TCSAE《汽车用双倍数据速率同步动态随机存储器高温工作寿命试验规范》编制说明

《汽车用双倍数据速率同步动态随机存储器高温工作寿

命试验规范》编制说明

一、工作简况

1.1任务来源

《汽车用双倍数据速率同步动态随机存储器高温工作寿命试验规范》团体标准

由中国汽车工程学会批准立项。文件号中汽学标【2023】210号，任务号为2023-

095。本标准由中国汽车芯片产业创新战略联盟提出，由北京国家新能源汽车技术

创新中心有限公司牵头，联合西安紫光国芯半导体有限公司、北京车和家信息技术

有限公司、深圳江波龙电子股份有限公司、广电计量检测集团股份有限公司、兆易

创新科技集团股份有限公司、北京邮电大学和北京新能源汽车股份有限公司共同研

究制定。

1.2编制背景与目标

随着汽车“三化”程度的提高，车用存储器的需求与日俱增，汽车的高性能计

算和图像处理等应用均需要大量使用双倍数据速率同步动态随机存储器(DDRSDRAM，

以下简称DDR)。近两年，车用存储器市场规模年均增长24%，其中，DDR约占整个

车用存储器市场的56%。目前，车用DDR芯片研发技术被国外垄断，已成为制约国

内相关行业发展的“卡脖子”技术，我国还没有面向汽车用动态随机存储器的可靠

性检验规范，一定程度上阻碍了国产汽车用动态存储器产品的上车应用和行业发展。

在此背景下，制定我国的汽车用DDR工作寿命试验标准具有重要的作用，一方

面可以让上游芯片设计企业明确产品和设计标准，另一方面也可以让下游汽车主机

厂明确芯片选用标准，实现统一产业链上下游的技术语言。这将会为提高我国车用

动态随机存储器研发技术水平，促进国产动态随机存储器上车应用提供很大帮助。

本标准将汽车芯片的高可靠性和高安全性作为基本制定要求，依据汽车芯片的

环境剖面和实际任务剖面来确定具体的环境应力条件和工作负载条件，解决相关国

内外汽车用DDR工作寿命标准没有规定具体工作负载和偏置要求的问题。本标准规

定的试验方法，适用于指导汽车用DDR产品的工作寿命试验，对其他等级的DDR产

品的工作寿命试验也具有借鉴意义。

1.3主要工作过程

本标准按照下列时间节点开展预研、立项、起草等相关工作。

1

序号阶段事项时间节点

1预研研讨标准的必要性、先进性、可行性以及标准范围2023.07.31

2立项完成标准立项2023.09.30

3起草初稿编制完成2023.03.31

4试验验证按照标准内容完成试验验证2023.03.31

(1)预研

深入研究动态随机存取存储器芯片的结构工艺、可靠性机理和性能指标，广泛

调研国内外DDR芯片产品现状和发展趋势，全面分析国内外车规级集成电路可靠性、

工业级集成电路可靠性和其他DDR芯片寿命试验相关标准，确定制定本标准的先进

性和必要性。同时，邀请汽车DDR芯片相关单位和专家，召开标准预研会，初步拟

定标准研究范围，研讨标准技术框架和内容，编制标准立项申请表、标准初稿等材

料。

(2)立项

根据标准预研成果，确定标准的研究范围、技术框架和技术内容，邀请汽车DDR

芯片相关单位和专家，组织召开标准讨论会议，研讨标准技术框架和技术内容的合

理性和可行性。根据整车企业、芯片企业、科研院校等单位意见，修改标准立项申

请表、标准初稿等材料。2023年7月标准立项材料正式提报中国汽车工程学会，并

参加立项答辩。2023年9月该标准通过立项。

(3)起草

标准立项后，国创中心作为该标准牵头单位，联合整车企业、零部件企业、芯片

企业和科研单位7家单位，共同研制和完善标准草案。本阶段共组织起草组会议三

次，会议研讨过程中，起草组成员单位对标准内容积极讨论，同时结合起草组成员

单位现有技术和经验，提出标准修改意见，参与标准编制，给予试验验证支持等。

起草组第一次会议：

会议时间：2023年11月3日；

会议地点：国创中心会议室；

参会单位：北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司、西安紫光国芯半导体

有限公司、北京车和家信息技术有限公司、深圳江波龙电子股份有限公司、广电计

量检测集团股份有限公司、兆易创新科技集团股份有限公司、北京邮电大学。

2

会议内容：国创中心作为主笔单位，对标准起草方案、标准框架和文本进行了介

绍。起草组成员就标准框架进行了详细讨论，并对标准范围、环境温度应力、工作

应力等重点章节进行了研讨，形成改进意见约15项。会上，起草组成员还讨论了标

准编制的初步分工以及下一步工作安排。

第二次会议：

会议时间：2023年12月12日；

会议地点：国创中心会议室；

