专利名称：电子书包及其制作方法
技术领域：
本发明涉及教学工具领域。
背景技术：
教师教学工作中，以备课、改作业工作量最重，而且重复性极强，全国一年级至十二年级各级学生数量均逾千万、内容相似的改作业每年耗去教师大量时间，使教师的工作重复且效率低下。每年全国学生作业、测验、考试、演算等消耗的纸、笔等逾十亿元，造成了极大的资源浪费。另外，由于作业习题繁多，使学生书包日益沉重，不利于学生健康成长。
发明内容本发明的目的在于提供一种采用开放标准、提高教学效率且能实现远程教学的无线全自动电子书包及其制作方法。
本发明的目的是这样实现的该电子书包包括基板、SOC裸片或芯片、功能单元裸片或芯片、总线控制器裸片或芯片、存储单元裸片或芯片及用于进行数据交流的通信网络单元裸片或芯片，该SOC裸片或芯片、存储单元裸片或芯片、总线控制器单元裸片或芯片、通信网络单元裸片或芯片及功能单元裸片或芯片一体封装在基板上，该基板内设置有引脚连线，SOC裸片或芯片、存储单元裸片或芯片、通信网络单元裸片或芯片及功能单元裸片或芯片均通过该引脚连线与总线控制器裸片或芯片连接，底层驱动程序及操作系统程序内置或固化于该存储单元裸片或芯片。
所述的电子书包还包括存储介质，该存储介质安装在基板上，并通过引脚连线与总线控制器裸片或芯片连接。
一种电子书包的制作方法，包括如下进程1)将SOC裸片或芯片、存储单元裸片或芯片、总线控制器裸片或芯片、功能单元裸片或芯片及通信网络单元裸片或芯片邦定或焊接在基板上；2)在存储单元裸片或芯片上置入或固化底层驱动系统程序及操作系统程序；3)将各芯片或裸片一体封装在基板上。
还包括进程4)将存储介质安装在基板上并通过引脚连线与总线控制器裸片或芯片连接。
所述的步骤1)包括1a)根据SOC裸片的引脚、总线控制器裸片的引脚、通信网络单元裸片的引脚、存储单元裸片的引脚及功能单元裸片的引脚之间的连接关系，在基板上设置引脚连线，使各引脚连线对应上述裸片中的引脚；1b)将SOC裸片、存储单元裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片及功能单元裸片的各引脚与对应的引脚连线的端点通过邦定焊接连线连接。
所述的绑定方法包括平面绑定和立体绑定方法。
平面绑定时，将SOC裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片、存储单元裸片及功能单元裸片平铺在基板上。
立体绑定时，将SOC裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片、存储单元裸片及功能单元裸片层叠在基板上，且在相邻层的裸片之间设置隔离垫。
一种电子书包包括电路板、用于进行数据交换以实现试卷收发的通信网络单元、用于显示试卷内容的功能单元、用于对试卷进行操作的输入单元、存储有试卷处理程序的存储单元及用于协调和控制上述各单元的控制单元，上述各个单元的裸片或芯片一体封装在电路板上并通过布设在电路板上的引脚连线实现连接，该通信网络单元接收输入的试卷文件并输出控制信号到控制单元，控制单元接收该控制信号后从存储单元中调出试卷处理程序，并控制功能单元显示该试卷文件，输入单元接收对试卷文件进行的操作，经过操作处理后的试卷文件存储在存储单元中并通过通信网络单元输出到另一电子书包。
与现有技术相比，本发明具有如下优点由于电子书包可以存储习题或作业数据，从而实现了书包的电子化，减轻了学生的负担，提高了教学效率，同时由于通信网络单元的设置，实现了电子书包学生端和电子书包教师端的数据交流，实现了远程教学。
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的平面绑定方法的原理框图。
图3是本发明的立体绑定方法的原理框图。
图4是本发明的裸片绑定在基板上的结构示意图。
