集成电路的概念范例(3篇)
时间:2024-08-02
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【关键词】集成电路;测试管理系统;开发;利用
伴随着科学技术的不断发展,半导体集成电路也出现了日新月异的变化,结构复杂、大规模、速度快、功能多的电路逐渐得到有效开发,半导体制造工艺技术逐渐完善,其中尤为特别的是数字电路变化。基于此种形势下,对集成电路测试提出了更高的要求。在以往测试软件编制中,程序主要以测试流程为导向,坚持自上至下原则进行排列,将程控指令、测试参数、测试结果等都纳入文本测试软件中,这种编程面向过程,语法规则特定。但工程师必须要具有一定的编程技能,由于编程过程复杂,自动化测试不具高效性、快速性和同步性。目前,伴随着半导体技术的不断进步,图形化编程语言编程为工程师提供一个有效的可编程平台。笔者主要综合自身多年来在半导体企业从事集成电路测试工作实践和管理经验,深入探究集成电路测试系统管理及其开发应用,旨在实现集成电路测试精细化管理的要求和行业可持续发展。
1.集成电路测试设备及配件概述
1.1集成电路测试设备功能分析
针对集成电路测试设备及功能而言,主要体现在四个方面:
(1)测试机。测试机主要参考因素包括硬件架构端子数、操作系统环境、时钟速度、程序开发工具、应用程序等,早期测试机多以C、Pascal等程序语言为开发工具,目前VB应用广泛,各种辅助应用程序为测试工程师提供了发展时机;
(2)晶圆针测机。目前,四寸至十二寸晶圆均经针测机在晶舟与测试机间进行存取,此种设备对机械自动化、结构精密度、运转稳定度要求较高;
(3)器件分类机。分类机主要执行测试机与集成电路成品间的电性接触,按照测试程序中定义结果进行分类;
(4)预烧炉。早期预烧炉主要提供预烧条件中所需电流、偏压、波形电路机制,目前主要以封装类型为依据来进行设计,对被测器件具有承载作用。
1.2集成电路测试机原理
测试机多由高性能量测仪器构成,而测试系统属于测试仪器与计算机控制的综合体。计算机控制主要是经由测试程序执行指令集对测试硬件进行控制,最终由测试系统提供测试结果。为保证测试结果的一致性,必须要对测试系统进行定期校正处理,一般应用校正芯片对测量仪器精准性进行验证。目前,多数测试系统可测试具有特定类别特征的集成电路,通用器件种类包括数字、内存、混合信号、模拟。一般而言,测试系统包括来源内存、捕捉内存、测试样本或扫描向量内存、端子电路,而测试方法主要采用施加与测量模式,通过设置测量范围、测量极限、设备性能参数而完成测试作业。
2.集成电路测试数据分析
为了开发集成电路测试管理系统,必须要详细分析现有的产品管理过程与测试流程,从而优化系统功能与框架设计。首先,要对现有产品测试数据进行统计分析。一般而言,集成电路测试生产线上具有4个左右的测试平台,每个测试平台对不同产品、测试参数所提供的测试数据、时间不尽相同。通常状况下,测试结果属于生产过程总体情况的直接反映指标,优化测试参数,能获取产品良率信息。在现阶段,由于测试参数较多,且各个参数间能产生不同程度的交互效应,最终影响统计性质。目前,就测试统计工具分析方法而言,主要包括两种:一是比较分析,二是相关性分析。譬如在不同条件下,可对每片晶片测试参数进行比较分析,观察测试参数之间的差异性。同时,可将测试参数与WS数据、测试数据、iEMS数据进行相关性分析,寻找相关性诱因。以上两种分析方法均在明确现有历史数据对产品设备、生产状况的影响下进行。应用现有数据预测产品特征,考虑到测试问题具有复杂性,工程师往往无法对测试结果的准确性进行优化判断。
在实际分析过程中,可综合多种统计手段来进行分类效果预测。具体而言,必须要注意四个问题:
