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研究生:謝秉修
研究生(外文):Ping-Hsiu Hsieh
論文名稱:垂直探針之力學分析
論文名稱(外文):Mechanical Analysis of Vertical Probe
指導教授:張高華
指導教授(外文):Kao-Hua Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:有限元素分析晶圓針測探針凸塊
外文關鍵詞:wafer testprobebumpprobe mark area ratiofinite element
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本研究利用有限元素分析軟體ANSYS,依照晶圓針測實驗之條件建立有限元素模型,分析Palinery-7探針 (Palinery-7 Probe) 常溫下各針測行程 (Overdrive,OD)的探針針頭反力,以及探針對錫-鉛凸塊 (Solder Bump,直徑105μm × 高度 85μm) 產生的壓痕面積百分比 (Probe Mark Area Ratio) 大小,並與實驗值相互比對驗證,依此所建立的ANSYS分析模型進行後續相關研究探討。
使用田口法將探針上的關鍵幾何尺寸 (針身長、端點跨距、針身斷面形狀、探針彎曲半徑) 與下模模穴直徑做為控制因子,並針對不同材質的探針進行各針測行程(25μm、75μm、125μm、175μm)的探針應力最佳化分析。結果顯示,針身長、跨距與下模模穴間隙都有越大越好的趨勢,探針彎取半徑則是越小越好,而矩形當作針身斷面最為合適,且針測行程與探針材質,對其最佳化結果之影響並不明顯。本研究最後以各探針材質的降伏強度與其探針的最大應力之比值,相互比較發現,BeCu材質的探針最適合做為針測試驗之探針,其次為ReW與Palinery-7,且其凸塊壓痕百分小於35%的規範範圍,所以都可用於針測測試上。
For the miniaturization on IC process, the geometry of wafer test probe was gradually from the cantilever card to the vertical probe card. Therefore, the mechanics behavior of the probe (Palinery-7) and solder bump (Sn-Pb alloy, 63%-37%), the residual indentation of the solder bump are the newest and important research subject.
This study shows the finite element software ANSYS to analysis the Palinery-7 probe contact the solder bump of the chip on wafer test process. The probe will contact the bump and produce the probe mark area ratio and vertical contact force in wafer testing process. First of all, comparing the probe-experimental data and the results of analysis are in good agreement. Second, using the Taguchi method to analyze the magnitudes of the stress of the probe contact the solder bump on wafer, the testing conditions are: (a) the probe geometry sizes will be changed are the probe length, bends of radius, offset, cross-section of body ,and lower die gap respectively., (b) the overdrive are 25μm、75μm、125μm、175μm respectively., And, (c) the materials of the probe are palinery-7, W, ReW, BeCu, Fe, SUS304 stainless steel, SUS316L stainless steel and SKD11 tool steel, respectively. The results showed that probe length, offset, and lower die gap are the bigger the better trend, probe bends of radius is the smaller the better, and probe body cross-section rectangle is the best. And then overdrive and material are not obvious for the optimization. Finally, the ratio of the maximum stress of the material yield strength of each probe to compare, the BeCu base material are more suitable for wafer test probe, ReW and Palinery-7 are secondary.
摘 要 I
Abstract II
致 謝 IV
目 錄 V
表 目 錄 VIII
圖 目 錄 X
符 號 說 明 XIII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2文獻回顧 2
1-3研究動機與目的 3
1-4研究方法與流程 4
第二章 晶圓針測實驗 6
2-1探針卡簡介 6
2-1-1 懸臂式探針卡 6
2-1-2 刀片式探針卡 8
2-1-3 垂直式探針卡 9
2-1-4薄膜式探針卡 10
2-1-5微彈簧式探針卡 11
2-1-6微機電式探針卡 13
2-2晶圓針測實驗 14
2-2-1針測設備 14
2-2-2實驗試件 15
2-2-2-1垂直式探針幾何尺寸與材質 15
2-2-2-2凸塊幾何尺寸與材質 17
2-2-3晶圓針測流程 18
2-2-4實驗結果 19
第三章 ANSYS晶圓針測之模擬 22
3-1有限元素法 22
3-2 ANSYS非線性 23
3-2-1幾何非線性 24
3-2-2材料非線性 25
3-2-3接觸分析 26
3-3 ANSYS非線性求解 28
3-4有限元素模型建構與分析 30
3-4-1 有限元素模型建構 30
3-4-2材料性質設定 32
3-4-3邊界設定 34
3-4-4模型網格化 35
3-5結果討論與驗證比較 38
第四章 探針力學田口法最佳化 43
4-1田口式品質工程 43
4-1-1控制因子 43
4-1-2直交表 45
4-1-3信號雜訊比(S/N比) 46
4-2田口方法最佳化探針應力分析 46
4-2-1 Palinery-7探針各針側行程之L18模擬結果與驗證分析 51
4-2-2 各材質探針之L18模擬結果與驗證分析 62
4-3幾何最佳化後各探針材質之應力與針測行程探討 66
4-3-1各探針材質之降伏應力與其針測行程之對應 66
4-3-2 各針測行程之探針材質比較 67
第五章 結論 70
參考文獻 72
簡歷 75
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