图5是本发明的焊接连线的分布示意图。
图6是本发明的一种流程框图。
具体实施方式
请参阅图1至图6，本发明一种电子书包包括基板、总线控制器裸片(裸片又称Die，其指划片后尚未封装的晶圆)、SOC(全称为System On Chip，即片上系统)裸片、存储单元裸片、通信网络单元裸片、功能单元裸片，SOC裸片、存储单元裸片、功能单元裸片及通信网络单元裸片均与总线控制器裸片连接，该SOC裸片、存储单元裸片、功能单元裸片、通信网络单元裸片及总线控制器裸片一体封装在基板上，且存储单元裸片内置或固化有底层驱动系统(简称BIOS，全称为Basic Input Output System)程序及操作系统(简称OS，全称为Operating System)程序。该电子书包分为学生端和教师端，该学生端和教师端之间通过通信网络单元进行数据的交换，从而实现试卷(或作业)的收发和批阅。在本实施方式中，功能单元裸片选自图文输入单元裸片及声光单元裸片。
基板采用光刻工艺制作，也可采用现有的印刷电路板(简称PCB，全称为Print Circuit Board)，。SOC裸片包括微处理器及外设接口，微处理器用于完成数据的处理、判断及控制和协调各裸片之间的工作，外设接口如现有的USB、GPIO、IDE、UART、PCMCIA、AUDIO、VIDEO或Ethernet接口，通过该接口可连接液晶显示、硬盘、键盘、扬声器、调制解调器或计算机等。总线控制器裸片用于完成各裸片之间信息数据的传输和控制，SOC裸片即通过该总线控制器裸片实现对各裸片的控制和协调。
存储单元裸片包括闪存(又称Flash)裸片和随机存储器(又称RAM)裸片，底层驱动程序和操作系统程序即内置或固化于该存储单元裸片。功能单元裸片用于完成屏幕显示、信号灯显示及声音信号的输入和输出，其包括键盘、触摸屏、手写笔和液晶屏、扬声器等。电源单元裸片用于完成将交流电转换为直流电及实现整个电子书包的充电工作。通信网络单元裸片包括通信网络单元裸片和有线网络单元裸片，该通信网络单元裸片用于实现电子书包学生端与电子书包教师端之间的信息交流，该通信网络单元包括各类串行、并行接口的通信系统。如以太网(E-thernet)、调制解调器(MODEM)、PCMCIA，IEEE 802协议集的无线网络、蓝牙协议的无线网络及无线USB标准的无线网络系统以及GPRS、CDMA无线网络。
该电子书包还包括存储介质接口电路和存储介质，该存储介质接口电路用于实现存储介质和SOC之间的数据交流，该存储介质如现有的硬盘和存储卡，该存储介质接口电路如现有的硬盘接口电路和读、写卡器。
该电子书包还具有软件系统，该软件系统包括底层驱动系统程序、操作系统程序及应用程序。底层驱动系统程序用于对所有硬件的初始化、工作状态定义及控制管理，同时便于系统实现对不同功能单元的调用，便于使各部分更加专业化，例如系统将某部分内容显示，则只需要将需要显示的内容置于约定的存储区，调用BIOS内的显示子程序即可，将显示内容输送到对应显示区，寻址、刷新等工作可由BIOS控制子程序自动完成。操作系统程序用于完成对系统各部分资源的统一管理，根据“急、重、缓、轻”原则自动安排优先级，并提供高级语言的运转平台。
应用程序内置或固化于存储介质中，其包括题库生成程序、发卷程序、做题程序、交卷程序、收卷及数据库管理程序、判卷及数据库管理程序等试卷(习题)处理程序、电子记忆程序及文字转换程序。题库生成程序用于生成JPG、PDF等格式的试卷(或作业)，同时可将做完的答案生成“答案”文件。发卷程序用于通过通信网络单元实现发卷。做题程序用于电子书包学生端进行做题。交卷程序用于电子书包学生端通过通信网络单元进行交卷。收卷程序用于电子书包教师端接收和管理试卷。判卷及数据库管理程序用于电子书包教师端通过通信网络单元进行判卷。电子记忆程序用于通过图面、声音或游戏的方式帮助使用者完成记忆，并自动根据结果强化记忆出错单词。文字转换程序用于将电子书包界面的内容转换为使用者所能够识别的文字。另外，该应用程序还可包括存储于该电子书包内的习题卡，该出题卡包括各个科目的习题和试卷。
