很多人理解半导体等离子清洗时，会想到：
去除有机污染，
提高表面洁净度，
改善Wire Bonding。
但到了HBM、Chiplet和3D异质集成以后，等离子还有一个越来越值得关注的应用：
去除金属表面的氧化层，为无助焊剂键合创造条件。
这背后其实反映了先进封装正在面对的一个现实问题：
当芯片之间的间距越来越小以后，
以前很好用的一些辅助材料，
开始变成新的工艺负担。
其中就包括：
Flux——助焊剂。

一、为什么焊接时需要助焊剂？

先从最基本的问题说起。
铜、锡等金属表面暴露在空气中以后，会逐渐形成氧化层。
而焊接真正需要的是：
干净、可润湿、能够发生稳定冶金反应的金属表面。
如果表面存在氧化物，
焊料就可能出现：
润湿不足，
铺展不良，
界面反应不完整。
所以传统焊接过程中经常会使用助焊剂。
它的重要作用之一，就是：
清除或破坏金属表面的氧化物，并减少焊接过程中的再次氧化。
在传统电子组装中，
这套方案非常成熟。
但先进封装的问题在于：
结构正在变得越来越小。

二、为什么Pitch越来越小以后，助焊剂开始变麻烦？

以Flip-Chip为例。
芯片通过大量微凸点与下方基板或另外一颗芯片连接。
随着I/O数量增加，
互连Pitch不断缩小。
这意味着：
芯片和基板之间的间隙越来越窄。
传统使用助焊剂以后，
键合完成还需要面对：
助焊剂残留。
在间隙比较大的结构中，
后续清洁相对容易。
但进入超细间距以后，
清洗液很难充分进入狭窄间隙，
残留物也更难彻底排出。
IBM在ECTC 2026公布的研究就指出，随着3D异质集成和Chiplet堆叠发展，Flux辅助TCB面临：
助焊剂残留控制、
键合后清洁、
Underfill表面活化
等挑战，这些问题都有可能进一步影响长期可靠性。
所以先进封装开始提出一个非常直接的问题：
能不能不用助焊剂？

三、不用助焊剂，最大的问题是什么？

听起来似乎很简单：
把助焊剂去掉就行。
实际上没有那么容易。
因为助焊剂原来承担的：
去氧化
这个任务仍然必须有人完成。
铜焊盘和焊料表面只要暴露在空气中，
就会形成天然氧化层。
如果直接拿已经氧化的表面去键合，
润湿和界面反应就可能受影响。
所以真正的无助焊剂键合必须解决两个问题：

第一，怎样把原来的氧化层去掉？

第二，去掉以后，怎样避免它马上重新氧化？

而这正是近期等离子研究正在解决的问题。

四、IMPACT-IAAC 2026的新研究做了什么？

IMPACT-IAAC 2026将在2026年10月19日至22日举行。
大会公布的会议议程中包含一项题为：
Room-Temperature Plasma-Induced Cu₄N Formation for Reliable Flux-Less Flip-Chip Bonding
的研究。
研究针对的是：
40 μm Pitch Flip-Chip测试结构。
处理过程分成两个步骤。

第一步：Ar/H₂等离子去除铜表面氧化层

研究人员首先使用：
Ar/H₂ Plasma
处理Cu Pad。
其中的目标是降低铜表面的天然氧化物。
也就是说，
等离子在这里做的并不只是：
“清理一点有机污染。”
而是在直接改变：
铜表面的化学状态。

五、为什么去完氧化层以后，还要继续做N₂等离子？

因为干净铜表面并不会永远保持干净。
一旦重新接触空气，
仍然可能继续氧化。
所以研究的第二步使用了：
N₂等离子处理。
目的是在铜表面形成：
Cu₄N——氮化铜钝化层。
会议摘要中的XPS结果显示，
等离子处理以后出现了Cu₄N对应特征，同时与铜氧化物相关的信号明显减少。
这个思路非常值得关注。
因为它不是简单：
把氧化物清掉。
而是：
先去除氧化层，再主动构建一层能够延缓重新氧化的表面状态。
所以这里的等离子已经不只是Cleaning。
更准确地说，它在做：
Surface Engineering——表面工程。