参会单位：北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司、西安紫光国芯半导体

有限公司、北京车和家信息技术有限公司、深圳江波龙电子股份有限公司、广电计

量检测集团股份有限公司、兆易创新科技集团股份有限公司、北京邮电大学和北京

新能源汽车股份有限公司。

会议内容：国创中心标准主笔人对整体进展和标准草案进行了介绍。起草组成

员就7.1.1应力通则、7.1.2环境温度、7.1.4工作应力、7.3.2功能测试项、7.3.3

电性能测试项等重点章节进行了充分的讨论，提出标准修改意见8项。同时，起草

组成员对标准补充意见分工和试验验证计划进行讨论。

第三次会议：

会议时间：2024年1月5日；

会议地点：国创中心会议室；

参会单位：北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司、西安紫光国芯半导体

有限公司、北京车和家信息技术有限公司、深圳江波龙电子股份有限公司、广电计

量检测集团股份有限公司、兆易创新科技集团股份有限公司、北京邮电大学和北京

新能源汽车股份有限公司。

会议内容：国创中心标准主笔人对标准进展、标准草案修改内容、试验验证情况

进行了介绍。起草组成员就7.3.3电性能测试项进行了讨论，提出标准修改意见5

项。

(4)试验验证

2023年12月~2月，起草组依据标准试验条件和试验程序，对汽车用DDR芯片

进行了试验验证。

二、标准编制原则和主要内容

2.1标准制定原则

3

本标准充分研究国内外关于汽车芯片工作寿命试验方法相关标准，如AEC-Q100

《FailureMechanismBasedStressTestQualificationForIntegrated

Circuits》、JESD22-A108《Temperature,bias,andoperatinglife》等，按照

GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》给

出的规则起草，并参考了GB/T36474—2018《半导体集成电路第三代双倍数据速

率同步动态随机存储器（DDR3SDRAM）测试方法》、IEC60749-23《Semiconductor

devices-Mechanicalandclimatictestmethods-Part23:Hightemperature

operatinglife》等相关标准。本标准依据汽车DDR车载应用的环境剖面和实际任

务剖面，基于工作寿命加速试验原理，确定了标准中具体应力条件和工作负载条件。

标准同时规定了汽车DDR芯片工作寿命试验程序和功性能测试项，为测试考核该类

芯片高可靠性提供标准依据。

2.1.1通用性原则

本标准提出的工作寿命试验方法不仅适用于汽车DDR芯片颗粒的工作寿命试验

和检验，其他电子元器件产品的工作寿命试验和检验也可参考使用，具有较高的标

准通用性。

2.1.2指导性原则

本标准为汽车DDR工作寿命试验提供了标准的试验条件、试验程序和测试项目，

并给出了试验评价准则，对汽车DDR工作寿命试验开展具有明确的指导作用。

依据本标准，可以实现汽车DDR工作寿命的规范试验和检测，可以让研制方和

使用方准确地评价器件的工作寿命，实现统一产业链上下游的技术语言，促进汽车

DDR芯片的选型和应用。

2.1.3协调性原则

本标准提出的试验方法和要求与目前国内外相关标准中的方法协调、统一。本

标准全面规定了汽车DDR工作寿命试验的应力条件、工作负载、偏置条件和测试要

求。本标准是对当前国内外相关标准的有效补充和完善。

2.1.4兼容性原则

本标准提出的工作寿命试验方法考虑了动态随机存取存储器芯片的设计工艺、

可靠性机理和性能指标，并充分考虑了汽车DDR芯片的特点和应用场景，具有普遍

适用性。

2.2标准主要技术内容

4

本标准共分为6章，规定了汽车双倍数据速率同步动态随机存储器工作寿命的

试验方法，内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、符号和缩略语、试验条

件和试验程序。

2.3关键技术问题说明

本标准试验方法根据DDR的半导体器件机理，依据Aarrhenius加速模型，采

用温度作为加速因子，对汽车DDR的工作寿命开展加速试验，以期加速评估汽车

DDR的工作寿命指标，从而达到在较短时间内验证汽车DDR长达15年以上使用时

间的目的。

本标准规定了汽车DDR器件的四个工作温度等级（等级0-3），每个工作温度

等级对应不同的车载应用温度范围。同时标准规定试验样品应满足3组不同批次、

