一文读懂存储芯片筛选流程

工业级存储芯片在高温环境下长时间工作时，可能出现数据读取错误、金属化电迁移、键合点疲劳等失效问题，从而影响系统整体可靠性。例如，研制的某一款DDR3芯片在高温125℃的环境下持续工作10小时之后，出现了少量失效的现象。为此，我们调研并总结了一套针对严苛环境下应用的存储芯片的筛选流程与方法，该方法能有效剔除大部分缺陷器件，保障芯片在严苛环境下的长期稳定性。

01筛选

经过调研业内存储芯片的筛选方法，有一套比较有效的筛选流程可供采用。该流程通过施加温度循环、老炼、电参数测试等应力，可有效激发器件潜在的金属化电迁移、键合点疲劳、栅氧化层缺陷等各类隐性隐患，并精准剔除存在此类问题的元器件

筛选流程和要求

基于对存储芯片筛选的相关内容的研究，并参考GJB548C-2021《微电子器件试验方法和程序》中的相关试验方法，结合产品实际使用环境与失效模式，总结了一套可操作的筛选流程。通过此流程，能够有效剔除存在潜在缺陷的早期失效元器件，提高产品的可靠性。

筛选项目与条件如表1所示。其中，项目4~8（老炼前中间电测试、老炼、老炼后中间电测试、PDA计算、终点电测试）是剔除早期失效的关键环节，特别适用于工业级产品在严苛环境下的应用。

项目	方法	条件
1、内部目检	GJB 548C-2021 方法 2010	—
2、温度循环	GJB 548C-2021 方法 1010	-65-10℃和150+15℃，至少50次，停留时间≥10min
3、编序列号	—	—
4、老炼前中间电测试	—	25℃下测试
5、老炼	GJB 548C-2021 方法 1015	并行激励试验，TA=125℃ , 160h（或方法 1015 规定等效条件）
6、老炼后中间电测试	—	25℃下测试
7 、PDA 计算	—	—
8、终点电测试	—	-55℃和125℃下测试
9 、X 射线	GJB 548C-2021 方法 2012	要求顶视面检查，内引线及其他明显缺陷
10、超声检测	GJB 548C-2021 方法 2030	要求顶视面检查
11、外部目检	GJB 548C-2021 方法 2009 或承制方内部规程	—

表1 筛选流程

筛选流程简述：

1.先进行内部目检和温度循环，检查芯片内部结构完整性并施加温度应力。

2.编序列号以便追溯。

3.在25℃下进行老炼前中间电测试，记录初始电性能。

4.进行高温老炼（125℃，160小时），激发出潜在缺陷。

5.在25℃下进行老炼后中间电测试，并与老炼前结果对比。

6.计算PDA（不合格品比例），要求不超过1%。

7.在-55℃和125℃两个温度点进行终点电测试，验证全温区性能。

8.最后进行X射线、超声检测和外部目检，剔除存在内部或外部物理缺陷的器件。

内部目检、温度循环、编序列号

在老炼前中间电测试前需要进行内部目检、温度循环、编序列号，确保了进入电测试的器件结构完整、经过环境应力激发且可追溯，从而保证老炼前电测试数据的真实性和有效性。

内部目检的方法依据GJB 548C-2021 方法 2010。其目的是检查产品内部结构是否存在可见缺陷（如裂纹、异物、键合异常等），确保内部质量符合要求。

温度循环的方法和条件依据GJB 548C-2021 方法 1010：冷端温度：-65-10℃（-65 ~ -75℃），热端温度：150+15℃（150~165℃），每步温度停留时间≥10分钟，至少50次。其试验目的是测定器件承受极端高温和极端低温的能力，以及极端高温与极端低温交替变化对器件的影响。

编序列号是为每个元器件分配唯一的序列号，以确保在整个筛选过程中的可追溯性。

老炼前中间电测试

在老炼测试前，再次对元器件进行电参数测试。老炼前中间电测试的目的在于确保进入老炼工序的器件初始电性能符合规范要求，确认元器件未在老炼前的工序中发生损坏或参数漂移。如果在老炼前测试已发现不合格品，应从该批次中剔除，以免其进入后续老炼工序造成不必要的成本浪费。