六、为什么要强调“室温”？

对于先进封装而言，
温度本身就是一个非常重要的工艺变量。
芯片堆叠越复杂，
封装里面可能同时存在：
不同材料、
不同热膨胀系数、
更薄的芯片、
更精细的微凸点。
过高的热负荷可能增加：
翘曲，
热应力，
材料变形
等风险。
这项研究的Cu₄N形成过程强调：
无需外部加热，在室温下通过等离子完成。
这意味着：
如果工艺可以稳定放大，
就有机会在较低热预算下完成金属表面的化学状态调整。
对于精密封装来说，
这比单纯追求更高等离子功率更加有意义。

七、处理以后焊料润湿发生了什么变化？

研究摘要显示，
在优化的等离子条件下，
铜焊盘的：
Solder Wettability——焊料润湿性
得到明显改善。
同时在焊料/Cu界面形成连续的：
Cu₆Sn₅金属间化合物层。
为什么这个现象重要？
因为焊接本质并不是：
把两块东西“粘起来”。
它依赖的是：
焊料与基材发生：
润湿、
扩散、
冶金反应，
最终形成稳定连接界面。
如果表面被氧化物隔开，
这些过程都会受到影响。
所以等离子去氧化真正服务的是后面的：
冶金连接。

八、IBM也在研究类似方向

这并不是一个孤立研究。
IBM在ECTC 2026发表的一项研究，同样针对超细间距微凸点的无助焊剂TCB。
研究使用：
Ar + 1%～3% H₂的大气压等离子
去除连接表面的氧化层。
随后完成：
Die-to-Die无助焊剂热压键合。
研究还进行了：
-50°C至125°C、1000次温度循环
的可靠性测试，报告中没有观察到归因于等离子清洗的键合缺陷或Underfill空洞。
这至少说明：
“等离子去氧化 + 无助焊剂键合”
已经不只是一个实验室概念。
它正在被用来解决实际先进封装中的：
Fine-Pitch Interconnection——细间距互连问题。

九、为什么大气压等离子也值得关注？

传统半导体等离子处理经常在真空系统中完成。
真空的优势很明显：
气氛可控，
杂质少，
工艺参数容易精确管理。
但真空也意味着：
抽真空，
进出腔，
设备节拍。
如果能够利用大气压等离子完成局部：
去氧化，
清洁，
活化，
就有机会直接集成进：
TCB设备，
自动化产线，
连续生产工位。
IBM的研究使用的就是：
Atmospheric Pressure Plasma Surface Treatment。
这并不代表：
大气压一定优于真空。
真正重要的是：
对于具体工艺，
哪一种方式能够提供：
足够的氧化层去除能力，
较小的材料损伤，
合适的处理节拍，
以及稳定的重复性。

十、无助焊剂键合最大的意义，只是少用一种化学品吗？

不只是。
如果只是为了：
少买助焊剂，
意义其实没有那么大。
先进封装真正关心的是：
减少一道会产生残留的工艺变量。
传统Flux路线可能包括：
涂覆助焊剂，
键合，
清洗，
干燥，
再进行后续Underfill。
每增加一个步骤，
都可能带来新的变量。
比如：
Flux用量变化，
残留量变化，
清洗充分程度变化，
干燥状态变化。
如果无助焊剂路线最终能够成熟，
理论上可以减少：
化学残留，
清洗步骤，
以及由残留带来的界面风险。
所以它真正吸引先进封装的地方，是：
Process Simplification——工艺简化。

十一、那等离子是不是可以完全替代所有助焊剂？

现在不能这么说。
必须强调：
无助焊剂工艺是否适用，
和很多条件有关。
包括：
· 焊料体系
· 铜表面状态
· 凸点尺寸
· Pitch
· 键合温度
· 键合压力
· 等离子气体体系
· 等离子到键合之间的暴露时间
· 产品可靠性要求
尤其是：
等离子处理以后到正式键合之前间隔多久
非常关键。
因为如果铜表面重新暴露在空气中太久，
仍然可能重新氧化。
这也是为什么“去氧化”之后继续研究：
钝化，
或者In-Situ处理，
非常重要。

