系統運作流程圖

第四章

第四章 4.3 探針尖端與待測物間距（d）對微型探針振幅影響

圖4-7 與圖 4-8 為利用雷射振動式干涉儀之分析軟體（INFAS Diagnostic and Analysis Software），量測探針原始振動頻率及振幅的結果。圖左上方小視窗，是 顯示探針當時的振動頻率，右上方的視窗是量測時的相位改變情形。圖下方視窗 是顯示懸臂量位移的變化。分析軟體每隔萬分之八秒會取樣一次，並儲存量得的 資料，便於使用者分析。由圖4-7 可以看到位移與時間的變化，呈現一種動態的 穩定，這是給予微型探針一個交流電壓時，探針振動的位移變化情形。而隨著探 針與待測物間的距離越來越接近，探針的針尖與待測物的表面，因凡得瓦爾引力 而開始作用，分析軟體所量的位移，也開始產生變化，如圖4-8 所示。

圖4-7 探針原始振動頻率及振幅波形示意圖

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圖4-8 探針與待測物接近產生凡得瓦爾引力作用時之振動頻率及振幅變化 示意圖

圖4-9 探針至待測物之間距與振幅變化關係校準曲線圖

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平台，帶動檢測裝置，使微型探針向待測物接近，由於微型探針尖端與待測物表 面，會有凡得瓦爾引力作用，每隔5μm 量測一次，藉由分析軟體紀錄探針懸臂 量的振幅與位移變化的關係，可以得到如圖4-9 的曲線。

由圖4-9 可知，在微型探針尖端與待測物間距相距較遠時，探針的振幅維持 在0.28 μm 附近，當兩者間距在（d = 50 μm）時，探針尖端開始受到待測物表面 凡得瓦爾引力的影響，使得探針振幅產生改變。而隨著間距（d）的減少，探針 的振幅也隨之慢慢變小，為一線性的關係，這對下一節的待測物輪廓實測，是非 常重要的依據。

第四章 4.4 利用標準塊規驗證校準曲線

本節是利用標準塊規驗證探針尖端與待測物的間距，對於微型探針振幅所產 生的影響，即驗證圖4-9 的曲線是否正確。圖 4-9 所得的校準曲線是經由移動 Z 軸平台所量測出來的，本節有必要去確認這條曲線的正確性。本研究驗證的方式 是，量測標準塊規的表面輪廓，並與粗度計所量得的結果來做比對。標準塊規表 面上的圖案，是三條深0.227 μm 寬 50 μm 的淺溝槽，它是提供粗度計校準量測 精度用的。量測與比對結果，如圖4-10 及圖 4-11。

圖4-10 是以粗度計量測標準塊規的輪廓結果，量測的設定條件，是取垂直 方向的放大倍率（Vertical Magnification）為 100000 倍，水平方向的放大倍率

（Horizontal Magnification）則是 1000 倍，探針掃描速度 0.01 mm/s。由此圖可 以得知量測的結果，與標準塊規吻合。這代表粗度計量測表面輪廓的精度很高，

能夠完全呈現樣品表面的起伏情況，因此將來可以把粗度計所量得其他待測物的 表面輪廓，當作本系統量測的比對標準。

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圖4-11 以本系統量測標準塊規的輪廓示意圖

圖4-11 便是利用本系統量測標準塊規而得的結果，量測的範圍是取與凹槽 垂直的X 軸方向，移動 0.6 mm。為了提高量測的精準度，在取點時，是以每移 動10 微米（μm），量測一次高度變化情形。方法是量測微型探針在該點的振幅，

經由圖4-9 的校準曲線換算，便可得到該點的輪廓高度。如此運用每一點的高度 變化，與其對應之X 軸的值，即可畫出一條曲線，而這條曲線即是本系統對標 準塊規所量測出來的輪廓。將其與粗度計所量測的圖4-10 比對，兩者非常相似，

標準塊規上的三條淺溝，也能相當精準的呈現出來。

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4.5 實際樣品的量測

4.5.1 印刷電路板表面凹洞量測

驗證過微型探針尖端至待測物間距（d），與探針振幅的相互關係後，

接下來便可拿實際的樣品來做實驗。本研究所選的第一個樣品是一塊做為 BGA 封裝的 PC 板，其背面還沒有植錫球，但此 PC 板背面已經做過預備填 裝錫球的凹洞，所以量測的重點是凹洞的深度以及表面的輪廓。系統量測 操作時設定的參數條件包含，Z 軸探針尖端與待測物間距（d）設定為 30 μm、量測的面積為 X 軸（2000）μm x Y 軸（2000）μm。數據資料取樣的 間距（Pitch）為 100 μm，取點的誤差為± 5 μm。量測時是把經由雷射振動 頻率干涉儀傳回至電腦的數據資料，運用試算表得到每一個量測點的平均 振幅，將各點的振幅用圖4-9 做換算，即可得各點的表面高度。最後再以 MATLAB 套裝軟體描繪樣品的 3D 立體曲面，如圖 4-12 所示。而圖 4-13 是樣品運用粗度計量測的3D 立體曲面圖，量測設定的條件如圖 4-14 所示。

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圖4-13 粗度計量測 PC 板樣品 3D 立體曲面圖

圖4-14 粗度計量測 PC 板樣品參數設定條件表

第四章 4.5.2 探針卡表面量測

第二個實驗是進行探針卡表面3D 曲面的量測及比對。圖 4-15 及圖 4-16 是 分別運用本系統及粗度計所量測的結果，可知兩者非常吻合。

圖4-15 利用本系統及 MATLAB 量測探針卡表面 3D 立體曲面圖

第四章 4.6 量測結果討論與誤差分析

由上一節兩種不同樣品的實驗可知，量測結果大致吻合樣品實際的表面輪 廓，但是精度方面尚差強人意。經由分析與討論，量測不夠精準的原因分述如下：

首先是環境的誤差，由於整個系統是由各個元件及分系統所組成的，雖然說是架 設在光學桌上，但因為部分儀器（如雷射振動干涉儀、電壓驅動模組及電腦主 機），在運作時會產生振動，而環境的雜音或馬達振動等，對靈敏度極高的微型 探針，便會造成一定程度的影響，相對地，也使得整體系統的量測精度打折扣。

第二個造成量測誤差的原因是，檢測頭機構設計所衍生的機構誤差。本系統 檢測頭的機構設計，是利用精密加工設計製作而成的連接板，目的是在連接干涉 儀的雷射檢測頭，與XYZ 移動平台的 Z 軸。並在連接板的下方設計 L 形板，用 以裝置微型探針，而微型探針則是以黏接的方式固定在L 形板上。這種多重結 合的機構設計組合，對於動態振動的微型探針，或多或少會造成振動頻率與振幅 的耦合效應，也間接影響了整個系統量測的精準度。

此外要提出的第三個誤差是，由於每量測一點，經由雷射都卜勒干涉儀分析 軟體所量得的數據資料，需要透過人工計算，求出其平均的振幅大小，需要不少 時間來做整理，所以在量測樣品2000 μm X 2000 μm 的方形區域時，為了節省時 間是每隔100μm 記錄一次振幅變化。而利用粗度計量測樣品，是每隔 5μm 就量 測一次，兩相比較之下，利用本系統所量得的表面輪廓，就不如利用粗度計所得 的那樣精密準確，這也是造成量測不夠精準的原因之一，而這點在將來整個系統 能夠自動化之後，應可改善。