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  • Memory及其controller芯片整体测试方案(上篇)

    如果你最近想买手机,没准儿你一看价格会被吓到手机什么时候偷偷涨价啦!

    其实对于手机涨价,手机制造商也是有苦难言,其中一个显著的原因是存储器芯片价格的上涨↗↗↗

    >>> 存储器memory的江湖地位

    存储器memory,是电子设备的基础核心部件之一,全球memory市场规模约700亿美元,在全球3352亿美元的集成电路产业中,占据23%的份额。

    随着今年存储器价格的飙涨,各大memory厂商赚得盆满钵满,甚至把memory称为印钞机也丝毫不为过。与此同时,存储器在真金白银的交换中,也充分证明了自己在电子信息产业江湖中的地位。

    >>> 存储器的分类

    存储介质的形式有很多种,从穿孔纸卡、磁鼓、磁芯、磁带、磁盘,到半导体DRAM内存,以及SD卡,固态硬盘、SSD、闪存等各种存储介质。

    存储器大致可以分为掉电易失性(Volatile Memory)和非掉电易失性(Non-volatile memory)。

    目前全球存储器市场最大的集中在

    DRAM、NAND Flash、NORFlash三大类

    这三类存储器,主要用在哪里呢?

    以手机举例——

     DRAM 

    4GB就是内存部分,DRAM,用来存放当前正在执行的数据和程序, 例如屏幕前的你正在刷的微信;

     NAND FLASH 

    64GB就是闪存部分,NAND FLASH,用来存放长期信息,例如各位宝宝的美颜美照,你的聊天记录,还有其他……当然了,也正是因为我们存的东西越来越多,二维空间已经无法存放这么多的信息,生生逼着NAND走向了三维空间,也就是3D NAND。

    ▲ 3D NAND的构造就像一个摩天大楼

    此外,一些新型的存储器也在研究的过程中,例如磁阻式RAM (MRAM--ST-MRAM、STT-MRAM)、电阻式RAM(ReRAM),PRAM、FeRAM等。

    了解了Memory的庞大家族,和主要成员之后,我们回到老本行,来研究一下memory的测试方法。

    按照Memory的设计制造working flow及其辅助电路,测试环节大致分为以下几个部分:

    • Cell level --design andmodeling 单元设计、评估及建模

    • Wafer level –acceptance test代工厂晶圆级自动化测试

    • Chip level --Protocolvalidation 芯片级协议分析

    • Controller IC – Interfacemeasurement控制芯片接口测试

    • Module level 以SSD为例

    接下来我们分上、下两篇分别讲解

    这5个部分的详细测试方法和测试方案

    {  第一部分  }

    Typical Cell evaluation of NVM – flash memory

    三大问题,一个对策,你值得拥有

    当前主流的NVM由于读写速度快,测试序列复杂,因此在测试时需要

    • High pulse quality 高质量的脉冲

    • Complex waveform generation复杂的信号生成

    • Higher throughput 高吞吐率

    典型的memory cell测试主要分为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

     

    问题 1-a) 脉冲波形失真

    根据以上测试流程,首先我们的工程师编写程序写进一个理想脉冲。

    然而由于传输线的多重反射及电感效应,实际测试脉冲已经引入了失真:

    问题 1-b) 复杂的时序图生成

    时钟的同步、延时、脉宽、上升下降沿,都是要考虑的因素

    2

    Endurance Test的流程如下

     

    问题2-a) 超长疲劳测试时间

     

     

    Issue 2-b) 还是波形产生的问题,在疲劳测试中需要为memory cell注入多电压信号脉冲,以测试memory的性能

    3

    Disturb test

    Issue 3-a) 测试设备的灵活性,例如:在两个cell上同时加压,一个为工作单元, 一个为干扰单元

    Issue 3-b) 要求比较高的电压加速degradation (e.g. > 40Vfor NAND)

    总结以上部分,可得在存储器单元主要三种功能测试中,主要的测试挑战如下

    面对如此错综复杂的考量,正确的方法,是使用Keysight HV-SPGU module in B1500A(HighVoltage Semiconductor Pulse Generator Unit),这是基于Keysight半导体参数分析仪(也就是Tracer)B1500A的高压脉冲产生单元,它可以产生± 40V的电压脉冲,用于memory cell 的disturb test。

    从正面面板,可以看到这一个可配置于B1500A的模块,每个模块有两个channel,也就是说对于5插槽的B1500A,最高可以配置10个channel。

    除了高压、通道数之外,我们接下来来了解一下它在复杂波形生成、超高脉冲精度、以及测试软件等方面的能力,看它是如何在方方面面满足memory cell测试的全部要求。

    >>> 看精度

    如此好的精度,带来的直接好处,就是脉冲建立时,overshoot和振铃都非常小,来看几种电压和建立时间的组合:

     Ttransient=20ns;Vamp=10V

    ▲ Ttransient=20ns;Vamp=20V

    ▲ Ttransient=30ns;Vamp=40V

    >>>看测试场景

    33种测试场景,贴心内置

    >>>看速度:

    Estimated test time

    for one millioncycle endurance test

    20倍加速,再也不用等待那么长的时间。

    {  第二部分  }

    On-wafer massiveparametric test for memory

    第一部分居然罗里吧嗦讲了这么长,弄得小编开始怀疑自己的年龄。为了证明小编还年轻,决定一言不发,甩2张图直截了当简单粗暴快刀斩乱麻结束这一部分

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