老炼前电测试包含了在25℃下对元器件进行静态测试、动态测试、功能测试和开关测试，其具体的测试参数如下：

直流参数测试（DC参数）：

25℃静态测试：命令和地址参数（VIH、VIL）、数据(DQ and DM)参数（VIH、VIL）、漏电流参数(IOL、IIL)，验证命令、地址、数据引脚和漏电流是否符合规范；

25℃动态测试：直流参数，例如IDD0、IDD1、IDD2Q、IDD2N等，覆盖了元器件各工作模式下功耗特性；

交流参数测试：

25℃开关测试：例如时钟参数、命令和地址时序参数、DQ输入参数、DQ数据选通参数等，验证各项时序参数是否符合规范；

功能验证测试：

25℃功能测试：f=800MHz；包括：地址译码验证、存储单元读写验证（全地址March算法测试）、刷新功能验证、模式寄存器设置验证等。通过对比老炼前后的功能测试结果，判断器件是否存在存储单元故障、读出放大器异常或控制逻辑失效。

老炼

产品寿命周期分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期和耗损失效期。早期失效期是由于制造缺陷（如表面污染、键合不良、氧化层缺陷、金属化电迁移等）导致失效率较高的阶段，但随着缺陷品快速淘汰，失效率迅速下降。老炼试验的使命正是通过施加“高温+电应力”的严苛环境，加速模拟早期失效进程，使得先天存在缺陷的元器件提前暴露问题。若不经此筛选，这些缺陷器件将在实际使用中发生早期失效，影响系统可靠性。

老炼试验的方法和条件依据GJB 548C-2021 方法1015：并行激励试验TA=125℃, 160h（或方法 1015 规定的等效条件，例如TA=150℃ , 80h）。老炼试验通过对器件施加最大或更高的工作应力，剔除存在固有缺陷或工艺缺陷的器件，防止其在正常使用中出现早期失效。

老炼试验的条件为并行激励试验：它适用于各类电路。试验时所有电路必须施加合适的激励信号，以尽可能模拟实际应用，而且所有电路均应采用最大的外加负载。激励频率不得小于60Hz。一般情况下，老炼试验指代的是施加了clk信号的静态老炼。

并行激励示意图

PDA计算

在老炼后对元器件进行电测试后，计算不合格品率（PDA），PDA应不超过1%。PDA计算公式如下：

终点电测试

终点电测试的核心目的在于验证老炼试验是否成功激发了潜在缺陷，确认经高温应力暴露后器件的电性能是否仍符合规范要求。该项测试通过高温和低温的参数检测，可以剔除“短期合格、长期失效”的具有潜在缺陷的元器件。

终点电测试包括125℃和-55℃下的静态测试、动态测试、功能测试和开关测试，其测试参数与老炼前和老炼后中间电测试相同。

X射线、超声检测、外部目检

在终点电测试之后，X射线、超声检测、外部目检，通过无损检测手段剔除存在内部结构缺陷（如内引线异常、芯片粘接空洞）及外部封装损伤的器件，确保芯片的物理可靠性。

X射线检测的方法和条件依据GJB 548C-2021方法2012，要求顶视面检查，内引线及其他明显缺陷。X射线检测的目的是以非破坏性方式检查封装内部，发现内部缺陷，从而确保器件的内部结构和工艺质量。

超声检测的方法和条件依据GJB 548C-2021 方法 2030，要求顶视面检查。超声检测是通过声学连续性测量，以非破坏性方式检测半导体器件芯片粘接材料中的未粘附区域和空洞。

外部目检方法依据GJB 548C-2021 方法 2009。外部目检的目的是检验气密性封装器件的工艺质量，也可以用来检验已封装器件在装运、安装、试验过程中引起的损坏。

02总结

工业级存储芯片在严苛的高低温循环及长期运行环境中，其内部潜藏的各类缺陷极易引发各类可靠性风险。通过采用一套严谨的测试和筛选机制，能够有效加速这些潜在隐患的显现，精准识别并剔除存在问题的不合格品。该筛选流程充分利用了“浴盆曲线”的理论基础，通过施加特定的温度与电应力，实现了对缺陷器件的有效剔除。作为一套经过实践验证的可行方案，它不仅大幅降低了元器件在实际应用中的故障率，更为保障系统在复杂工况下的长期稳定性与安全性提供了坚实支撑，是提升产品整体可靠性的关键环节。