在此節將對新型探針建立有限元素模型並且進行模擬分析，首先考慮新探針 的邊界條件，一樣的在探針的左上端是晶圓向下壓的施力 F，施力的大小一樣設 定為 65 克(0.637N)，取代塑膠柱 1 的微彈簧它的下端是三個方向固定住，無法 做任何運動，取代塑膠柱 2 的微彈簧則是上端是三個方向固定住，而探針與針測 機接觸處一樣是固定 y-z-兩個方向，讓探針可以有 x-方向的滑動，因此此處將存 在摩擦力，其摩擦係數一樣假設為 0.3，這是有限元素模型模擬針測過程力的分 析，如果要模擬探針電阻值，則在晶圓施力處加電壓 100 伏特，在探針與針測機 接觸處加電壓 0 伏特。這些條件就是新型探針的有限元素模型的邊界條件，之後 將討論探針的變形量、應力值、電阻值。
圖 3.4 新型探針邊界條件
3.3-1 新型探針的變形量：
設計新型探針時，有兩個變化量必須要滿足，第一個是探針在針測過程中下 壓的位移量，可細分成 x 方向的滑動位移量與 y 方向的下壓位移量，另一個則是 整隻探針在受力形變時所產生的應力值，以下是討論新型探針受力下壓的變形 量，就如圖 3.5，黑色實線是新型探針未受晶圓下壓施力的原始位置，實體部份 則是針測過程中最大的變形量，新型探針的最大位移發生探針的最左端與取代塑 膠柱 1 的微彈簧上。
圖 3.5 新型探針變形量
整體來說新型探針的最大位移量似乎沒有舊型探針來的大，不過仔細查看新 型探針在針測過程中的 x 方向與 y 方向位移量，與舊型探針比較會發現到，新型 的探針在 y 方向的下壓位移量並沒有改變多少，改變比較多的是 x 方向位移量，
其位移變化量表示在圖 3.6。由圖 3.6 可以發現探針左上端接觸晶圓處的 x 方向
位移量介於 0.06mm~0.043mm 之間，比舊型探針的 x 方向位移 0.074mm~0.057mm 還要小，這樣一來新型探針在晶圓上所造成的刮痕也會比較小，而刮痕越小也越 不會傷害到晶圓片，因此在這部份的設計新型探針比舊型探針還要好。
至於探針 y 方向的下壓位移，最主要的功能有兩個，第一個功能是讓探針卡 上所有的探針可以共面，以確保在針測過程中，所有探針都可以接觸到晶圓表 面，第二個功能則是進行刮除氧化物的功能，讓探針可以順利量得晶圓片的電性 特性，因此探針在針測過程中 y 方向位移量需要特別注意，新型探針是介於 0.19mm~0.15mm 之間，與舊型探針 0.185mm~0.16mm 差不多，所以新型探針在 於此部份的設計也是可行。
圖 3.6 新型探針 x 方向位移
3.3-2 新型探針的應力分佈
由前述的討論得知新型探針在針測過程中變形量已經沒有問題了，接下來將 利用有限元素模型模擬新型探針應力的分佈，以確保新型探針在針測過程中不會 產生應力過於集中的現象，造成探針容易毀損。
這次有限元素模型模擬所採用的材料是金，因此在應力分佈上面的模擬就採 用 von Mises 破壞準則，金的降服應力是 207MPa，所以設計的新型探針在受力 後各部位產生的 von Mises stress 必須小於降服應力，這樣材料才不會因為應力 過大而被破壞。按照這個想法，將先前在 3.2 節中所計算出來的探針尺寸帶入模 擬，並根據有限元素模型模擬 von Mises stress 的結果再對尺寸做細微的修改，
以符合材料降伏應力的要求。圖 3.7 是這次新型探針有限元素模型的模擬圖，其 中黑色實線表示新型探針位受力的原始位置，實體部分表示新型探針在針測過程 中變形量最大的時刻。
圖 3.7 新型探針應力分佈圖
從圖 3.7 中可以清楚看出新型探針有限元素模型模擬的 von Mises stress 分佈 皆小於 200MPa，都已經小於材料的降服應力，因此新型探針在材料方面的設計 也符合要求。更進一步來討論新型探針的設計，從有限元素模型模擬圖中可以發 現，新型探針主體部分 von Mises stress 值都在 100MPa 以內，其中 von Mises stress 最大處在圖中使用黑色虛線標示出來，這是之前塑膠柱 1 的位置，推測是因為探 針主要的變形量與變形後的回復都是靠兩根微彈簧，所以造成此處應力集中，因 此推斷此部分可能是新型探針日後最容易發生毀損的部位。
3.3-3 新型探針的電阻值
確定新型探針在針測過程中的下壓變形量與材料的降服應力皆可行後，接著 開始討論新型探針的電阻值部份，跟上一章模擬方法一樣，先從有限元素模型模 擬求出新型探針的電流密度，接著乘截面積就可以求出電流，再加上施加的電壓 就可以求出新型探針本身的電阻值，此方法上一章有詳細描述。
一樣的，這次也利用有限元素模型模擬新型探針電阻值與探針受晶圓下壓力 所產生下壓位移的關係，一方面計算新型探針電阻值的大小，另一方面用來比較 新型探針與舊型探針在針測過程中電阻值變化的關係，表 3.2 是這次新型探針與 新型探針受力下壓位移的關係表，並劃成關係圖 3.8，其中邊界條件的施加如圖 3.4，從圖中與表格可以清楚知道新型探針電阻值之變化，新型探針的下壓位移 越大時，探針電阻值越小，根據電阻定律得知這是現象是正確的。當新型探針的 下壓位移到達 0.1mm 時之後，探針電阻值的變化就越來越小，直至產生 0.2mm 的變形時，新型探針最小的電阻值為 7.7988*10−4歐姆，與舊型探針 8.99835*10−4 歐姆比較起來有小一點，但是差距也不大。
探針下壓位移(mm) 電壓(伏特 V) 電流(安培 A) 電阻值(歐姆Ω )
圖 3.9 是新型探針與舊型探針的電阻值和探針下壓位移關係的比較，從圖中 可以看到新型探針與舊型探針的電阻值變化曲線趨勢是差不多的，都是在探針尚 未產生變形時最大，探針變形位移到達 0.1mm，這段時間探針電阻值越來越小而 且變化比較大，之後探針下壓位移到 0.1mm~0.2mm 時電阻值還是越來越小，但 是電阻值的變化已經不會那麼大。進一步來看，剛開始探針尚未產生變形時，新 型探針的電阻值比舊型探針的電阻值大，約大 1.46mohm，之後探針下壓至 0.1mm 時，探針的電阻值已經差不多一樣大，最後當探針下壓到 0.2mm 時，新型探針
第四章
製作新型探針
在本章中將上章所設計出的新型探針使用微機電製程技術實際製作，看是否 可以製作出來，若是無製作則在製作過程中所遭遇到最大的困難處在哪，此次所 使用新型探針的製程其實相當簡單，在材料方面由於金不易使用，因此先用銅片 替代製作，以下就是新型探針製作的相關製程。