半导体设备雷火竞技范例6篇

　　半导体制造系统是典型的可重入系统,也是最复杂的制造系统之一。目前,大多数半导体设备都是使用BM(事后维修)的办法来处理设备故障,随着维修理论研究的深入,学者发现使用PM(预防性维修)在减少设备发生故障的次数,提高设备的可靠性,增加企业的利润等方面有着重要作用。

　　设备是企业固定资产的主要组成部分,是企业生产中能供长期使用并在使用中基本保持其实物形态的物质资料的总称。现代设备具有自动化、大型化、集成化、高速化、智能化、连续化等方面的特点,这很大程度增加了维修的难度和费用。研究表明,当前制造系统中设备的维修费用占生产系统运行成本的20% ~30。现代科学技术的飞速发展和市场竞争的加剧给制造企业带来了前所未有的机遇和挑战,企业为了提高自身的竞争力,将不得不考虑生产系统设备故障对生产能力、生产成本、产品质量以及供货期和市场占有率的影响。在日常生产中,由于对经济效益的追求,很多厂商盲目的增加设备的连续工作时间,而忽略了设备的日常维修保养,反而导致了设备生产效益低下的结果。而这个特点在半导体生产线上更为突出。

　　为此,我们在设备的日常生产中引入了有效的措施来减少故障的产生以及由此而导致的停机事件,从而减低了设备的维修成本,增加生产效益,顺利的完成生产任务,这对企业在竞争日益激烈的行业中站稳脚步来说有着举足轻重的作用,可以说,谁掌握了更好的方法,谁就在竞争中取得先机。

　　维修的发展也是经历了不同的阶段,人们在日常生活中不断积累生产经验,不断的提出新的理论,提高生产效率,从而推动着维修理论不断进步。本文以半导体生产设备平均单位产值最大化为目标建立了优化模型,根据役龄回退参数的五个离散取值,进行故障数和平均单位产值的横向和纵向比较,从而得出半导体设备在不同役龄回退参数下的最佳预防性维修周期。最后总结了役龄回退参数在确定预防性维修周期过程中的作用和预防性维修对企业提高设备性能,增加利有着重大意义。

　　点检制是全面维护管理中的重要核心之一。应用这种管理模式,检修不只是维修部门的事情,而且涉及到运行、采购、人力资源以至于行政等部门,检修工作也不仅仅局限于“修理”,而是把工作的重点转换为“维护”,尽可能通过保持设备的良好状态而消灭故障发生的根源,或者把故障消灭在萌芽时期。

　　在经过过去几年的高速发展之后,我国半导体产业的发展将进入一个相对平稳的发展期,也不排除会进入一个时间长度为2年-3年的结构调整期的可能性。在这个阶段中,我国半导体产业的发展特点为:从主要靠新生产线建设扩大规模转向发掘已有生产线能力扩大规模;继续探索IDM道路;Foundry模式逐渐走向成熟;集成电路设计依然是龙头;SiP技术逐渐成为封装的主流,设备的生产效率将成为制约生产线能力的瓶颈。

　　半导体生产线的一个重要特点:可重入型。可重入生产系统是指在工件从投入到产出的过程中,需要不止一次的在同一台设备上进行加工的生产制造系统,其显著标记为系统中有处于不同加工阶段的工件在同一台机器前同时等待加工。

　　役龄回退是指设备在经过一次预防性维修后设备的役龄减少的程度,役龄回退参数是一个描述预防性维修效果的参数,比如当役龄回退参数是T的时候,说明进行预防性维修能够使设备变得像新设备一样性能良好,当役龄回退参数是0的时候,说明进行预防性维修没有使设备的性能得到改善,设备的故障率没有发生任何改变。当然,役龄回退参数取T或是0几乎都是不可能的,那么究竟对役龄回退参数改如何定义和表达呢,这也是近些年来学者在研究预防性维修时关注的一个重点。

　　假设设备在第i 次维修前已运行了T i 时间, 经过维修后, 其性能得以改善, 故障率下降到如同维修前 i 时的故障率, 即经过维修后, 使设备的役龄时间回退到Ti i时刻的状况, 役龄回退量为 i。这种动态变化关系下图所示:

　　由上图可知道役龄回退参数是一个随机量,目前的研究有将役龄回退参数处理为一个常量,也有用均匀分布来处理,同时也有人提出了役龄因子服从正态分布的说法。

　　随着设备维修研究的一步一步加深,许多学者也开始了对设备预防性维修的效果进行探讨,提出了关于役龄回退参数的种种假设,也分析了当使用役龄回退参数时我们针对预防性维修周期的确定将更加准确,而且更加符合实际。在文献[4]中,作者假设役龄回退参数是一个均匀分布建立了一个确定预防性维修的模型,在最后假设役龄回退参数是0,T/4,T/2,3T/4,T五种情况,又得到了另几组数值,通过对比两组数值得到了准确使用役龄回退参数能够使我们的预防性维修周期的确定更加准确。

　　Barlow R, Hunter L. 讨论了简单系统和复杂系统的预防维修策略。他们通过使设备在整个使用寿命期间内的失效损失和维修费用达到最小,从而确定预防维修周期。本文则以单位时间净生产效益最大化为目标的角度出发,在设备有效使用寿命内进行不同的维修次数并考察每次维修程度的不同(故障率修正参数取值),运用单位时间净生产效益最大化为目标建议优化模型,求出设备进行预防性维修的最佳次数。

