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系統識別號 U0026-0812200915051492
論文名稱(中文) 有限元素模擬探針參數之分析
論文名稱(英文) A Simulation Study using Finite Element Method on Probe parametric Analysis
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Engineering Science
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 許中興
研究生(英文) Zhong-xing Xu
電子信箱 N9695136@mail.ncku.edu.tw
學號 N9695136
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 69頁
口試委員 口試委員-李國龍
口試委員-徐建民
指導教授-潘文峰
中文關鍵字 模擬  探針 
英文關鍵字 simulation  probe 
學科別分類
中文摘要 探針和晶元的接觸問題,是晶圓測試的失敗關鍵之一,在測試較薄的銲墊時,是有可能下壓過深破壞晶元的現象,特別是在脆性材質低電性的銲墊測試時。因此,用3D的模型來模擬銲墊的受力與探針的力學行為,從以往到現在就一直是被工業界視為重要的研究主題,模擬分析出來的結果是用來當成探針與銲墊設計的重要前置作業。
本論文是研究主要是探討銲墊的刮痕長度、銲墊的刮痕深度與銲墊所受到的最大應力,而改變的邊界條件有針測行徑、探針的彎曲角度、探針的直徑、探針的針長。本研究成果希望有助於探針卡中探針幾何形狀的設計並提供針測條件之選擇參考。
英文摘要 One of the key failure in wafer testing is the contact problem between the probe and wafer. When the thinner probe pad is tested, the damage of the wafer is found for pressing the probe too deep. Especially, the brittle and low-conductivity material is tested. Therefore, up to now, the 3D model for simulating the mechanical behavior of the probe and probe pad is an important subject for industry. The result from the simulation analysis is used as the pre-operation for the design of the probe and probe pad.
The major purpose of this thesis is to investigate the over-drive, probe angle, probe diameter and probe tip length of the probe pad subjected to maximum stress condition. The changeable boundary conditions are probe paths, probe bending angles, probe diameters and probe tip lengths of the probe pad. The analysis result can hopefully provide the design choice of condition of the probe geometrical shape.
論文目次 摘要‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥I
英文摘要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥II
目錄‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥III
表目錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥V
圖目錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥VI

第一章 緒論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1-1 研究動機‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1-2 簡介‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2
1-3 文獻回顧‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
1-4 研究目的‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
第二章 塑性基本理論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
2-1 前言‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
2-2 非線性材料模型‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
2-2-1 彈性-理想塑性材料模型(elastic perfectly-plastic mode)‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
2-2-2 分段線性材料模型(bilinear-hardening model)‥‥‥10
2-2-3 真應力應變曲線 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
2-3 von Mises 降伏準則 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13
2-4 彈塑性材料的應力應變關係 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16
第三章 有限元素法概論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
3-1 有限元素法源起 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
3-2 統御方式 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19
3-3 ANSYS有限元素非線性基本演算法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥23
3-4 有限元素法於接觸問題之分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥25
第四章 針測過程的模擬數值‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥29
4-1 介紹有限元素模型尺寸與材料性質(一) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥29
4-2 改變模型針測行程與探針的彎曲角度 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥33
4-3 介紹有限元素模型尺寸與材料性質(二) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥44
4-4 改變模型針測行程與探針直徑並與實驗對照 ‥‥‥‥‥‥‥47
4-5 介紹有限元素模型尺寸與材料性質(三) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥56
4-6 改變模型針測行程與探針針長 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥58
第五章 結論與未來的研究方向 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥65
5-1 結論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥65
5-2 未來的研究方向 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥66
參考文獻 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥67

表目錄
表4-1 探針尺寸表格 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥30
表4-2 模型各部位份組合 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31
表4-3 機械材料性質 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥32
表4-4 應力vs.塑性變化 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥32
表4-5 探針尺寸表格 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥45
表4-6 模型各部位份組合 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥45
表4-7 探針尺寸表格 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥56
表4-8 模型各部位份組合 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥57












