一种微电子工艺教学套件的制作方法

本实用新型涉及一种教育产品，特别是涉及一种微电子工艺教学套件。

背景技术：

集成电路是在单个芯片上制作晶体管和互连线的加工技术发展而成，这些制作集成电路的加工技术综合起来称为工艺。自晶体管和集成电路发明以来，半导体产业就已经呈现出在新工艺和工艺提高上的持续发展。工艺的提高导致了具有更高集成度和可靠性的集成电路的产生，从而推动了微电子工业的革命，最具代表性的就是摩尔定律，依靠工艺尺寸的缩小使得芯片中单位面积的晶体管数量每两年翻一番。

目前，微电子工艺技术已进入7nm量产阶段，然而学校微电子工艺教学内容和实验条件却极大地落后于时代发展，这使得学生所掌握的工艺技术知识与实际半导体产业具有明显差距。这一方面是由于教学内容未能及时与技术的发展同步，另一方面是由于日益昂贵的微电子工艺设备，阻碍了先进工艺教学的实践环节。因此，急需提供一种适合于微纳电子工艺教学，且能够以“虚拟化”的方式开展先进工艺实践的教学产品。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种微电子工艺教学套件，通过以按键和液晶显示屏结合的方式，提供模拟真实半导体工艺设备操作的交互界面，通过工艺设备的仿真操作去理解和掌握半导体工艺的基本原理和关键技术等，教学套件还提供了后端工艺教学的封装和测试环节，保证工艺教学功能的完整性。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种微电子工艺教学套件，包括微电子工艺实验控制箱，在控制箱内设置有控制电路板，控制电路板上设置含有微处理器的工艺实验控制电路，在控制箱正面设置有与控制电路连接的液晶显示屏和控制键盘，其中，在控制箱正面还设置有与控制电路连接的测试接口插座，所述测试接口插座有多个，多个测试接口插座通过接口缆线分别连接有二极管器件测试板卡、三极管器件测试板卡、mosfet器件测试板卡、ldmos器件测试板卡和gan器件测试板卡，所述控制键盘被划分为多个按键区域，包括方向按键区、数字键盘区和测试功能选择按键区，其中：方向按键区的按键的信号引出，是以单个键信号引出的方式与微处理器信号输入端连接；数字键盘区和测试功能选择按键区的信号引出，是以“行”与“列”构成矩阵按键触点形成的多条“行”方向和“列”方向信号线与微处理器信号输入端连接。

方案进一步是：所述二极管器件测试板卡上设置有两种不同封装类型的二极管，分别是do-35类型封装二极管器件和sot-23类型封装二极管器件，在板卡上设置有一个二选一选通开关，完成器件的切换。

方案进一步是：所述三极管器件测试板卡上设置有三种不同封装类型的三极管器件，分别是to-92类型封装三极管器件、to-204aa类型封装三极管器件和sot-23类型封装三极管器件，在板卡上设置有一个三选一选通开关，完成器件的切换。

方案进一步是：所述mosfet器件测试板卡上设置有两种不同封装类型的mosfet器件，分别是pqfn8类型封装器件和wlcsp10类型封装器件，在板卡上设置有一个二选一选通开关，完成器件的切换。

方案进一步是：所述ldmos器件测试板卡上设置有两种不同封装类型的ldmos器件，分别是powerso-10rf类型封装器件和powerflat类型封装器件，在板卡上设置有一个二选一选通开关，完成器件的切换。

方案进一步是：所述gan器件测试板卡上设置有的是封装类型为pg-dso-20-85封装类型的器件。

本实用新型的有益效果在于能够以按键和液晶显示屏结合的方式，给学生提供模拟真实半导体工艺设备操作的交互界面。操作简单，直观；学生可以更加通俗易懂的通过工艺设备的仿真操作，去理解和掌握半导体工艺的基本原理和关键技术。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。