　　(1)在没有对设备进行预防性维修的情况下,设备的故障率公式为: (t);

　　(2)如果在两个预防性维修中间发生小故障,则对设备进行小修,假设每一次小修都能使设备的性能恢复,同时不影响设备的故障率,每一次小修费用为Cf,每一次小修所花费时间为Tf ;

　　(4)在设备运行时,每隔T时间对设备进行一次预防性维修,每次预防性维修需要时间为Tpm,每一次预防性维修的费用为Cpm。每一次预防性维修能使设备的年龄减少 ,为了更好的描述预防性维修队设备故障率的影响,本文将 处理为一随机变量,其分布函数为G( ),且0

　　常用威布尔分布来描述电子与机械设备的故障规律,假设设备自身的故障率函数用下列公式表示:

　　其中m为形状参数, 为尺度参数,t为时间。参数m和 通常都是依靠历史故障数据的分析,利用数理统计的方法估计出的。

　　有学者在论文[8]中提到半导体设备的故障时间符合参数为m=2.08, =7440的二参数威布尔分布。我们在本章的模型中,使用上面两参数的威布尔分布来描述设备的故障率。引入了役龄回退参数会改善设备的设备性能,设备的故障率公式在不同的预防性维修时间内的表达也是不相同的。在整个预防性维修周期内,设备的故障率递推公式:

　　随着设备使用年龄的增加,发生故障的可能性越来越大,在设备的使用过程中对设备进行预防性维修可以减少这种可能性,也就是使得设备的年龄下降。考虑到预防性维修对设备年龄和性能的改善,设备发生故障的次数可以表示为:

　　形状参数m的大小是用来描述设备故障率的发展趋势,当m>

　　1时表示,设备的故障率是一个增函数,即随着时间的发展,设备发生故障的可能性将是增长的,这也现实设备是一致的,之后,随着m的继续增大,故障率曲线将约往上翘,尺度参数 是用来改变故障率的具体尺度,它使整个故障率缩小 m。这两个参数的获得是通过对设备运行一段时间后,发生故障的次数和每次故障的时间进行描点之后,利用斜率和焦点可以求出。最后得到Fk

　　取总时间为50000h,一次预防性维修需要的时间为30h,一次事后维修所需要的时间为50h,半导体生产线元,进行一次预防性维修所需要的费用为10000元,进行一次事后维修的费用为50000元。[9]根据式5我们计算得到的设备故障数Fk,代入到式子6中,利用Matlab程序我们可以得到:

　　给定不同的故障率修正参数 、不同预防性维修次数k经过多次仿真实验,根据半导体单机设备故障分布确定其最佳预防性维修周期T和预防性维修次数k及其对应单位时间净生产效益Y。仿线故障率修正参数不同值时单位时间净生产效益

　　数据除了说明对设备进行预防性维修可以减少设备的故障数,提高设备的性能,提高企业的生产效益,同时也说明了无论役龄回退参数取何值,都存在理论上的最佳预防性维修周期和次数,最佳预防性维修周期和次数的求得和役龄回退参数的取得有非常大的关系,虽然我们只是在整个周期中取五个均匀的点来得到数据,从而看出发展趋势,但是这已经可以包括其他的情况了。至于对役龄回退参数的深入也是一个重要的话题,比如用平均分布,正态分布来描述,这些都是一些设想,能不能实现还需要进一步讨论,在本文中,由于知识水平有限,只能以离散点来描述役龄回退参数。

　　设备进行预防性维修的时候,维修效果应该是一个随机效果,或是可以用一个区间来表达,认为每次预防性维修的时候,维修效果为T/2的可能性是最大,而0和T是最小的,所以在开始建模的时候,曾经尝试利用正态分布来分析役龄回退参数,但是在建模后进行演示的时候,由于作者的学术水平和没有得到一些具体数据,发现通过自己建立的模型最后得出的一些数据和现实中的一些数据是想违背的,所以只能放弃这种想法,但我深信,对役龄回退参数的深入研究可以使得我们建立起来的模型能够更符合现实需要。

　　在研究过程,为了使得计算和算法方便,都是使用相同时间来确定每个周期,实际上由于每次预防性维修不能使得设备性能完全恢复,所以设备每个周期的故障数都是一直在增加,这对设备的稳定性来说都是不可取的,有学者曾经提出不同时间周期的预防性维修方法,但未能提出一个准确的解决方法,所以关于不同时间周期的预防性维修策略的建模也是以后继续努力的方向。

　　[2]杨文霞. 设备预防性维修及其管理信息系统研究[D]. 南昌 大学, 2005.

　　[3]张耀辉, 徐宗昌, 李爱民. 设备维修策略与维修决策研究[C]. 应用高新技术提高维修保障能力会议论文集, 2005: 742-746.

　　[4]徐准备. 以可靠性为中心的设备维修[D]. 西北工业大学, 2006.

　　[7]蒋仁言, 左明健. 可靠性模型与应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.