圖目錄
圖1-1 探針卡產品定位說明圖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2
圖1-2 探針卡技術發展趨勢圖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
圖1-3 全球及台灣探針卡產值圖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4
圖2-1 彈性-理想塑性材料模型之應力-應變關係圖 ‥‥‥‥‥‥10
圖2-2 等向性硬化材料模型之應力-應變關係圖‥‥‥‥‥‥‥‥11
圖2-3 動態性硬化材料模型之應力-應變關係圖‥‥‥‥‥‥‥‥12
圖3-1 物體位移示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥20
圖3-2 線性F及x關係圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥23
圖3-3 非線性F及x關係圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥23
圖3-4 Newton-Raphson Method 疊代示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥24
圖3-5 複雜行為疊代示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥25
圖3-6 節點對節點(node to node)接觸示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥27
圖3-7 節點對面(surface to surface)接觸示意圖 ‥‥‥‥‥28
圖3-8 接觸剛性接觸示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥28
圖4-1 探針模型尺寸圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥30
圖4-2 探針、銲墊網格圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31
圖4-3 銲墊材料多線性運動硬化示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥33
圖4-4 為探針的彎曲角度102°,銲墊上升25 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥35
圖4-5 為探針的彎曲角度102°,銲墊上升50 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥35
圖4-6 為探針的彎曲角度102°,銲墊上升75 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36
圖4-7 為探針的彎曲角度104°,銲墊上升25 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36
圖4-8 為探針的彎曲角度104°,銲墊上升50 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥37
圖4-9 為探針的彎曲角度104°,銲墊上升75 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥37
圖4-10 為探針的彎曲角度106°,銲墊上升25 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38
圖4-11 為探針的彎曲角度106°,銲墊上升50 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38
圖4-12 為探針的彎曲角度106°,銲墊上升75 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥39
圖4-13 為探針的彎曲角度102°、104°及106°,銲墊上升25 、50 、75 對銲墊刮痕長度的影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥40
圖4-14 為探針的彎曲角度102°、104°及106°,銲墊上升25 、50 、75 對銲墊刮痕深度的影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥40
圖4-15 為探針的彎曲角度102°、104°及106°,銲墊上升25 、50 、75 對銲墊最大壓力影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥41
圖4-16 為銲墊上升25 、50 及75 ,探針的彎曲角度為102°、104°、106°對銲墊刮痕長度影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥41
圖4-17 為銲墊上升25 、50 及75 ,探針的彎曲角度為102°、104°、106°對銲墊刮痕深度影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
圖4-18 為銲墊上升25 、50 及75 ,探針的彎曲角度為102°、104°、106°對銲墊最大壓力影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
圖4-19 銲墊上升行徑增加,探針的應力變化ANSYS分析圖 ‥‥43
圖4-20 實驗的探針模型尺寸圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥46
圖4-21 實驗數據圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥46
圖4-22 探針模型圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥46
圖4-23 為探針直徑100 ,銲墊上升30 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥48
圖4-24 為探針直徑100 ,銲墊上升55 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥49

圖4-25 為探針直徑100 ,銲墊上升80 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥49
圖4-26 為探針直徑125 ,銲墊上升30 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥50
圖4-27 為探針直徑125 ,銲墊上升55 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥50
圖4-28 為探針直徑125 ,銲墊上升80 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥51
圖4-29 為探針直徑150 ,銲墊上升30 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥51
圖4-30 為探針直徑150 ,銲墊上升55 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52
圖4-31 為探針直徑150 ,銲墊上升80 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52
圖4-32 為銲墊上升30 、55 及80 ,探針直徑為100 、125 、150 對刮痕長度影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥53
圖4-33 為銲墊上升30 、55 及80 ,探針直徑為100 、125 、150 對銲墊刮痕深度影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥54

