集成電路產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀《PCB設計與制作》教學設計樣例

集成電路產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

——《PCB設計與制作》教學設計樣例

授課形式理實一體授課時數(shù)2

授課內(nèi)容課程導論-集成電路產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

知識了解當前國內(nèi)外集成電路產(chǎn)業(yè)、印刷電路板設計與制作行業(yè)的特點，了解

目標我國集成電路設計行業(yè)與國外的差距

能力使學生能結合自己所學的知識，能夠理性分析我國和國外在集成電路、印

目標刷電路板行業(yè)的現(xiàn)狀，辯證的看待問題和差距

教素質(zhì)采用演示法，培養(yǎng)學生科學工匠思維和主動思考、實踐操作的能力，激發(fā)

學目標學生開發(fā)程序的積極性，樹立學好本門課程乃至專業(yè)的興趣和信心。

目

標

從我國集成電路和印刷電路行業(yè)發(fā)展落后，結合目前時政熱點，華為、中

思政

興事件。對此類問題引導學生展開討論，樹立愛國主義情懷，建立正確的世界

目標

觀、價值觀，為未來中國夢的實現(xiàn)而努力。

講授對象是二年級學生，學生在前期課程學習中已經(jīng)了解了模擬電路、數(shù)

字電路的基本知識，認識了基本電子元器件，但對PCB設計與制作課程的理解

還很抽象；學生初入大學校園，面對不同的環(huán)境和學習生活會有迷茫的狀態(tài)，

學情分析

存在不同的想法；學生存在個性張揚，但是集體觀念，團隊協(xié)作能力弱，工作

效率低，表達溝通能力不足的現(xiàn)象；學習中習慣于模仿，缺乏獨立思考分析解

決問題的能力。

本課程選用郭勇主編的AltiumDesigner印刷電路板設計教程（理實一體化

教程），機械工業(yè)出版社出版，教材中本章節(jié)為緒論，教材結構內(nèi)容和上課內(nèi)

教材分析容一致，課堂案例以課本典型案例為主，課后作業(yè)以教師添加案例為主，教材

內(nèi)容清晰易懂，難易適中，適合高職學生使用，教師上課時可補充本領域的前

沿技術并引入課程思政教學。

本課程以培養(yǎng)學生印刷電路板開發(fā)與設計能力為目標基礎，在電路設計中

感受快樂，讓學生了解我國在電路開發(fā)與設計方面存在的差距，了解先進國家

目前在此領域領先的優(yōu)勢，同時指出我們國家在此行業(yè)落后的主要原因，鼓勵

教學設計學生積極投身國家需要的重大行業(yè)產(chǎn)業(yè)中，使學生樹立科技興國、科技強國的

思路責任擔當意識。

本課程融合信息技術，采用“MOOC+智慧教學平臺+課堂教學”混合式教

學模式、“小組討論”“范例講解”“實操練習”等教學方法多方位突破教學重

點，打通課內(nèi)課外、校內(nèi)校外資源，形成課程思政的合力，推進專業(yè)知識與思

政元素的有機結合，實現(xiàn)顯性教育與隱性教育的貫通融合。

本次課的教學實施過程分為課前、課中、課后三部分組成。

課前：篩選目前熱點時政信息，挑選可以融入思政的趣味案例激發(fā)學生的

興趣。

（1）集成電路產(chǎn)業(yè)列入十四五規(guī)劃

今年全國兩會，芯片“卡脖子”再成代表委員們的熱議焦點。

據(jù)美國半導體協(xié)會公布的數(shù)據(jù)，2020年，中國芯片的進口額攀升至近3800

億美元，約占國內(nèi)進口總額的18%。尤其從去年以來，受新冠肺炎疫情、產(chǎn)能

短缺等多重因素影響，“芯片荒”席卷全球，“缺芯”問題較為突出。

在此背景下，實現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)鏈自主可控成為我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中

之重。集成電路也被寫入“十四五規(guī)劃”，成為未來五年國家鼓勵發(fā)展的前沿領

域。

（2）美國制裁華為事件啟示

介紹美國制裁華為事件

在這場美國人和華為之間的“科技戰(zhàn)”中，有很多群眾并不看好華為，甚至

一度認為華為就很快消失在高端手機品牌的行列中。

但是中國院士倪光南同志就公開力挺華為：不會‘無芯可用’。

而實際上國內(nèi)如今已經(jīng)擁有了第一臺自主研發(fā)100%實現(xiàn)國產(chǎn)化的28nm光

刻機，可以量產(chǎn)出28nm和14nm工藝制程的芯片。

這足夠供應華為芯片作為‘緩兵之計’給華為帶去研發(fā)制造高端芯片的時

間。況且，在華為芯片斷供之前，臺積電還是為華為加工趕制出了1.2億顆儲

備芯片供華為接下去戰(zhàn)略性部署使用。

在面對華為芯片被斷供這種情況，我國準備在未來五年的時間內(nèi)，對無線

網(wǎng)絡以及人工智能領域大力投資，發(fā)展半導體技術，投資金額將會累計達到1.4

萬億美元。這萬億投資對于國產(chǎn)半導體行業(yè)來說無疑是雪中送炭，尤其對華為

來說更是好消息，相當于一次“救援行動”。

憑借著國產(chǎn)企業(yè)的這股“韌勁”，不管是華為還是中芯未來都能夠掌握屬于

自己的核心技術，從而實現(xiàn)“去美化”，讓美國針對國產(chǎn)芯片行業(yè)打壓變成“泡

影”。這也就是說，接下去華為在芯片上面還是有機會能‘抗住壓力’、既‘破’而‘立’

