活动标题：电子信息材料与器件的发展与机遇
活动时间：2026/03/21 14:30-2026/03/21 16:30
主讲嘉宾：汪宏，南方科技大学副教务长、讲席教授
活动地点：深圳大学城图书馆四楼413报告厅
电子信息技术是支撑现代社会运行的重要基础，广泛应用于智能终端、移动通信、人工智能和高性能计算等领域，其发展离不开芯片、材料与器件的持续进步。2026年3月21日下午，南方科技大学讲席教授汪宏受邀做客深圳大学城图书馆“大学城新论·名家讲座”。讲座围绕芯片发展、封装演进、材料创新及未来趋势等内容展开，系统梳理了电子信息材料与器件的发展脉络、现实挑战与应用前景。
汪教授现任南方科技大学党委委员、副教务长、研究生院院长、材料科学与工程系讲席教授，国际电气电子工程师学会会士、教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、国务院政府特殊津贴专家，现任IEEE国际铁电委员会委员、中国硅酸盐学会理事会理事、中国女科技工作者协会理事、深圳市女科技工作者协会创会会长。她长期从事电子信息材料与器件的应用基础研究，在相关领域积累深厚、成果丰硕，近年来荣获IEEE铁电学成就奖等荣誉。
一、从手机演进看芯片发展，梳理电子信息技术发展脉络
讲座伊始，汪教授以智能手机的发展为切入点，从日常生活经验出发，引出电子信息技术的演进逻辑。电子产品能够从体积庞大、功能单一演进成如今轻薄便携、功能高度集成的智能终端。这一变化既得益于晶体管和集成电路尺寸不断缩小，也离不开先进封装技术推动整机系统持续小型化。围绕该变化过程，她从电子管、晶体管到集成电路的发展历史讲起，阐述芯片技术进步如何深刻改变电子产品的形态与性能。
在此基础上，汪教授进一步介绍了摩尔定律所揭示的技术趋势，即单位面积上可集成的晶体管数量持续增加，由此带来芯片性能提升和尺寸缩小。她指出，晶体管结构本身也经历了由平面向立体的演进，正是在结构创新和制程工艺不断突破的共同推动下，现代芯片的集成度才能不断提高。不过，随着制程不断逼近物理极限，晶体管尺寸继续缩小也面临越来越严峻的技术挑战，包括量子效应增强、工艺稳定性下降以及制造难度大幅提升等问题。这也意味着，电子信息技术的继续发展，不能只依赖单一路径上的微缩推进，而必须寻找新的材料、结构和集成方式。
在材料层面，汪教授结合半导体的基本原理，对导体、绝缘体和半导体的区别作了深入浅出的讲解。她指出，硅之所以成为现代芯片工业最重要的材料，不仅因为其半导体特性适合器件制造，也因为资源丰富、成本相对可控、单晶制备和工艺体系成熟。与此同时，随着高频、高速、高温、高压等应用需求不断增长，砷化镓、氮化镓、碳化硅等化合物半导体和宽禁带半导体也越来越受到关注。这类材料在恶劣环境和特定器件场景中具有明显性能优势，正在成为电子信息材料体系持续扩展的重要方向。
二、聚焦后摩尔时代，先进封装与材料协同创新
在梳理芯片及半导体材料的发展脉络后，汪教授将讲座重点转向后摩尔时代的先进封装问题。她指出，当前芯片制程不断向更小尺度推进，但单纯依靠制程微缩来提升性能已越来越困难。因此，封装已从过去相对后端的工序，被推到了产业发展的核心位置。尤其是在人工智能和高性能算力快速增长的背景下，芯片对带宽、功耗、散热和互联效率提出了更高要求，先进封装已成为支撑性能提升、系统集成和产业继续演进的关键抓手。
