PHẦN 1: CƠ HỘI CỦA KỸ SƯ VI MẠCH

 1. Tổng quan về ngành vi mạch Việt Nam, hiện trạng và định hướng phát triển

        Hiện nay, Công nghiệp vi mạch đã được xác định rõ ở vị trí rất quan trọng trong chương trình phát triển công nghệ mà Bộ KH&CN trình Chính phủ phê duyệt. Việt Nam có nhiều lợi thế để phát triển công nghệ này nhưng bên cạnh đó cũng có không ít khó khăn.
         Công nghệ vi mạch là lĩnh vực góp phần đáng kể vào tổng sản lượng quốc gia của nhiều nước trên thế giới. Bên cạnh đó, còn là động lực thúc đẩy sự phát triển các ngành công nghệ khác trong cơ giới hóa và điện tử hóa vì hầu như tất cả các thiết bị hiện dùng đều có sự hiện diện của vi mạch bên trong. Doanh thu từ lĩnh vực vi mạch, bán dẫn của thế giới chiếm đến khoản 35% tổng doanh thu toàn ngành điện tử và tiếp tục gia tăng ở mức 6,1%/năm. Tại Nhật Bản, thu nhập của thiết kế vi mạch mang lại 30 đến 40% GDP.

  2. Nhu cầu về nguồn nhân lực cho hiện tại và tương lai
         Nhu cầu tuyển dụng hàng năm của các công ty thiết kế vi mạch tại Việt Nam là rất lớn và đang không ngừng mở rộng. Ví dụ như Renesas Vietnam hàng năm đều có các cuộc tuyển dụng tại cả ba miền Bắc, Trung, Nam để đáp ứng được nhu cầu về nguồn nhân lực. Cộng thêm việc các nhà tuyển dụng từ các quốc gia khác về Việt Nam để tìm kiếm nguồn nhân lực và đưa ra nước ngoài để làm việc. Đây là lợi thế cạnh tranh không nhỏ của ngành thiết kế vi mạch so với các ngành khác.

3. Cơ hội nghề nghiệp

Không những có cơ hội làm việc tại các công ty thiết kế hàng đầu tại Việt Nam như Renesas, AMCC, Microchip, Synopsys, … ngành vi mạch luôn mở ra cơ hội rất lớn cho các bạn muốn đi làm việc tại các công ty nước ngoài như Singapore, Nhât, Mỹ và các nước châu Âu. Đây là một lợi thế lớn mà không phải ngành nào cũng có được. Các kỹ sư Việt Nam làm việc tại các quốc gia này được nhà tuyển dụng lựa chọn trực tiếp từ Việt Nam. Cũng qua đó, chúng ta dần hình thành nên những nhóm, cộng đồng các kỹ sư thiết kế vi mạch người Việt ở các quốc gia này. Qua đó, các nhóm cộng đồng này giúp đỡ được các kỹ sư mới hội nhập vào môi trường làm việc mới một cách nhanh chóng và thuận lợi hơn.

PHẦN 2: TỔNG QUAN CÁC BƯỚC CƠ BẢN TRONG QUY TRÌNH THIẾT KẾ VI MẠCH TƯƠNG TỰ

Khác với thiết kế số (Digital) (làm việc với số lượng Transistor khổng lồ, từ vài chục nghìn, vài trăm nghìn tới vài triệu cổng cho một Module/Block), thiết kế vi mạch tương tự (Analog) thông thường thiết kế mạch với vài chục tới vài trăm Transistor, MOSFET, điện trở, tụ điện cho một Module/Cell. Nếu trong Digital, các cell được chuẩn hoá kích thước thì với Analog kỹ sư toàn quyền quyết định kích thước. Do đó quy trình, cách thức cũng như công cụ dùng cho thiết kế Analog sẽ khác nhiều với Digital.

Tùy thuộc vào mỗi công ty, quy trình chi tiết sẽ có những điều chỉnh phù hợp nhưng tổng quan lại thì đều có các bước giống nhau như sau:

Đầu tiên là thiết kế mạch điện: Bắt đầu bằng bản mô tả yêu cầu kỹ thuật của mạch điện (tài liệu đặc tả yêu cầu kỹ thuật của mạch điện do đội ngũ các kỹ sư trưởng hoặc đội ngũ làm việc phân tích nhu cầu của khách hàng chịu trách nhiệm) người kỹ sư sẽ dùng một phần mềm vẽ mạch điện (Schematic Capture/Schematic Editor), sau đó là đặt, lựa chọn kích thước hình học linh kiện và nối các cực (Terminal) của linh kiện MOSFET, Bipolar Transistor, Diode, tụ điện, điện trở, cuộn cảm (thông thường chỉ trong RF mới dùng đến cuộn cảm) với nhau. Sau khi hoàn thành mạch điện thì sẽ dùng chức năng biên dịch mạch điện (Netlist Generation) của phần mềm tạo ra một file text mô tả mạch điện gọi là Netlist (.sp; .net; ...). Các phần mềm hiện tại đa phần đều có chức năng dịch ngược từ Netlist ra mạch, tuy nhiên mạch điện không được đẹp cho lắm.

