面向 5G-Advanced 及 6G 毫米波无线通信网络，开发具备高工作频率、低信号传输损耗及高度小型化的射频前端微系统是打破单片集成物理极限的关键。玻璃转接板（Glass Interposer）因具备极低介电损耗、高平整度及可调热膨胀系数，被视为毫米波射频异构集成的理想平台。然而，传统玻璃加工中的激光烧蚀技术易引发侧壁裂纹与高粗糙度，且高温镀铜再布线层的表面粗糙度会显著加剧毫米波频段的趋肤效应损耗，限制了高性能射频微系统的实际应用。
图1｜ 嵌入式玻璃扇出（eGFO）Ka频段射频微系统整体架构
针对上述瓶颈，北京大学集成电路学院/微米纳米加工技术全国重点实验室/集成电路高精尖创新中心王玮教授团队提出了一种基于激光诱导深刻蚀（LIDE）与化学机械抛光（CMP）的高密度、低损耗嵌入式玻璃扇出（eGFO）异构集成新工艺。在基底微加工方面，团队利用 LIDE 技术制备出具备优异垂直度与无裂纹侧壁的高精度盲槽，实现了对不同厚度 GaN 及 Si 芯片的高精度嵌入；在传输损耗控制方面，通过优化 CMP 抛光工艺，将金属 RDL 的表面均方根粗糙度（RMS）大幅降低 97%（由 13.15 nm 降至 0.338 nm），成功将 0–40 GHz 频段内的 CPW 传输线插损抑制在 0.25 dB/mm 以下，较抛光前降低了 67%。
图2｜ LIDE加工形貌、CMP表面粗糙度优化与玻璃基天线阵列性能
基于该先进封装平台，团队设计并制备了两款 Ka 频段微系统：一是集成了 GaN 低噪声放大器（LNA）与切比雪夫天线阵列的紧凑型天线封装（AiP）微系统，封装尺寸仅为 19×4 mm²；二是异构集成了 GaN LNA、GaN 功率放大器（PA）及硅基单刀双掷开关（SPDT）的收发（TRX）异构集成微系统。测试结果表明，该 TRX 微系统在仅6x3mm2的超紧凑面积下，于 28 GHz 实现了 26.08 dB 的发射增益与 2.73 dB 的接收噪声系数，性能显著优于现有单片 CMOS、GaN 及传统 LTCC/硅转接板封装微系统。
图3｜ 异构集成Ka频段TRX收发微系统实物与综合性能图谱对比
相关成果以“Embedded Glass Fan-Out integration method for high-performance Ka-band RF microsystem”为题发表于Microsystem & Nanoengineering。北京大学集成电路学院24级博士研究生张博涵与北京大学信息工程学院22级博士研究生汪琪为论文共同第一作者；北京大学集成电路学院王玮教授、陈浪特聘副研究员为论文共同通讯作者。
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金的资助支持。