附图说明

图1为本实用新型微电子工艺实验控制箱结构示意图；

图2为本实用新型电路结构示意图；

图3为本实用新型控制面板布局结构示意图；

图4为方向按键和数字键盘引线结构示意图。

具体实施方式

一种微电子工艺教学套件，如图1、图2、图3和图4所示，所述微电子工艺教学套件包括微电子工艺实验控制箱1，在控制箱内设置有控制电路板，控制电路板上设置含有微处理器的工艺实验控制电路2，在控制箱正面设置有与控制电路连接的液晶显示屏101和控制键盘，在控制箱正面还设置有与控制电路连接的测试接口插座，其中，所述测试接口插座有多个，如图2所示，多个测试接口插座通过接口缆线分别连接有二极管器件测试板卡3、三极管器件测试板卡4、mosfet器件测试板卡5、ldmos器件测试板卡6和gan器件测试板卡7，所述控制键盘被划分为多个按键区域，包括方向按键区102、数字键盘区103和测试功能选择按键区104，其中：如图4所示，方向按键区的按键的信号引出，是以单个键信号引出的方式与微处理器信号输入端连接；数字键盘区和测试功能选择按键区的信号引出，是以“行”与“列”构成矩阵按键触点形成的多条“行”方向和“列”方向信号线与微处理器信号输入端连接（图4只示出了数字键盘区信号引出线路）；其中：多个接口中还包括一个与上层电脑8连接的usb接口。

机箱外壳作为套件的外形实体，支撑操作面板，内置信息处理系统；操作界面如图3所示，除了液晶显示屏101和控制键盘还包括工作状态指示灯区105和测试接口区106，测试功能选择按键区104包括1-4的功能选择按键和5-24的器件选择按键；信息处理系统，即工艺实验控制电路2包括微处理器、译码电路、控制电路、液晶屏驱动电路、键盘解码电路和接口电路组成。

工作状态指示灯区表示实验箱的工作状态，第一个指示灯a（power）代表是否与电脑连接；第二个指示灯b（communication）代表是否已在电脑中启动对应的功能软件；第三个指示灯c（process）代表是否在功能选择区按下process或test或custom功能按键；第四个指示灯d（device）代表是否在测试功能选择按键区104按下device或test或custom功能选择按键。当usb线连接实验箱和电脑后，全部指示灯闪烁三次后，第一个指示灯亮表示实验箱连接正常；在电脑中启动软件后，第二个指示灯亮。

功能选择按键用于选择工艺教学套件具有的四个功能，绿色按键启动process功能、蓝色按键启动device功能、红色按键启动test功能、黄色按键启动custom功能。

器件选择按键包括5-24共20个按键，其中5-20的16个是可供客户选择的器件，21-24的4个是客户定制的器件，按亮相应的按钮选择对应的器件。后续可以完成相应器件的单步工艺、器件制造、器件测试和器件定制的学习和实践。

液晶显示屏101用于显示需要选择和设定的半导体工艺参数；方向按键区102用于高亮显示液晶显示屏区内不同行的文字，实现工艺步骤的切换；数字键盘区用于输入工艺参数和确认参数输入正确并开始仿真试验。实施例涉及的工艺教学套件技术方案的特点在于，通过设计专用的方向按键和数字键盘，配合液晶显示完成工艺仿真试验的参数选择和设置操作，增强了“虚拟化”工艺教学的实践性和用户体验。本实施方案设计的键盘能够以最小的键盘数量完成所有的仿真参数设定操作。

液晶显示采用图形点阵液晶显示模块，它主要由行驱动器/列驱动器及192×64全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可以显示12（列）×4（行）个汉字。与微处理器接口采用8位数据总线并行输入输出、6条控制线、1条液晶屏背光控制线、2条地线和2条电源线。本申请涉及的液晶屏驱动电路，以提高产品的空间使用效率减少产品的使用故障以及降低其成本。采用的技术方案是直接使用微处理器与液晶显示模块对应的引脚连接，通过硬件程序控制液晶显示屏的显示。液晶屏数据线db0~db7分别与微处理器stm32f105vet6的引脚56、55、54、53、52、51、48、47连接，液晶屏复位线rst与微处理器引脚62连接，液晶屏指令/数据选择线rs与微处理器引脚61连接，液晶屏读写选择线rw与微处理器引脚60连接，液晶屏使能信号线e1和e2分别与微处理器引脚59和58连接，液晶屏并/串接口选择线psb与微处理器引脚57连接，液晶屏背光控制线与10kω的可调变阻器连接，用于调节液晶屏的背光亮度。

方向按键采用4个方向键，左右两个方向键实现不同工艺步骤的切换，上下两个方向键实现液晶屏不同行的选择，实现参数选择。如图4所示，方向按键的设计采用公共总线法，即4个方向薄膜按键某一触点的一端，直接由一条总线连通；薄膜按键的另一端分别引出若干独立的信号线。它的优点是每一个按键直接控制一专门的功能，在这种情况下，所得到的信号，不要求在后置电路中增进译码，简化了驱动电路的设计。对于只有4个按键的方向键盘区，可以降低设计复杂度增强设计可靠性。

