一、关键材料地图：七类材料在AI加速器封装中的位置

先进封装每一次结构升级，背后都是一次材料换代。图1以一颗AI加速器的“2.5D/3D+CPO”封装为例，标出了七类关键材料的位置：①TSV硅中介层、②TGV玻璃基板、③混合键合介质SiO₂/SiCN、④高纯电镀铜电极、⑤硅光SOI晶圆、⑥IOX离子交换玻璃波导、⑦金刚石热沉片。自下而上看，PCB主板之上是带ABF增层的玻璃芯载板，其上为TSV硅中介层，GPU/ASIC与HBM堆栈并排安放在中介层上；侧面由EIC驱动芯片与PIC（SOI）组成光引擎，光路从玻璃芯内部引出；最上方的金刚石热沉/散热盖承担1–2 kW以上的热流。

图1：AI加速器2.5D/3D+CPO封装中的七类关键材料位置示意（非实际比例）。来源：imec、应用材料、康宁、Soitec公开资料；各公司公告；深芯盟绘制的结构示意。

七类材料对应三条性能主线：互连密度（①TSV/②TGV、③键合介质、④电镀铜）、光互连（⑤SOI、⑥IOX波导）与散热（⑦金刚石热沉）。材料每换代一次，互连间距、带宽或热设计功耗就跨上一个台阶。图2概括了每类材料的定位、关键工艺与国内代表企业。

图2：七类关键材料的定位、关键工艺与国产代表企业。来源：各公司公告；imec、应用材料、康宁、Soitec公开资料；深芯盟整理。

国产化呈梯度分布：TSV/TGV与电镀铜已进入批量与小批量；SiCN键合介质、SOI、金刚石热沉处于验证与小批量；IOX玻璃波导仍在研发。下文逐一展开。

二、材料①②：TSV硅中介层vs TGV玻璃基板——性能边界与国产工艺链

材料①TSV硅中介层与材料②TGV玻璃基板，是2.5D/3D封装中“走电”的两种底座。表1以行业典型值对比了硅、玻璃与有机（ABF/BT）三类中介层/芯板材料：硅赢在布线密度与导热，可做到亚微米前道BEOL布线、导热约150 W/m·K，但受限于12英寸晶圆尺寸与成本；玻璃赢在低损耗、CTE可调与面板级加工，介电损耗Df仅0.001–0.003、CTE 3–8 ppm/K可调、可在510×515 mm面板上加工，短板是导热（1.1–1.4 W/m·K）与脆性；有机材料成本最低、主流量产，但布线能力与CTE匹配已逼近极限。

表1：三类中介层 / 芯板材料对比（典型值）。来源：《玻璃基板与硅光子融合产业链研究报告》；行业典型值；深芯盟整理。

两者将长期并存、分场景使用：硅中介层仍是超高密度2.5D互连的主力（国产代表：武汉新芯、盛合晶微、天成先进，工艺为深硅刻蚀、绝缘衬层与铜填充）；玻璃则面向下一代大尺寸芯板与中介层（国产代表：京东方、沃格、云天，以及彩虹、凯盛等原片厂）。

TGV的制造可拆为五步工艺链（图3）：①玻璃原片→②激光改性+湿法刻蚀→③种子层PVD→④填孔电镀→⑤平坦化+RDL。各环节的国际与国产供应商如下：

▸ 玻璃原片：国际为康宁、肖特、AGC、NEG；国产为彩虹股份、凯盛科技、戈碧迦、旗滨集团。

▸ 激光改性+湿法刻蚀：国际为LPKF（LIDE）、Plan Optik；国产为帝尔激光、大族激光、华工激光、德龙激光。

▸ 种子层PVD：国际为应用材料等；国产为北方华创、矩阵科技。

▸ 填孔电镀：国际镀液为MKS安美特、麦德美爱法；国产设备为东威科技、盛美上海，镀液为天承科技、艾森股份。天承科技TGV填孔电镀AR 10–15指标已超越国际品牌；JNTC将铜填充时间压缩至分钟级。

▸ 平坦化+RDL：要求TTV<0.5 μm、Ra<0.3 nm；国产为华海清科（CMP设备），京东方、沃格（RDL多层）。

图3：TGV五步工艺链：国际vs国产供应商（左下为DNP TGV孔壁覆铜截面官方SEM）。来源：《玻璃基板与硅光子融合产业链研究报告》；《先进封装电镀液厂商技术创新与竞争力分析》；DNP产品技术公告；The Elec；深芯盟整理。

