第三章 ANSYS 有限元素分析
3.6 製作 ANSYS 模擬結構測試卡作驗證
3.6.1 製作整體結構的探針卡做驗證
1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 探針腳位
接觸力
( g) layer 1
layer 2 layer 3 layer 4
圖 3-30 四分之ㄧ結構各層針探針接觸力(針測行程1.0 mil)
2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 探針腳位
接觸力
( g
)
layer 1 layer 2 layer 3 layer 4 layer 1 layer 2 layer 3 layer 4
圖3-31 四分之ㄧ結構各層針探針接觸力(針測行程 1.5 mil)
作相互比較，以ANSYS 模擬後二十個節距結構數據作驗證，比較在 ANSYS 軟體中 的數據與實際測試卡數據差異性。
使用滑行量測試機台及治具，先使用治具將探針卡固定住，且將探針位置移動到 測試平台中間，開始進行測試，利用平台的上升、下降作測試，且本身機台使用光學 尺控制精度，精度在0.01 mil，量測使用高倍顯微鏡進行量測功能，滑行量測試機台 結構示意圖，如圖 3-32、3-33 所示。且會將滑行量實際結果記錄下來，與分析數據 做比較，而滑行量測試機台測試過程與結果如圖3-34、3-35 所示。
測試滑行量的會有些微的差異，因此用統計的方式進行分析，將每一種針測行程 做二十次的滑行量測試，將數據歸納是否涵蓋在管制界線內，通常管制圖會顯示管制 下限(LCL)及管制上限(UCL)，以及管制中心線(CL)為平均值，一般而言管制上限與 管制下限的位置為平均值的正負三個標準差，以避免滑行量過大或過小影響滑行量數 據。一、進行針測行程0.5 mil 的統計分析，如圖 3-36、3-37、3-38、3-39 所示。二、
進行針測行程1.0 mil 的統計分析，如圖 3-40、3-41、3-42、3-43 所示。三、進行針 測行程1.5 mil 的統計分析，如圖 3-44、3-45、3-46、3-47 所示。
統計公式：
1. 管制中心線=平均值=
∑
=
=
ni
x
ix n
1
1
2. 管制上限=平均值+三個標準差 3. 管制下限=平均值-三個標準差
4. 標準差= S=
∑
=
− −
n
i
i
x
n
1x
)
21 (
1
針測行程在 0.5 mil 時，所產生的滑行量與用 ANSYS 軟體模擬的數據誤差為 0 mil，如圖 3-48 所示。而在針測行程在 1.0 mil 時，所產生的滑行量與用 ANSYS 軟體 模擬的數據誤差為0 mil，如圖 3-49 所示。最後在分析針測行程在 1.5 mil ，所產生 的滑行量與用ANSYS 軟體模擬的數據誤差為 0 mil，且產生滑行量與模擬數據相同，
如圖3-50 所示，受限於高倍顯微鏡機台量測精度下，量測精度為 0.01 mil，滑行量實 驗數據與ANSYS 軟體模擬數據完全相同。
治具
探針卡 測試平台
伺服馬達
圖3-32 滑行量測試機台結構示意
圖3-33 滑行量測試機台[11]
(a)未接觸平面 (b)接觸平面 (c)測試滑行量 圖3-34 滑行量測試機台測試過程
圖3-35 滑行量測試機台測試後刮痕現象
0.194 0.196 0.198 0.200 0.202 0.204 0.206
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-36 Layer 1 滑行量統計分析(針測行程 0.5 mil)
0.161 0.163 0.165 0.167 0.169 0.171 0.173 0.175 0.177
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-37 Layer 2 滑行量統計分析(針測行程 0.5 mil)
0.171 0.173 0.175 0.177 0.179 0.181 0.183 0.185 0.187
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-38 Layer 3 滑行量統計分析(針測行程 0.5 mil)
0.142 0.144 0.146 0.148 0.15 0.152 0.154 0.156
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-39 Layer 4 滑行量統計分析(針測行程 0.5 mil)
0.372 0.374 0.376 0.378 0.38 0.382 0.384 0.386
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-40 Layer 1 滑行量統計分析(針測行程 1.0 mil)
0.312 0.314 0.316 0.318 0.32 0.322 0.324 0.326
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-41 Layer 2 滑行量統計分析(針測行程 1.0 mil)
0.344 0.346 0.348 0.35 0.352 0.354 0.356
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil
UCL
LCL CL
)
圖3-42 Layer 3 滑行量統計分析(針測行程 1.0 mil)
0.284 0.286 0.288 0.29 0.292 0.294 0.296
