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干貨分享 | 非易失性存儲車規(guī)可靠性驗證

干貨分享 | 非易失性存儲車規(guī)可靠性驗證

原創(chuàng)
2025-04-09 17:30:00
技術(shù)文章
作者: SGS_SEMI
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非易失性存儲器(NVM)芯片廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中,從智能手機、個人電腦到服務(wù)器和工業(yè)控制系統(tǒng),都是不可或缺的關(guān)鍵組件,它們不僅提高了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性,還極大地增強了系統(tǒng)的整體性能。此外,為了滿足特定的功能需求和提高系統(tǒng)的可靠性與便捷性,如存儲配置信息、快速啟動、減少外部組件、用戶數(shù)據(jù)存儲、存儲固件版本等,一些芯片中也會集成非易失性存儲模塊。

為了評估它們的存儲能力可靠性,AEC Q100標準中針對這兩類芯片提出了特定可靠性測試要求——非易失性耐久、數(shù)據(jù)保持和工作壽命,參考子標準為AEC Q100-005,主要考察三部分能力:

1. 不出現(xiàn)故障的情況下承受重復(fù)的數(shù)據(jù)更改(編程/擦除耐久性)

2. 在非易失性存儲器預(yù)期壽命期間保留數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)保持)

3. 施加電偏壓的情況下承受恒定溫度(工作壽命)


測試程序
包含非易失性存儲器(NVM)的器件在進行高溫數(shù)據(jù)保持(HTDR)、高溫操作壽命(HTOL)和低溫數(shù)據(jù)保持(LTDR)測試之前,應(yīng)首先通過編程/擦除耐久性測試進行預(yù)處理(參見圖1和圖2)

圖1. 含非易失性存儲模塊器件的高溫測試流程
圖1. 含非易失性存儲模塊器件的高溫測試流程

圖2. 含非易失性存儲模塊器件的低溫測試流程

圖2. 含非易失性存儲模塊器件的低溫測試流程

 

  1. 循環(huán)擦寫讀程序
    1. 器件應(yīng)按照器件規(guī)格說明書中規(guī)定的最小循環(huán)次數(shù)進行編程/擦除耐久性循環(huán)測試。耐久性測試應(yīng)在下述溫度和循環(huán)頻率的條件下進行:
      1. 高溫循環(huán)
        循環(huán)測試應(yīng)在溫度T ≥ 85°C的條件下進行,總循環(huán)時間不得超過加速產(chǎn)品壽命的15%。

        循環(huán)之間或循環(huán)組之間的延遲是允許的,只要延遲在整個循環(huán)期間均勻分布,且包括延遲在內(nèi)的總循環(huán)時間不超過上述規(guī)定。
      2. 低溫循環(huán)
        循環(huán)測試應(yīng)在溫度T ≤ 55°C的條件下進行。

        循環(huán)之間或循環(huán)組之間的延遲是允許的,只要延遲在整個循環(huán)期間均勻分布,且包括延遲在內(nèi)的總循環(huán)時間不超過產(chǎn)品壽命的15%。

    2. 循環(huán)測試應(yīng)連續(xù)進行,一個循環(huán)定義為從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài),然后再回到原始狀態(tài)(即,在存儲器陣列的所有位單元中,從“1”變?yōu)?ldquo;0”,再變回“1”;或從“0”變?yōu)?ldquo;1”,再變回“0”)。在耐久性測試期間,每個編程和擦除操作都必須經(jīng)過驗證,確認已成功完成,并通過讀取操作驗證預(yù)期的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

    3. 完成指定次數(shù)的編程/擦除循環(huán)后,按照器件規(guī)格說明書的要求驗證功能。

  2. 循環(huán)后高溫數(shù)據(jù)保持(HTDR)程序
    按照第2.1節(jié)在高溫下循環(huán)的單元,應(yīng)根據(jù)其規(guī)定的等級和預(yù)期的用戶指定任務(wù)剖面,進行高溫數(shù)據(jù)保持測試(HTDR)。


  3. 循環(huán)后低溫數(shù)據(jù)保持(LTDR)程序
    按照第2.1節(jié)在低溫下循環(huán)的單位,應(yīng)在最高55°C下進行至少1000小時的存儲。


  4. 高溫操作壽命(HTOL)程序
    嵌入式和獨立式NVM器件應(yīng)根據(jù)AEC-Q100表2進行高溫操作壽命(HTOL)測試,使用符合或超過器件指定操作溫度等級HTOL要求的溫度和持續(xù)時間條件。在測試期間,應(yīng)訪問NVM陣列中的所有地址(讀?。┮赃_到最大可能的讀取次數(shù)(根據(jù)AEC-Q100測試B3),同時不影響邏輯電路的HTOL測試(根據(jù)AEC-Q100測試B1)。否則,應(yīng)對NVM和邏輯存儲塊分別進行HTOL測試。在測試期間,對于嵌入式閃存微處理器,必須以全速連續(xù)執(zhí)行完整的存儲器陣列校驗和(即“位翻轉(zhuǎn)”)測試。經(jīng)供應(yīng)商和客戶同意后,獨立式閃存(離散式)可免除此校驗和要求。

  5. 測試注意事項
    應(yīng)采取預(yù)防措施,確保器件不會因器件或測試器的熱失控而損壞,并防止電氣損壞。

  6. 測量
    1. 電氣測量
      電氣測量應(yīng)根據(jù)適用的器件規(guī)范在指定間隔進行。中期和最終電氣測量應(yīng)在器件從規(guī)定的測試條件中移除后的96小時內(nèi)完成。
    2. 所需測量
      電氣測量應(yīng)包含適用器件規(guī)范中規(guī)定的參數(shù)和功能測試。
    3. 測量條件
      在將器件從測試室中取出之前,應(yīng)將環(huán)境溫度恢復(fù)到室溫,同時保持器件上的指定電壓。測試應(yīng)在典型條件下進行,并根據(jù)部件規(guī)格和AEC-Q100第1.3.3節(jié)中列出的相應(yīng)部件等級,在溫度范圍內(nèi)的最低和最高溫度下進行。


失效判據(jù)

如果參數(shù)限值超出范圍,器件不再滿足器件規(guī)范的要求,或者器件無法保持其預(yù)期的數(shù)據(jù)狀態(tài),則將該器件定義為失效。在編程/擦除耐久性循環(huán)測試期間,如果寫入或擦除事件未在規(guī)定的最大時間內(nèi)完成,或者事件完成但存儲器陣列內(nèi)的數(shù)據(jù)模式與預(yù)期的數(shù)據(jù)模式不符,則視為失效。

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