Tiếp đến là dùng phần mềm mô phỏng như SPICE, HSPICE, SMARTSPICE, FINESIM, SPECTRA, ... để mô phỏng mạch điện. Nếu không phải Test Silicon/Characterize Silicon Sample thì việc tốn thời gian nhất của kỹ sư thiết kế Analog là mô phỏng. Mô phỏng phải đảm bảo không bỏ sót các trường hợp có thể xảy ra với quá trình chế tạo (Process Fast, Slow, Typical) và các điều kiện hoạt động của mạch: Profile điện áp, nhiệt độ đầu vào, điều kiện tải đầu ra... Với mỗi mạch điện khác nhau (Band-gap Reference, Bias Current, Oscillator, UVLO, Comparator, OpAmp, Driver, ...) thì các bộ tham số để đánh giá chất lượng mạch là khác nhau. Mạch Top Level (gồm nhiều Block cơ bản ghép lại với nhau) thì quy mô việc mô phỏng sẽ rất lớn, tốn rất nhiều thời gian. Do đó hiện nay kỹ sư thường phải mô hình hoá các mạch thành phần để mô phỏng nhanh hơn.

Sau khi Design Review với đội ngũ Senior, Concept Engineer đánh giá kết quả mô phỏng là tốt, đáp ứng yêu cầu đặt ra so với bản đặc tả yêu cầu kỹ thuật đầu vào, thì mạch điện sẽ được chuyển qua bộ phận Layout để tiến hành Layout. Ngày xưa, kỹ sư thiết kế đôi khi Layout luôn nhưng hiện nay mức độ chuyên môn hoá cao, nên đa phần kỹ sư thiết kế không phải tự Layout mạch điện nữa. Nhưng trong mạch điện, kỹ sư thiết kế bắt buộc phải ghi chú mình muốn layout như thế nào, ví dụ Matching Style, Size Metal Wire, vị trí đặt các linh kiện, ... để kỹ sư Layout nắm được.

Với kỹ sư thiết kế Analog, ngoài việc chính là vẽ mạch, thiết lập Testbench chạy mô phỏng thì viết Design Review Document (tài liệu thiết kế) cũng khá quan trọng. Tài liệu này mô tả chức năng của mạch điên, hình vẽ của mạch điện với các thông số vật lý về kích thước, kết quả mô phỏng, các trường hợp không mong muốn có thể xảy ra. Tài liệu này để phục vụ mục đích lưu trữ, tham chiếu khi cần và để phục vụ các cuộc họp Review với các bô phận có trách nhiệm, như Design Manager, Senior Engineer, Application Engineer, . . .

Tiếp sau công việc Layout, người kỹ sư thiết kế dựa vào bản vẽ mạch điện để tiến hành đặt và nối các linh kiện với nhau bằng cách sử dụng phần mềm chuyên dụng dành cho thiết kế Layout. Phần mềm này cũng cho phép người kỹ sư kiểm tra bản Layout có đúng với các tiêu chuẩn của công nghệ cũng như đảm bảo các linh kiện được nối với nhau trên hình vẽ Layout hoàn toàn khớp với mô tả trên bản vẽ mạch điện hay không. Bước này gọi là Sign-Off Checklist Layout Verification. Đến đây là bước vô cùng quan trọng trong thiết kế vi mạch: GDS out (Tape-Out).

Thiết kế mặt nạ (Mask): Các dữ liệu thiết kế Layout mã hóa ở dạng (format) GDS sẽ được những máy chuyên dụng đọc và tạo ra một bộ Mask. Có thể hiểu Mask như một tấm phim âm bản dùng để hình thành những lớp vật liệu của một IC.

Chế tạo (Fabrication): Các máy móc chuyên dụng trong nhà máy dựa vào bộ Mask sẽ hình thành các lớp vật liệu của một IC trên một tấm Silicon Wafer.

Kiểm tra Wafer (Wafer Sort): Trước khi cắt Wafer thành các die (IC), Wafer sẽ được kiểm tra (test) để loại ra những die sai hỏng. Ở bước này các máy kiểm tra chuyên dụng sẽ load wafer và chay chương trình test đã được lập trình sẵn để kiểm tra từng die một.

Đóng gói (Assembly & Packaging): Sau khi đánh dấu các die sai hỏng, Wafer được đưa đến dây chuyền cắt, loại bỏ die sai hỏng, nối dây từ các Pad trên die tới các chân trên Package (Bonding). Hiện nay đóng gói phát triển như một lĩnh vực riêng, không đơn thuần Bonding Wire nữa và có nhiều loại package khác nhau. Nhà máy Intel ở Việt Nam chuyên làm trong lĩnh vực đóng gói này.  

Kiểm tra (Testing): Trước khi giao cho khách hàng, các IC (Chip) được kiểm tra để đảm bảo các thông số đúng như thiết kế và loại trừ những sai hỏng do quá trình đóng gói tạo ra. Cùng với nó là các kết quả kiểm tra ESD, Latch-up, Burn-in (tuổi thọ IC), EMI/EMC, …có đạt các tiêu chuẩn chất lượng đặc thù cho từng loại ứng dụng hay không.

Công đoạn chế tạo Mask; Fabrication; Wafer Out; Test Wafer; cắt và đóng gói (Assembly & Packaging); Test . . . thì kỹ sư thiết kế Analog không trực tiếp làm việc nhưng cũng cần biết để phối hợp thực hiện.

Nguồn:

Cơ hội của kỹ sư vi mạch:semiconvn (Website: https://semiconvn.com/home/tin-tuc-vi-mach/tin-tuc-vi-mach/8611-co-hoi-va-thach-thuc-cua-ky-su-vi-mach.html)

Tổng quan các bước cơ bản trong quy trình thiết kế vi mạch tương tự: Cộng đồng Vi mạch Việt Nam