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
3.6.2 製作測試用探針卡且變更入射角角度設計做驗證
3.6.2 製作測試用探針卡且變更入射角角度設計做驗證
在測試探針卡製作上與原先設計相同，主要變更其入射角角度參數，影響的部分 為彎針製程探針角度及擺針製程之治具設計，其餘製程皆相同，探針卡完成後立即做 滑行量與接觸力測試，使用相同之測試儀器，減少儀器上的誤差，測試條件：針測行 程0.5、1.0、1.5 mil，實驗量測完成後與 ANSYS 模擬後的數據作比較，再檢討其差 異性及影響性。
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，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 3-58、3-59、3-60、
3-61 所示。二、進行針測行程 1.0 mil 的統計分析，如圖 3-62、3-63、3-64、3-65 所 示。三、進行針測行程1.5 mil 的統計分析，如圖 3-66、3-67、3-68、3-69 所示。
變更入射角角度後的探針卡進行測試滑行量實驗，使用高倍顯微鏡作量測，量測 精度為 0.01 mil，針測行程 0.5 mil 時，與 ANSYS 模擬後的數據差距 0 mil 的滑行量，
而針測行程 1.5 mil 時，與 ANSYS 模擬後的數據差距 0 mil 的滑行量，如圖 3-70、
3-71、3-72 所示，滑行量實驗數據與 ANSYS 軟體模擬數據完全相同。
0.206 0.208 0.21 0.212 0.214 0.216
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3-58 Layer 1 滑行量統計分析(針測行程 0.5 mil)
0.174 0.176 0.178 0.18 0.182 0.184 0.186
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3-59 Layer 2 滑行量統計分析(針測行程 0.5 mil)
0.195 0.196 0.197 0.198 0.199 0.2 0.201 0.202 0.203 0.204 0.205
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3-60 Layer 3 滑行量統計分析(針測行程 0.5 mil)
0.165 0.166 0.167 0.168 0.169 0.17 0.171 0.172 0.173 0.174 0.175
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3-61 Layer 4 滑行量統計分析(針測行程 0.5 mil)
0.404 0.406 0.408 0.41 0.412 0.414
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3-62 Layer 1 滑行量統計分析(針測行程 1.0 mil)
0.335 0.336 0.337 0.338 0.339 0.34 0.341 0.342 0.343 0.344
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3-63 Layer 2 滑行量統計分析(針測行程 1.0 mil)
0.362 0.364 0.366 0.368 0.37 0.372 0.374 0.376
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3-64 Layer 3 滑行量統計分析(針測行程 1.0 mil)
0.304 0.306 0.308 0.31 0.312 0.314
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3-65 Layer 4 滑行量統計分析(針測行程 1.0 mil)
0.604 0.606 0.608 0.61 0.612 0.614 0.616
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3-66 Layer 1 滑行量統計分析(針測行程 1.5 mil)
0.504 0.506 0.508 0.51 0.512 0.514 0.516
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3-67 Layer 2 滑行量統計分析(針測行程 1.5 mil)
0.554 0.556 0.558 0.56 0.562 0.564 0.566
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3-68 Layer 3 滑行量統計分析(針測行程 1.5 mil)
0.452 0.454 0.456 0.458 0.46 0.462 0.464 0.466
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3-69 Layer 4 滑行量統計分析(針測行程 1.5 mil)
0.15 0.17 0.19 0.21 0.23
