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研究生:林柏諭
研究生(外文):Po-Yu Lin
論文名稱:懸臂式探針疲勞理論與最佳化分析
論文名稱(外文):Theoretical and Optimization Analysis of the Cantilever Probe
指導教授:張高華
指導教授(外文):Kao-Hua Chang
口試委員:張高華張浩元洪兆宇張朝誠
口試日期:2017-07-21
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
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:晶圓針測懸臂式探針疲勞壽命有限元素分析田口方法
外文關鍵詞:wafer probecantilever probefatigue lifefinite element analysistaguchi Method
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  本文利用探針疲勞試驗機,對針測行程(OverDrive,OD)為50μm及75μm時,進行懸臂式探針反力實驗,並進行固定針測行程為75μm時,探針之疲勞試驗,最後推測出探針疲勞壽命(fatigue life)。接著利用CAD軟體建構出與實驗相同之懸臂式探針模型,並匯入有限元素分析軟體中,進行反力分析及疲勞壽命分析。比對模擬值與實驗值相當吻合後,探討探針所受之應力-應變分布情形及鋁銲墊刮痕長度,發現針測過程中,探針之應力皆小於其降伏強度,而疲勞壽命可達數百萬(106)循環(cycles)以上,滿足實際需求。
  接著我們針對不同幾何形狀之探針壽命進行第一次及第二次之田口(Taguchi Methods)最佳化分析,控制因子分別採用彎曲角度、針尖端長、射出角、懸臂長及膝部直徑,針對不同針測行程下(50μm、75μm、100μm),找出最大壽命之探針幾何形狀,並與原始設計之探針做比較後,最佳化後之探針皆優於原始設計之探針。
最後將兩種田口最佳化之探針及原始設計之探針,依照自變項(針測行程)以及因變項(探針疲勞壽命)軸畫出曲線圖,並求出各個關係方程式,來作為預測不同針測行程下之參考。

  This study used the fatigue tester to measure the cantilever probe reaction force and fatigue life. Finally, it defined the probe fatigue life. Next, using the CAD software with the experimental same cantilever probe model and using the finite element software ANSYS analyzed the reaction force and fatigue life. Comparing experimental value with analysis value had a good agreement. Investigating the probe stress-strain distributed situation and scratch length of the aluminum pad discovered the stress of the probe that is smaller than yield strength in the probing process. However, the fatigue life may reach several 106 cycles. The result meets the actual need.
  Next, we analyzed the probe of fatigue life in the different geometric shape using Taguchi Methods. The control factors used the bending angle, the tip length, the shooting angle, the beam length and the knee diameter. We found the optimization fatigue life in the different geometric shape under the overdrive (50μm, 75μm, 100μm). The optimizations probes are better than the original design probe.
  Finally, the simulation results in accordance with the independent variables (Overdrive) and the dependent variable (fatigue life) axis to obtain the equations of fatigue life. Equations will predict different probing overdrive.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2文獻回顧 2
1-3研究目的 4
1-4研究方法 5
第二章 晶圓針測概述 7
2-1探針卡簡介 8
2-1-1懸臂式探針卡 8
2-1-2刀片式探針卡 10
2-1-3垂直式探針卡 11
2-1-4薄膜式探針卡 12
2-1-5微彈簧式探針卡 13
2-1-6微機電式探針卡 14
第三章 研究理論與分析 15
3-1有限元素概述 15
3-1-1有限元素網格 17
3-1-2有限元素的線性分析 18
3-1-3有限元素的非線性分析 18
3-1-4 Newton-Raphson法則 21
3-1-5有限元素之接觸分析 22
3-1-6有限元素之摩擦效應 23
3-2疲勞壽命理論 24
3-2-1應力-疲勞壽命 24
3-2-2應變-疲勞壽命 28
3-3田口式品質工程(Taguchi Methods) 31
3-3-1控制因子(Control Factors) 31
3-3-2直交表(Orthogonal Arrays) 31
3-3-3信號雜訊比(S/N比) 31
第四章 疲勞針測實驗與模型驗證 32
4-1懸臂式探針疲勞針測實驗與結果 32
4-1-1懸臂式探針之疲勞試驗機 32
4-1-2探針幾何形狀與材質 32
4-1-3銲墊幾何形狀與材質 33
4-1-4實驗結果 35
4-2針測分析模型建立 36
4-2-1 CAD模型建構 36
4-2-2邊界條件與材料參數 37
4-2-3模型網格 42
4-3實驗與分析結果驗證 45
4-3-1探針反力驗證 45
4-3-2疲勞分析驗證與結果 46
第五章 疲勞壽命之田口最佳化分析 48
5-1第一次田口分析L18 (21×37)之控制因子及水準選用 48
5-2第一次田口分析L18 (21×37)之直交表 49
5-3模擬結果與S/N比反應 50
5-4第一次田口分析L18 (21×37)之最佳化結果 52
5-4第二次田口分析L9(34)之最佳化分析與結果 53
5-5最佳化探針與原始設計探針之疲勞壽命比較 58
第六章 結果統整與關係式建立 60
6-1疲勞壽命關係式建立 60
6-1-1錸鎢探針之疲勞壽命 60
第七章 結論 63
參考文獻 65
簡歷 67
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