2024集创赛职业技能赛项杯赛题目——加速科技职业技能杯

加速科技职业技能杯

一、杯赛题目:集成电路应用开发

二、赛题内容

CMOS工艺作为现代集成电路产业的核心技术,对于推动微电子技术的进步和应用具有举足轻重的作用。特别是随着人工智能、物联网、5G等技术的快速发展,对高性能、低功耗的CMOS芯片的需求日益增长,这进一步凸显了CMOS工艺发展的重要性。

本赛项紧密对接集成电路应用开发全国职业院校技能大赛规程,集成电路相关专业“岗课赛证”综合育人,围绕职业教育国家教学标准、真实工作过程任务要求和企业生产现实需要进行设计,旨在考查学生在集成电路设计验证、工艺仿真、测试开发等方面的专业核心能力和职业综合能力。竞赛基于杭州加速科技有限公司面向职业院校技能大赛的综合平台,以CMOS器件的设计及验证、晶圆制造、封装及测试为核心,通过三个任务的考核,让竞赛选手全面体验芯片设计、制造、封装、测试的全流程。

集成电路设计验证任务:竞赛选手使用Verilog HDL硬件描述语言进行CMOS器件的逻辑功能设计、仿真并将比特流文件下载至FPGA应用系统板上进行功能验证。

集成电路虚拟仿真任务:竞赛选手使用给定的集成电路虚拟仿真平台模拟CMOS器件的制造和封装过程,这包括晶圆光刻、蚀刻、沉积等制造步骤以及封装工艺步骤。

集成电路测试开发任务:选手对比赛现场下发的CMOS芯片进行测试和分析,需要设计测试方案、制作测试Load Board及编写测试程序,使用ATE测试平台,对芯片的直流参数、交流参数、功能等方面进行测试。

通过以上三个任务的考核,加深参赛选手对集成电路技术的理解和掌握。同时,竞赛的工业级项目式考核模式也有助于培养竞赛选手的职业素养和工程实践能力,为未来的职业发展打下坚实基础。

1.初赛环节:

1)根据报名人数的多少,我们将决定是开展线上选拔还是线下选拔。具体选拔方式将在后续通知中公布,请密切关注我们的通知,以便及时了解选拔的详细安排。

2)竞赛选用芯片型号:标准4000及74HC系列CMOS集成电路芯片。

2.决赛环节:

1)现场竞赛,比赛时长4小时;

2)竞赛选用芯片型号:标准4000及74HC系列CMOS集成电路芯片。

3.八通道多路复用器(CD4051)的设计验证、制造及封测(初赛/决赛样题)

本赛题内容来源于集成电路行业真实工作任务,由“集成电路设计验证”、“集成电路工艺仿真”、“集成电路测试开发”三个模块组成。

任务一:集成电路设计验证

竞赛选手利用给定的FPGA芯片内部资源,根据要求设计逻辑模块,完成功能仿真验证并下载至FPGA芯片验证功能。

设计一个8通道多路复用器,该多路复用器一个单刀八掷配置形式的模拟开关。具有3个二进制通道控制输入端(A、B、C)、1个通道公共端COM IN/OUT以及一个使能输入端INH。二进制输入信号,控制8个通道中的一个通道开启,其余通道关闭。多路复用器的真值如表1所示。比赛选手采用Verilog HDL语言,并使用相关软件完成电路设计和功能仿真,并将设计下载到FPGA应用系统板上进行功能验证。

1 多路复用器真值表

X:任意值

任务二:集成电路虚拟仿真

竞赛选手基于CMOS器件制造与封装的虚拟仿真平台,分别进行集成电路制造虚拟仿真和集成电路封装虚拟仿真操作。

1)集成电路制造虚拟仿真需通过仿真软件模拟制作一个包含NMOS与PMOS的CMOS反相器,围绕其制造过程,按照工厂实际生产中的151余步工艺流程,竞赛选手操作完成将晶圆制作成CMOS器件的一整套工艺流程。需要完成的COMS制造工艺见下图1。

1 COMS工艺技术流程

2)集成电路封装虚拟仿真需通过仿真软件,竞赛选手操作完成将晶粒(Die)及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接,引出连线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定,构成整体立体结构的工艺流程。需要完成的集成电路封装工艺见下图2。

2 集成电路封装工艺流程

任务三:集成电路测试开发

竞赛选手从现场下发的元器件中选取待测试芯片及工装所需元件和材料,参考现场下发的技术资料(芯片数据手册、元器件清单等),在规定时间内,按照相关电路原理与电子装接工艺,设计、焊接、调试工装板,搭建和配置测试环境,使用测试仪器与工具,实施并完成测试任务。

1)芯片参数测试

1)Open-Short连接性测试

2)IDD静态电源电流测试

3)VOH/VOL输出高低电平电压测试

4)IIH/IIL输入高低电平电流测试

5)IOS输出短路电流测试

6)逻辑功能测试

7)传输延迟时间测试

2)功能电路测试

设计、焊接、调试完成测试工装,用该多路复用器搭建并配置测试环境,实现同相运算放大器增益选择功能,测试输出电压值并标注单位。

三、 操作指标

1.集成电路设计验证平台

1)FPGA型号:XC8S50-1FGGA484I;

