電子書包及其製作方法
2023-06-01 19:26:41
專利名稱：電子書包及其製作方法
技術領域：
本發明涉及教學工具領域。
背景技術：
教師教學工作中，以備課、改作業工作量最重，而且重複性極強，全國一年級至十二年級各級學生數量均逾千萬、內容相似的改作業每年耗去教師大量時間，使教師的工作重複且效率低下。每年全國學生作業、測驗、考試、演算等消耗的紙、筆等逾十億元，造成了極大的資源浪費。另外，由於作業習題繁多，使學生書包日益沉重，不利於學生健康成長。
發明內容本發明的目的在於提供一種採用開放標準、提高教學效率且能實現遠程教學的無線全自動電子書包及其製作方法。
本發明的目的是這樣實現的該電子書包包括基板、SOC裸片或晶片、功能單元裸片或晶片、總線控制器裸片或晶片、存儲單元裸片或晶片及用於進行數據交流的通信網絡單元裸片或晶片，該SOC裸片或晶片、存儲單元裸片或晶片、總線控制器單元裸片或晶片、通信網絡單元裸片或晶片及功能單元裸片或晶片一體封裝在基板上，該基板內設置有引腳連線，SOC裸片或晶片、存儲單元裸片或晶片、通信網絡單元裸片或晶片及功能單元裸片或晶片均通過該引腳連線與總線控制器裸片或晶片連接，底層驅動程序及作業系統程序內置或固化於該存儲單元裸片或晶片。
所述的電子書包還包括存儲介質，該存儲介質安裝在基板上，並通過引腳連線與總線控制器裸片或晶片連接。
一種電子書包的製作方法，包括如下進程1)將SOC裸片或晶片、存儲單元裸片或晶片、總線控制器裸片或晶片、功能單元裸片或晶片及通信網絡單元裸片或晶片邦定或焊接在基板上；2)在存儲單元裸片或晶片上置入或固化底層驅動系統程序及作業系統程序；3)將各晶片或裸片一體封裝在基板上。
還包括進程4)將存儲介質安裝在基板上並通過引腳連線與總線控制器裸片或晶片連接。
所述的步驟1)包括1a)根據SOC裸片的引腳、總線控制器裸片的引腳、通信網絡單元裸片的引腳、存儲單元裸片的引腳及功能單元裸片的引腳之間的連接關係，在基板上設置引腳連線，使各引腳連線對應上述裸片中的引腳；1b)將SOC裸片、存儲單元裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片及功能單元裸片的各引腳與對應的引腳連線的端點通過邦定焊接連線連接。
所述的綁定方法包括平面綁定和立體綁定方法。
平面綁定時，將SOC裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片、存儲單元裸片及功能單元裸片平鋪在基板上。
立體綁定時，將SOC裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片、存儲單元裸片及功能單元裸片層疊在基板上，且在相鄰層的裸片之間設置隔離墊。
一種電子書包包括電路板、用於進行數據交換以實現試卷收發的通信網絡單元、用於顯示試卷內容的功能單元、用於對試卷進行操作的輸入單元、存儲有試卷處理程序的存儲單元及用於協調和控制上述各單元的控制單元，上述各個單元的裸片或晶片一體封裝在電路板上並通過布設在電路板上的引腳連線實現連接，該通信網絡單元接收輸入的試卷文件並輸出控制信號到控制單元，控制單元接收該控制信號後從存儲單元中調出試卷處理程序，並控制功能單元顯示該試卷文件，輸入單元接收對試卷文件進行的操作，經過操作處理後的試卷文件存儲在存儲單元中並通過通信網絡單元輸出到另一電子書包。
與現有技術相比，本發明具有如下優點由於電子書包可以存儲習題或作業數據，從而實現了書包的電子化，減輕了學生的負擔，提高了教學效率，同時由於通信網絡單元的設置，實現了電子書包學生端和電子書包教師端的數據交流，實現了遠程教學。
圖1是本發明的原理框圖。
圖2是本發明的平面綁定方法的原理框圖。
圖3是本發明的立體綁定方法的原理框圖。
圖4是本發明的裸片綁定在基板上的結構示意圖。