十二、实际做等离子去氧化，不能只看接触角

这类工艺和普通塑料活化差别很大。
如果处理的是PP、PE等高分子，
我们经常测：
水接触角，
达因值。
但对于铜焊盘去氧化，
这些指标远远不够。
更关键的评价方法应该包括：

XPS

确认：
CuO、Cu₂O等氧化物相关信号有没有下降。

焊料润湿测试

看焊料是否能够：
更快、更完整地铺展。

界面截面分析

观察：
IMC是否连续，
有没有空洞，
有没有未润湿区域。

剪切/拉力测试

判断连接强度。

可靠性验证

比如：
冷热循环，
高温老化，
高温高湿。
只有这样才能真正证明：
等离子不是把表面“看起来处理过”，而是确实改善了后面的连接可靠性。

十三、等离子去氧化是不是功率越高越好？

仍然不是。
这个问题在精细金属结构上尤其需要谨慎。
等离子功率过低：
氧化物可能去除不足。
但处理太强：
又可能产生：
表面粗化，
局部损伤，
温升，
甚至改变精细微凸点结构。
所以真正成熟的工艺一定是在寻找：
去氧化效率和材料保护之间的工艺窗口。
这和等离子处理塑料、
光模块焊盘、
Micro-LED，
本质逻辑其实一样：
不是越强越好，而是刚好满足后道工艺。

十四、从等离子清洗到“控制金属界面”，行业正在发生什么变化？

过去大家谈等离子，
经常围绕：
清洗，
去有机物，
提高表面能。
现在进入先进封装以后，
要求正在进一步提高。
等离子不仅需要解决：
表面脏不脏。
还要开始解决：
这个表面的化学状态是不是适合下一道工艺。
例如这次的：
Ar/H₂去氧化，
N₂等离子形成Cu₄N钝化层。
就是很典型的例子。
等离子从：
Cleaning Tool——清洁工具
正在进一步变成：
Interface Engineering Tool——界面工程工具。

十五、这对国内半导体封装企业有什么启示？

我认为最值得关注的不是：
马上把所有Flux都取消。
而是：
在遇到细间距封装问题时，
开始把：
表面状态
作为一个独立工艺变量来研究。
例如出现：
焊料润湿波动，
微凸点空洞，
金属表面氧化，
Flux残留难清洗，
Underfill可靠性异常，
就不能只继续调整：
温度，
压力，
焊接时间。
还应该进一步检查：
键合之前的金属表面到底是什么状态。
很多后道问题，
真正的起点可能发生在：
键合之前。

结语

随着HBM、Chiplet和3D异质集成向更高I/O密度、更细互连Pitch发展，
传统助焊剂辅助键合正在面临：
残留难清洗，
狭窄间隙清洁困难，
后续Underfill界面控制复杂
等问题。
2026年的多项研究开始尝试利用：
等离子直接去除金属氧化层，
为无助焊剂细间距键合创造表面条件。
IBM在ECTC 2026展示了大气压Ar/H₂等离子辅助的无助焊剂TCB，并完成1000次深温度循环可靠性测试；而即将在10月举行的IMPACT-IAAC 2026会议摘要中，研究人员进一步提出在室温下通过Ar/H₂去除Cu氧化层，再利用N₂等离子形成Cu₄N钝化层，以减少重新氧化。
这些研究真正说明的不是：
助焊剂马上要被淘汰。
而是先进封装正在提出更高一级的问题：
能不能直接把金属界面控制到适合键合的状态，从源头减少后续工艺负担？
对于等离子表面处理行业来说，
这也是一个很明显的变化：
从“把表面洗干净”，逐渐走向“把界面调到适合下一道工艺”。
昆山普乐斯电子科技有限公司长期专注于等离子表面处理设备及材料表面改性工艺，可针对半导体、微电子及精密封装中的金属焊盘清洁、表面氧化物处理、键合前表面准备等需求，结合实际产品材料、结构和后道工艺进行样品测试与工艺验证，为量产寻找更加稳定的表面处理工艺窗口。如果您对等离子体表面处理机有需求或者想了解更多详细信息，欢迎点击普乐斯的在线客服进行咨询，或者直接拨打全国统一服务热线400-816-9009，普乐斯恭候您的来电！