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[闪存]Flash低温失效!天寒地冻,保护数据!码字稍多 [复制链接]

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离线wqjuyu
 

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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2013-12-25
首先介绍一下闪存失效(知道的坛友可以看后面)
先感谢坛友拿出时间来看文章
     任何新的产品在量产之前,都要经过大量的特性化测试和可靠性测试,及时发现现有问题或潜在问题,积极寻找解决方案,以确保产品符合设计要求。
在工艺流程上,这属于封装测试研发阶段。在这一阶段,同时会开发出量产时所需要的测试流程和测试方法。特性化测试主要分为几个方面:基本功能测试,逻辑测试,性能测试,参数测试和一些特殊功能测试,如启动,启动斜率等。
    每一个新的掩摸组成品生成后,首先要验证其基本功能,读,写,擦除可以正常工作,而且一定要收集各个阶段的 Vt 分布图,观测 Vt 分布,比较不同工作电压和温度下的 Vt 分布差异,确保 Vt 分布在一个合理的范围之内。
    逻辑测试是针对每一个掩摸组成品都要进行的测试。这种测试可以理解成是各种性能的组合测试,验证各项功能是否符合设计要求。
    在功能测试时,芯片承受矢量的程序输入,并监控输出程序的正确性。在产品符合各项功能参数的情况下,对产品的可靠性的验证是必不可少的。
    产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力称之为可靠性。可靠性的概率度量称可靠度(即完成规定功能的概率)。产品或产品的一部分不能或将不能完成规定功能(Spec)的事件或状态称故障,对电子元器件来说亦称失效可靠性公式 R(t) = 1 - F(t)。R(t) 是正常寿命概率,F(t)是失效概率。
    失效是指产品不能正常发挥其所被要求的功能。失效分为两种,一种是完全失效,丧失功能。另外一种是功能减弱,不能完全满足期望功能。
    浴盘曲线一般用来描述产品的失效率。失效率是可靠性测试中最关键的参数。失效率某时刻尚未失效的器件继续工作下去时在单位时间内失效的几率。通常以 FIT(Failure In Time)作单位,1FIT=10亿个产品 1 小时内失效 1 个或 1000 小时内 1ppm 的失效率。失效率的倒数表示两个失效之间的间隔时间,即 MTBF (Mean Time Between Failure)。抽样数和可接受失效数由可接受的产品不合格质量水平及可信度推算。通常的抽样 77pcs 允许 1pc 失效对应的可接受不合格质量水平的不合格率为 5%/1000hrs(50ppm)。

失效时间和失效机理
    按照浴盘曲线,从时间上来说,有以下失效:早期失效:产品本身存在的缺陷(设计缺陷/工艺缺陷)造成,改进设计/材料/工艺的质量管理,可明显改善早期失效率偶然失效:失效率低且稳定,不当应用是失效主要原因。耗损失效:磨损、老化、疲劳等引起产品性能恶化。如缓慢的化学变化使材料退化,压焊点氧化等。失效机理一般有以下几种:热效应:金线热疲劳而断开、塑封体裂纹引起密封性失效、粘片层空洞引起热阻增大、钝化层开裂、芯片开裂、铝再结构造成开/短路、键合处出现紫斑开路等。化学效应:引脚腐蚀、塑封/界面/裂纹吸湿引起铝线腐蚀/键合区电化学腐蚀、水汽带入的离子引起漏电、塑封体中的杂质离子引起漏电等。电效应:强电场导致栅氧击穿/MOS 电容击穿、 大电流发热导致多晶电阻烧毁/PN结区硅烧熔/金属间电弧/铝烧熔/塑封碳化等。机械应力:振动、加速度、应力等。
下面我介绍一下闪存低温失效
直接上图:温度变化对闪存速度的影响

温度的降低导致电子迁移速率的降低

测试用的F在大于90℃(最大150℃下测试1008小时仍可用,坛友们可以放心了吧,F这东西,耐高温)的环境中测试均通过,而在低温下性能降低,-40℃时完全失效
失效产品低温性能曲线

在光子显微镜下,失效F与正常F并没有明显区别

失效机理
    ①封装分层。在从室温到极端寒冷环境的热循环过程中,模压复合物与基片或引线框之间的热膨胀系数差异可造成分层和开裂。在极端低温下,由于贮存操作温度和密封温度之间的差异很大,因此导致分层和开裂的应力也非常大。并且,随着塑料在极端低温下耐开裂强度的下降,开裂的可能性也随之增加(封装经过-55~125 ℃的热循环时,引线框尖锐边缘处就会出现开裂和分层)。另外,潮湿对低温下关键基片,即封装材料界面上的分层还会产生加速效应。这种加速效应可由封装内凝结水汽的冻结和解冻所引起。
    ②对芯片的机械应力。由于塑封料和硅的线性热膨胀系数相差一个数量级,可使器件在温度变化的环境里,塑封料在芯片上移动。这种应力对芯片表面结构构成一种剪切力,它首先使芯片上附着力弱的金属化层向芯片中心滑移,造成金属化铝条间开路或短路;也可能造成钝化层或多晶硅层破裂,多层金属化上下层间短路。
    ③塑封料在工作温度下会对芯片有一个压应力。温度越低,压应力越大。同时塑封料中加了石英砂填料,以其尖锐的角尖接触芯片,塑封料的压力传递到芯片上,刺破钝化层和金属层造成开路或短路,也会造成 IC 中的元器件参数变化。
    ④此外,有些缺陷是由颗粒引起的,产生的颗粒可以一直遗留在硅片表面,并且是可见的,称为连线之间的短路物或成为使上层材料无法覆盖的凸起物;颗粒也可以在其阻挡了正常诸如、或者在光刻工艺中造成局部图形一场之后,通过清洗从硅片表面去除。人们估计,在大规模集成电路的制造中,成品率损失的 75%是由颗粒引起的。工厂对于颗粒的检查、控制和减少极为重视,洁净房的等级从 100 级提高到 10 级,又到现在的 1 级,为的是减少沾污。不仅减少各种工艺和各种工艺设备带来的颗粒数量,同时在购买新设备和发展新工艺时,确保产生的颗粒最小化,而且在线上的设备移去维修时,确保移出和就位时的影响最小。此外,周期性的颗粒测试也是很必要的。
    ⑤如果定义缺陷是导致电路功能错误,那么工艺参数的简单波动就可能引起缺陷。
   写了这么多,好像问题还是有些模糊,不过没关系,我在这就说一句:Flash在低温下储存数据不稳定,而且读写速率都会降低!
测试用的F是MLC的,一般进行10000次快速读写测试均能通过。而一般的工厂损耗测试有两种:10000和100000次快速擦写测试(非磨损平衡条件),相信坛友们懂得我说的意思。有的MLC的Data Sheet里面说明P/E有10000,就说明最低10000,根据一般正常使用,保证10000P/E的正常损耗(其实早就看到过有人的研究说SLC P/E10W-100W,MLC P/E1W-10W,此处欢迎探讨交流)。还有,目前针对TLC的测试较少,更多的集中于损耗均衡算法的研究(原因大家懂得),不过对于U盘而言,简单的损耗均衡啦。重点在SSD
好了,就到这里吧。再次感谢坛友看完此帖。

直接上图参考:

[ 此帖被wqjuyu在2013-12-25 15:34重新编辑 ]
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