圖5是本發明的焊接連線的分布示意圖。
圖6是本發明的一種流程框圖。
具體實施方式
請參閱圖1至圖6，本發明一種電子書包包括基板、總線控制器裸片(裸片又稱Die，其指劃片後尚未封裝的晶圓)、SOC(全稱為System On Chip，即片上系統)裸片、存儲單元裸片、通信網絡單元裸片、功能單元裸片，SOC裸片、存儲單元裸片、功能單元裸片及通信網絡單元裸片均與總線控制器裸片連接，該SOC裸片、存儲單元裸片、功能單元裸片、通信網絡單元裸片及總線控制器裸片一體封裝在基板上，且存儲單元裸片內置或固化有底層驅動系統(簡稱BIOS，全稱為Basic Input Output System)程序及作業系統(簡稱OS，全稱為Operating System)程序。該電子書包分為學生端和教師端，該學生端和教師端之間通過通信網絡單元進行數據的交換，從而實現試卷(或作業)的收發和批閱。在本實施方式中，功能單元裸片選自圖文輸入單元裸片及聲光單元裸片。
基板採用光刻工藝製作，也可採用現有的印刷電路板(簡稱PCB，全稱為Print Circuit Board)，。SOC裸片包括微處理器及外設接口，微處理器用於完成數據的處理、判斷及控制和協調各裸片之間的工作，外設接口如現有的USB、GPIO、IDE、UART、PCMCIA、AUDIO、VIDEO或Ethernet接口，通過該接口可連接液晶顯示、硬碟、鍵盤、揚聲器、數據機或計算機等。總線控制器裸片用於完成各裸片之間信息數據的傳輸和控制，SOC裸片即通過該總線控制器裸片實現對各裸片的控制和協調。
存儲單元裸片包括快閃記憶體(又稱Flash)裸片和隨機存儲器(又稱RAM)裸片，底層驅動程序和作業系統程序即內置或固化於該存儲單元裸片。功能單元裸片用於完成屏幕顯示、信號燈顯示及聲音信號的輸入和輸出，其包括鍵盤、觸控螢幕、手寫筆和液晶屏、揚聲器等。電源單元裸片用於完成將交流電轉換為直流電及實現整個電子書包的充電工作。通信網絡單元裸片包括通信網絡單元裸片和有線網絡單元裸片，該通信網絡單元裸片用於實現電子書包學生端與電子書包教師端之間的信息交流，該通信網絡單元包括各類串行、並行接口的通信系統。如乙太網(E-thernet)、數據機(MODEM)、PCMCIA，IEEE 802協議集的無線網絡、藍牙協議的無線網絡及無線USB標準的無線網絡系統以及GPRS、CDMA無線網絡。
該電子書包還包括存儲介質接口電路和存儲介質，該存儲介質接口電路用於實現存儲介質和SOC之間的數據交流，該存儲介質如現有的硬碟和存儲卡，該存儲介質接口電路如現有的硬碟接口電路和讀、寫卡器。
該電子書包還具有軟體系統，該軟體系統包括底層驅動系統程序、作業系統程序及應用程式。底層驅動系統程序用於對所有硬體的初始化、工作狀態定義及控制管理，同時便於系統實現對不同功能單元的調用，便於使各部分更加專業化，例如系統將某部分內容顯示，則只需要將需要顯示的內容置於約定的存儲區，調用BIOS內的顯示子程序即可，將顯示內容輸送到對應顯示區，尋址、刷新等工作可由BIOS控制子程序自動完成。作業系統程序用於完成對系統各部分資源的統一管理，根據「急、重、緩、輕」原則自動安排優先級，並提供高級語言的運轉平臺。
應用程式內置或固化於存儲介質中，其包括題庫生成程序、髮捲程序、做題程序、交卷程序、收卷及資料庫管理程序、判卷及資料庫管理程序等試卷(習題)處理程序、電子記憶程序及文字轉換程序。題庫生成程序用於生成JPG、PDF等格式的試卷(或作業)，同時可將做完的答案生成「答案」文件。髮捲程序用於通過通信網絡單元實現髮捲。做題程序用於電子書包學生端進行做題。交卷程序用於電子書包學生端通過通信網絡單元進行交卷。收卷程序用於電子書包教師端接收和管理試卷。判卷及資料庫管理程序用於電子書包教師端通過通信網絡單元進行判卷。電子記憶程序用於通過圖面、聲音或遊戲的方式幫助使用者完成記憶，並自動根據結果強化記憶出錯單詞。文字轉換程序用於將電子書包界面的內容轉換為使用者所能夠識別的文字。另外，該應用程式還可包括存儲於該電子書包內的習題卡，該出題卡包括各個科目的習題和試卷。