数字键盘区103设定17个按键包括：10个数字按键0-9、1个小数点、1个e指数、1个取消键、1个回车键、1个退格键和2个翻页键。用于完成数字的输入并支持小数和科学计数法，在输入有误的情况下实现取消单步参数或退格删除参数数值，在设定无误的情况下回车键完成设定确认操作。考虑到液晶显示屏仅支持4行汉字显示，为在较低的成本下实现多参数的选择和设定，设计了液晶屏翻页功能，由2个翻页键完成。上述数字功能按键的设计，是在考虑到工艺参数中的掺杂数字较大，且通常以科学计数法表示的特征。能够在以最小的按键完成工艺仿真操作。在按键的实现上采用x—y矩排列法，它是由“行”与“列”构成一个矩阵，在同一行的方向(即x方向)上，不论开关的数量多少，均由一条公用的线将开关的一端引出；同样，在同一个列的方向(即y方向)上，不论开关的数量多少，也由一条公用线将其开关的另一端相连并引出，这样，矩阵的排列就可构成任意一个开关的x—y的组合。这一方式的优点是能够以有限的接口实现较多的按键，但是需要在后续电路中进行译码设定。实施例涉及的数字键盘区103的外部接口为3行6列共9条引出线，其测试功能选择按键区的信号引出也是用相同的以“行”与“列”构成矩阵按键触点形成的多条“行”方向和“列”方向信号线与微处理器信号输入端连接。

方向按键的5条连接线中一个公共总线接地，其它4个分别与微处理器的引脚36、35、34、33连接。

测试接口区106设置有51-55的5个bnc接口插座用于与测试板卡连接。

教学套件的测试板卡由5个独立的板卡组成，包括：二极管器件测试板卡、三极管器件测试板卡、mosfet器件测试板卡、ldmos器件测试板卡和gan器件测试板卡的功率晶体管5类器件的测试板卡，用于开展器件的i-v特性测试。测试板卡上设置有bnc接口用于与测试接口区106设置的5个bnc接口插座连接，每个板卡上包含一种以上的器件，用于测试同时提供相关器件封装类型的说明，方便用户学习掌握封装的基本知识，对于包含两种以上不同封装类型器件的板卡，设置了选通开关完成不同器件的选通，完成器件的测量。

其中：

所述二极管器件测试板卡上包括两种不同封装类型的二极管器件，一种是do-35类型封装二极管器件，对应于安美森半导体1n3070二极管器件，另一种是sot-23类型封装二极管器件，对应于安美森半导体bash19二极管器件。板卡有两个bnc接口用于器件测量，同时设置一个二选一选通开关，完成两种封装器件的切换。

所述三极管器件测试板卡上包括三种不同封装类型的三极管器件，第一种是to-92类型封装三极管器件，对应于安美森半导体2n4401npn型三极管器件，第二种是to-204aa类型封装三极管器件，对应于安美森半导体2n3055npn型三极管器件，第三种是sot-23类型封装器件，对应于安美森半导体nsvt1418lpnp型三极管器件。板卡有三个bnc接口用于器件测量，同时设置一个三选一选通开关，完成三种封装器件的切换。

所述mosfet器件测试板卡上包括两种不同封装类型的mosfet器件，一种是pqfn8类型封装器件，对应于安美森半导体fdws9520l-f085p沟道功率mosfet，另一种是wlcsp10类型封装器件，对应于安美森半导体efc2k102nuzn沟道功率mosfet。板卡有两个bnc接口用于器件测量，同时设置一个二选一选通开关，完成两种封装器件的切换。

所述ldmos器件测试板卡上包括两种不同封装类型的ldmos器件，一种是powerso-10rf类型封装器件，对应于意法半导体pd54003-en沟道功率晶体管，另一种是powerflat类型封装器件，对应于安美森半导体pd84008l-en沟道功率晶体管。板卡有两个bnc接口用于器件测量，同时设置一个二选一选通开关，完成两种封装器件的切换。

所述gan器件测试板卡上包括一种封装类型的gan功率晶体管，pg-dso-20-85类型封装，对应于英飞凌公司igo60r070d1gan功率晶体管，板卡有一个bnc接口用于器件测量。

上述实施例能够以按键和液晶显示屏结合的方式，给学生提供模拟真实半导体工艺设备操作的交互界面。操作简单，直观；学生可以更加通俗易懂的通过工艺设备的仿真操作，去理解和掌握半导体工艺的基本原理和关键技术。