　　对于用户更换电池（例如纽扣电池）供电的可穿戴系统来说雷火竞技，电池寿命达到6-12个月的可穿戴产品已经很常见。而由充电电池供电的可穿戴产品也必须具有非常高的能效，以便尽量减少充电次数。消费者将会感觉到，每间隔一两天就不得不摘下智能手表或追踪器进行充电是极其不方便的；他们更青睐“无后顾之忧”型的可穿戴产品，他们可以在手腕上戴着这些产品或者带在衣服上长达数周甚至数月，并且无需担心电池更换或充电。

　　Silicon Labs美洲区市场营销总监Raman Sharma先生表示，对于选择MCU供应商的可穿戴产品首要考虑因素是可提供长电池寿命的超低功耗解决方案。来自可穿戴产品客户（例如Misfit和Magellan）的反馈表明可穿戴产品必须具有特别超长的电池寿命才能够被消费者所接受，并在市场中取得成功。

　　因为超长电池寿命对于大多数可穿戴产品来说是一个关键设计因素，基于ARM Cortex-M处理器的MCU是可穿戴产品设计的更佳解决方案。从系统设计的角度来看，从ARM的M0到M4架构的MCU（微控制器）都能符合智能手表的设计需求，可以依据实际的应用层面来选用不同等级的MCU。

　　一些MCU供应商最近推出了基于Cortex-A处理器的参考设计。虽然这些概念设计极具宣传噱头，但是Raman Sharma认为这些基于Cortex-A的产品设计不切实际，难以满足当今大多数可穿戴设备对于超低功耗的需求。虽然ARM Cortex-A系列的处理器和MCU在基于的便携式设备上可能是最佳选择，但是这些设备是基于可频繁充电的情况而设计的。在可穿戴产品中实现Cortex-A的高性能是以很大的能耗为代价的，这使得一次充电仅仅能工作一两天。高功耗（导致短电池寿命）对于典型的智能手表或可穿戴健身追踪器来说是不可能被接受的。基于ARM Cortex-M的低能耗MCU更适合这些类型的可穿戴产品。基于这些原因，Silicon Labs将会持续投资并扩展基于Cortex-M0+、M3和允许浮点运算的M4核心的EFM32 Gecko MCU产品线。

　　可穿戴技术正在受得越来越多的关注，而将其连接到智能手机的无线连接技术将成为释放可穿戴市场巨大潜力的关键。小巧以及便于携带是可穿戴设备的重要特性，考虑到尺寸的原因，对于这些资源有限、基于电池工作的产品来说，来自功耗的挑战尤其令人关注。

　　一方面实现无线通讯的模块要通过提高集成度来降低本身要的工作能耗。博通公司嵌入式无线暨无线连线事业部业务开发总监Jef Baer表示，基于博通在无线连接领域悠久的领导地位以及我们高集成度的产品组合，在抓住可穿戴设备的市场机会上拥有得天独厚的优势。更高集成度、简单易用以及低成本，博通的芯片专为这一目标而设计，从而令可穿戴设备拥有极高的功效。

　　另一方面，无线技术可以把可穿戴设备的信息传至其他设备，从而大大降低自身的工作任务。

　　Jef Baer表示，可穿戴市场要实现起飞，需要低功耗、具有位置感知能力以及无论何时何地都可以互联的设备。将这些产品与智能设备连接起来的能力就非常关键，因为它不仅提供了这些设备收集数据的窗口，还同时起着将这些数据发送到云端的中心枢纽作用。

　　可穿戴设备与智能手机以及平板电脑采用无线技术来收发这些数据，能够大大降低可穿戴设备数据处理需求以及功耗是的需求。而反过来，又为制造商以及消费者降低了相应的成本和花费。

　　此外，无线充电技术对于可穿戴设备来说，也代表着一个巨大的机会。无论是将设备放置在一个充电托盘，还是收集射频能量，能够快速地从周边环境中为设备充电，将会为这些设备的发展带来重大的正面效应。

　　可穿戴设备的低耗电量取决于两个方面，一是各电子部件本身要具备工作能耗低的特点，二是要有高效的电源管理系统。

　　ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜认为，对电子元器件提出了新的要求，例如高集成度实现小体积，低功耗实现电池长时间工作。对已可穿戴设备，尤其是可穿戴医疗保健功及健康管理类产品，目前市场参与者都在极力解决一下几方面的技术问题。一是如何方便用户使用，二是如何提高精度，再者如何在保证以上二者的情况下如何控制成本及上市时间；就用户的使用体验而言，其重点是小型化设计，低功耗实现，以降低电池体积和寿命，产品使用形态的创新尤为重要。例如在MEMS加速度传感器方面，ADI能够提供业内最小功耗更低的产品，甚至相配套的软件代码，可以很好的解决以上对可穿戴设备的设计要求。在电源方面，同样要电路简单，高效率，以及低成本，以更好的应对这类以电池供电为主的设计。

　　同时，技术和方案的服务同样重要，更大的变化是单个电子元器件的需求量相对于传统电子领域中的需求量大很多，而且要求的交付周期要快很多，对于供应商来说，改变原有的供应及服务模式就显得尤为重要。

　　可穿戴设备对人机交互功能同样提出了新的要求，由于可穿戴式设备的造型奇特各异，这对于触控屏的要求也与传统的手机、平板触控有了很大的不同，比如针对曲面的屏幕，其算法与过去平面触控方式截然不同。