該電子書包生產時，可以採用平面邦定(又稱Bonding)和立體邦定的方法，該平面邦定和立體邦定也可交叉組合使用。請參閱圖2及圖4，對於平面邦定的方法，總線控制器裸片、SOC裸片、存儲單元裸片、功能單元裸片及通信網絡單元裸片平鋪在基板1上。該平面邦定方法的工作原理如下根據SOC裸片、總線控制器裸片、存儲單元裸片、通信網絡單元裸片、功能單元裸片各引腳(又稱PAD)之間的連接關係提出邏輯關係對應文件(又稱netlist)，根據該對應關係在基板1內設置引腳連線2，即各引腳連線2均對應上述裸片中的引腳4，通過焊接連線3將各裸片的引腳4的端點與對應引腳連線2的端點連接起來，從而將各裸片邦定在基板1上，最後將各裸片一體封裝在基板1上。
基板1內的引腳連線2用以連接SOC裸片、存儲單元裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片及功能單元裸片的對應引腳。圖3中僅顯示眾多引腳連線中的一條，該引腳連線2具有兩個端點A、B，且各個端點A、B分別鄰近對應的SOC裸片的引腳的端點A1和快閃記憶體裸片的引腳的端點B1，並通過焊接連線3將各引腳連線2的端點A、B和對應的裸片引腳的端點A1、B1連接起來。由於引腳連線2的端點A、B與對應裸片的引腳的端點A1、B1相鄰，所以焊接連線3以及基板內引腳連線2的長度非常短，同時封裝固定後不可移動，從而減少了信號的傳輸時間、提高了集成電路裸片的可靠性、減低了功耗及降低了成本。該焊接連線3一般為黃金或白金材料製作。該基板1一般為雙面板，也可以為多層板，通過多層板的設置，可走線的層數越多，容線數量越大。請參閱圖5，如果裸片的引腳之間的間距較小，焊接連線3可呈放射狀分布。
請參閱圖3，為了實現更高容量的系統封裝，也可以採用立體邦定的方法。在該種邦定方法下，SOC裸片、存儲單元裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片及功能單元裸片是層疊設置在基板1上。該立體邦定的方法包括如下進程1)將SOC裸片、存儲單元裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片及功能單元裸片層疊在基板上，在相鄰層的裸片之間設置隔離墊；2)將各裸片的引腳與基板1內對應引腳連線2的端點之間通過焊接連線3連接起來；3)檢查焊接處，並挑出不合格品進行修復；4)注入矽膠或其他填充體；5)置於烘烤裝置中並按設定的時間和溫度曲線加溫；6)進行第二次檢測，並挑出不合格品；5)在存儲單元裸片注入底層驅動系統程序和作業系統程序。層疊數量根據需要及加工設備情況而定，從二層至數十層不等。
本發明中，當注入的底層驅動系統程序和作業系統程序不需變化時，則在生產集成電路裸片時增加只讀存儲器(ROM)，將底層驅動系統程序和作業系統程序固化於ROM中，然後重做光罩生產；當底層驅動系統程序和作業系統程序有可能再變化時，則增加快閃記憶體存儲器(Flash)，重做光罩生產，再將底層驅動系統程序和作業系統程序寫入快閃記憶體裸片。
本發明中，快閃記憶體裸片包括存儲程序的與非型快閃記憶體(即NAND型Flash)裸片和存儲數據的異或型快閃記憶體(即NOR型Flash)裸片。常規應用異或型快閃記憶體(即NOR型Flash)儲存程序，與非型快閃記憶體(即NAND型Flash)儲存數據，異或型快閃記憶體(即NOR型Flash)生產工藝複雜價格較高。本發明還可使用如下方法可進一步降低成本，過程如下選用最小容量的異或型快閃記憶體(即NOR型Flash)僅內置啟動程序(Boot)，1)通過SOC的微處理器(即CPU)識別並找出NAND型Flash其他大容量程序置入與非型快閃記憶體(即NAND型Flash)；2)在啟動程序中標明何段地址內容為程序；3)將NAND型Flash中的數據、軟體程序全部轉入RAM中；4)SOC中的微處理器找出軟體程序的起始地址而開始運行程序。
