Bachelor's Thesis

Design of a Module for Semiconductor Chip Placement

Final Thesis 9.95 MB Appendix 798.62 kB

Author of thesis: Bc. Jan Račanský

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Josef Skácel, Ph.D.

Abstract:

Die attach process is an important part of semiconductor manufacturing, where a chip die, a small piece of silicon with the electrical circuit on it, is attached to the carrying substrate, usually a lead frame, or different packaging base. The die attach process is integral not only to the large scale manufacturing production, but also to the research and development phase, where single dies need to be packaged and tested. This phase requires die attach machines with high precision and often specific capabilities, such machines are often too expensive for university research, making them unavailable in the academic space. In this paper, die attach machines and die bonding equipment is explored, and common approaches are studied to give an overview of basic principles used in these machines. Specific technologies, such as vacuum valves and die collets are also evaluated. Plan for construction of simple die attach machine is then drafted and basic system architecture is created to outline, how should such machine work. A prototype is built for basic manual die attach operation, with system independently developed and tested, utilizing existing student machine for die probing.

Keywords:

Die attach process, die bonding, die collet, semiconductor manufacturing.

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své bakalářské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Student rozvíjel již vytvořené zařízení, komise se zeptala, co byl přínos studenta. Komise z prezentace nebyla jistá přínosem studenta. Komise se zeptala, jak je definována poloha podkladného substrátu vůči zařízení. Komise kritizovala nedostatek fotografické dokumentace z průběhu osazování během používání navrženého zařízení. Komise se zeptala na proces osazování čipu pomocí jím navrženého zařízení. Student upřesnil že přesné osazení probíhá ručně za pomocí pinzety a kamery umístěné na zařízení do pájecí pasty.

Language of thesis

English

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Microelectronics

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D. (člen)
Ing. Jitka Brüstlová, CSc. (člen)
Ing. Dušan Zošiak (člen)

Supervisor’s report
Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D.

Práce se zabývá návrhem a realizací modulu pro osazování polovodičových čipů s využitím již existujícího polohovacího zařízení ProbeCard. Student se zaměřil na problematiku die attach procesu, porovnal vybraná průmyslová a laboratorní řešení a na základě rešerše navrhl vlastní koncepci osazovacího modulu vhodného pro experimentální a nízkoobjemové aplikace. Oceňuji především praktické zaměření práce a snahu využít dostupné zařízení s minimálními konstrukčními zásahy.


Významným výsledkem práce je sestavení funkčního prototypu, který zahrnuje osazovací hlavu, vakuový úchop, silový senzor, kameru, dotykové ovládací rozhraní a napojení na stávající řízení pohybových os. Student tím prokázal schopnost propojit mechanický návrh, elektronické řízení, vakuovou manipulaci a základní softwarové ovládání do jednoho funkčního celku. Za nedostatek považuji především omezenější experimentální vyhodnocení dosažených parametrů, zejména přesnosti osazení, opakovatelnosti procesu a dlouhodobější stability funkce.


Z hlediska zadání lze práci považovat za splněnou, přičemž její hlavní hodnota spočívá ve vytvoření použitelného základu pro další vývoj laboratorního zařízení pro osazování čipů. Práce má praktický přínos, ale pro plné využití v laboratorní praxi bude vhodné zařízení dále optimalizovat a doplnit podrobnější metrologické ověření. Avšak již nyní je zařízení použitelné v požadované míře. Doporučuji práci k obhajobě a hodnotím 86 body. Points proposed by supervisor: 86

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Josef Skácel, Ph.D.

Bakalářská práce Jana Račanského se zabývá návrhem modulu pro osazování polovodičových čipů. Práce propojuje problematiku pouzdření polovodičových čipů, přesného polohování, vakuové manipulace, snímání síly, kamerového navádění, návrhu mechanických dílů a základní systémové integrace. Autor provedl rešerši vybraných komerčních zařízení pro die attach. Dále se věnoval dílčím technologiím, jako jsou osazovací kleštiny a vakuové ventily. Na základě rešerše navrhl koncepci modulu využívajícího existující ProbeCard systém, sestavil první prototyp osazovací hlavy a řídicího modulu a ověřil základní funkčnost dílčích subsystémů. Pozitivní je zejména snaha minimalizovat zásahy do původního zařízení a vytvořit řešení, které lze relativně snadno přeměnit zpět na původní konfiguraci, což nejspíše bylo účelem.
Práce má logickou strukturu od rešerše současných řešení přes popis vybraných komponent, návrh systému, mechanickou konstrukci až po základní popis provozu. Kladně hodnotím zařazení obrázků komerčních zařízení, blokových schémat elektronického a vakuového subsystému, fotografií prototypu. Slabší stránkou je technická kvantifikace výsledků. Celkové práci hodnotím za B 85 bodů. Topics for thesis defence:
  1. 1) Jak byla kalibrována použitá tenzometrická váha?
  2. 2) Jaký vliv má použití 3D tištěných dílů na tuhost, vibrace a dlouhodobou opakovatelnost polohování?
  3. 3) Jaká je možná přesnost polohy osazeného čipu na Vámi vytvořeném zařízení?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová