等离子清洗技术在芯片灌封工艺中的应用——提升封装可靠性的关键技术

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2026-07-16

随着第三代半导体、先进封装、汽车电子、航空航天、医疗电子以及高可靠军工电子的快速发展，芯片封装正朝着高集成、高功率、高可靠性的方向不断演进。对于裸芯片（Bare Die）而言，环氧树脂灌封（Epoxy Encapsulation）已经成为除陶瓷封装、金属气密封装之外应用最广泛的保护方案之一。

环氧灌封旨在通过固化形成保护层强化电子器件的整体性。优良的灌封能够显著提高器件的极限环境适应力,是实现器件小型化、轻量化和高可靠性的重要手段。然而，在实际生产过程中，很多企业发现即使采用性能优异的灌封胶，仍然会出现：灌封胶脱层，粘接力不足，界面分层的现象出现。这些问题会直接破坏灌封的完整性,导致湿气、离子污染物等易在界面处聚集,引发电性能劣化甚至短路失效。其根源通常在于界面结合力不足,与材料表面的洁净度、粗糙度及化学相容性密切相关。

大量研究表明，这些问题并不仅仅来自灌封胶本身，更重要的是灌封前芯片及基板表面的洁净度和表面活性。因此，在现代半导体封装工艺中，等离子清洗（Plasma Cleaning）已经成为芯片灌封前不可缺少的关键前处理工艺。

芯片灌封为什么需要等离子清洗？

芯片经过贴装、焊线、搬运后，表面通常会残留：有机污染物、助焊剂残留、硅油、氧化膜、空气吸附层等。

这些污染层厚度虽然通常只有数纳米至几十纳米，但却会明显降低灌封胶对芯片和基板的润湿能力，使界面形成弱结合层，最终导致脱层、空洞及可靠性下降。

传统酒精、IPA或超声波清洗只能去除部分污染，而无法处理纳米级有机膜和提升表面能。

等离子清洗则能够在不损伤芯片结构的情况下，同时实现：纳米级去污、表面活化、提高表面能、增加粘接强度、提升灌封胶润湿性能。

因此，目前越来越多的先进封装生产线都将等离子清洗作为标准工艺。

等离子清洗在灌封中的工作原理

等离子清洗机通常采用13.56MHzRF电源，在几十至几百毫托压力下激发工作气体（O₂、Ar、H₂、N₂等），形成低温等离子体。低温等离子体中的活性粒子轰击表面，去除纳米级污染层并改善表面润湿性，提升表面活性，增强灌封材料在基体上的铺展和浸润能力。

1.去除有机污染
氧等离子体能够将表面的碳氢污染物氧化为：CO₂、H₂O，最终抽真空排出腔体，相比湿法清洗，不会产生二次污染。

2.表面活化
氧自由基能够在材料表面生成大量极性官能团，例如：–OH、–COOH、C=O等。这些极性基团显著提高材料表面能。对于环氧灌封胶而言，可形成更多化学键，提高界面结合力。

3.微观刻蚀
等离子体清洗依靠离子轰击可以增加微观粗糙度，形成更大的有效接触面积。这种机械锚固效应进一步增强灌封胶附着力。

4.提高润湿性
经过等离子清洗后，灌封胶能够，更快速铺展，更均匀填充，更少形成空洞，从而降低内部气泡率。

随着先进封装技术向更高集成度、更小尺寸和更高可靠性发展，等离子清洗已从可选工艺逐渐演变为芯片灌封前处理的标准配置。通过去除纳米级污染物、提升表面能、改善润湿性并增强界面结合强度，等离子技术能够有效解决界面分层、气泡残留及固化应力等关键难题。结合真空脱泡、分层灌封和优化固化曲线，可显著提升封装产品在温度循环、湿热老化和高温寿命等严苛环境下的长期可靠性，为汽车电子、功率半导体、航空航天及先进封装等领域提供稳定可靠的工艺保障。