(1)明确好坏组。基于掌握历史测试数据的基础上确定好坏组分组规则;
(2)对测试参数进行删选。择取与另一平台测试数据具有相关性的测试参数,并进行集合,在此基础上择取好坏组间差异显著的测试参数;
(3)对主成分进行综合分析。针对具有差异性的测试参数而言,必须要作正交化处理,将测试参数间的交互作用及时消除;
(4)判别分析。对待预测晶圆至好坏两组距离进行计算,应用具有统计学意义的Mahalanobis距离将常用远近距离进行替代,并将其归纳到距离近的那组,实现分类目标。此流程可优化最终结果,同时在研究过程中还可运用判别分析、分析流程等筛选方法。
3.集成电路测试管理系统设计
3.1集成电路测试系统数据库概念与逻辑设计
针对集成电路测试系统数据库概念设计而言,主要包括四类方法:一是自顶向下,二是自底向上,三是逐步扩张,四是混合策略。就测试管理开发而言,主要应用自底向上方法,即首先勾画局部概念结构,并将各个局部进行集合,最终获取全局概念结构。于构建概念模型前,必须要深入分析需求分析中形成的数据,把握数据实体属性,构建实体间关系。在数据库开发时期,开发环境择取Web应用框架(Django),按照系统情况,于数据流图中择取适当数据流图,每部分均与一个局部应用相对应,联系各个局部数据流程图,检查概念模型图设计的精准性。
概念结构属于数据模型的基础,为了达到测试管理系统要求,要将概念结构转化为数据模型。在数据库管理系统中,通常只支持网状、关系、层次三种模型中的某一具体数据模型,导致各个数据库管理系统硬件具有局限性。因此,在逻辑结构设计中,首先要对概念结构进行转化,促使其常用网状、层次模型,并基于特定数据库系统辅助下,促使转化为数据模型。同时,数据库择取MySQL,降低总体拥有成本。
3.2集成电路测试系统数据库物理设计
就集成电路测试系统数据库物理设计而言,首先要明确数据库物理结构,再对其进行综合评价,其内容主要包括三个方面:
(1)数据储存结构。在对数据存储结构进行评价时,要将维护代价、存取时间、空间利用率作为考虑因素。一般而言,将冗余数据消除,能有效节约存储空间,但易增大查询代价,故要权衡利益,择取折中方案。MySQL属于关系型数据库,聚簇功能强大,为了保证查询速度,可将属性上存在相同值的元组进行集中,存入物理块中;
(2)数据存储位置。在开展数据库物理设计时,可将MySQL数据库中的用户表空间与系统文件相对应的数据存入磁盘驱动器中,以达索引与数据库软件、表分类存放目的。针对MySQL数据库而言,可将不同用户建立的表进行分类存放,可最大限度地优化数据库;
(3)数据存取路径。在关系数据库中,要明确存取路径,寻找索引构建方法。索引作为一种数据库结构,主要包括三种形式:一是簇索引,二是表索引,三是位映射索引。在MySQL数据库中,利用索引可提高聚集中数据与表检索速度。科学应用索引,能降低磁盘I/O操作次数。
4.集成电路测试管理系统的实现与开发利用
4.1集成电路测试数据输入
在测试生产线上,由于每天都会出现大量的晶圆测试作业,故针对产品测试管理系统来讲,必须要将晶圆信息输入到相应数据库中,便于后续功能操作的实现。在现有测试生产线上,一部分产品信息可实现自动输入,譬如每片晶圆均存在自身产品批次与编号,于晶圆制造中可将此类信息标记在晶圆表面上,经由晶圆针测机自动识别装置进行读取。待读取完毕后输入到相关的测试结果中。而就其它无法自动输入信息而言,譬如测试接口、针测卡、测试设备等信息,必须要进行手动输入。
