DRAM-Module Bei DRAM einfach nur billig? Wo die Qualitätsunterschiede liegen

Autor / Redakteur: Ulrich Brandt * / Holger Heller

DRAM-Speichermodule sind in einer breiten Preisspanne erhältlich. Vielen Anwendern ist jedoch nicht bewusst, wo die Qualitätsunterschiede liegen und wie sich diese in ihrer Anwendung auswirken.

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Highspeed-Modultester von Swissbit: bestehend aus Patterngenerator, parametrischer Einheit und einer Treiberschnittstelle
Highspeed-Modultester von Swissbit: bestehend aus Patterngenerator, parametrischer Einheit und einer Treiberschnittstelle
(Swissbit)

Die Kapazität von DRAM- und Flash-Komponenten wächst so schnell wie bei praktisch keinem anderen elektronischen Bauelement. Trotzdem fordert der Markt gleich bleibende oder sogar sinkende Preise. Diese Preiskontinuität erzielen die Hersteller durch permanente Die-Shrinks. Dabei werden auch die elektrischen Ladungen, die in den DRAM-Zellen gespeichert sind, immer geringer.

Außerdem wird das Zellenfeld zusätzlich mit niedrigeren Spannungen betrieben und es gibt mehr Übersprechen und Kopplung zwischen benachbarten Strukturen. Um die Kapazität zu steigern, kommen für das Zellendielektrikum immer exotischere Substanzen zum Einsatz und die Zellenoberfläche ist stärker strukturiert. Eine extrem verwobene Zellstruktur macht moderne DRAM anfälliger für Störungen als ältere Technologie.

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Miniaturisierung rückt Tests in den Fokus

Um trotzdem eine gewisse Qualität sicher zu stellen, werden Tests zunehmend wichtiger. DRAM-Bausteine werden zuerst auf Wafer-Ebene getestet, meist vielfach parallel mit Nadeladaptern. Sie erzwingen eine Testfrequenz, die deutlich unter der eigentlichen Betriebsfrequenz liegt. Um die Prüfung zu beschleunigen, setzen viele Hersteller auf einen so genannten Build-In-Selftest. Diesen Selbsttest führt der DRAM auf dem eigenen Zellenfeld aus. Dabei wird primär nach schwachen Zellen gesucht, die sich auf Wafer-Ebene noch leicht durch Redundanz reparieren lassen.

Auf den fertig vergossenen Chips folgen dann Tests bei der Betriebsfrequenz mit komplexeren Datenmustern. Sie finden meist bei hoher Temperatur statt, da diese für die DRAM Technologie besonders kritisch ist. Hier gibt es bereits erste Unterschiede: Während hochwertige DRAMs viele unterschiedliche Datenmuster und sehr scharfe Timings überstehen müssen, durchlaufen preisgünstigere DRAMs aus gleicher Produktion nur einen abgeschwächten Test. Diese Qualitätsunterschiede lassen sich nicht an der Artikelnummer festmachen: Auf dem Spotmarkt kann sich beim gleichen Typ die Testschärfe von Charge zu Charge unterscheiden.

Zusätzlich arbeiten DRAM-Hersteller bei der Prüfung mit Sicherheitsmargen. Dabei stehen sie in dem Zwiespalt zwischen einer hohen Prüfmarge mit unakzeptablem Ausschuss und dem Preisdruck, der nur durch einen geringeren Ausschuss mit entsprechend niedrigerer Sicherheitsmarge zu erzielen ist.

Aufbauschäden

Doch selbst wenn Modulhersteller ausschließlich DRAMs höchster Qualität direkt vom Hersteller einsetzen, führt dies nicht zwangsläufig zu hochwertigen DRAM-Modulen. Denn die hohe Temperatur beim Löten verursacht starken Stress am Zellkondensator und seinem Dielektrikum, so dass sich die Zellkapazität und Ladungserhaltung teilweise verschlechtern. Dadurch haben die DRAM Zellen eine verringerte Speicherfähigkeit und fallen aus, wenn sie bei hoher Temperatur und mit kritischen Testpattern betrieben werden.

Um auszuschließen, dass die DRAM-Komponenten bei der Montage geschädigt wurden, sind anspruchsvolle Prüfungen auf Modulebene notwendig. Diese müssen nicht nur bei Zimmertemperatur sondern bei den spezifizierten maximalen Betriebstemperaturen oder sogar jenseits davon durchgeführt werden. Denn die typischen Fehlermodi unterscheiden sich je nach Temperatur: Bei Kälte fallen meist Chip interne Kontakte aus, bei Hitze verringert sich vor allem die Speicherfähigkeit durch Leckströme. Da kein gängiger Ansatz beide Effekte berücksichtigt, kann nur mit Tests einerseits bei hoher andererseits bei niedriger Temperatur die volle Funktionsfähigkeit des DRAM-Zellenfeldes nach dem Modulaufbau verlässlich geprüft werden.

Hierfür stehen zwei Testverfahren zur Auswahl: auf speziellen DRAM-Testern oder auf normalen Motherboards. Ein Modultester besteht aus einem Patterngenerator, einer Parametrischen Einheit und einer Treiberschnittstelle. Der Patterngenerator erzeugt Adress- und Datenfolgen, dabei ist er oft auf lineare Adressiermodi beschränkt, zufällige Sequenzen sind meist nicht möglich.

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