<DRAM HBM Reliability Test Item ?>
명확하게 "DRAM과 HBM은 통상 이러한 신뢰성 시험을 한다" 라는 내용을 쉽게 찾을 수 있을거라 생각했지만 그렇지 않았다. 크게 JEDEC과 AEC-Q에서 제시하는 시험 항목을 수행하면 DRAM과 HBM의 신뢰성을 보증하는 것이라 이해해야 하나 싶다. 물론 최소 요구 사항일테고 고객 요구 사항이 반영되는 경우나 강건화 차원 시험 등이 추가로 있을 것으로 사료된다. 그리고 DRAM과 HBM을 구분하긴 했지만 이미 다들 알고 있을 바와 같이 Die Level의 DRAM을 여러 층 쌓아 TSV로 연결 후 Packaging한 것이 HBM이다. 그래서인지 찾아보는 동안 DRAM의 시험 항목은 이것이고 HBM의 시험 항목은 이것이다이기보다 메모리로 묶어서 혹은 DRAM으로 묶어서 혹은 IC류로 묶어서 이것이 필요로 하는 신뢰성 시험이다로 표현하는 것으로 이해가 되었다.
<JEDEC Reliability Test Item ?>
먼저 JEDEC에는 DRAM과 HBM의 사양을 설명하는 대표적인 표준이 있다. 그렇지만 여기에 신뢰성 시험 항목이 언급되어 있지는 않았다. 아래 일부를 옮겨본다.
- JESD235D : High Bandwidth Memory DRAM (HBM1, HBM2), Published 2021.03
- JESD238B.01 : High Bandwidth Memory DRAM (HBM3), Published 2025.04
- JESD79-4D : DDR4 SDRAM, Published 2021.07
DRAM HBM을 특정하지는 않았지만 JEDEC의 시험 관련 표준도 아래 일부 옮겨본다. AEC-Q에서도 해당 표준을 참조하기도 한다.
- JESD22-A101D : Steady State Temperature Humidity Bias Life Test, Published 2021.01
- JESD22-A103E : High Temperature Storage Life, Published 2021.07
- JESD22-A104F : Temperature Cycling, Published 2023.04
- JESD22-A108G : Temperature Bias and Operating Life, Published 2022.11
- JESD22-A110E : Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test (HAST), Published 2021.05
- JESD22-B111A : Board Level Drop Test Method of Components for Handheld Electronic Products, Published 2024.06
- JESD22-A117E : Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) Program / Erase Endurance and Data Retention Stress Test, Published 2018.11
<AEC-Q Reliability Test Item ?>
JEDEC과 달리 (다른) 전장 신뢰성 시험 대표 규격인 AEC-Q에는 여러 시험 항목들이 하나의 규격에 구체적으로 분류되어 있다. 물론 DRAM과 HBM은 이런 시험을 꼭 해야합니다라고는 언급하지 않는다. 자동차 시장에도 사용됨으로 강건화 차원 전장향 시험 규격도 모두 만족하면 좋겠지만 추가 비용 및 시간 등이 소모되기 때문이지 않을까 싶다. DRAM HBM은 IC류로 분류되므로 AEC-Q100을 참고하였다.
- AEC-Q100 Rev.J : Failure Mechanism Based Stress Test Qualification for Integrated Circuits in Automotive Applications, Published 2023.11
Wafer Level에서 Test Group D가 일반적으로 수행될 것이고 평가 측정 관련 Test Group E와 F가 반영될 것이다. Package Level에서 Test Group C가 일반적으로 수행될 것이나 DRAM과 HBM에 맞지 않는 항목들은 빠질 것으로 예상된다 (Wire가 없을 경우 WBS와 WBP는 불요할 것이므로).
Flow 따라 아래로 내려오면 환경 시험들이 Grouping되어 있는데 Test Group A, B, E, G 모두 수행되어야 할 항목으로 보여진다. 일부 논문에서 DRAM HBM 신뢰성을 TC나 HTOL 시험으로 평가한 것을 찾아볼 수 있었다.
길게 한 줄로 적어보면 아래와 같이 표현할 수 있겠다.