　　WSTS(世界半导体贸易统计协会)6月发表的2009年半导体市场预测，与去年11月做的预测大相径庭，从预测2009年世界半导体市场仅略降218％，大幅下调到今年将剧降21.6％，总计1948亿美元，这是自WSTS自1984年开始针对全球半导体市场统计以来，雷火竞技首次出现连续两年下滑的情况。

　　从各类产品看，2009年传感器市场下降最多，下跌34％，光学器件较好、下跌16％，集成电路整体下滑21％(见表1)。

　　WSTS预测，电子产品包括PC、数字消费电子、移动通信和汽车电子的需求还会增长，世界半导体市场将于今年上半年探底，明年可望反弹7.3％，达2090亿美元，其间亚太地区增长最快，达8.2％，美洲最慢，为5.9％(见表2)。

　　SIA(美国半导体工业协会)6月所做年中预测也表明，世界半导体市场反弹须待2010年，而今年将锐减21.3％，总计1956亿美元。SIA去年11月预测，2009年世界半导体市场将下降5.6％，与WSTS有所差别，新预测则无论下降幅度和最终金额都很接近。SIA展望2010年将增长6.5％，达2083亿美元，2011年再续增6.5％，达到2219亿美元。

　　著名市场调查公司Gartner去年12月预测，2009年世界半导体市场将下降16.3％，而今年2月预测，世界半导体市场更将惨跌24.1％，其最悲观的预测甚至说可能会直泻33％。

　　但到今年6月左右公司见到二季度世界半导体市场增长了4.9％的积极表现，于是又重新预测2009年世界半导体市场将下挫22.4％，比2月预测上调了2个百分点，总计1980亿美元。公司预测2009年占有半导体市场最重要地位的集成电路ASSP将下降24.2％，总计519亿美元，居于次席的存储器下降16.8％，总计394亿美元，由第2位滑到第3位的微芯片下降23.6％，总计373亿美元。

　　Gartner公司报告，2008年世界最大100家OEM公司所消费的半导体占世界半导体市场的75％～79％，达2020亿美元，其所占份额比上年提升了3个百分点，但实际消费额比上年的2090亿美元反下降了3个百分点。原因是半导体价格下降和电子产品需求低迷。前100大公司中以美国HP消费半导体最多，达165亿美元，随后依次是芬兰Nokia、美国Dell和韩国三星(110亿美元)，4家公司分别主要从事PC和移动电话的生产，故而数据处理和通信设备实际合计占全部半导体消费的3/4。

　　公司预计2009年世界PC出货量将减少11％，移动电线％，加上半导体价格下降，形势将更趋严峻。目前新型手机都采用触摸屏，也增加了传感器的使用，这可说是半导体消费新的增长点。

　　Gartner公司最近还预测，明年半导体设备投资即将开始回升。据公司调查，这次经济危机半导体生产设备厂商受打击最大，预计今年世界半导体生产设备投资仅243亿美元，比去年暴挫44.896，近乎一半。其中，晶圆加工设备投资2008年即锐减33％，2009年更惨跌47％，封／组装设备两年也分别下年25％和49％，自动测试设备分别下降31％和32％。但今年二季度世界半导体设备投资即可探底，从明年起将连年回升，2010年大幅增长20.8％，2011年更将跃增34.5％，2012年再增19.8％，2013年则又将周期性回落10.9％。

　　目前国内虽然有洁净厂房设计规范，但还没有专门针对半导体工厂的防火设计规范。美国NFPA318和FMDS7-7中均有专门针对半导体工厂的自动喷淋系统及火灾报警系统的设计要求，并且还对半导体工厂内可能使用的危险化学品，提出了保护，储存、操作等要求。

　　由于洁净厂房内的设备造价普遍较高，且存在较多危险化学品。因此，使用快速响应喷头就显得极其必要。根据美国NFPA318中的要求，在洁净厂房内的自动喷淋系统应该采用快速响应喷头，强度为8l/min.m2，作用面积为280平方米。

　　对于喷淋系统的覆盖范围，NFPA318和FMDS7-7要求任何吊顶内都应该安装自动喷淋系统，包括正压空间和回风空间，即洁净厂房吊顶和回风层，其喷淋强度同厂房内。并且在一些工艺废气排放管内，如果可燃气体蒸汽在管道的浓度为20%或者高于其爆炸下限时，应在这些管道内安装喷淋保护。在架高地板夹层中，如包括可燃电缆，管道或者其他可燃材料时，应设置自动喷淋，其强度和作用面积同厂房。在架高地板上方制成设备（如湿式清洗槽、离心旋转清洗器）需要处理一些易燃液体或者是可燃物时，需要在架高地板的下方设置自动喷淋保护，只需要在架高地板下方设备周围区域向外延伸1.5m的区域安装喷头。

　　综上所述，我们可以发现在洁净厂房内设置喷淋系统的目的是有效遏制初期火灾，因此，存在可燃物、可能发生火灾的地方均应该设置喷淋系统，且为快速响应喷头。

　　一般的半导体厂房可以分为三层，即正压吊顶送风层、生产层、回风层，一般在回风层的两侧便是厂房的回风区域，雷火竞技NFPA318还要求，在每个回风层的回风口附近还要安装极早期烟雾探测器。