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
0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.4 0.42 0.44
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3-71 變更角度後整體結構測試卡滑行量(針測行程 1.0 mil )
0.4 0.45 0.5 0.55 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 (
mi
l )
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3-72 變更角度後整體結構測試卡滑行量(針測行程 1.5 mil )
接下來進行角度變更後探針卡的接觸力測試，針測行程 0.5 mil 時，發現與 ANSYS 模擬後的數據差距 0 ~ 0.02 克的差異性，而針測行程 1.5 mil 時，差距在 0
~ 0.03 克，如圖 3-73、3-74、3-75 所示。
變更入射角角度時需要考量到測試墊的範圍，會造成滑行量過大或過小而產生測 試異常，所以一般客戶都會指定測試墊的刮痕範圍，在探針卡設計時就會把入射角的 角度考量進去，探針卡製作完成後會在驗證探針滑行量，減少測試異常的發生。
0.8 0.9 1 1.1 1.2 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3-73 變更角度後整體結構各層針探針接觸力 (針測行程 0.5 mil)
layer 1-test
1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
探針腳位
接觸力 (g)layer 1-ansys layer 2-test layer 2-ansys layer 3-test layer 3-ansys layer 4-test layer 4-ansys
圖3-74 變更角度後整體結構各層針探針接觸力 (針測行程 1.0 mil)
2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9
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 ,
第四章 結論及未來研究方向
4.1 結論
從單一節距到十個節距結構分析中可以看出，在滑行量方面，上層針大於下層 針，而且隨著針測行程的增加而有所不同。在接觸力方面則是相反，下層針的接觸力 大於上層針，這是由這兩個結構體分析後所得之，進一步分析，將十個節距與二十個 節距結構做比較，除了更明確知道上下層針的差異之外，在同一層針，會因為十根探 針增加到二十根探針時，探針的穩定度更為重要性，尤其中間探針與左右兩邊的探針 做比較會有些微的差異，這些差異會隨著探針的數量增加而差異性越大，且中間探針 滑行量與接觸力皆優於左右兩側的探針，中間探針穩定性相對的比較好，且考慮到整 體結構的影響性，最後分析四分之ㄧ結構體後，發現同一層探針的滑行量與接觸力偏 差幾乎變的很少，探針卡的結構體可以改善中間探針與左右兩側探針的偏差量。
除了ANSYS 軟體的模擬，在加上實際製作探針測試卡的驗證，誤差值皆很相近，
且考量到量測工具的精度，所以在滑行量的量測部分，使用高倍顯微鏡的精度為0.01 mil，在接觸力的量測工具精度為 0.01 克，接下來進行量測，在針測行程由 0.5 mil 增 加到 1.5 mil 時，測試結果滑行量會差異 0 mil， 而接觸力的部分會差異 0 ~ 0.02 克，
分析結果已經接近實際製作的探針卡，且合乎探針卡製作精度及規格。內容提到目前 探針卡製作皆屬於人工製作，每一階段的製程中都使用高精密的儀器做量測，且滑行 量可容許精度誤差在0.1 mil，接觸力可容許精度誤差在 0.1 克。
變更入射角角度後進行探針卡驗證，在針測行程1.5 mil 時，測試結果與 ANSYS 模擬數據的滑行量差距0 mil ，而接觸力的部分差距為 0.03 克，需要考量晶粒上的測 試墊大小，避免造成滑行量不足或破壞測試墊，設計上就要符合客戶規格，所以一般 會考量到產品特性在做角度上的修改，減少測試異常。
由以上的分析結果可知，一般而言探針卡的設計圖往往都是平面圖檔，會誤導分
析的人員只架構單一節距的結構做模擬，往往只能分析到每層針的差異性，卻無法得 知在多腳位探針卡結構的問題點，這也是分析人員需要注意的地方。考量業界中針測 行程會隨著測試結果作增加，在長久的測試過程中，探針或探針卡結構會有些微變 形，造成探針水平異常，因此探針測試會增加針測行程，讓探針完全接觸到測試墊，
因此在業界針測行程會增加到3 ~ 5 mil，所以整體結構的設計是很重要的，可以改善 探針卡的滑行量與接觸力問題點。
4.2 建議
根據本論文的探討，所做出的建議如下：為了符合市場的潮流，所以產品的需
求慢慢提高很多，相對的對於探針卡的設計或壽命都要求較高，懸臂式探針卡及垂直 式探針卡的設計偏向於微間距（Fine Pitch）、多腳位結構（1000 ~ 5000 pin）、測試 多晶粒設計，因此可以在探針卡上再繼續考量若為測試多晶粒設計的影響，考量到整 體結構的水平度、結構強度、變形量、探針的磨耗性，讓滑行量及接觸力的差異變小，
提升探針卡的壽命和測試次數。
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