2)晶振:50MHz;

3)DDR3:1G 333.3MHz;

4)拓展IO口:84个;

5)板载USB Cable;

6)基础模块:RGB指示灯模块、按键模块、蜂鸣器模块、USB-TTL模块;

7)拓展模块:2.8寸 带触摸、LCD12864、8*8点阵、8位数码管、8位LED。

2.集成电路虚拟仿真平台

1)依托实际工厂8/12英寸生产线,利用3D虚拟现实技术,按照实际生产要求将集成电路的抽象原理和复杂、昂贵生产设备进行仿真,采用可视化、可交互方式开发出集成电路制造及封装工艺虚拟仿真实验;

2)集成电路制造工艺虚拟仿真平台主要包括:晶体生长、晶园片制造、洁净室前准备、晶圆片清洗、光刻、刻蚀、离子注入、氧化、杂质扩散、薄膜淀积、平坦化、CMOS反相器器件制造等11个互动虚拟实验;

3)集成电路封装工艺虚拟仿真平台实验分为FOL(Front of Line)前段工艺和EOL(Endotline)后段工艺两部分。主要包括背面减薄、晶圆切割、第二道光检、芯片粘接、银浆固化、引线焊接、第三道光检、注塑高温固化、去溢料/电镀、电镀退火、激光打字、切筋/成型、第四道光检等内容,在虚拟封装车间进行仿真仪器操作,掌握封装工艺的操作流程与方法,深化实验原理的理解;

4)平台充分考虑教学和大赛的灵活和扩展性,除了基本的仿真实验操作题课程资源,还包括自定义操作题类型。保留仿真实验原有操作考核的基础上增加自定义仿真考核点,以满足教学和大赛出题和组卷的要求。

3.集成电路测试开发平台

1)ST2516硬件平台:

1)级联卡40Gbps通信速率;

2)DIO数字通道不小于32通道;

3)DIO数据速率:DIO数据通道数据速率不小于250Mbps;

4)DIO向量深度:192M Vector,支持测试过程中广播式动态修改;扫描向量(Scan)深度:SCAN模式下单SCAN Chain不小于3GB;

5)PPMU不小于32通道;四象限驱动测量FVMI、FIMV、FVMV、FNMV;电压驱动测量范围:-2V~6.5V;电流驱动测量范围:-40mA~40mA;

6)BPMU不小于4通道;四象限驱动测量FVMI、FIMV、FVMV、FNMV;电压驱动测量范围:-2V~9.25V;电流驱动测量范围:-60mA~80mA;

7)DPS不小于4通道;四象限驱动测量FVMI、FIMV、FVMV、FNMV;电压驱动测量范围:-3.25V~8.4V;电流测量范围:-500mA~500mA,gang模式最高±2A;

8)RVS不小于1通道;工作模式:FVMV、FNMV、FVMI;电压范围:0V~10V;

9)AWG/DGT不少于2通道,分辨率:16bit;

10)TMU不少于4通道,任意DIO可配置;测量频率范围:100Hz~100MHz;


2)ST-IDE软件平台:

1)内置文本编辑、编译、调试、下载、运行等集成开发环境(IDE),一键操作,提高开发效率;

2)IDE支持代码高亮、智能编辑,代码输入过程中自动补充方法或类,提升编码速度;

3)Debug功能强大,支持日志本地保存,便于问题排查分析;

4)内置资源管理AWG/DGT/RVS/DPS/PPMU/DIO/CBIT/Pattern配置管理和调试工具,方便开发和调试;

5)测试数据支持自定义格式导出,支持txt、csv及STDF

6)提供GUI界面完成Pattern编辑、存储、下发、调试


四、评分标准

竞赛评分严格按照公平、公正、公开、科学、规范、透明的原则,从集成电路设计验证、集成电路工艺仿真及集成电路测试开发3个模块评分,评分标准如表2所示。

2 初赛/决赛评分标准

序号

评分模块

评分细则

分值

评分方式

1

集成电路设计验证(30%)

用硬件描述语言设计数字电路,功能符合要求,评分依据其仿真功能是否与题目要求一致

15

结果评分

(客观)

数字电路下载正确,验证功能正确

15

2

集成电路工艺仿真(20%)

采用虚拟仿真软件对集成电路制造工艺流程操作技能进行考核,根据结果自动评分

10

结果评分

(客观)

采用虚拟仿真软件对集成电路封装工艺流程操作技能进行考核,根据结果自动评分

10

3

集成电路测试开发(50%)

参数测试,评分依据为是否在数据手册范围之内

25

结果评分

(客观)

逻辑功能测试,评分依据为是否符合真值表或时序图要求

10

功能电路测试,评分依据为是否在规定的参数范围之内

15


五、 其他注意事项

1.大赛组委会和杯赛企业对参赛作品的提交材料拥有使用权和展示权;

2.参赛项目可以参考现有公开发表的文献和论文内容,但应当在技术论文和答辩PPT中注明来源,且不能将参考的内容作为自己作品的创新部分。