Heraeus Electronics has opened a new Innovation Center in Shanghai to develop and test material systems.

The facility assembles chips as well as solder and test components for customers.

The new Heraeus Electronics Innovation Center in Shanghai can assemble chips of up to 250 µm directly from the wafer, preapply solder paste to metal ceramic substrates, and reflow surface-mounted devices (SMDs) in a soldering furnace. Ten developers apply various methods for simulation, design and prototype construction, testing and qualifying materials systems. The 400 square meter facility has 18 sophisticated machines on hand for customers from the power electronics and semiconductor industry – and it will further expand.

“We aim to advise our customers more at a very early stage of development. This is the only way to work together to achieve successful forward integration,” says Dongyi “Larry” Wang, Head of Innovation at Heraeus Electronics in China. “Our broad-based material expertise allows us to offer a clear added value. After all, a complete material system must be consistent and from a set of internally matched materials in order to be powerful and reliable.”

Vacuum soldering furnaces, wire bonders, and endurance tests

In addition to different up-to-date machines for today’s electronics, such as the dual-chamber vacuum soldering furnace with nitrogen capability and a wire bonder for thin or thick aluminum copper wires to various ribbons, the Innovation Center in Shanghai also features test stations for endurance tests. These tests expose material systems to the highest demands for weeks or even months at a time, including high-temperature storage as well as temperature cycling and power cycling.

In a precision die bonder, chips are attached to substrates by solder paste and further processed in the vacuum furnace up to 400°C. To create a strong and reliable bond, Heraeus mAgic sinter paste can be used, and processed in the sintering furnace with nitrogen environment with minimal residual oxygen. This ensures that the copper surface of a metal ceramic substrate does not oxidize. Thus, with the help of Heraeus Electronics solder and sinter pastes, chips are attached on copper surface for use in different electronic devices.

No limits to the complexity of the test processes

Optical microscopy, X-ray inspection and acoustic scanning is able to detect the tiniest scratches and bits of fuzz or slightest discoloration on surfaces, as well as invisible voids or delamination in layers. All these defects are critical to the long term reliability of a device. The shear or pull test for chips and bonding wires measures how much force can be applied before the component separates. This allows the quality and durability of a connection to be quantified clearly.

“There are no limits on the complexity of our test processes. This is crucial in such areas as Advanced Packaging where the available space is getting smaller and smaller, or for power electronic devices where the power density and heat dissipation demands for high reliability,” explains Dongyi “Larry” Wang. “Our testing procedures and capabilities help us to understand what makes a difference for our customers, thereby helping them to optimize their processes individually.”

About Heraeus

A globally leading technology group, Heraeus is headquartered in Hanau, Germany. Founded in 1851, it is a family-owned portfolio company which traces its roots back to a pharmacy opened by the family in 1660. Today, Heraeus combines businesses in the environmental, energy, electronics, health, mobility and industrial applications sectors. In the 2017 financial year, Heraeus generated revenues of €21.8 billion. With approximately 13.000 employees in 40 countries, the FORTUNE Global 500-listed company holds a leading position in its global markets. Heraeus is one of the top 10 family-owned companies in Germany. With technical expertise, a commitment to excellence, a focus on innovation and entrepreneurial leadership, we are constantly striving to improve our performance. We create high-quality solutions for our clients and strengthen their long-term competitiveness by combining unique material expertise with leadership in technology.

Neues Innovationszentrum in Shanghai

Heraeus Electronics hat ein neues Innovationszentrum in Shanghai eröffnet, um Materialsysteme selbst entwickeln und prüfen zu können. Kunden können Chips bestücken, Bauteile löten und testen lassen.

Im neuen Innovationszentrum von Heraeus Electronics in Shanghai können Chips auf 250 µm genau vom Wafer bestückt, Metallkeramiksubstrate mit Lotpaste vorappliziert und oberflächenmontierte Bauteile (SMD) dem Reflow-Prozess im Lötofen unterzogen werden. Zehn Entwickler arbeiten an Simulation, Design und Prototypenbau, Testen und Qualifizieren von Materialsystemen. Auf einer Fläche von 400 Quadratmetern, die weiter ausgebaut wird, stehen 18 hochentwickelte Maschinen für Kunden aus der Leistungselektronik und Halbleiterindustrie zur Verfügung.