　　综上所述，在回风口和回风层安装极早期烟雾探测器，能够更早发现火灾，并且联动相应的消防排烟设备。

　　一般厂房内的火灾排烟系统都是通过安装在厂房上部的排烟口进行排烟，但由于半导体厂房内的设备都比较昂贵，这些设备一旦经过烟雾后，设备可能就会损坏或报废，所以半导体厂房内的消防排烟一般和回风管道共用一个回风腔，即先从上到下的排烟，再从下到上的排烟方式，在进入MAU前进行切换。一旦回风口的VESDA报警，那么通过防火阀的切换，打开该区域的排烟风机。

　　并且在Fab厂房内的回风和补风风机下游安装管道式烟感，一旦发生报警，马上切断回风或是补风风机。具体可见以下示意图：

　　在半导体厂房内，会用到很多可燃及有毒气体，这些气体最后都需要经过洗气塔才能排向大气。因此，首先要做到的是将可燃和有毒气体所用的洗气塔和一般气体所用的洗气塔分开设置。其次，可燃气体通向洗气塔的管道需使用金属管道，而不是FRP管道。

　　另外，由于洗气塔的材料一般为FRP，是可燃材料，根据FMDS7-7的要求，要在洗气塔的进出气管道上各设置一个快速响应喷头，防止洗气塔的火灾蔓延到半导体厂房内。

　　以半导体厂房内最常用的硅烷为例，硅烷站一般要求远离主厂房，并且其建筑结构按照防爆考虑，硅烷站内要求安装可燃气体探头，连锁启动雨淋系统和关闭硅烷的供气阀门，并发出报警信号。其喷淋系统强度应该为12l/min.m2，火灾延续时间应该为2小时。

　　在厂房内一般会有硅烷的分配站，对于这些分配站内的分配阀要求安装在VMB内，这些VMB需要配备排气口，和进气百叶。并且VMB内需要安装自动喷淋系统。VMB是一种专门用来安装阀门的箱体，其作用是能够尽最大可能对可燃气体分配阀组进行密闭。

　　本文中的可燃液体主要为闪点低于38℃度的I类可燃液体。对于这些可燃液体在其仓库内，建议设置自动泡沫喷淋系统，并且设置围堰，该围堰高度应该按照20min的泡沫喷淋量和最大储罐泄漏量相加来考虑。喷淋强度为12l/min.m2，火灾延续时间应该为2小时。

　　同样厂房内也会有一些可燃液体分配站，对于这些分配站内的分配阀要求安装在VMB内，这些VMB需要配备排气口，和进气百叶。并且VMB内需要安装自动喷淋系统。

　　国内虽然已经有了洁净厂房的设计规范，但还没有专门针对半导体厂房的设计规范。美国的NFPA318和FMDS7-7则明确针对半导体厂房的造价高、设备精密的特点，明确了半导体厂房的自动喷淋和火灾报警系统的设计宗旨：早期预防和发现火灾，并及时施救和扑灭。

　　此外，NFPA318和FMDS7-7还针对半导体厂房可能出现的可燃气体如硅烷等，提出了储存、分配和灭火设计要求。

　　西安邮电大学微电子科学与工程专业源于原计算机系的微电子学专业，2005年开始招收第一届本科生，专业方向设置偏向于集成电路设计。2013年，根据教育部《普通高等学校本科专业目录（2012年）》的专业设置，将微电子学专业更名为微电子科学与工程专业。2009年至今，该专业累计培养本科毕业生6届。根据历年应届毕业生就业情况和研究生报考方向，我们发现半导体工艺方向人数比重呈现逐年上升的趋势。另外，随着我国经济的快速发展，中西部地区半导体行业的投资力度也越来越大，例如韩国三星电子有限公司、西安爱立信分公司等落户西安，半导体人才需求日益增加。

　　根据2014年，微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位，设置出半导体工艺、集成电路设计两大课程体系，可实现半导体工艺、集成电路设计和集成电路应用人才的个性化培养。半导体工艺课程体系除设置固体物理、半导体物理学、半导体器件物理等专业基础课程外，还包含集成电路工艺原理、器件模拟与仿真、集成电路制造与测试和半导体工艺实习等专业课程。本课程体系是微电子技术领域人才培养的核心，旨在培养学生掌握集成电路制造的工艺原理、工艺流程以及实践操作的能力，同时也是培养具有创新意识的高素质应用型人才的关键。

　　因此，整合集成电路工艺原理与实践课程体系的教学内容，充分利用微电子技术实验教学中心现有的硬件环境和优势资源，加强软件设施，例如实践教学具体组织实施方案及考核机制的建设，构建内容健全、结构合理的集成电路工艺原理与实践课程体系，对微电子科学与工程专业及相关专业的人才，尤其是半导体工艺人才培养的落实和发展具有重要意义。

　　课程体系是高等学校人才培养的主要载体，是教育思想和教育观念付诸实践的桥梁。集成电路工艺原理与实践课程体系注重理论教学与实践教学的紧密结合，不仅让学生充分了解、掌握集成电路制造的基本原理和工艺技术，而且逐步加强学生半导体技术生产实践能力的培养。然而，该课程体系相关实践环境建设与运行维护耗费巨大，致使大多数高等院校在该课程体系的教学上仅局限于课堂教学，无法做到理论与实践相结合。