的。

華為正在積極投入半導體行業(yè)中的投入，華為牽頭成立半導體聯(lián)盟，在

2025年左右能夠實現(xiàn)國產(chǎn)芯片半導體自給自足，只有這樣奮發(fā)圖強，只有這樣

我們國產(chǎn)手機才能夠實現(xiàn)芯片自足，不要在芯片上被別人卡脖子。

課中：（1）國外MCU發(fā)展狀況

了解集成電路整個行業(yè)的發(fā)展狀況，如圖1所示，了解我國目前所處的形

勢以及卡脖子問題的原因，激發(fā)當代學生勇于創(chuàng)新。

半導體生產(chǎn)工藝供應商

全球TOP10半導體公司無中國企業(yè)

（2）國內(nèi)MCU發(fā)展狀況

在物聯(lián)網(wǎng)時代，各類終端需求的持續(xù)發(fā)酵下，市場重燃了對MCU這個已

面世數(shù)十年產(chǎn)品的熱情。無論是國際知名的NXP、ST、瑞薩、TI，還是國內(nèi)的

北京兆易（GD）、復旦微（FM）、航順芯片研發(fā)（HK）、華大CEC等等，都在

這個市場上各出奇招，卡位MCU的新風口。在中國市場，由于本土OEM廠

商需求量大，ARM內(nèi)核授權的便利性，加上當?shù)胤盏奶烊粌?yōu)勢，催生了不

少MCU的初創(chuàng)企業(yè)。國產(chǎn)MCU和其他半導體產(chǎn)品一樣，需要走的是一條艱

難曲折的突圍路。

（3）兩會“芯”事：扶持產(chǎn)業(yè)鏈關鍵一環(huán)，破“卡脖子”難題

通過分析以上國外發(fā)展狀態(tài)以及形勢，今年兩會將集成電路產(chǎn)業(yè)列入十四

五規(guī)劃，如圖3所示，重點解決卡脖子問題，發(fā)揮社會主義制度優(yōu)越性，舉全

國之力發(fā)展，激發(fā)學生愛國熱情。

講解集成電路列入國家“十四五”規(guī)劃

（4）我國MCU發(fā)展的優(yōu)勢

列舉手機OPP0VIVO小米華為等中國企業(yè)中國占據(jù)消費電子市場，全球

半導體產(chǎn)業(yè)第三次轉移來到中國大陸集成電路行業(yè)發(fā)展歷史，經(jīng)歷了“美-日-

韓臺”兩次大規(guī)模產(chǎn)業(yè)轉移。2020年全年，中國頭部手機廠商全球市占率達

42%。中國5G手機出貨量約為1.67億臺，在全球占比超50%。累計建成5G

基站超過71.8萬個，約占全球的70%，終端連接數(shù)超過2億，占全球5G連接

總數(shù)超過85%。

講解中國手機集成電路產(chǎn)業(yè)狀況

2020年中國集成電路市場規(guī)模達到1434億美元，同比增長9%。約有60%

是來料加工再出口到其他國家。而中國本土銷售的電子產(chǎn)品中用到的集成電路

市場規(guī)模為574億美元，占比為40%。15.9%的集成電路在中國境內(nèi)生產(chǎn)，2020

年中國集成電路進口金額達3500.36億美元，同比增長14.6%，連續(xù)六年占據(jù)

我國進口商品第一大品類，占我國進口總額的17.03%，同比增加2.33%。大量

的進口依賴表明我國集成電路需求龐大。

教師講解集成電路基本作用

課后：針對課程實施過程中存在的問

題，給予答疑。對教學難點給予開放性問

題讓學生解決，以便掌握學生對知識的理

解。學生完成實訓作業(yè)，學生上網(wǎng)搜集資

料了解中國印刷電路板設計、集成電路開

發(fā)的現(xiàn)狀以及和世界IT強國的距離，感

悟當今社會國家和民族對大學生的期望，

從而發(fā)憤圖強，努力學習工作，從自己點

滴做起，未來為祖國爭光。

實踐動手認識集成電路

了解集成電路設計、印刷電路板設計行業(yè)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，熟悉我國在該

教學重點行業(yè)的與國外相關行業(yè)與國外的差距，了解產(chǎn)生差距的原因，了解集成電路行

業(yè)的關鍵技術。

教學難點導致我國在集成電路、PCB開發(fā)與設計行業(yè)發(fā)展落后的主要原因

教學方法演示法、討論法、比較法。

課堂學生參與的積極性（20%）、技能訓練過程完整（20%）、操作指導規(guī)范

過程監(jiān)控性（10%），教學目標落實性（20%），教師學生滿意度分析（15%）、課程思政教

學效果（15%）。

課下學生通過網(wǎng)絡媒體等多渠道了解目前我國在集成電路設計、印刷電路

課后作業(yè)板設計方面的發(fā)展現(xiàn)狀，我國該行業(yè)而分布情況和技術特點以及存在的問題。

通過本次課的學習，了解集成電路、印刷電路板行業(yè)的今后發(fā)展方向，了

總結

解我國在該行業(yè)存在關鍵甚至致命的卡脖子問題，希望學生能夠實事求是客觀

與拓展