第九届集创赛杯赛题目——紫光教育杯

紫光教育杯

一、杯赛题目：运算放大器芯片的设计、制造、封装、测试和应用全流程

二、参赛组别：仅限A组

三、赛题背景

新紫光集团是中国大型综合性集成电路领军企业，覆盖芯片设计、生产、封装、测试、设备、材料和模组的半导体全产业链。本次杯赛的支持企业紫光教育科技有限公司致力于将新紫光集团集成电路产业集群优势赋能到高校的核心产教融合型企业，提供国产自主知识产权自研一站式建设方案和产品，覆盖集成电路基础、设计、制造、封装、测试和应用全产业链。

基于上述背景，本次紫光教育杯深度引入新紫光集团半导体全产业链产业资源作为核心出题资源，在上届紫光教育杯的基础上继承创新（上届杯赛仅包括制造和应用部分），使用国产自主可控产业级竞赛设备进行比赛，立足国产半导体产业链全流程赛道，为A组本科生打造专属的全产业链赛题，对于参赛选手来讲，是一次难得的将半导体全产业链一线产业知识全面贯通的学习、实践和比赛机会。对于优秀参赛选手，赛事支持企业将拉通新紫光集团产业链资源，提供更加深入的流片、产业课题实习实践、就业等机会。

四、赛题任务

选取本科生较为熟悉的运算放大器芯片作为赛题对象，将该芯片的设计、制造、封装、测试和应用贯穿于整个比赛的全过程。在各阶段过程中，赛事支持企业将根据实际情况进行系统化的理论基础讲座、赛题培训、竞赛设备试用、在线答疑和技术支持等全流程服务，确保即使是第一次接触此类赛题的参赛者都能够顺利完成比赛。

五、杯赛阶段和提交内容

1.初赛：运算放大器芯片的设计

本阶段参赛选手需要进行运算放大器芯片的设计工作，包括原理图绘制、性能仿真、版图绘制、设计规则检查（DRC）和版图原理图一致性检查（LVS）等工作。要求如下：

（1）电路设计约束指标：

• 设计工艺：0.18μm

• 工作温度：-40℃至125℃

• 电源电压：1.8V±10%

• 负载电容：2pF

• 开环增益：≥80dB

• 单位增益带宽：≥80MHz

• 相位裕度：≥60°

• 转换速率：≥30V/μs

• 共模抑制比：≥60dB

• 电源抑制比：≥80dB

• 在不同工艺角下（TT，SS，FF，SF，FS）均需满足指标要求

（2）电路设计优化指标：最小化静态功耗

（3）版图设计约束指标：通过DRC和LVS检查

（4）版图设计优化指标：最小化版图面积

（5）提交内容：

要求提交芯片设计的技术文档和工程文件，依据评分标准（见第六节）评判成绩进入分赛区决赛，具体包括：

• 技术文档：Word格式，内容自拟，至少应涵盖评分标准中的相关要求；

• 工程文件：包含电路原理图、版图、仿真和验证结果等用来佐证技术文档中相关内容的原始工程文件。

2.分赛区决赛：运算放大器芯片的制造和封装

该部分为现场实操类比赛，现场比赛时长为两小时，具体现场比赛任务说明如下（比赛样题将在初赛结束后面向晋级分赛区决赛的队伍发放并安排统一培训）：

参赛者现场使用5纳米集成电路虚实联动实验实训教学系统（以下简称虚实联动设备，包括：设备主体、微纳电子器件仿真板卡、半导体工艺仿真板卡、器件工艺联动模型板卡、封装解析仿真板卡及配套比赛设施），完成以下两部分任务。

任务1（运算放大器芯片核心器件MOSFET的制造调优）：

现场指定需要调优的MOSFET制造结构约束条件（衬底、阱区、源漏、栅极等结构要求）、制造参数约束条件（沟道长度、氧化层厚度、沟道深度等参数要求）和优化指标（增大输出电流或减小MOSFET漏电中的一种），参赛者使用虚实联动设备，在满足制造约束条件的基础上，尽可能调优优化指标。

任务2（运算放大器芯片封装调优）：

现场指定需要调优的运算放大器芯片封装结构（DIP、SOP、SOT和QFN中的一种）、优化项目（本次比赛确定为：芯片注塑优化）、封装约束条件（注塑浇口结构约束、注塑预填充时间、注塑模具温度等要求）和优化指标（减小注塑金线偏移量或减小注塑气孔数量中的一种），参赛者使用虚实联动设备，在满足封装约束条件的基础上，尽可能调优优化指标。

3.全国总决赛：运算放大器芯片的测试和应用

该部分为现场实操类比赛，现场比赛时长为两小时，具体现场比赛任务说明如下（比赛样题将在分赛区决赛结束后面向晋级全国总决赛的队伍发放并安排统一培训）：

参赛者现场使用12通道半导体物理材料工艺器件电路一体化测试机竞赛版（以下简称一体化测试机，包括：4通道源测量单元SMU，LCR表，自动测量通道、电源、信号发生器、数字IO、逻辑分析仪、示波器、万用表、器件测试应用平台及配套比赛设施），完成以下两部分任务。

任务1（运算放大器芯片核心器件MOSFET的测试及器件级应用）：

现场会给出若干个器件模型相同但尺寸不同的MOSFET器件自动测量板卡、测试线缆及器件模型，参赛者首先基于一体化测试机中的4通道源测量单元SMU、LCR表进行器件测试，测试项（转移特性、输出特性、频率特性等）由参赛者自由设定，目的是基于现场测试出的测试数据能够完成测试应用：该器件模型的参数提取工作。

任务2（运算放大器芯片指标的测试及芯片级应用）：

现场会给出某种品牌型号的运算放大器实体芯片、其他辅助芯片、辅助元器件、测试线缆、面包板等，并指定需要测量的运算放大器芯片指标（输入漏电流、失调电压、增益、转换速率、共模抑制比、电源抑制比等指标）及应用该运算放大器搭建的应用电路类型（积分微分电路、方波三角波发生电路、滤波器和线性稳压器中的一种）。参赛者基于一体化测试机中的电源、信号发生器、示波器、万用表和自动测试通道等测试仪表，现场搭建测试结构，测试出指定运算放大器芯片实物的指标；并基于该运算放大器芯片，搭建和调试出指定应用电路。

六、评分标准

1. 初赛阶段评分依据

2. 分赛区决赛和全国总决赛阶段评分依据

（1）现场制造、封装、测试、应用等项目的实操过程情况

（2）现场制造、封装、测试、应用等项目的运行结果

七、其他注意事项

1. 参加企业命题杯赛的作品，杯赛出题企业有权在同等条件下优先购买参加本企业杯赛及单项奖获奖团队作品的知识产权。

2. 大赛组委会和杯赛企业对参赛作品提交的材料，在大赛相关环节中有使用权和展示权。

3. 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。

（请参赛团队务必有一名成员添加报名杯赛的答疑钉钉群中，以便及时获取杯赛最新通知及进展，避免遗漏重要信息，群号码及入群方式：点击查看）