该电子书包生产时，可以采用平面邦定(又称Bonding)和立体邦定的方法，该平面邦定和立体邦定也可交叉组合使用。请参阅图2及图4，对于平面邦定的方法，总线控制器裸片、SOC裸片、存储单元裸片、功能单元裸片及通信网络单元裸片平铺在基板1上。该平面邦定方法的工作原理如下根据SOC裸片、总线控制器裸片、存储单元裸片、通信网络单元裸片、功能单元裸片各引脚(又称PAD)之间的连接关系提出逻辑关系对应文件(又称netlist)，根据该对应关系在基板1内设置引脚连线2，即各引脚连线2均对应上述裸片中的引脚4，通过焊接连线3将各裸片的引脚4的端点与对应引脚连线2的端点连接起来，从而将各裸片邦定在基板1上，最后将各裸片一体封装在基板1上。
基板1内的引脚连线2用以连接SOC裸片、存储单元裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片及功能单元裸片的对应引脚。图3中仅显示众多引脚连线中的一条，该引脚连线2具有两个端点A、B，且各个端点A、B分别邻近对应的SOC裸片的引脚的端点A1和闪存裸片的引脚的端点B1，并通过焊接连线3将各引脚连线2的端点A、B和对应的裸片引脚的端点A1、B1连接起来。由于引脚连线2的端点A、B与对应裸片的引脚的端点A1、B1相邻，所以焊接连线3以及基板内引脚连线2的长度非常短，同时封装固定后不可移动，从而减少了信号的传输时间、提高了集成电路裸片的可靠性、减低了功耗及降低了成本。该焊接连线3一般为黄金或白金材料制作。该基板1一般为双面板，也可以为多层板，通过多层板的设置，可走线的层数越多，容线数量越大。请参阅图5，如果裸片的引脚之间的间距较小，焊接连线3可呈放射状分布。
请参阅图3，为了实现更高容量的系统封装，也可以采用立体邦定的方法。在该种邦定方法下，SOC裸片、存储单元裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片及功能单元裸片是层叠设置在基板1上。该立体邦定的方法包括如下进程1)将SOC裸片、存储单元裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片及功能单元裸片层叠在基板上，在相邻层的裸片之间设置隔离垫；2)将各裸片的引脚与基板1内对应引脚连线2的端点之间通过焊接连线3连接起来；3)检查焊接处，并挑出不合格品进行修复；4)注入硅胶或其他填充体；5)置于烘烤装置中并按设定的时间和温度曲线加温；6)进行第二次检测，并挑出不合格品；5)在存储单元裸片注入底层驱动系统程序和操作系统程序。层叠数量根据需要及加工设备情况而定，从二层至数十层不等。
本发明中，当注入的底层驱动系统程序和操作系统程序不需变化时，则在生产集成电路裸片时增加只读存储器(ROM)，将底层驱动系统程序和操作系统程序固化于ROM中，然后重做光罩生产；当底层驱动系统程序和操作系统程序有可能再变化时，则增加闪存存储器(Flash)，重做光罩生产，再将底层驱动系统程序和操作系统程序写入闪存裸片。
本发明中，闪存裸片包括存储程序的与非型闪存(即NAND型Flash)裸片和存储数据的异或型闪存(即NOR型Flash)裸片。常规应用异或型闪存(即NOR型Flash)储存程序，与非型闪存(即NAND型Flash)储存数据，异或型闪存(即NOR型Flash)生产工艺复杂价格较高。本发明还可使用如下方法可进一步降低成本，过程如下选用最小容量的异或型闪存(即NOR型Flash)仅内置启动程序(Boot)，1)通过SOC的微处理器(即CPU)识别并找出NAND型Flash其他大容量程序置入与非型闪存(即NAND型Flash)；2)在启动程序中标明何段地址内容为程序；3)将NAND型Flash中的数据、软件程序全部转入RAM中；4)SOC中的微处理器找出软件程序的起始地址而开始运行程序。