判断：TGV国产工艺链呈现“设备先行、原片滞后”的特点——激光、电镀、PVD、CMP设备均已有国产批量订单，而高端特种玻璃原片仍是最大短板。

三、材料③：混合键合介质从SiO₂走向SiCN

混合键合（Hybrid Bonding）是真正的无凸块（Bumpless）3D互连技术，典型应用如台积电SoIC、AMD 3D V-Cache。其界面由超平整无机介质（SiO₂或SiCN）与高纯电镀铜电极组成：室温贴合后加热退火，实现介质–介质共价键合与铜–铜金属晶界扩散熔合，互连间距可缩减至1微米以下。

工艺上分为三步（图4）：表面准备→常温预键合→高温退火。介质先在常温下形成氢键/共价键，退火时铜膨胀闭合凹陷并互扩散。介质面因此决定了键合的机械强度与可靠性。

图4：混合键合原理：表面准备→常温预键合→高温退火。来源：混合键合工艺示意；imec公开资料；深芯盟整理。

目前主流介质是SiO₂，已支撑约1 μm间距的量产（CIS/3D NAND）。进入亚微米间距后，SiCN成为演进方向（表2）：Si–C/Si–N表面活化后键合能更高；250°C退火即可达到高强度，且高温下不退化；自身即可作为铜扩散阻挡与钝化层，还能阻隔气体扩散；界面热稳定性更好，利于多次后续工艺。可微缩性方面，imec已把W2W间距从2023年的400 nm推进到2026年的200 nm（图5）。

表2：SiO₂ vs SiCN：键合介质关键性能对比。来源：imec（IEDM 2023；2026年W2W成果）；Semiconductor Engineering（2026-07）；应用材料（2023-07）；深芯盟整理。

图5：imec / EVG 2026：Cu/SiCN W2W 200 nm间距TEM，全片键合后overlay<40 nm。来源：imec / IEEE；深芯盟整理。

产业链与国产进展：国际上，应用材料推出Insepra SiCN沉积系统（宣称业界最高介质键合强度），EVG、Besi主导键合设备。国内，拓荆科技PECVD/ALD覆盖约100种介质工艺，Dione 300（W2W）获重复订单，Pleione（D2W）已出货，并配套Propus预处理与Crux/Ascella量测；前驱体方面，雅克科技、南大光电等在推进硅基前驱体国产化。

判断：SiO₂已支撑约1 μm间距量产；进入亚微米间距后，SiCN以更高键合能、自带铜阻挡与更低退火温度成为主流演进方向。国产路径是“设备+前驱体”双轮：拓荆已打通沉积—活化—键合—量测，下一道门槛是SiCN低温沉积、表面粗糙度与前驱体纯度/批次一致性。

四、材料④：高纯电镀铜电极——从“填得满”走向“晶粒可控、低温可键合”

为何要“高纯+细晶”：混合键合依赖铜原子在低温下跨界面扩散，杂质与粗晶会造成空洞与接触电阻升高；细晶/纳米孪晶铜可将Cu–Cu键合温度降至200°C以下。因此，电镀铜的要求已从TSV时代的“填得满”，升级为“晶粒可控、低温可键合”。混合键合铜电极的制造包括五道工序（表3）。

表3：混合键合铜电极五道工序与产业链。来源：《先进封装电镀液厂商技术创新与竞争力分析》；MacDermid Alpha、imec公开资料；各公司公告；深芯盟整理。

与国际领先水平相比（表4）：国际已做到0.2 μm以下的细晶铜且取向可控，国内在0.5–2 μm、取向控制仍在研发；国际已形成nt-Cu体系、<200°C低温键合，国内天承科技在开发特殊结构添加剂，尚未量产；镀液纯度方面，艾森的高纯硫酸铜基液已达ppb级，但添加剂仍有差距；TSV填孔方面，国际AR≥15:1、空洞率<0.01%，国内AR 10–15:1、空洞率<0.1%。

