的研究與應用具有巨大作用,對可靠性工程的發展有重要意義。本文介紹一下三種加速試驗方法:HALT法(失效物理的高加速壽命試驗)、RET法(可靠性強化試驗)以及EDA法(基于參數退化的加速壽命試驗)。
2.1 HALT法―高加速壽命試驗
對集成電路的材料、元器件和工藝方法進行加速試驗,確定材料、元器件和生產工藝的壽命。此種方法可以在產品使用壽命末期識別以及量化產品失效的機理。此種試驗方法會根據產品的壽命來確定試驗的時間,以給出產品的壽命期。此種方法并沒有暴露產品的缺陷。
加速壽命試驗的假設:試驗產品在高應力作、短時間的應力作用下表現出與低應力、長時間的作用下的產品特征的一致性。為了縮短試驗周期,試驗中采用加速應力,即HALT(高加速壽命試驗)。由于越來越多的使用者對于產品的使用壽命提出更高的要求,而加速壽命試驗分析了產品產品失效機理的主要原因,提供了產品預期磨損機理的有效數據,因此在當今的市場上是很重要的。此試驗可以給產品設計者和生產者提供有效的技術指導,全面了解產品,對于集成電路的材料、元器件和加工工藝進行改進和控制,提高產品質量和可靠性。
2.2 RET法―集成電路可靠性強化試驗
RET法不同于HALF法的區別在于:RET法的目的是在HALF的基礎上,逐漸增大環境應力和工作應力,來激發電路失效故障和暴露電路設計的缺點,評估產品設計的可靠性。RET方法的實施就應該在產品設計和發展的最初階段,以便于改進和控制。
2.3 EDA法―基于參數退化的加速壽命試驗方法
該方法在長壽命試驗理論和算法上采用統計和動力學模型,通過敏感參數的選取和測試方法優化,實現對長壽命的快速評價。與傳統加速壽命試驗方法相比,該技術最大優點是試驗時間短、可外推壽命、具有普適性,不需要預先建立分布模型,是一種通過數據本身的圖形揭示其最佳擬合模型的分析方法,而非事先假設模型強加模型后再進行分析。
基于參數退化的加速壽命試驗方法結合集成電路結構、材料、工藝及性能特點,針對影響集成電路壽命的應力及適用于加速試驗的應力水平分析,研究集成電路長壽命加速試驗敏感參數的選取方法,進行試驗數據分析和數據外推建模,實現對長壽命失效的預估。該方法關鍵技術包括:長壽命加速試驗敏感參數選取和采集技術;長壽命加速試驗的數據模型處理與外推壽命。通過研究影響器件長壽命應力因子、加速因子、響應敏感參數,有利于快速確定有效的長壽命評價方案。
3 加速試驗中應當注意的問題
由于加速試驗的環境一般都要高于現場使用所預期的水平應力,可能會導致實際使用中不可能出現的失效機理,產生試驗結果錯誤。加速試驗模型是產品在正常壓力水平下,施加一個或者多個加速應力水平的關鍵因素,導出的結果,產品要承受更強大的應力。因此,在測試產品性能時,要根據產品的承受范圍(溫度、濕度、壓強的),在合理的條件下改變關鍵因素參數進行測試,查出失效機理的原因。根據失效機理消除產生失效的因素才是最主要的。
參考文獻
[1]張秋菊,劉承禹.電子設備可靠性的加速試驗[J].光電技術應用,2011.8,26(4):81-85.
[2]范志鋒,齊杏林,雷彬.加速可靠性試驗綜述[J].裝備環境工程,2008,5(2):37-40.