„Wir wollen unsere Kunden zunehmend in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung beraten – nur so können wir gemeinsam eine sinnvolle Vorwärtsintegration erreichen“, sagt Dongyi „Larry“ Wang, Head of Innovation bei Heraeus Electronics in China. „Unsere breit aufgestellte Materialexpertise bietet einen klaren Mehrwert. Denn ein komplettes Materialsystem muss in sich stabil aufeinander abgestimmt sein, wenn es leistungsfähig und zuverlässig eingesetzt werden soll.“

Vakuum-Lötofen, Drahtbonder und Langzeittests

Neben verschiedenen modernen Maschinen – wie einem Vakuum-Lötofen mit zwei Kammern, der auch mit Stickstoff bestückt werden kann, und einem Drahtbonder für dünne und dicke Aluminium-Kupfer-Drähte und Bänder – finden sich im Innovationszentrum in Shanghai auch Teststände für Langzeittests. Diese Tests setzen Materialsysteme über Wochen oder sogar Monaten höchsten Anforderungen aus: Hoch- und Tieftemperaturlagerung, Temperaturwechsel im Zwei-Kammer-System und Power Cycling, bei dem sich die Wärmeableitung prüfen lässt.

Im Sinterofen werden Chips mit Subtraten verbunden – bei bis zu 400°C. Damit eine zuverlässige und haftstarke Verbindung entsteht, kann Heraeus mAgic Sinterpaste verwendet und im Sinterofen mit Wasserstoff und unter Ausschluss von Sauerstoff verarbeitet werden. Damit wird sichergestellt, dass die Kupferoberfläche eines Metallkeramiksubstrats nicht oxidiert. So können Chips überhaupt erst mithilfe von Heraeus Sinterpasten und Lotpasten auf Kupfer verbunden werden.

Keine Grenzen für Komplexität bei Testverfahren

Mit optischer Mikroskopie und automatischer Röntgeninspektion hingegen ist es möglich, kleinste Fussel, Kratzer und Verfärbungen auf Oberflächen zu entdecken. Das ist insbesondere beim Sintern unerlässlich, um Löcher und Fehlstellen zu erkennen. Der Schertest für Chips und Bonddrähte prüft, wie viel Kraft aufgebracht werden kann, bis das jeweilige Bauelement sich ablöst. Damit lässt sich eindeutig quantifizieren, wie qualitativ und beständig eine Verbindung ist.

"Der Komplexität sind bei unseren Testverfahren keine Grenzen gesetzt – dies ist beispielsweise im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik entscheidend, da dort die Bauräume immer enger und kleiner werden“, erklärt Dongyi „Larry“ Wang. „Zudem haben moderne leistungselektronische Bauelemente höhere Anforderungen an Leistungsdichte und Wärmeableitung. Letztlich können wir durch unsere Testverfahren und Möglichkeiten verstehen, was unsere Kunden bewegt und ihnen dabei helfen, die Prozesse individuell zu optimieren.“

Über Heraeus

Der Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit führendes Portfoliounternehmen in Familienbesitz. Die Wurzeln des 1851 gegründeten Unternehmens reichen zurück auf eine seit 1660 von der Familie betriebene Apotheke. Heraeus bündelt heute eine Vielzahl von Geschäften in den Feldern Umwelt, Energie, Elektronik, Gesundheit, Mobilität und industrielle Anwendungen. Im Geschäftsjahr 2017 erzielte Heraeus einen Gesamtumsatz von 21,8 Mrd.€. Das im FORTUNE Global 500 gelistete Unternehmen beschäftigt rund 13.000 Mitarbeiter in 40 Ländern und hat eine führende Position auf seinen globalen Absatzmärkten. Heraeus gehört zu den Top 10 Familienunternehmen in Deutschland. Mit fachlicher Kompetenz, Exzellenz sowie der Ausrichtung auf Innovationen und eine unternehmerisch geprägte Führungskultur streben wir danach, unsere Leistungsfähigkeit kontinuierlich zu verbessern. Für unsere Kunden schaffen wir hochwertige Lösungen und stärken nachhaltig ihre Wettbewerbsfähigkeit, indem wir einzigartige Material-Kompetenz mit Technologieführerschaft verbinden.