表4：高纯电镀铜：国际领先vs国内现状。来源：《先进封装电镀液厂商技术创新与竞争力分析》；MacDermid Alpha、imec公开资料；深芯盟整理。

从国产电镀液厂商2025年市场表现指数看（图6，基于技术、财务、盈利、市场、产能五维量化模型），安集科技（358.16）、上海新阳（258.6）领先，艾森股份（181.8）、天承科技（179.61）、光华科技（175.36）、飞凯材料（169.38）紧随其后。铜电镀液约占国内先进封装镀层材料的65%。

图6：国产电镀液厂商2025年市场表现指数。来源：《先进封装电镀液厂商技术创新与竞争力分析》（指数基于2023–2025财年公开财报）；深芯盟整理。

判断：TSV/RDL铜电镀液已具备替代能力，差距集中在混合键合用超细晶铜与添加剂纯度；“镀液+设备+工艺”协同验证是破局关键。

五、材料⑤⑥：硅光SOI与IOX玻璃波导——CPO光互连的两块“底板”

材料⑤和⑥是CPO光互连的两块“底板”：SOI是“芯片内的光路”（PIC制造衬底），IOX是“基板内的光路”（光纤到芯片的最后一毫米），CPO放量将同时拉动两者。

材料⑤硅光SOI晶圆：Smart Cut键合剥离制造。工艺分四步（图7）：①热氧化，在表面生成SiO₂；②H⁺注入，形成氢致剥离面；③翻转键合，与支撑片常温键合；④剥离+抛光，得到超薄均匀的顶硅，余片可回收再用。成品自上而下为220 nm顶硅（n≈3.48）、埋氧SiO₂（BOX，n≈1.44）与硅衬底（Handle）。顶硅与埋氧之间的高折射率差把光限制在亚微米波导中，使SOI成为硅光PIC的标准衬底。

图7：硅光SOI晶圆：Smart Cut键合剥离制造流程与结构。来源：《Soitec公司介绍》；武汉新芯“芯光计划”；Smart Cut流程为深芯盟绘制示意。

格局上，Soitec掌握Smart Cut专利，硅光SOI全球份额超过95%；国产方面，沪硅产业（新傲科技）在推进，武汉新芯“芯光计划”布局光电融合—SOI，广东硅峰亦有布局。每颗PIC都需要SOI衬底，CPO放量就意味着硅光SOI刚需。国产硅光SOI处于验证与小批量阶段，顶硅厚度均匀性与低缺陷密度是进入光模块供应链的门槛。

材料⑥IOX离子交换玻璃波导：玻璃自身“走光”。在AgNO₃/NaNO₃熔盐浴中，特种玻璃基板中的Na⁺被Ag⁺替换，折射率局部提升Δn≈0.01–0.02；再经场辅助扩散形成埋入式渐变折射率波导（掩膜开窗控制波导位置），传播损耗0.041 dB/cm，可在玻璃内完成250→50 μm扇入与模场变换（图8）。

图8：IOX离子交换玻璃波导原理：Ag⁺入 / Na⁺出，形成渐变折射率埋入波导。来源：《玻璃基板与硅光子融合产业链研究报告》；康宁公开资料；深芯盟整理。

康宁GlassBridge的实测数据显示了IOX波导的量产价值（表5）：单端耦合损耗1.44 dB，对准公差放宽30倍（±30 μm），单通道装配<15 s，量产良率>90%，光引擎BOM可降低20%–30%。

表5：传统FAU有源对准vs康宁GlassBridge实测。来源：康宁公告及IEEE ECTC 2026；《玻璃基板与硅光子融合产业链研究报告》；深芯盟整理。

康宁于2026年推出GlassBridge（ECTC 2026披露），并与GlobalFoundries验证了玻璃波导边缘耦合；离子交换炉与场辅助扩散等IOX核心工艺由康宁掌握，国内仍处研发阶段。

判断：这两类材料是国产短板最突出的环节——硅光SOI由Soitec高度垄断，IOX玻璃配方与工艺由康宁主导，“特种玻璃原片+SOI衬底”应列为材料攻关的优先级。

六、材料⑦：金刚石热沉片——千瓦级AI芯片突破“热墙”

GPU单芯片功耗正快速攀升：从A100的400 W、H100的700 W、B200的1000 W，走到Rubin的1200 W，Feynman预计超过2000 W（图9左）。3D SoIC与16层HBM4让热量“出不去”，散热成为继互连之后的第二道墙。金刚石的热导率达1800–2200 W/m·K，是铜（401 W/m·K）的4–5倍，CTE约1.1 ppm/K、接近硅，是突破热墙的关键材料（图9右）。