　　为解决这一问题，学校经过多方调研考察、洽谈协商，与北京微电子技术研究所进行校企合作，建立了半导体工艺联合实验室。通过中省共建项目和其他项目对半导体工艺联合实验室进一步建设、完善，为微电子科学与工程专业及相关专业本科生提供了良好的工艺实践平台。然而，在实际教学过程中，专业课程内容不能模块化、系统化，理论教学与实践教学严重脱钩，工程型师资人员匮乏，教学效果不理想。因此，对集成电路工艺原理与实践课程体系进行深化改革与探索，可谓任重而道远。

　　集成电路工艺原理与实践课程体系服务于半导体产业快速发展对人才培养的需要。本课程体系以集成电路工艺原理、器件模拟与仿真和工艺实践为主线，将集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真、集成电路封装与测试、新型材料器件课程设计和半导体工艺实习等课程内容进行整合，明确每门课程、知识的相互关系、地位和作用，找到课程内容的衔接点，让每一门课程都发挥承上启下的作用，保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求。在此基础上，设置半导体材料、半导体功率器件、纳米电子材料与器件等专业选修课，培养学生的兴趣、爱好和特长，以满足个性化培养需要。

　　为解决微电子科学与工程专业本科生实践形式单一、综合程度不高导致解决实际问题的应用能力不足等现象，集成电路工艺原理与实践课程体系在力求理论教学与实践教学有机融合的基础上，设置微电子学基础实验、半导体器件模拟仿真、半导体工艺实习以及新型材料器件课程设计等实践课程，形成由简单到综合、由综合到创新的递阶实践教学层次。通过独立设课实验、课程设计、科研训练、生产实习、社会实践、科技活动和毕业设计等实践环节达到预期的效果。同时，注重课程形式的综合化、科研化，提高综合性、设计性实验比例，使实践课程与理论课程并行推进，贯穿整个人才培养过程。

　　考核体系总体上包括理论课程考核体系和实践课程考核体系。目前，理论考核体系已基本成熟。然而，长期以来，我国教育领域由于实践教学成本高、经费得不到保障，所以考核主体对实践环节考核的积极性不高、重视程度不够，导致考核制度不完善。集成电路工艺原理与实践课程体系在不断完善理论教学考核体系的同时，尤其注重实践教学体系的改革。将教学实验项目的实验过程、工艺参数和器件性能等列为考核的过程。兼顾定性与定量相结合、过程与结果相结合、课内与课外相结合、考核与考评相结合的原则，不断完善实践教学的考核体系，形成以学生为中心的适应学生能力培养和鼓励探索的多元实践教学考核体系。该体系能全面、准确地反映学生的应用能力和实际技能，激发学生的学习动力、创新思维和创新精神，促进人才培养质量和水平的提高。

　　根据集成电路工艺原理与实践课程体系对高素质应用型人才培养的需要，本教学团队秉承“以老带新”的传统，为青年教师配备老教授或资深教授作为指导教师。在日常教学过程中，由老教师对年轻教师进行业务指导，负责教学质量的监控与授课经验的传授。在老教师的“传、帮、带”和示范表率作用下，青年教师间互相听课、交流教学心得，定期组织教学竞赛，体现以人为本，强调德才兼备，营造青年教师良好的教与学氛围。同时，课程体系团队积极为任课教师创造条件，加大队伍培养建设，鼓励教师走出去，了解企业的运作模式雷火竞技，提高自身的业务能力。目前，已有多位教师到企业参观交流、参加各种业务能力培训，取得了多种职业资格认证，教师的业务能力和水平得到大幅提升。

　　西安邮电大学经过多年建设和培养，形成了一支结构合理、师资雄厚的教学团队，具有高学历化、年轻化和工程化的特点。本课程体系现拥有任课教师15名，其中具有博士学位的教师7名，副高以上职称的教师8名，40岁以下的教师占课程组教师总数的60%，具有工程实践经验的教师占课程组教师总数的40%。

　　实验环境是实践教学和科学研究的关键性场所。根据微电子科学与工程专业半导体工艺、集成电路两大课程体系对人才培养的需要，微电子技术实验教学中心下设微电子学实验教学部和集成电路实验教学部，共计占地约1300平方米。微电子学实验教学部下设微电子学基础实验室、半导体工艺仿真实验室、半导体工艺实验室、微 / 纳材料器件实验室、材料器件分析实验室。微电子学基础实验室，拥有霍尔效应、高频晶体管测试仪、四探针测试仪等常规设备，可实现微电子学专业基础实验。半导体工艺仿真实验室，配置Silvaco、ISE和EDA等专业仿真软件，可实现半导体器件工艺参数和性能的仿真。半导体工艺实验室拥有双管氧化扩散炉、光刻机、LP-CVD、离子束刻蚀机、磁控溅射台、高温快速退火和激光划片等设备，可实现半导体工艺生产。微 / 纳材料器件实验室设计专业，配备排风、有害气体报警系统，拥有气氛热处理程控高温炉、纳米球磨机、高压反应釜等设备，可实现多种纳米材料器件的制备。材料器件分析实验室，拥有吉时利4200-SCS半导体特性分析系统、太阳能模拟器和化学工作站等设备，可完成新型材料器件的测试分析。