Wafer Level (Reliability Test - Burn-in Test - Probe Test) → Package Level (Reliability Test - Burn-in Test - Final Test) → Module or Set Level (Module Test - Application Test)
<Summary : DRAM HBM Reliability Test Item>
서론이 길었는데 파악한 바를 토대로 아래 표에 요약 정리해 본다. 누락된 항목이 분명 있겠지만 큰 틀에서 전반적으로 참고하면 좋겠다.
| 신뢰성 시험 항목 | 참고 표준 및 규격 | 내용 |
| HTOL (High Temperature Operating Life) | JESD22-A108 | 고온 동작 시험 - 동작 또는 가속 전압을 인가한 상태에서 고온 환경 (Ex. 125도)에 장시간 (Ex. 1000시간) 노출 |
| HTSL (High Temperature Storage Life) | JESD22-A103 | 고온 저장 시험 - 동작 또는 가속 전압을 인가하지 않은 상태에서 고온 환경 (Ex. 150도)에 장시간 (Ex. 1000시간) 노출 |
| TC (Thermal Cycling) | JESD22-A104 | 열충격 시험 - 저온과 고온환경 (Ex. -40도, 125도)에 일정 시간 (Ex. 30분) 반복 (Ex. 1000회) 노출 |
| BLTC (Board Level Temperature Cycling) | IPC-9701 | 실장 상태 열충격 시험 - 저온과 고온환경 (Ex. -40도, 125도)에 일정 시간 (Ex. 30분) 반복 (Ex. 1000회) 노출 |
| THB (Temperature Humidity Bias) | JESD22-A101 | 고온고습 시험 - 고온 고습 환경 (Ex. 85도, 85% R.H.)에 장시간 (Ex. 1000시간) 노출 |
| High Acceleration Stress Test (HAST) | JESD22-A110 |
가속 고온고습 시험 - 고온 고습 환경 (Ex. 130도, 85% R.H.)에 장시간 (Ex. 96시간) 노출 * 온도와 시간의 Trade-off로 THB와 비교되기도 함. |
| ESD (Electro Static Discharge) | JS-001 (HBM ; Human Body Model) JS-002 (CDM ; Charged Device Model) |
정전기 평가 - HBM : 매우 짧은 시간 (Ex. ns) 아주 강한 정전기 (Ex. 8kV)를 인가 - CDM : 대전 (Charged) 시킨 부품을 빠르게 방전시킴 * 시험이 아닌 평가라 지칭한 사유는 특정 시험 조건을 만족해야 한다라기보다 어느 조건까지 견디는지 시험을 하고 견딘 최대의 시험 조건으로 해당 부품의 수준을 판정하기 때문. |
| Latch-up | JESD78 | 비이상적 과잉 조건 파괴 평가 - 전류 평가 : 과전류 (Ex. 100mA) 인가 - 전압 평가 : 과전압 (Ex. 동작전압 * 2) 인가 |
| Drop (DROP) | JESD22-B111 | 낙하 시험 - 일정 높이 (Ex. 1.2m)에서 부품 방향별 낙하 - 부품 실장 상태 (Ex. 8장 보드에 각 15개 부품 실장)에서 방향별 낙하 조건 (Ex. Acceleration Peak : 1500G , Pulse Duration : 0.5ms) 평가 |
| Variable Frequency VIbration (VFV) | JESD22-B103 | 진동 시험 - 방향별 진동 조건 (Ex. Acceleration Peak : 50G , Frequency : 20~2000Hz) 평가 |
| Mechanical Shock (MS) | JESD22-B104 | 충격 시험 - 방향별 낙하 조건 (Ex. Acceleration Peak : 1500G , Pulse Duration : 0.5ms) 평가 * 낙하 시험을 설비로 평가하는 것과 유사. |
| SER (Soft Error Rate) | JESD89-1 | 데이터 변화 빈도 확인 시험 - 방사선 입자 노출 or 사용 환경 노출 |
| EDR (Endurance / Data Retention) | JESD22-117B | 데이터 내구 / 보존 시험 - 전하가 저장된 메모리에 대해 전압 인가 (Ex. 5V)를 통한 전하 쓰기 / 지우기 반복 - 전하가 저장된 메모리에 대해 고온 환경 (Ex. 150도) 노출 |
<기타>
- 참고 표준 및 규격으로 JEDEC을 기입했지만 AEC-Q100 내에서도 AEC-Q100-002 등과 같이 전장향으로의 규격과 IPC 규격도 있음.
- 특히, HBM은 DRAM을 초고밀도 적층한 것으로 발열 (열화, 응력 등)이나 물리적 (휨 등) 문제에 좀 더 강건하게 평가한다고 함.
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