图9：GPU单芯片功耗（W）与热导率对比（W/m·K）。来源：NVIDIA GTC；《从Feynman架构看金刚石散热在先进封装中的崛起》；Feynman功耗为预估值；深芯盟整理。

金刚石散热有四条技术路线（图10）：CVD金刚石热沉片热导率1800–2200 W/m·K，贴装于芯片背面或散热盖，已量产；金刚石–铜复合热导率600–900 W/m·K，CTE 6–9 ppm/K可调、易加工，处于小批量；金刚石直接键合以晶圆级D2W与芯片一体化，去除TIM界面热阻，仍在研发；金刚石–SiC复合冷板为面向>1 kW芯片的系统级液冷方案，处于验证。国际厂商包括Element Six、Coherent、Diamond Foundry、住友电工、Akash Systems；国内包括化合积电、力量钻石、黄河旋风、中南钻石、四方达、国机精工、沃尔德。

图10：金刚石散热四条技术路线与成熟度。来源：《从Feynman架构看金刚石散热在先进封装中的崛起》；各公司公开资料；深芯盟整理。

国产突破：云天+厦门大学+华为。在ECTC 2026上，云天半导体联合厦门大学和华为展示了晶圆级金刚石散热键合成果（图11）：在4英寸多晶金刚石晶圆上，以低温集体D2W键合一次集成65颗硅芯片；采用等离子体活化+金属纳米层降低界面热阻；以临时键合抑制翘曲，翘曲降低67%；并通过高温存储、回流、温循等可靠性测试。其意义在于，金刚石从“贴片”走向晶圆级集成。

图11：国产突破：4英寸多晶金刚石晶圆上低温集体键合65颗硅芯片（ECTC 2026）。来源：《技术突破！云天半导体携手厦门大学、华为攻克金刚石散热晶圆键合难题》；深芯盟整理。

判断：国内拥有人造金刚石产能规模优势，云天+厦大+华为已打通晶圆级键合；下一步攻关8英寸以上大尺寸、精密抛光与界面热阻。

七、总结与展望：材料是下一阶段的主战场

把平台与材料放在同一张国产化矩阵中看（表6）。平台侧，2.5D硅中介层、3D微凸块与存储W2W混合键合已量产，存算3D（湖北星辰技术）已风险量产，D2W、玻璃芯与CPO处于验证——国产先进封装已从“能不能做”进入“良率、成本与客户导入”阶段。材料侧整体落后平台约一个身位：TSV/RDL铜电镀液率先量产，硅光SOI、金刚石热沉小批量，SiCN键合介质、特种玻璃原片处于验证，细晶/纳米孪晶铜与IOX玻璃波导仍在研发。

表6：国产化阶段矩阵：平台已批量落地，材料处在“验证→规模化”的爬坡期。来源：各公司公告、招股书与半年报；行业调研与展会资料；阶段判断为深芯盟基于公开信息的评估，截至2026年10月。

表7：2026–2030年关键节点展望（含预期）。来源：前文各节；Yole；公司公告；时间节点含公开规划与深芯盟预期，仅供参考。

材料是下一阶段的主战场。基于七类材料的梳理，我们给出三个判断：

判断一｜材料：从“单点替代”走向“体系协同”。电镀液、键合介质、SOI、特种玻璃与金刚石都必须与设备、工艺联合验证；国产材料的胜负手在于纯度、批次一致性与封装厂认证周期。关键词：纯度·一致性·联合验证。

判断二｜平台：2.5D/3D进入“量产+爬坡”。盛合晶微2.5D收入占比过半、武汉新芯晶圆级3D已量产；下一步是3.3倍以上光罩中介层、硅桥与D2W混合键合的良率爬坡与客户导入，这将直接决定TSV、SiCN与电镀铜等材料的放量节奏。关键词：良率·产能·客户导入。

判断三｜前沿：玻璃+光+热三重融合。玻璃芯板同时承载TGV走电与IOX走光，金刚石破解千瓦级热墙；2028年前后有望形成“玻璃基CPO+金刚石散热”的新一代AI封装范式。关键词：玻璃基CPO·金刚石散热。