　　通过实践教学资源配置、环境优化，实现了实验教学中心的整体规划和布局;针对大型贵重精密设备配备专业操作人员，进行定期的维护和保养;制定大型设备的操作流程和规范，保证实践教学的顺利实施。实验平台的建设，将为相关专业的本科生、研究生和教师在实践教学、科研方面搭建一个良好的学术平台。

　　集成电路工艺原理与实践课程体系的构建，使专业培养方向定位更加明确、教学内容更加明了。尤其是在教学形式上，从教学内容整合、考核体系制定、教学团队形成和实验环境优化等进行了多方位、多角度的改革探索。围绕集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真和半导体工艺生产实践教学内容为主线，保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求;利用选修课实现学生专业个性化培养。通过合理设置理论课程与实践课程比例、课内课程与课外课程比例，可有效地控制教学内容的稳定性、机动性，推进课程内容的重组与融合。同时，引领学生独立思考、主动探索，激发学生的创新意识和提高学生解决实际问题的能力。

　　在校内实践教学的基础上，微电子技术实验教学中心先后与西安芯派电子科技有限公司、西安西谷微电子有限责任公司等微电子器件及测试公司建立了良好的交流合作关系。这些关系的建立，可使微电子科学与工程专业的学生在校外公司，例如在西安芯派电子科技有限公司进行半导体器件再流焊工艺的实习。校内外互补的工艺实践体系构件，使学生不仅掌握集成电路工艺实践基本知识和原理，更能够掌握实际行业内集成电路工艺中需要考虑的系列问题，从而培养了工程的思维方式。

　　理论学习是知识传递过程，实践则是知识吸收过程。实践环节教学能巩固、加深学生对课堂上所学知识的理解，培养学生的实践技能。集成电路工艺原理与实践课程体系，将课程体系教学内容按层次分为半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践三个主要部分。通过半导体工艺原理的学习，掌握材料器件的基本参数、性能和制备方法;通过器件模拟与仿真，了解各种制备方法、工艺参数和器件性能之间的关系;通过半导体工艺实践，充分调动学生的学习积极性、主动性和创造性，从而有效地加深对理论知识的理解，锻炼实际动手能力。通过理论和实践的有机融合，可有效培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

　　集成电路工艺原理与实践课程体系，在理论教学方面，打破传统课堂教学的局限性，充分利用现代多媒体技术，实现网络教学。通过网络教学系统，开展互动学习的教学模式。将传统教学活动如批改作业、讨论答疑和查阅资料等传到网络教学系统上;开发试题库，建设合理的测试系统。在实践教学方面，将部分实践教学环节以录像的形式上传到网站上供学生学习、参考，部分实验室实行全天候的开放，学生自主学习、管理。通过兴趣小组、创新项目和开放性实验等多种方式，形成团队教师定期指导、高年级学生指导低年级学生的滚动机制，激发学生潜在的学习能力、创新意识，提高学生的学习兴趣和实践动手能力，为我校培养微电子技术领域高素质应用型人才奠定基础。

　　根据西安邮电大学2014年微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位及社会发展对半导体人才培养的客观要求，本文提出集成电路工艺原理与实践课程体系改革。本课程体系以半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践为主线，对教学内容进行整合、修订和完善，保证半导体人才培养的基本规格和质量要求。根据现有实验环境、实验设备和优势资源，进行资源优化配置，完成微电子技术实验教学中心的整体规划布局。通过师资队伍的建设、切实可行的实践教学管理制度的制定，明确任课教师的职责半导体设备，出台实践教学质量考核标准，加强实践教学环节的时效性。通过上述诸要素的相互协调、配合，实现集成电路工艺原理与实践课程体系“非加和性”的整体效应，促进微电子技术领域应用型人才培养质量和水平的提高。

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　　[4] 王永利，史国栋，龚方红.浅谈工科大学生实践创新能力培养体系的构建[J].中国高等教育，2010（19）：57-58.

　　半导体产业是现代信息和电子工业的基础，从1947年在美国的贝尔实验室里科技史上第一支晶体管产品被开发，半导体产业已经经过了60多年的高速发展。当今的半导体产业发展正愈来愈体现出自身的鲜明特色，这对我国带来了巨大挑战，但同时也为实现产业升级提供了极好的历史机遇。

　　气体质量流量控制器，即Mass Flow Controller（MFC），可以对气体质量流量做精密控制。其作用是非常精确的控制进入腔体的载气和反应气体的单位时间内的流量，达成反应需要的混成比例，从而保证在晶圆表面生成需要的分布均衡和品质稳定的成分膜。目前，我国蓬勃发展的半导体产业、太阳能电池片制造行业以及LED制造领域都对质量流量控制器有着巨大的使用需求。而日本作为一个有几十年半导体产业发展史的国家，对市场定量的预测有其独到之处。本文主要目的在于借鉴日本市场的销售预测方法对半导体产业中常用的MFC进行市场需求量预测。