每组77颗的要求。

各工作温度等级的器件应在规定的环境温度下进行试验，同时本标准也考虑了

使用器件结温Tj作为试验温度应力的使用条件和要求。试验过程中，器件的工作电

压（VDD、VDDQ和VPP）应为工作电压范围的最高电压。器件应工作在动态工作模式

下，并且应按其标称数据传输率进行工作。试验的测试程序应将尽可能多的器件存

储单元处于读写数据状态，并且测试程序应平均覆盖写指令和读指令。根据本标准

基于的工作寿命加速试验要求，试验的应力持续时间应不低于1000小时。

试验前和试验结束后应对器件进行室温、低温和高温下的电测试，电测试项包

括了DDR的功能测试项和电性能测试项。功能测试项包括寄存器读写、数据读写和

自动刷新及自刷新等测试项。电性能测试项包括静态电流、写恢复时间、预充电命

令等待时间和激活到内部读或写延迟时间等测试项。

本标准明确且详细规定了汽车DDR高温工作寿命试验的试验条件和试验方法，

可以指导研用双方规范开展汽车DDR的工作寿命试验和检测，可以使研用双方准确

地评价汽车DDR的工作寿命指标。本标准是对国内外相关汽车芯片可靠性标准的有

益补充和完善。

2.4标准主要内容的论据

本标准的试验条件和试验方法依据汽车DDR芯片车载应用的环境剖面和任务剖

面，以及依据Aarrhenius加速模型来确定。Aarrhenius模型的理论依据是高温能

使电子元器件及材料加快化学反应，造成产品提前失效。

Aarrhenius加速模型如下：

5

퐴퐹=exp{（퐸푎/푘）∙[(1/푇푢)−(1/푇푡)]}

式中：

AF——加速因子；

Ea——激活能；

K——波尔兹曼常数；

Tu——芯片平均工作温度；

Tt——芯片试验温度。

依据汽车DDR芯片车载应用的环境剖面和任务剖面可确定出器件车载应用下的

工作温度和工作负载等条件。器件工作寿命试验施加的环境温度选择125°C，试验

持续时间选择1000小时。根据上述试验条件，依据Aarrhenius加速模型方程，可

以计算得出本工作寿命试验的加速系数，进而可推出器件在正常车载使用条件下的

工作寿命界限。再根据常用汽车工况，可以验证评价汽车DDR芯片产品是否满足使

用时间大于15年的应用要求。

2.5标准工作基础

北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司作为本标准标准牵头单位，在汽车

芯片可靠性研究和检测技术上在行业内处于领先地位，牵头承担了两项汽车DDR芯

片技术方面的国家重点研究项目和北京市科委项目。国创中心在汽车DDR芯片的失

效模式、失效机理、寿命模型和测试系统开发等方面已开展较深入研究和开发工

作。汽车DDR芯片生产方和使用方共同起草标准，最大程度上保证了本标准的科学

性、可用性和实用性。本标准在成熟的设备上进行验证，保证了标准验证结果的准

确性，也证明了本标准的可操作性。

本标准起草组单位由国内整车厂、DDR芯片企业、高等院校和检测机构组成，

涵盖了汽车存储芯片行业各个主要环节，具备完整的汽车电子知识体系和行业经

验，能够为本标准的制定提供强有力的技术和资源支持。

三、主要试验（或验证）情况分析

为验证标准的合理性和可行性，起草组按照标准规定的试验条件和试验程序，

对汽车DDR芯片样品进行了工作寿命试验，并在芯片寿命试验前后，按标准要求对

测试样品进行了功能和性能项的测试。

3.1样品情况

样品类型：车规DDRDRAM芯片；

6

样品数量：3组不同批次，每组77颗。

3.2试验条件

试验应力温度：125℃；

偏置电压：1.1×VDD；

工作负载：样品按产品标称数据传输率800Mbps运行测试程序；

试验持续时间：1000小时。

3.3试验结果

高温工作寿命试验后，样品测试结果如下：

（1）功能测试项

测试项判断标准测试结果

上电初始化按规范的初始化序列，可成功启动DDR芯片，芯片可以响应基本的功能。通过

按规范的初始化序列指令，DDR芯片成功启动后，对DDR芯片相应的模式寄

存器进行不同配置及模式的更改，进行对应的简单操作验证，DDR芯片工作

寄存器读写通过

状态及模式符合所配置的期望状态，且读写基本功能完全正确，无异常的读

写错误出现。

在符合DDR芯片工作规范的条件细啊，经过成功的初始化和模式寄存器配置

后，对DDR芯片进行一定程度用例的数据存储操作，包括不用数据类型的组

数据读写功能通过

合，多样化的存储空间地址的访问，数据读取及写入均正确执行，无异常的

读写错误发生。

针对DDR芯片的数据保持能力，在操作DDR芯片的过程中，按照规范，进行

