观察

 随着人工智能、高速通信等领域的算力与带宽需求持续激增，微电子集成技术正面临系统性能瓶颈的严峻挑战。近日，在武汉召开的2026九峰山论坛期间，西安微电子技术研究所总工程师、集成电路与微系统全国重点实验室副主任杨宇军,分享了《晶圆级异质异构2.5D/3D集成技术》的主题报告，分享了在晶圆级异质异构2.5D/3D集成技术领域取得的多项进展。以12英寸晶圆级TSV为核心工艺的先进封装与集成技术已实现体系化突破，并在多个关键应用方向形成成熟解决方案，为我国突破高端元器件技术壁垒、构建自主可控的先进微系统产业生态提供技术支撑。

多元化2.5D/3D产品体系成型，直击高算力应用痛点

作为国内最早开展TSV（硅通孔）立体集成互连技术研究的单位之一，西安微电子技术研究所凭借多年的技术积累和国家级课题支持，已建成国内领先的“12英寸晶圆级TSV微系统生产线”。该生产线汇聚了晶圆键合/解键合、超薄晶圆减薄、高深宽比刻蚀、多层再布线、高密度微凸点制备等七大工艺模块，形成了覆盖从基础工艺到系统集成的全链条技术能力。 核心工艺技术指标已达到国际先进水平，例如：可实现孔径≤5μm、深宽比≥10:1的高密度TSV互连；利用半加成工法实现最小线宽/线距达5μm/5μm的多层再布线；微米级金属凸点直径可控制在≤40μm、间距≤80μm以内。这些核心工艺的成熟，为后续产品开发奠定了坚实根基。这些核心工艺的成熟，为后续产品开发奠定了坚实根基。此外，更高级别的‌2.5D硅转接板‌与‌3D埋置重构‌集成能力也已建立完备，为多芯片异构融合奠定了坚实基础。 

2.5D/3D集成技术催生了一系列面向高性能计算、存储等领域的微模组产品，实现了从“概念”到“实用”的跨越。依托强大的工艺平台，该所已推出一系列具有代表性的微模组产品，展现了2.5D、3D及混合集成技术的广阔应用前景。其中，将国产多核处理器及多个DDR3存储器集成于2.5D TSV转接板上，形成2.5D TSV运算及存储多芯微模组，为高性能计算提供了小型化、高带宽的解决方案。通过TSV埋置重构再造技术，将8颗NAND TSV埋置重构芯片与IPD芯片进行三维立体集成，构建3D TSV大容量存储微模组。将5颗DDR3 TSV埋置重构芯片与IPD芯片进行三维立体集成，构建高带宽存储3D封装多芯堆叠微模组。显著提升了存储系统的集成度与性能。创新性地将将3D TSV堆叠DDR3、IPD及SSD集成于2.5D TSV转接板上，形成3D+2.5D PoP控制多芯微模组。在射频领域，推出了4层硅基POP（堆叠封装）结构的 3D PoP射频收发微模组，单模组集成超过26颗射频集成电路，充分展示了异构集成在多功能融合方面的巨大潜力。

混合键合引领下一代高密度集成

为了满足未来百亿级晶体管、十万兆互连带宽的极限制程需求，业界已前瞻性地探索更为极致的集成路线。混合键合技术被认为是突破现有2.5D/3D互连密度极限的关键。报告指出，随着高算力集成需求日益迫切，多功能和多工艺节点芯粒间的高密度Tbps量级互联成为挑战，通过微米级混合键合工艺以及多层亚微米大马士革布线工艺等核心技术，可突破现有存储墙和功耗墙的高性能高带宽的硬件限制，并大幅度提升多谱融合信号实时处理能力。 

西安微电子技术研究所前瞻性地布局了基于混合键合的高密度晶圆级集成技术。通过攻克亚微米级（≤0.9μm线宽/线距）大马士革布线工艺和晶圆级混合键合工艺（键合节距≤2μm，对准精度≤0.2μm），成功研制出双层混合键合堆叠的SRAM集成样件。这是实现X-Cube架构和超高速芯粒（Chiplet）互连的关键一步，为实现Tbps量级芯粒互联、提升多谱信号实时处理能力开辟了新路径。 

此外，TSV工艺技术使得硅基射频微系统实现了硅基芯片与化合物芯片的异构集成和纵向三维集成，显示出小型化、高密度集成以及低成本等众多优势。针对雷达/通信系统对高性能、小型化射频前端的需求，研究开发了射频专用的硅基集成技术。已成功研制包含16路接收与4路发射共计20通道的‌射频收发模块‌。

玻璃基板与异质键合开辟多功能融合新赛道

随着新一代通信、雷达及光电系统向高频、大功率、高集成度方向发展，单一硅基半导体已难以覆盖全场景性能需求。InP、GaAs在高速射频与光电信号处理上优势显著，SiC、GaN则具备耐高温、高功率密度特性。开展硅基与异质材料集成技术研究，可实现高频、大功率、光电数字功能的高密度异质异构融合，对支撑下一代射频芯片、光电子集成、宽带通信与雷达系统提升具有重要意义。以‌玻璃基板‌和‌异质材料（GaN/GaAs）刻蚀键合‌为核心的集成技术成为新方向。

报告显示，研究团队已开始布局以玻璃基板和异质键合为核心的多功能异质异构集成技术。在8英寸玻璃基板上开展TGV工艺和Build up工艺开发，已实现最小玻璃通孔直径9.977μm、通孔正反导通电阻0.18Ω、增层介质盲孔最小孔径50μm、线宽/线距5μm/10μm等核心工艺指标。开展异质材料高密度微孔刻蚀工艺开发，已完成GaN、GaAs高密度微孔刻蚀工艺初步开发，已实现GaN微孔最小直径2μm，孔深5μm；GaAs 微孔最小直径1μm，孔深5μm；氧化硅微孔最小直径0.6μm，深宽比2:1等核心工艺指标。这些技术预示着将硅基逻辑、化合物半导体射频/功率及光电性能优势进行深度融合成为可能。 

报告指出，未来多功能异质异构集成将以玻璃基板与异质键合和核心双引擎，推动系统集成度与性能的跨越式发展。一方面玻璃基板凭借其优异的尺寸稳定性、高频低损耗及可调热膨胀系数，将成为射频、光电及三维集成的理想平台；另一方面，面向硅、化合物半导体等异质材料的微孔互连技术将走向亚微米精度与超高深宽比，实现低损耗、高密度的垂直互连。两者深度融合后，有望构建感存算传等多功能一体的异构微系统，成为后摩尔时代系统创新的关键路径，引领电子技术向高性能、高集成与多功能融合迈进。