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-43 Layer 4 滑行量統計分析(針測行程 1.0 mil)
0.562 0.564 0.566 0.568 0.57 0.572 0.574 0.576
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-44 Layer 1 滑行量統計分析(針測行程 1.5 mil)
0.472 0.474 0.476 0.478 0.48 0.482 0.484 0.486
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-45 Layer 2 滑行量統計分析(針測行程 1.5 mil)
0.524 0.526 0.528 0.53 0.532 0.534 0.536
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
0.424 0.426 0.428 0.43 0.432 0.434 0.436
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
滑行量 (mil)
UCL
LCL CL
圖3-47 Layer 4 滑行量統計分析(針測行程 1.5 mil)
0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
探針腳位
滑行量 (
mil
) layer 1-test
layer 1-ansys layer 2-test layer 2-ansys layer 3-test layer 3-ansys layer 4-test layer 4-ansys
圖3-48 整體結構測試卡滑行量(針測行程 0.5 mil)
0.26 0.28 0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.4 0.42
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
探針腳位
滑行量 ( mil )
layer 1-test layer 1-ansys layer 2-test layer 2-ansys layer 3-test layer 3-ansys layer 4-test layer 4-ansys
圖3-49 整體結構測試卡滑行量(針測行程 1.0 mil)
0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
探針腳位
滑行量 (
m)il
layer 1-test layer 1-ansys layer 2-test layer 2-ansys layer 3-test layer 3-ansys layer 4-test layer 4-ansys
圖3-50 整體結構測試卡滑行量(針測行程 1.5 mil)
接下測試接觸力量測，依照規定的針測行程，比較ANSYS 軟體模擬的數據，使 用的儀器為接觸力測試機，接觸力機台如圖 3-51、3-52 所示，結構分為花崗石平台，
測試機、平行塊，首先將探針卡放至於平行塊上，在將測試機上的探測針對準探針的 位置，且利用槓桿原理量測接觸力的數據。接觸力的探測針是用分厘卡作移動，精度 在0.1 mil，且測試機量測負載數值的精度為 0.01 克，將機台相關參數設定完成後即 可開始進行量測，如圖3-53 所示。
測試機
平行塊
花崗石平台
圖3-52 接觸力測試機台[11]
圖3-53 接觸力測試機台測試圖
針測行程為0.5 mil 時，量測後的數值與 ANSYS 軟體模擬數據做比較，發現量測 數據誤差多出0 ~ 0.01 克，如圖 3-54 所示，而針測行程為 1.0 mil 時，所得到的數據 比ANSYS 軟體模擬數據多出 0 ~ 0.01 克，如圖 3-55 所示。且再進行針測行程為 1.5 mil 時，數據明顯有提升的現象，且數據大於模擬數據為 0~0.02 克，在同一層探針，最 左及最右探針接觸力數值也是小於中間探針，如圖3-56 所示。
0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
探針腳位
接觸力 (g)layer 1-test layer 1-ansys layer 2-test layer 2-ansys layer 3-test layer 3-ansys layer 4-test layer 4-ansys
圖3-54 整體結構測試卡接觸力(針測行程 0.5 mil)
1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
探針腳位
接觸力 (g)layer 1-test layer 1-ansys layer 2-test layer 2-ansys layer 3-test layer 3-ansys layer 4-test layer 4-ansys
圖3-55 整體結構測試卡接觸力(針測行程 1.0 mil)
2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
探針腳位
接觸力 (g)
layer 1-test layer 1-ansys layer 2-test layer 2-ansys layer 3-test layer 3-ansys layer 4-test layer 4-ansys
圖3-56 整體結構測試卡接觸力(針測行程 1.5 mil)