本發明除了可將上述各裸片(即所述的SOC裸片、存儲單元裸片和功能單元裸片等)邦定在基板上，還可將SOC晶片(SOC裸片封裝後即形成SOC晶片)、存儲單元晶片、總線控制器晶片、存儲單元晶片、通信網絡單元晶片和功能單元晶片分別焊接在基板上再將各個晶片封裝成一個整體的晶片，並將底層驅動系統程序和作業系統程序固化或置入於存儲單元晶片中。另外，上述將晶片焊接在基板上的方法和將裸片邦定在基板上的方法可交叉組合使用，如在同一個本發明內置軟硬體系統的裸片中，可以既有邦定在基板上的裸片，又有焊接在基板上的晶片。
如果SOC晶片或存儲單元晶片或功能單元晶片的尺寸過大，可通過切割、磨削該晶片的方法來減小晶片的表面積及厚度。
本發明電子書包的工作原理如下微處理器為高速CPU，通過總線控制器與各外設接口聯繫上電後，微處理器自存儲單元載底層驅動系統程序和作業系統程序，根據程序命令啟動、初始化各外設工作狀態，系統初始化完成後，微處理器出於中斷等待狀態。微處理器接到外設傳來的工作前期控制信號後，其根據控制信號從存儲介質再調出對應的應用程式開始工作。該電子書包的工作流程如下工作A1試卷(作業)生成電子書包教師端接收教師通過鍵盤或滑鼠、觸控螢幕等輸入設備輸入的控制、選擇信息，微處理器根據輸入信息自存儲介質調出題庫生成程序並依其工作，將選擇的題目生成不同類型的「試卷」或「作業」文件並存儲於存儲介質。
工作A2發試卷(布置作業)電子書包教師端接收輸入的控制、選擇信息，微處理器根據該輸入信息自存儲介質調髮捲程序並依其工作，根據當時選擇的無線或有線通信的方式，將存儲介質中的試卷文件通過無線或有線網絡單元發送出去。
工作A3做試題電子書包學生端接收學生自輸入設備輸入的控制、選擇信息，微處理器根據輸入信息自存儲介質調出做題程序並依其工作，並通過顯示單元將題目內容顯示出來，使用者完成試題後生成「答案」文件並存儲於存儲介質。
工作A4交作業電子書包學生端接收學生輸入的控制、選擇信息，微處理器根據輸入信息自存儲介質調出交卷程序並依其工作，將「答案」文件通過無線或有線網絡單元自動發送到電子書包教師端。
工作A5收作業電子書包教師端接收教師輸入的控制、選擇信息，微處理器根據輸入信息自存儲單元調出收卷及資料庫管理程序並依其工作，將「答案」文件通過無線或有線網絡單元自動接收，並按學號和姓名置於存儲介質相應的存儲區。
工作A6改試卷(作業)電子書包教師端接收輸入的控制、選擇信息，微處理器根據該輸入信息自存儲介質調出改卷及資料庫管理程序並依其工作，將「判卷」後的文件自動改完後存於存儲介質相應的存儲區。
工作A7還卷(作業)電子書包教師端接收輸入的控制、選擇信息，微處理器根據該輸入信息自存儲介質調出還卷及資料庫管理程序並依其工作，將「判卷」文件通過無線或有線接口按學號、姓名發送到各對應的電子書包學生端，電子書包學生端接收該文件後即通過聲光單元可顯示出錯題、得分(可語音、燈光特別標識)。
本發明中，軟體制式、標準開放，題目生成、閱覽、判卷、流通採用通用免費標準軟體，如JPG、PDF，判卷採用通用的資料庫軟體如PowerBuilding，使得所有教、學相關人員均能輕易參與並掌握、使用；學生自學也可自動選擇題目生成、測試；存儲單元也可載入小說等文藝作品而使該電子書包做為電子讀書器使用；另外，該電子書包還可內置計算器、漢語字典、英漢詞典，古詩詞、課文(文章)及作者、時間等綜合查詢系統，公式、題庫、各科教材，兼容各種文本、圖像格式，內容可隨時更新。
權利要求