本发明除了可将上述各裸片(即所述的SOC裸片、存储单元裸片和功能单元裸片等)邦定在基板上，还可将SOC芯片(SOC裸片封装后即形成SOC芯片)、存储单元芯片、总线控制器芯片、存储单元芯片、通信网络单元芯片和功能单元芯片分别焊接在基板上再将各个芯片封装成一个整体的芯片，并将底层驱动系统程序和操作系统程序固化或置入于存储单元芯片中。另外，上述将芯片焊接在基板上的方法和将裸片邦定在基板上的方法可交叉组合使用，如在同一个本发明内置软硬件系统的裸片中，可以既有邦定在基板上的裸片，又有焊接在基板上的芯片。
如果SOC芯片或存储单元芯片或功能单元芯片的尺寸过大，可通过切割、磨削该芯片的方法来减小芯片的表面积及厚度。
本发明电子书包的工作原理如下微处理器为高速CPU，通过总线控制器与各外设接口联系上电后，微处理器自存储单元载底层驱动系统程序和操作系统程序，根据程序命令启动、初始化各外设工作状态，系统初始化完成后，微处理器出于中断等待状态。微处理器接到外设传来的工作前期控制信号后，其根据控制信号从存储介质再调出对应的应用程序开始工作。该电子书包的工作流程如下工作A1试卷(作业)生成电子书包教师端接收教师通过键盘或鼠标、触摸屏等输入设备输入的控制、选择信息，微处理器根据输入信息自存储介质调出题库生成程序并依其工作，将选择的题目生成不同类型的“试卷”或“作业”文件并存储于存储介质。
工作A2发试卷(布置作业)电子书包教师端接收输入的控制、选择信息，微处理器根据该输入信息自存储介质调发卷程序并依其工作，根据当时选择的无线或有线通信的方式，将存储介质中的试卷文件通过无线或有线网络单元发送出去。
工作A3做试题电子书包学生端接收学生自输入设备输入的控制、选择信息，微处理器根据输入信息自存储介质调出做题程序并依其工作，并通过显示单元将题目内容显示出来，使用者完成试题后生成“答案”文件并存储于存储介质。
工作A4交作业电子书包学生端接收学生输入的控制、选择信息，微处理器根据输入信息自存储介质调出交卷程序并依其工作，将“答案”文件通过无线或有线网络单元自动发送到电子书包教师端。
工作A5收作业电子书包教师端接收教师输入的控制、选择信息，微处理器根据输入信息自存储单元调出收卷及数据库管理程序并依其工作，将“答案”文件通过无线或有线网络单元自动接收，并按学号和姓名置于存储介质相应的存储区。
工作A6改试卷(作业)电子书包教师端接收输入的控制、选择信息，微处理器根据该输入信息自存储介质调出改卷及数据库管理程序并依其工作，将“判卷”后的文件自动改完后存于存储介质相应的存储区。
工作A7还卷(作业)电子书包教师端接收输入的控制、选择信息，微处理器根据该输入信息自存储介质调出还卷及数据库管理程序并依其工作，将“判卷”文件通过无线或有线接口按学号、姓名发送到各对应的电子书包学生端，电子书包学生端接收该文件后即通过声光单元可显示出错题、得分(可语音、灯光特别标识)。
本发明中，软件制式、标准开放，题目生成、阅览、判卷、流通采用通用免费标准软件，如JPG、PDF，判卷采用通用的数据库软件如PowerBuilding，使得所有教、学相关人员均能轻易参与并掌握、使用；学生自学也可自动选择题目生成、测试；存储单元也可载入小说等文艺作品而使该电子书包做为电子读书器使用；另外，该电子书包还可内置计算器、汉语字典、英汉词典，古诗词、课文(文章)及作者、时间等综合查询系统，公式、题库、各科教材，兼容各种文本、图像格式，内容可随时更新。
权利要求