周期性的自动刷新指令，DDR芯片均可以可靠的完成数据的读写功能，无数

自动刷新和自刷新功

据独处错误或位翻转的异常发生。通过

能

或经过自刷新模式后，DDR芯片均可以可靠的完成数据的读写功能，无数据

独处错误或位翻转的异常发生。

在符合DDR芯片工作规范的条件下，经过成功的初始化和模式寄存器配置

全地址空间访问功能后，对DDR芯片的全地址空间进行一定程度用例的数据存储操作，包括不用通过

数据类型的组合，数据读取及写入均正确执行，无异常的读写错误发生。

（2）电性能测试项

测试项测试条件测试下限测试上限测试值单位测试结果

IDD2P

(Prechargepower-downLowVDD,TCK=2.5ns,CL=5/30.0015.12mA通过

current)

IDD2N

(PrechargestandbyLowVDD,TCK=2.5ns,CL=5/40.0027.75mA通过

current)

IDD6LowVDD,TCK=2.5ns,CL=5/23.0012.78mA通过

7

(Selfrefresh

current)

VILCMDALLTCK=2.5ns,CL=5/200.0035.00mV通过

VIHCMDALLTCK=2.5ns,CL=5/200.0056.50mV通过

VILADALLTCK=2.5ns,CL=5/200.0053.75mV通过

VIHADALLTCK=2.5ns,CL=5/200.0042.50mV通过

VILDQTCK=2.5ns,CL=5/200.0053.75mV通过

VIHDQTCK=2.5ns,CL=5/200.0041.25mV通过

VILDQSTCK=2.5ns,CL=5/200.0080.25mV通过

VIHDQSTCK=2.5ns,CL=5/200.0077.50mV通过

VILDQMTCK=2.5ns,CL=5/200.0051.00mV通过

VIHDQMTCK=2.5ns,CL=5/200.0049.50mV通过

VOLDQLowVDD,TCK=2.5ns,CL=5335.00/396.25mV通过

VOHDQLowVDD,TCK=2.5ns,CL=5335.00/353.75mV通过

VOLDQSLowVDD,TCK=2.5ns,CL=5335.00/435.00mV通过

VOHDQSLowVDD,TCK=2.5ns,CL=5335.00/357.50mV通过

CLKHIGHpulse

LowVDD,TCK=2.5ns,CL=50.150.520.21tCK通过

width,TCH

CLKLOWpulse

LowVDD,TCK=2.5ns,CL=50.150.520.22tCK通过

width,TCL

TCKminLowVDD,TCK=6.0ns,CL=5/2.502.16ns通过

TDSLowVDD,TCK=2.5ns,CL=4/50.0040.62ps通过

TDHLowVDD,TCK=2.5ns,CL=4/125.0086.50ps通过

TISHighVDD,TCK=2.5ns,CL=4/175.0071.87ps通过

TIHHighVDD,TCK=2.5ns,CL=4/250.0047.50ps通过

tWRLowVDD,TCK=2.5ns,CL=42.00/2.46ns通过

tRPLowVDD,TCK=2.5ns,CL=46.50/7.17ns通过

tRCDLowVDD,TCK=2.5ns,CL=46.50/8.19ns通过

tRASLowVDD,TCK=2.5ns,CL=425.007000.0030.59ns通过

3.4试验总结

本标准提出的试验条件、试验程序和测试要求明确且清楚，检测机构或应用单

位可以依据本标准规范地对汽车DDR产品进行工作寿命试验。试验过程中，可以明

确地对样品施加电源偏置电压、配置数据传输率和温度应力，试验流程和操作简便

易行。

通过试验，证明了本标准内容的合理性和可行性，试验方法具有可操作性，对

汽车DDR工作寿命试验和检验具有良好的适用性和通用性。

四、标准中涉及专利的情况

8

本标准不涉及知识产权。

五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用的情况

本标准的制定，一方面帮助存储芯片生产方更加明确产品和设计标准，另一方

面帮助芯片使用方明确芯片选用标准，有利于统一行业技术共识和标准规范。该标

准的发布，对国内外汽车芯片工作寿命试验相关标准进行了有效补充，为国产芯片

上车应用提供有力支撑。

六、采用国际标准和国外先进标准情况，与国际、国外同类标准水平的对比情况，

国内外关键指标对比分析