基于把控生产线实际状况的基础上,每名录入员均需进行班组个人生产日报的录入,工作量相对较大,同时考虑到系统实际需要,于每2小时需要进行一次数据录入,故必须要重视录入速度。当数据被录入子菜单时,其每页面设计必须要采用Django的第三方控件,利用其强大功能以达无鼠标操作目标。从本质上来讲,输入员将该子页面打开后,仅有键盘可进行输入操作,方便较为快捷,与用户实际需求吻合。
4.2集成电路测试结构文件上传
针对集成电路测试管理系统而言,必须要将测试设备工作站所定义的测试结果文件输入数据库,最终才能构成数据分析报表。待晶圆测试完毕后,测试设备将构成晶圆测试结果的文件转变成一个传送信号,上传到数据库服务器,而服务器会依据文件发送信头,最终接纳测试结果文件。
针对测试管理系统为而言,为了确保其传送速度,本文研究中实现了三个方面的优化处理:
(1)针对测试结果文件传送而言,主要应用实时传送原则,即传送时机择取为测试结果文件组成后,对以往分批次传送方式进行了优化补充。从整体上来讲,有助于预防文件过大而促使传送速度滞后,对服务器正常运行具有一定的辅助作用;
(2)文件上传后并未直接植入数据库中,而是暂时存入原始数据暂存器中,有助于防止某些无效格式测试结果文件被上传。譬如在测试中存在了人为中断现象,而诱导某些测试数据最终转变为冗余数据。经由原始数据暂存器剔除此类无效格式文件,能最大限度地确保数据库文件的精准性。此外,经由原始数据暂存器对测试结果文件权限进行整合配置。譬如在存储过程中可允许访问统计结果,不允许访问某些重要数据。从某种角度上来讲,极大地提高了数据库的安全性;
(3)针对测试管理系统开发而言,主要采用存储过程进行统计,包括生产盘存月报、生产日报、周报、月报、季报、年报、设备异常报警率、生产良率表等。基于应用程序界面上,分开统计功能与查询功能,应用统计功能对存储过程进行调用,基于服务器端作用下对信息开展各类汇总作业,并录入历史存表中。而利用查询功能自历史表中对已计算数据进行调用,完善了系统性能,增强了查询效率。
4.3集成电路测试在线预警、测试数据查询与分析
就集成电路测试在线预警功能模块而言,主要因测试生产线工程师少,在测试过程中,无法及时发现出现的误测或不良测试,为测试工程师及早发现问题提供了有力的帮助。而针对集成电路测试数据查询而言,该模块主要考虑到用户对生产线实时数据具有查询需求,涵盖产品负责人、芯片产品、测试日期、测试站点等信息。同时,数据查询模块还可查询各类良率分析报表,其中查询功能与统计功能单独使用,有助于用户自主选择,其查询内容涵盖测试平台比较报表、良率分析年报、季报、月报、日报等。
5.结束语
综上所述,本文主要以集成、高效、全方位、先进企业管理要求为出发点,进行集成电路测试管理系统开发设计,旨在提升集成电路企业管理水平,增强市场核心竞争力,对半导体测试行业中的企业生产管理系统具有至关重要的作用。在实际开发过程中,由于对现有测试生产线上出现的测试数据无法全面管理,故无法深入分析影响集成电路测试生产效率提高的因素,因此在前期做了大量设备与测试方法研究。在测试管理系统数据库设计完成时,以前台开发工具(Django)、后台数据库(MySQL)为导向,开发了与用户操作需求的吻合的集成电路测试管理系统。在整体开发过程中,立足于数据库并发控制、查询优化等技术难题角度,确保了高效查询速度与数据操作的完整性,最终集成电路测试管理系统实现了五个功能,包括测试数据录入、测试结果文件上传、产品测试在线预警、数据查询与分析和测试运行相关报表生成,与企业信息化、自动化、精益化管理需求相一致,具有较大的应用前景。
参考文献
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[10]蔡瑞青.基于Ultra-FLEX测试系统的集成电路测试开发[J].电子与封装,2013(08):20-21.