1.一種電子書包，其特徵在於包括基板、SOC裸片或晶片、功能單元裸片或晶片、總線控制器裸片或晶片、存儲單元裸片或晶片及用於進行數據交流的通信網絡單元裸片或晶片，該SOC裸片或晶片、存儲單元裸片或晶片、總線控制器單元裸片或晶片、通信網絡單元裸片或晶片及功能單元裸片或晶片一體封裝在基板上，該基板內設置有引腳連線，SOC裸片或晶片、存儲單元裸片或晶片、通信網絡單元裸片或晶片及功能單元裸片或晶片均通過該引腳連線與總線控制器裸片或晶片連接，底層驅動程序及作業系統程序內置或固化於該存儲單元裸片或晶片。
2.如權利要求1所述的一種電子書包，其特徵在於還包括存儲介質，該存儲介質安裝在基板上，並通過引腳連線與總線控制器裸片或晶片連接。
3.一種電子書包的製作方法，其特徵在於包括如下進程1)將SOC裸片或晶片、存儲單元裸片或晶片、總線控制器裸片或晶片、功能單元裸片或晶片及通信網絡單元裸片或晶片邦定或焊接在基板上；2)在存儲單元裸片或晶片上置入或固化底層驅動系統程序及作業系統程序；3)將各晶片或裸片一體封裝在基板上。
4.如權利要求3所述的一種電子書包的製作方法，其特徵在於還包括進程4)將存儲介質安裝在基板上並通過引腳連線與總線控制器裸片或晶片連接。
5.如權利要求3所述的一種電子書包的製作方法，其特徵在於所述的步驟1)包括1a)根據SOC裸片的引腳、總線控制器裸片的引腳、通信網絡單元裸片的引腳、存儲單元裸片的引腳及功能單元裸片的引腳之間的連接關係，在基板上設置引腳連線，使各引腳連線對應上述裸片中的引腳；1b)將SOC裸片、存儲單元裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片及功能單元裸片的各引腳與對應的引腳連線的端點通過邦定焊接連線連接。
6.如權利要求5所述的一種電子書包的製作方法，其特徵在於所述的綁定方法包括平面綁定和立體綁定方法。
7.如權利要求6所述的一種電子書包的製作方法，其特徵在於平面綁定時，將SOC裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片、存儲單元裸片及功能單元裸片平鋪在基板上。
8.如權利要求6所述的一種電子書包的製作方法，其特徵在於立體綁定時，將SOC裸片、總線控制器裸片、通信網絡單元裸片、存儲單元裸片及功能單元裸片層疊在基板上，且在相鄰層的裸片之間設置隔離墊。
9.一種電子書包，其特徵在於包括電路板、用於進行數據交換以實現試卷收發的通信網絡單元、用於顯示試卷內容的功能單元、用於對試卷進行操作的輸入單元、存儲有試卷處理程序的存儲單元及用於協調和控制上述各單元的控制單元，上述各個單元的裸片或晶片一體封裝在電路板上並通過布設在電路板上的引腳連線實現連接，該通信網絡單元接收輸入的試卷文件並輸出控制信號到控制單元，控制單元接收該控制信號後從存儲單元中調出試卷處理程序，並控制功能單元顯示該試卷文件，輸入單元接收對試卷文件進行的操作，經過操作處理後的試卷文件存儲在存儲單元中並通過通信網絡單元輸出到另一電子書包。
全文摘要
本發明電子書包包括基板、SOC、功能單元、總線控制器、存儲單元及用於進行數據交流的通信網絡單元，軟體制式、標準開放，題目生成、閱覽、判卷、流通採用通用免費標準軟體，如JPG、PDF，判卷採用通用的資料庫軟體如SQL、Power Building，使得所有教、學相關人員均能輕易參與並掌握、使用。由於電子書包可以實現「自動改作業、自動判卷」，從而實現了書包的電子化，減輕了學生的負擔，提高了教學效率，同時由於通信網絡單元的設置，實現了電子書包學生端和電子書包教師端的數據無線數字交流，並可以直接實現遠程教學。
文檔編號G09B5/06GK1815521SQ2005100220
公開日2006年8月9日 申請日期2005年11月7日 優先權日2005年11月7日
發明者董濤, 張國傑, 王民北, 李偉光, 曾威, 朱小禕, 廖錚, 王方格, 潘偉 申請人:薛萍, 董濤