Memory及其controller芯片整體測試方案(上篇)


如果你最近想買手機,沒准兒你一看價格會被嚇到手機什么時候偷偷漲價啦!

其實對於手機漲價,手機制造商也是有苦難言,其中一個顯著的原因是存儲器芯片價格的上漲↗↗↗

 

>>> 存儲器memory的江湖地位

存儲器memory,是電子設備的基礎核心部件之一,全球memory市場規模約700億美元,在全球3352億美元的集成電路產業中,占據23%的份額。

隨着今年存儲器價格的飆漲,各大memory廠商賺得盆滿缽滿,甚至把memory稱為印鈔機也絲毫不為過。與此同時,存儲器在真金白銀的交換中,也充分證明了自己在電子信息產業江湖中的地位。

 

>>> 存儲器的分類

存儲介質的形式有很多種,從穿孔紙卡、磁鼓、磁芯、磁帶、磁盤,到半導體DRAM內存,以及SD卡,固態硬盤、SSD、閃存等各種存儲介質。

存儲器大致可以分為掉電易失性(Volatile Memory)和非掉電易失性(Non-volatile memory)。

 

 

目前全球存儲器市場最大的集中在

DRAM、NAND Flash、NORFlash三大類

這三類存儲器,主要用在哪里呢?

以手機舉例——

 DRAM 

4GB就是內存部分,DRAM,用來存放當前正在執行的數據和程序, 例如屏幕前的你正在刷的微信;

 NAND FLASH 

64GB就是閃存部分,NAND FLASH,用來存放長期信息,例如各位寶寶的美顏美照,你的聊天記錄,還有其他……當然了,也正是因為我們存的東西越來越多,二維空間已經無法存放這么多的信息,生生逼着NAND走向了三維空間,也就是3D NAND。

 

▲ 3D NAND的構造就像一個摩天大樓

 

此外,一些新型的存儲器也在研究的過程中,例如磁阻式RAM (MRAM--ST-MRAM、STT-MRAM)、電阻式RAM(ReRAM),PRAM、FeRAM等。

 

 

了解了Memory的龐大家族,和主要成員之后,我們回到老本行,來研究一下memory的測試方法。

按照Memory的設計制造working flow及其輔助電路,測試環節大致分為以下幾個部分:

  • Cell level --design andmodeling 單元設計、評估及建模

  • Wafer level –acceptance test代工廠晶圓級自動化測試

  • Chip level --Protocolvalidation 芯片級協議分析

  • Controller IC – Interfacemeasurement控制芯片接口測試

  • Module level 以SSD為例

 

接下來我們分上、下兩篇分別講解

這5個部分的詳細測試方法和測試方案

 

{  第一部分  }

Typical Cell evaluation of NVM – flash memory

三大問題,一個對策,你值得擁有

 

當前主流的NVM由於讀寫速度快,測試序列復雜,因此在測試時需要

  • High pulse quality 高質量的脈沖

  • Complex waveform generation復雜的信號生成

  • Higher throughput 高吞吐率

 

典型的memory cell測試主要分為3部分:

1、Write / Erase pulse width dependency

2、Endurance test

3、Disturb test

 

1

Write / Erase pulse width dependency

流程如下

 

 

問題 1-a) 脈沖波形失真

根據以上測試流程,首先我們的工程師編寫程序寫進一個理想脈沖。

 

 

然而由於傳輸線的多重反射及電感效應,實際測試脈沖已經引入了失真:

 

 

問題 1-b) 復雜的時序圖生成

 

 

 

時鍾的同步、延時、脈寬、上升下降沿,都是要考慮的因素

 

2

Endurance Test的流程如下

 

 

問題2-a) 超長疲勞測試時間

 

 

Issue 2-b) 還是波形產生的問題,在疲勞測試中需要為memory cell注入多電壓信號脈沖,以測試memory的性能

 

 

3

Disturb test

 

 

Issue 3-a) 測試設備的靈活性,例如:在兩個cell上同時加壓,一個為工作單元, 一個為干擾單元

Issue 3-b) 要求比較高的電壓加速degradation (e.g. > 40Vfor NAND)

 

總結以上部分,可得在存儲器單元主要三種功能測試中,主要的測試挑戰如下

面對如此錯綜復雜的考量,正確的方法,是使用Keysight HV-SPGU module in B1500A(HighVoltage Semiconductor Pulse Generator Unit),這是基於Keysight半導體參數分析儀(也就是Tracer)B1500A的高壓脈沖產生單元,它可以產生± 40V的電壓脈沖,用於memory cell 的disturb test。

 

 

從正面面板,可以看到這一個可配置於B1500A的模塊,每個模塊有兩個channel,也就是說對於5插槽的B1500A,最高可以配置10個channel。

除了高壓、通道數之外,我們接下來來了解一下它在復雜波形生成、超高脈沖精度、以及測試軟件等方面的能力,看它是如何在方方面面滿足memory cell測試的全部要求。

 

>>> 看精度

 

 

如此好的精度,帶來的直接好處,就是脈沖建立時,overshoot和振鈴都非常小,來看幾種電壓和建立時間的組合:

 

 Ttransient=20ns;Vamp=10V

 

▲ Ttransient=20ns;Vamp=20V

 

▲ Ttransient=30ns;Vamp=40V

 

>>>看測試場景

33種測試場景,貼心內置

 

>>>看速度:

Estimated test time

for one millioncycle endurance test

 

20倍加速,再也不用等待那么長的時間。

 

 

{  第二部分  }

On-wafer massiveparametric test for memory

 

第一部分居然羅里吧嗦講了這么長,弄得小編開始懷疑自己的年齡。為了證明小編還年輕,決定一言不發,甩2張圖直截了當簡單粗暴快刀斬亂麻結束這一部分

 


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