关键词:电子设计自动化;课程特点;教学方法
作者简介:董素鸽(1983-),女,河南叶县人,郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院,助教;李华(1972-),男,河南郑州人,郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院,助教。(河南郑州451150)
中图分类号:G642.41 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)11-0046-02
电子设计自动化(EDA:ElectronicDesignautomation)是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术,[1]它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真、集成电路的版图设计、印刷电路板(PCB)的设计和可编程器件的编程等各项工作中。
随着半导体技术及电子信息工业的不断发展,电子设计自动化技术在信息行业中的应用范围越来越广泛,应用领域也涉及产业链中的几乎任何一个环节。一方面是社会上对电子设计自动化人才的急需,另一方面是我国高校中电子设计自动化人才培养的落后,两者之间的矛盾也促使众多的高校开始在电子信息、微电子技术等专业中开设“电子设计自动化”课程。如今,该课程已成为众多信息类学科的专业必修课,这为我国电子设计自动化人才的培养和充实做出了巨大的贡献。
“电子设计自动化”课程教学效果直接影响着人才培养的质量,因此,优秀的教学方法和教学质量是教学过程中必须重视的。笔者根据近几年的教学经历,总结经验,开拓创新,形成了一套特有的教学方法,旨在培养出基础牢、思路清、知识广、能力强的电子设计自动化人才。
一、“电子设计自动化”课程教学的特点
电子设计自动化是一个较为宽泛的概念,它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分,即采用硬件描述语言设计数字电路。因此,该课程的教学具非常突出的特点。
1.既要有广度,又要有深度
有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解,从而使学生从整个产业链的角度出发,把握电子设计自动化的真正含义,以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点,着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路,使学生具备电路设计的具体技能,并能够应用于实践和工作当中。
2.突出硬件电路设计的概念
在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中,多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言,与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此,在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别,并通过实例,如CPU的设计及制造过程,让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途,并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。
3.理论与实践并重
“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程,必须两者并重,才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想,[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固,同时在实践中锻炼学生的创新能力。
二、“电子设计自动化”课程教学方法总结
良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此,针对“电子设计自动化”课程的教学特点,笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。
1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界
电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中,并了解这个世界的大概,从而对这个领域产生兴趣,是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术,让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念,因此,可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入,通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频,让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法,并引出集成电路这个概念。
通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比,引出EDA的概念,并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中,通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用,提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解,更激发了学生的学习兴趣,使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。
2.以实例展开理论教学
“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分:[3]硬件描述语言(以VHDL语言为学习对象)、开发软件(以QUARTUSII为学习对象)和实验用开发板(以FPGA开发板为学习对象)。
硬件描述语言的学习属于理论学习部分,是重中之重。对于一门编程语言的学习来说,语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中,通常都是将语法作为主线,结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中,不仅不能学到精髓,还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。
如何能使学生既能掌握电路设计的方法,又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念,将编程思想的学习作为教学主线,在理论学习过程中,以具体电路实例为基础,引导学生从分析电路的功能入手,熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程,并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中,不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上,而语法的学习就显得不那么突兀,也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记,因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象,以避免学生遗忘,以此让学生明白,学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践,学生体会到语言学习的成就感,进一步提高了学习兴趣,此方法收到了良好的教学效果。
3.将硬件电路设计的概念贯穿始终
硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点,在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中,这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此,在教学过程中,从最初引入到最后设计电路,都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。
在讲述应用实例时,需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系,并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例,在VHDL语言中,if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路,不完整的if语句将产生时序电路,如果应用不当,会在电路中引入不必要的存储单元,增加电路模块,耗费资源。[4]而对于软件语言,并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性,可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。
如以下两个程序:
(1)entitymuxabis
port(a,b:inbit;
y:outbit);
end;
architecturebehaveofmuxabis
begin
process(a,b)
begin
ifa>btheny
elsifa
endif;
endprocess;
end;
(2)entitymuxabis
port(a,b:inbit;
y:outbit);
end;
architecturebehaveofmuxabis
begin
process(a,b)
begin
ifa>btheny
elsey
endif;
endprocess;
end;
(1)(2)两个程序唯一的不同点在于:程序(1)中使用的是elsif语句,是一个不完整的if语句描述,而程序(2)使用的是else语句,是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。(1)综合的结果是一个时序电路,电路结构复杂,如图1所示。而(2)综合的结果是一个纯组合电路,电路结构非常简单,如图2所示。通过综合后的电路图比较,学生更深刻理解这两类语句的区别。
强化硬件电路设计的思想,可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格,培养一个优秀的硬件电路设计工程师。
4.通过实践拓展强化学生动手能力
“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程,学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力,因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识,并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。
笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法,让学生强化实践能力,收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四,此时他们的毕业设计已经开始进入选题,开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目,比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等,让学生体会电子设计自动化课程的实用性,激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队,让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统,比如遥控小车、温度测控系统等,鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程,有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐,也培养了他们的团队协作精神,为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。
三、结束语
掌握“电子设计自动化”课程的特点,有针对性地改善教学方法,充分调动学生的学习积极性,强化理论和实践教学相结合,一方面使学生把握课程的全局性,了解和熟悉电子设计自动化行业的状况和最新动态;另一方面培养学生具有扎实的理论基础和良好的动手能力,培养出厚基础、重实践、有创新的高素质人才,具有重要的社会意义。
参考文献:
[1]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]Roth,C.H.数字系统设计与VHDL[M].金明录,刘倩,译.北京:电子工业出版社,2008.