1.一种电子书包，其特征在于包括基板、SOC裸片或芯片、功能单元裸片或芯片、总线控制器裸片或芯片、存储单元裸片或芯片及用于进行数据交流的通信网络单元裸片或芯片，该SOC裸片或芯片、存储单元裸片或芯片、总线控制器单元裸片或芯片、通信网络单元裸片或芯片及功能单元裸片或芯片一体封装在基板上，该基板内设置有引脚连线，SOC裸片或芯片、存储单元裸片或芯片、通信网络单元裸片或芯片及功能单元裸片或芯片均通过该引脚连线与总线控制器裸片或芯片连接，底层驱动程序及操作系统程序内置或固化于该存储单元裸片或芯片。
2.如权利要求1所述的一种电子书包，其特征在于还包括存储介质，该存储介质安装在基板上，并通过引脚连线与总线控制器裸片或芯片连接。
3.一种电子书包的制作方法，其特征在于包括如下进程1)将SOC裸片或芯片、存储单元裸片或芯片、总线控制器裸片或芯片、功能单元裸片或芯片及通信网络单元裸片或芯片邦定或焊接在基板上；2)在存储单元裸片或芯片上置入或固化底层驱动系统程序及操作系统程序；3)将各芯片或裸片一体封装在基板上。
4.如权利要求3所述的一种电子书包的制作方法，其特征在于还包括进程4)将存储介质安装在基板上并通过引脚连线与总线控制器裸片或芯片连接。
5.如权利要求3所述的一种电子书包的制作方法，其特征在于所述的步骤1)包括1a)根据SOC裸片的引脚、总线控制器裸片的引脚、通信网络单元裸片的引脚、存储单元裸片的引脚及功能单元裸片的引脚之间的连接关系，在基板上设置引脚连线，使各引脚连线对应上述裸片中的引脚；1b)将SOC裸片、存储单元裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片及功能单元裸片的各引脚与对应的引脚连线的端点通过邦定焊接连线连接。
6.如权利要求5所述的一种电子书包的制作方法，其特征在于所述的绑定方法包括平面绑定和立体绑定方法。
7.如权利要求6所述的一种电子书包的制作方法，其特征在于平面绑定时，将SOC裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片、存储单元裸片及功能单元裸片平铺在基板上。
8.如权利要求6所述的一种电子书包的制作方法，其特征在于立体绑定时，将SOC裸片、总线控制器裸片、通信网络单元裸片、存储单元裸片及功能单元裸片层叠在基板上，且在相邻层的裸片之间设置隔离垫。
9.一种电子书包，其特征在于包括电路板、用于进行数据交换以实现试卷收发的通信网络单元、用于显示试卷内容的功能单元、用于对试卷进行操作的输入单元、存储有试卷处理程序的存储单元及用于协调和控制上述各单元的控制单元，上述各个单元的裸片或芯片一体封装在电路板上并通过布设在电路板上的引脚连线实现连接，该通信网络单元接收输入的试卷文件并输出控制信号到控制单元，控制单元接收该控制信号后从存储单元中调出试卷处理程序，并控制功能单元显示该试卷文件，输入单元接收对试卷文件进行的操作，经过操作处理后的试卷文件存储在存储单元中并通过通信网络单元输出到另一电子书包。
全文摘要
本发明电子书包包括基板、SOC、功能单元、总线控制器、存储单元及用于进行数据交流的通信网络单元，软件制式、标准开放，题目生成、阅览、判卷、流通采用通用免费标准软件，如JPG、PDF，判卷采用通用的数据库软件如SQL、Power Building，使得所有教、学相关人员均能轻易参与并掌握、使用。由于电子书包可以实现“自动改作业、自动判卷”，从而实现了书包的电子化，减轻了学生的负担，提高了教学效率，同时由于通信网络单元的设置，实现了电子书包学生端和电子书包教师端的数据无线数字交流，并可以直接实现远程教学。
文档编号G09B5/06GK1815521SQ2005100220
公开日2006年8月9日 申请日期2005年11月7日 优先权日2005年11月7日
发明者董涛, 张国杰, 王民北, 李伟光, 曾威, 朱小祎, 廖铮, 王方格, 潘伟 申请人:薛萍, 董涛