讲座中，汪教授系统梳理了封装技术从分立元件插装、表面贴装，到2D封装、2.5D封装、3D封装，再到chiplet方向发展的基本过程。她特别指出，在今天的电子系统中，占据较大体积的往往不是芯片本身，而是芯片周围大量无源器件及其连接结构。因此，电子产品若要继续向高密度、小型化方向发展，先进封装就必须在更高层级上实现异质集成与系统协同。她还进一步分析了当前算力芯片封装面临的现实挑战：随着GPU、存储等器件不断向高密度堆叠发展，封装中间层既要承担高速信号传输，又要承担热量导出和结构支撑功能。而不同材料之间的热膨胀系数差异、热应力、翘曲、可靠性和良率问题，都会直接影响封装性能。
围绕这一问题，汪教授进一步把话题引向封装基板材料的选择。她介绍道，当前封装中已经在使用的有硅基板，也有正在受到广泛关注的玻璃基板，而她认为陶瓷基板是非常有潜力的发展方向。接着汪教授从电性能、热性能、机械性能、热膨胀系数和损耗等多个方面比较了不同材料的特点。玻璃虽然具备大面积、低成本等优势，但在很薄的大尺寸条件下容易出现强度不足、热应力下翘曲等问题。相比之下，多层陶瓷技术在热管理、低损耗和膨胀系数可调等方面展现出独特优势。汪教授还介绍了低温共烧陶瓷技术（LTCC）的原理，即通过多层陶瓷带材叠层、通孔互连和图形化制作，将多个无源器件集成进基板内部，再在表面贴装芯片和有源器件，从而形成三维立体电路和高度集成的功能模块。这不仅适用于滤波器、天线等器件，也在高频高速基板和先进封装方向上展现出越来越强的发展势头。
三、面向6G与人工智能时代，材料、封装与系统集成的未来趋势
在讲座后半段，汪教授把视角进一步拓展到未来技术演进方向。从5G迈向6G，从电子信息系统向人工智能、大算力、光电融合等方向延伸，器件层面最直接感受到的变化，就是对更高集成度、更低损耗、更强散热和更高带宽的持续追求。她认为，未来如果仅依赖电互联，其性能提升空间会逐渐接近极限。因此将光进一步引入封装结构、推动光电协同集成，正成为新的发展方向。她结合讲座中对算力芯片封装的分析指出，光模块不断升级，会给封装带来新的结构设计和材料适配挑战。而具备低损耗、可形成腔体、微流道、甚至可集成光波导结构的陶瓷材料，在这一趋势下具有值得关注的潜力。
结合自身团队的研究工作，汪教授介绍了其团队在超低损耗陶瓷材料、高热导率材料等方向上的探索。她表示，团队不仅在材料设计方面持续推进，也在尝试把新材料真正做成器件、走向应用。例如，通过调节LTCC材料配方，可以实现热膨胀系数与上方硅芯片、下方有机基板之间更好的匹配，从而提高其在异质集成中的适用性。与此同时，团队还在尝试室温条件下实现陶瓷与芯片的键合，以避免高温对CMOS工艺造成影响。她还提到，团队研发的部分材料已经在性能上达到或接近商用水平，并与国内企业展开合作，推动相关成果进入具体器件应用。这些内容使讲座不止停留在原理层面的介绍，也体现出材料研究如何逐步向器件和工程应用延伸。
互动环节中，现场听众围绕LTCC技术量产应用、南方科技大学在半导体方向的学科布局、深圳封装产业基础、后发国家如何追赶国际先进水平、成果转化路径以及新材料对现有工艺的影响等问题踊跃提问。汪教授结合自身科研与产业合作经验逐一回应。她介绍，LTCC技术自上世纪80年代发展至今，商用材料和产业应用已较为成熟，在滤波器等器件及部分军工领域已有广泛用途，但在更高频率、更低损耗方面仍有优化空间。科研成果走向产业需要经历器件验证、放大、中试和工艺协同等多个环节，高校、企业与政府之间的协同联动尤为关键。汪教授还谈到，面对国际先发优势，后发并不意味着只能跟随，更重要的是选择适合自身的发展路径，通过基础研究、技术验证和产业协同形成创新突破。
整场讲座内容深入浅出、逻辑清晰，不仅系统梳理了电子信息材料与器件的发展路径，也展望了未来技术与产业协同创新的方向。在热烈的互动交流中，讲座圆满结束，为现场听众提供了理解电子信息技术前沿的重要视角。（通讯作者：杨月涓）