《汽车商业评论》注意到,两年前,捷豹路虎还对电动汽车的方向秘而不宣,但这次的捷豹I-PACE概念车不是一般意义上的概念车,因为它将于2018年正式上市。
而广州车展上展出的全电动赛车I-TYPE1已经代表捷豹车队出征香港,参加FormulaE第三赛季首轮赛事,同时正式宣告捷豹回归赛车运动。
这两大举措预示着捷豹品牌正在进入全新的电动车领域。也因此,在11月18日广州车展的采访中,捷豹路虎大中华区总裁李大龙表示:“这是一个激动人心的时刻。”
对捷豹品牌而言,捷豹I-TYPE1是其“赛道基因的最新代表”,捷豹I-TYPE1采用电动马达单元(MGU),最大功率为200KW,最高时速可达140英里/时(225公里/时)。捷豹路虎希望通过FormulaE赛事在极端的竞技环境下测试先进的电动技术,并将把测试所得应用于未来的量产电动车型研发中。
捷豹首款电动车I-PACE概念车是一辆具有跑车性能的5座SUV。《汽车商业评论》记者在洛杉矶见证了这款车的亮相,并且通过VR设备感受到了其内饰不一样的时尚与科技。
捷豹I-PACE概念车配备了一块容量为90kWh的锂电池组,其电动机最大功率为400马力,峰值扭矩700牛・米,0-100km/h加速时间为4秒。这款车通过50千瓦直流充电设备进行快速充电,仅需2小时即可达到满电状态;在电量充足的情况下,该产品可满足超过354公里(美国EPA循环测试)或500公里(欧洲NEDC循环测试)的里程需求,每周充电一次即可实现日常通勤。
捷豹全球设计总监严凯伦表示:“捷豹I-PACE概念车代表了电动汽车设计的未来方向。如此大胆的座舱前移式设计,加之精美细致的内饰,可以说I-PACE概念车是捷豹经典元素、电动汽车技术和现代制造工艺的集大成者。目前我们只有一辆实体概念车,很高兴我们得以通过VR体验的方式在伦敦和洛杉矶共同见证这一历史性时刻。”
捷豹路虎全球CEO施韦德博士(Dr.RalfSpeth)认为,全新平台上开发的捷豹I-PACE概念车是他们的革命性产品,是英伦设计和卓越工程的完美结合。同时还承诺,到2022年,捷豹路虎将有约一半车型搭载新能源技术。
在路虎品牌方面,路虎全新一现也在洛杉矶和广州车展亮相,这也标志着发现家族由传统汽车功能向智能数字化体验的转变。
路虎全新一现兼具全地形能力与科技性能,试图彰显路虎“AboveandBeyond”的品牌精神。此次广州车展上,它联袂前四代车型共同登场,试图向消费者展现其品牌发展历程。
全新一现延续了家族阶梯式车顶、独特的C柱及非对称尾门等经典设计元素。座舱方面,全新一现更加宽敞,中控台与柱形面板饰条相交,试图打造简约而人性化的布局。除了宽敞灵活的智能化空间,捷豹路虎InControl智能驭领尊享触控系统的运用也成为全新一现的一大亮点,为消费者带来更多的便利和选择。
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