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HAST试验箱做DRAM高压加速老化,几个比条件更值得较真的细节

DRAM 做湿热可靠性验证,常规 85℃/85% RH 动不动就是一千小时起步。现在存储颗粒迭代速度快,等完整测试跑完,产品可能都要换代了。所以 HAST 这种高压加速的手段,在存储芯片研发端用得越来越普遍。

 

但真把 DRAM 放进 HAST试验箱,不是设好130℃、85% RH、2.3atm 这几个数就完事。有几个比标准条件更值得抠的细节,稍不注意,测出来的数据很容易失真。

 

最容易被低估的,是偏压的施加方式。同一批DRAM 颗粒,不带偏压跑满 96 小时,可能一颗失效都出不来;给存储阵列加上接近工作电压的偏置,48 小时就能测出数据保持时间明显下降。核心原因是偏压会驱动离子沿着塑封料和钝化层的界面定向迁移,慢慢形成漏电通道 —— 这种失效模式,单靠湿热应力很难快速激发出来。很多人直接套用 JEDEC 给逻辑芯片的通用偏压推荐,放到 DRAM 上其实不一定合适,得结合存储阵列的实际工作电压来设计,不然测出来的 “通过”,参考价值很有限。

 

下图是 DRAM 存储单元与测试架构示意,偏压直接作用于存储阵列的电容与晶体管单元,才能真实模拟工作状态下的电化学失效:

试验箱本身的温湿度均匀性,也经常被忽略。腔内压力一波动,真实的相对湿度就会跟着偏,尤其是快速升温的阶段。设备标称 ±2% RH 的均匀度,放上大面积测试板之后,局部偏差很可能突破 5%,足够干扰腐蚀速率的判断。更隐蔽的坑在测试板本身。上面的去耦电容、PCB 走线,在高温高湿高压环境下的自漏电并不小,很容易被误判成芯片失效。夹具绝缘没做足、走线布局没考虑高压湿热场景,最后测出一堆 “失效件”,排查下来全是板子的问题,白白浪费时间。

 

温度上限的选择也得谨慎。DRAM 内部的电荷泵、刷新时序电路,在 130℃下本身就可能出现和湿度无关的性能退化,比如输出漂移、时序裕度收缩。这类本底失效混进 HAST 的结果里,后续失效分析根本分不清诱因。稳妥的做法是正式试验前,先跑一组纯高温对照,把非湿气导致的失效先剥离出去,再谈湿热加速的效果。

 

还有一点很少有人注意:塑封料在高压下的吸湿行为,和常压湿热环境并不一致。有公开数据显示,部分低应力环氧塑封料在 0.2MPa 压力下的吸湿饱和值,反而低于常压高湿环境 —— 压力会改变材料内部的自由体积分布。这就导致平时算加速因子用的那些经验活化能数值,到了高压段会出现偏差,特别是离子迁移主导的失效模式,不能直接套用常压下的模型。

 

行业里 DRAM 常用的 HAST 试验条件,大致可以参考下表:

 

试验过程中在线监测引脚间绝缘电阻和漏电流,结束后复测读写功能、刷新周期和数据保持时间,同时检查封装外观有无鼓包、分层、引脚腐蚀等异常。