一块透明的玻璃，能做什么？
如果你以为它只能做窗户或手机屏幕，那就低估了它的潜力。如今，这块普通的材料，正在成为破解人工智能算力瓶颈的“秘密武器”。
在近期落幕的第十四届中国创新创业大赛颠覆性技术创新大赛上，西电杭州研究院先进视觉研究所王立军教授团队的“玻璃基共封装光学关键技术及AI算力互连应用”项目，从全国163项顶尖技术中脱颖而出，拿下最高奖——“优胜项目奖”。这个奖项的背后，是一场正在悄然发生的半导体产业变革。
算力之困：传统封装遭遇性能极限
人工智能的快速发展，让芯片算力需求呈指数级增长。可一个尴尬的现实是：芯片本身的制造工艺正逼近物理极限，7纳米、5纳米、3纳米……越往前走，难度越大，成本越高，收益却越来越小。更棘手的是，我国在先进制程领域面临外部封锁，EUV光刻机等核心设备被严格管控。
在晶圆上“卷”不动了，产业界把目光投向了另一个方向——封装。简单说，就是把多个芯片像搭积木一样拼在一起，让它们协同工作，以此提升整体性能。但传统封装材料也开始“掉链子”了。目前的封装主要依赖有机基板，王立军团队打了个比方：“这就像在豆腐上盖摩天大楼。”AI芯片功率越来越大，发热量飙升，有机基板在高温下容易膨胀、翘曲，信号传输损耗也高，严重影响芯片性能。另一种硅中介层方案虽然精度高，但成本昂贵，且难以支持超大尺寸封装。
产业界急需一种新材料，既能扛得住高温、又不损耗信号，还能大规模生产。
破局之道：玻璃基板成为关键
王立军团队的选择是——玻璃。这个答案听起来有点反直觉：玻璃不是易碎吗？怎么能用在精密的芯片封装上？
事实上，经过特殊处理的玻璃基板，性能远超想象：首先，它的热膨胀系数与硅芯片高度匹配，意味着在芯片冷热交替工作时，玻璃基板几乎不变形，翘曲度比传统材料降低70%以上。这对于大尺寸封装至关重要。其次，玻璃基板中超高速互连和超高频RF信号（100GHz）的传输损耗相对硅基材料降低2～3个数量级。换句话说，信号在玻璃上跑得更快、更稳、更省电。因此，在AI芯片异构集成先进封装领域，玻璃基板能够支持逻辑芯片（XPU）与高带宽内存（HBM）的高密度集成，这是当前AI计算瓶颈的关键解决方案之一。
玻璃基板
更妙的是，玻璃是透明的。这个特性让它成为光电集成的理想平台——未来，芯片之间的互连可以从“电信号”转向“光信号”，速度更快、功耗更低。而玻璃基板可以直接集成光波导，相当于在芯片内部铺了一条“光速公路”。
关键一跃：5亿中试线按下“加速键”
面对这一行业机遇，王立军带领团队依托学校在材料科学、信息技术、半导体等领域的深厚积累，启动了玻璃基AI芯片先进封装技术的攻关。他曾在美国深耕超高速光互连与光电显示玻璃基板材料，取得多项世界一流成果；回国后成功打破高世代液晶显示玻璃基板的国外垄断。如今，他带领一支拥有世界顶尖产业背景的核心团队——成员多曾在美国康宁、英特尔等实验室从事研发，掌握高纯度大尺寸超薄玻璃晶圆制造、飞秒激光微纳加工及高密度通孔金属布线等全套核心工艺，全力进军下一代先进封装玻璃基板主战场。
“真正的创新必须扎根于产业需求。”项目负责人王立军介绍，团队没有选择在实验室闭门造车，而是深入一线，与产业链材料、芯片设计、制造、设备、封测等相关企业开展联合攻关，只为厘清一个个现实挑战：玻璃基先进封装的多物理场仿真，玻璃通孔的金属化填充、多层布线的工艺实现……
玻璃晶圆关键技术
最终，团队在玻璃基板先进封装技术上取得关键突破。数据显示，通过精准调控材料配方，热膨胀系数可控制在3-5ppm/℃，与硅芯片高度匹配，使得基板在芯片工作的冷热循环过程中翘曲度减少70%以上；在超高速互连和超高频RF信号（100GHz）的传输损耗相对硅基材料降低2～3个数量级。
此次技术突破，为高密度，高性能集成扫清了物理障碍：目前已能实现微米级通孔及超精细布线，互连密度是传统有机基板的10倍以上；玻璃基板可以制作超低损耗光波导，耦合等片上光互连器件，为超高速光电集成提供了极佳的平台。
玻璃晶圆先进封装产品取芯验证
同时，为严格验证，团队对玻璃基板封装样品进行了严苛的可靠性测试。结果表明，无论是热循环测试，还是高温高湿存储，玻璃基板封装样品的结构完整性与光电性能均表现优异，达到了"高性能与高可靠兼得"的目标。
更令人振奋的是，由团队主导的亚洲首条大尺寸玻璃晶圆中试产线项目正在加紧实施，该项目投资达5亿元，建成后将填补国内在该领域的空白，为玻璃基板技术的产业化落地按下“加速键”。
市场已经在翘首以盼。预测显示，到2030年，玻璃在半导体领域的市场规模将达100亿美元，其中TGV（玻璃通孔）加工市场到2030年将达68亿美元，年复合增长率36.9%。
高密度集成走出了关键一步，下一步是如何突破AI计算集群的超高速光互连。当前，王立军教授团队正致力于将玻璃基板技术应用于下一代超高速光模块的共封装光学，实现AI芯片和算卡之间的低延迟和低能耗互连。
玻璃晶圆先进封装技术中试线
“未来，在超大规模智算中心的服务器内，电信号与光信号将在玻璃基板上无缝协同，为算力突破扫清互联障碍。”团队成员表示，这将为超大规模算力系统提供突破瓶颈的颠覆性平台。而在向6G迈进的路上，玻璃基板因其超低介电损耗和高频信号完整性，同样不可或缺。
从精准识别产业痛点，到组建跨学科团队开展产学研协同攻关，再到完成工程化验证与技术迭代，是研究院“需求牵引、验证先行、产业落地”创新逻辑的生动体现。未来，西电杭州研究院将持续深耕，孵化更多“小切口、大价值”的标杆案例，助力更多前沿技术从实验室走向产业一线，为半导体产业升级注入强劲动能！
来源 / 先进视觉研究所
编辑 / 田雨阳
责编 / 王丹
出品 / 党建工作部