圖4-34 為銲墊上升30 、55 及80 ,探針直徑為100 、125 、150 對銲墊最大壓力影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥54
圖4-35 為銲墊上升30 、55 及80 ,探針直徑為100 、125 、150 實際探針測試與模擬數據之銲墊刮痕長度比較圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥55
圖4-36 探針模型尺寸圖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥57
圖4-37 為探針針長225 ,銲墊上升30 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥59
圖4-38 為探針針長225 ,銲墊上升55 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥59
圖4-39 為探針針長225 ,銲墊上升80 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥60
圖4-40 為探針針長275 ,銲墊上升30 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥60
圖4-41 為探針針長275 ,銲墊上升55 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥61
圖4-42 為探針針長275 ,銲墊上升80 、刮痕與銲墊應力之ANSYS分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥61

圖4-43 為銲墊上升30 、55 及80 ,探針針長為225 、250 、275 對刮痕長度影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥62
圖4-44 為銲墊上升30 、55 及80 ,探針針長為225 、250 、275 對銲墊刮痕深度影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥63
圖4-45 為銲墊上升30 、55 及80 ,探針針長為225 、250 、275 對銲墊最大壓力影響圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥63
參考文獻 [1]Bob Mariner, “Probe Market Overview by VLSI Research,
Inc.”, IEEE Southwest test workshop 2005
[2]Otto Weeden , “Probe Card Tutorial”, Report No. 2437
on the website of Keithley Instruments, Inc., 2003
[3]“Semiconductor Probe Material Properties”, on the
website of Point Technologies Inc.
[4]Frederick L. Taber, Jr., “An Introduction to Area
Array Probing”,IEEE INTERNATIONAL TEST CONFERENCE,
paper 11.3.1998.,pp277-281
[5]Michael J. Varnau, “Impact of Wafer Probe Damage on
Flip Chip Yields and Reliability,” IEEE/CPMT
International Electronics Manufacturing Technology
Symposium, pp.293-297, 1996.
[6]Qing Tan, Craig Beddingfield, and Addi Mistry,
“Reliability Evaluation of Probe-before-Bump
Technology,” IEEE/CPMT International Electronics
Manufacturing Technology Symposium,pp.320-324,1999.
[7]Greg Hoychkiss, Greg Ryan, Willmar Subido, Jerry
Broz, Scoot Mitchell, Rey Rincon, Ruben Rolda and
Lani Guimbaolibot,“Effect of Probe Damage on Wire
Bond Integrity,” IEEE Electronic Components and
Technology Conference, 2001.
[8]徐健忠, "探針卡品質控制法於晶圓測試之研究," 中華大
學碩士論文,民89.
[9]Tu Anh Tran, Lois Yong, Bill Williams, Scoot Chen and
Audi Chen “Fine Pitch Probing and Wirebonding and
Reliability of Aluminum Capped Copper Bond Pads,”
IEEE Electronic Components and Technology Conference,
pp.1674-1680, 2000.
[10]陳國明, "積體電路元件針測壓痕對錫鉛凸塊及電子遷移影
響之研究," 國立清華大學博士論文計畫書,民91.
[11]George E.Dieter,“MechanicalMetallurgy”,McGraw-Hill
series in material science and engineeering,1988。
[12]王成、紹敏,“有限元素基本原理與數值方法分析”, 亞東
書局, 民國七十九年
[13]尤舜仁,“以有限元素分析觸地輪胎之震動”, 國立台灣科技大
學機械工程系碩士論文, 民國八十八年
[14]Schmadlak, I. Hauck, T. “Simulation of Wafer Probing
Process Considering Probe Needle Dynamics” IEEE
Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation
Experiments in Microelectronics and Micro-Systems
2007 International Conference on
[15]楊擎政,“以有限元素法分析製程參數對擠光表面粗糙度的
影響”, 國立台灣科技大學機械工程系碩士論文,民國九
十一年
[16]施孟鎧, “晶圓針測參數分析之測試方法與有限元素模擬”
國立中正大學機械系碩士論文,民國九十一年
[17]劉文超, “半導體製造技術”, 滄海書局, 2003年
[18]張復瑜、周敏傑、黃萌祺, “機械工業雜誌”, 282期
pp.4-13,民國九十五年九月
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2010-01-22起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2010-01-22起公開。


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