　　株式会社堀场制作所（Horiba）是世界第六大测量测试设备的制造供应商，总部位于日本京都。Horiba的气体质量流量控制器产品来自旗下Horiba/STEC子公司。Horiba公司从最初进入中国市场时只有小于20%市场份额年销售量仅几百台质量流量控制器、销售量完全不及同类型欧美厂商（主要有美国的Unit和Tylan，艾默生集团旗下的Brooks，荷兰的Bronkhorst等）的MFC供应商，到2010年时已经年销售量占到国内半导体及太阳能设备装机MFC市场60%份额的举足轻重的制造商。

　　日本企业对市场预测是基于独特的市场情报获取能力之上的，情报部门和销售预测部门两者相辅相成。信息收集是市场预测前的重要工作，日本企业的信息工作流程如下。

　　（1）客户扩产计划。准确计算出所需的设备，进而算出MFC准确的需求量，以量定价格。

　　（4）竞争对手的详细信息和企业情况。便于设定竞争策略，以展开进攻性或保守策略。

　　基于前期情报战略提出的可供参考估算的市场预测量，销售部门对生产部门提出的生产量需求只需借助常规方法即可。因为太阳能电池片市场的客户多数为生产设备商，所以对生产量的需求预测采用“购买者意向调查法”。

　　先以各大太阳能行业的设备制造商为对象，按照他们的购买意向划分不同等级，然后用相应的概率来描述其购买可能性大小。一般分为5个等级：“肯定购买”，购买概率是 100%，“可能购买”，购买概率是80%，“未确定”，购买概率是50%；“可能不买”，购买概率是20%，“肯定不买”，购买概率为0。

　　其次，向设备制造商说明本公司产品的性能、特点、价格，市场上同类竞争产品的性能、价格等情况，以便使购买者能准确地做出选择判断，并请被调查者明确购买意向， 即属于5种购买意向中的哪一种。该工作在对客户进行产品推介时进行，不作为孤立项目。

　　第三，汇总来自各大设备制造商的反馈信息，对购买意向调查资料进行综合，列出汇总表，如表1所示。

　　从表1可以得知，“肯定购买”有多少家；“可能购买”有多少家；……“肯定不买”有多少家。最后，计算购买比例的期望值，再计算购买量的预测值。购买比例的期望值公式如下：

　　日本早于中国通过官民结合的形态迎来了泛半导体产业的繁荣。而这条政府重点规划扶持、企业抓住机遇发展的道路对与日本工商业文化相近的中国来说，有很大的借鉴价值。日本企业的产业预测是以情报战为先头阵地来逐步推进的。国内企业一般不会把市场情报作为首要目标之一来推进市场销售，而仅仅以销售结果为单一目标进行市场活动。情报获取如果较为精确，且对目标客户的具体信息把握非常细致，以此为基础的市场预测就变得非常简单。

　　由于中国产业政策的支持力度比较大，国内的太阳能电池片制造和LED制造企业在近几年得到了很大的发展。以太阳能电池片制造为例从2005年时的不足1GW的产能，到2012年的9.46GW的产能预计(见图2)，行业迎来了一个跨越式的发展。同时也给相关的设备制造商带来了重大机遇，而这些设备制造厂商也是质量流量控制器的主要用户。

　　根据实际的太阳能设备MFC使用量估计，每25mW（25mW是一条标准的电池片生产线的标准产能，一般产线以此为单位来计算）会带来3台扩散炉（Diffusion）， 两台PECVD设备的需求，而每一个扩散炉带来三个反应腔的需求，一个PEVCD带来两个反应腔的需求，每个反应腔又带来四个MFC的需求，由此可知，最终25mw的标准产能将使用MFC总共达到64台。

　　因此，2012年将近1GW的新增产能需求(真实的增长数字可能数倍于此)，会产生一个2500多台新装机MFC的市场容量。

　　在泛半导体、半导体及太阳能的销售市场中，MFC一般作为设备的组件参与市场竞争。所以MFC销售的预测，更多的是与产业设备在行业内已使用数量相联系。考虑到业内设备的实际技术水准和技术条件，以及其使用环境，备品备件市场的数量预测还是可期的。

　　以太阳能制程中的扩散炉为例，该设备产品在国内的销售已有很长一段时间，设备上很多部件因为失效会进行更换，以保证设备的正常使用。在太阳能制程中，Horiba品牌的流量计市场占有率都在70%以上，所以基本上以Horiba的MFC作为考察对象，将市场上绝大部分的扩散炉设备上的该模块视作一个随机动态系统，这个系统也经历产品从市场导入、成长成熟到衰减乃至消失的全部过程。模块部件产品的不断更换使设备本身的使用年限得以延长，而设备使用年限的不确定性和模块部件的使用寿命或长或短也使这个系统带有随机性。

　　日本在半导体产业上的发展以及日本与我国同源文化的特征，使其国内市场销售预测的方法同样适用于我国。近些年，随着太阳能及其LED这种泛半导体产业在我国的不断崛起，以及越来越多的海外厂商的现地化生产战略方案，其制程中必备的MFC（气体质量流量控制器）在中国的需求预测对这些厂商来说也越来越重要。本文对国内尚不多见的低端质量流量控制器(MFC)从海外成熟的市场预测入手，结合中国市场的实际状况，对MFC的需求量进行预测，可以为广大海外厂商即将开展的现地化生产战略提供销售量的预测准备。

　　[1]靳晓宇，半导体材料的应用与发展研究[J].大众商务，2009，（12）

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