周南嘉:在芯片上“雕花”,他实现了当下最高精度的电子3D打印

3D打印快讯
2020
04/03
09:18
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DeepTech深科技

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技评论》公布了 2019 年“35 岁以下科技创新 35 人”(Innovators Under 35 China)中国区榜单。在本届榜单上,虽然缺失了“创业家”的身影,但是我们看到了许多在具有产业化潜能的领域坚持科研使命的获奖人,也看到更多散布在海外顶尖学术机构的科学家们,用自身不改初心的坚持努力,取得了世界级标竿成就的科研成果,其中有超过半数以上的获奖者,都取得了世界级的突破性研究成果与发现。我们将陆续发出对 35 位获奖者的独家专访,介绍他们的科技创新成果与经验,以及他们对科技趋势的理解与判断。

关于 Innovators Under 35 China 榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35 岁以下科技创新 35 人”榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017 年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届 2020 年度榜单正在征集提名与报名,截止时间 2020 年 6 月 30 日。详情请见文末。

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周南嘉

发明家

周南嘉凭借其在 3D 打印技术领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主。

获奖时年龄:33 岁

获奖时职位:西湖大学研究员

获奖理由:他实现了当下最高精度的电子 3D 打印。

目前,市面上的 3D 打印技术精度能够达到百微米,而这对加工许多电子器件来说还远远不够。

来自西湖大学工学院的周南嘉博士以新材料作为突破 3D 打印精度极限的核心,设计全新的 3D 打印功能材料,结合超高精度 3D 打印技术实现了百纳米至微米级别电子 3D 打印。

“我们做的最小的尺度就是直接在芯片上用 3D 打印进行加工。”周南嘉表示。

通过实现超高精度,周南嘉团队将 3D 多材料打印技术引入到芯片级高端制造领域,已经做到用 3D 打印进行 5G 射频电子器件的封装及集成工艺;利用 3D 打印技术制造无源器件,可将天线尺寸缩小到十微米至百微米级别。

这一做法较现有的加工方式,在精度上提升了 1 - 2 个数量级,从而使得 3D 打印技术得以应用到毫米波技术等领域,为未来小型化、集成化、个性化电子设备提供新的制造方案。

周南嘉在美国西北大学攻读材料科学与工程博士时曾进行印刷电子相关研究,2015 年初,周南嘉进入哈佛大学,加入到美国科学院、工程院两院院士Jennifer ALewis 教授的团队,从那开始,他才真正进入 3D 打印电子器件相关研究。

Jennifer A. Lewis 是 3D 打印领域的顶尖学者,从 20 世纪 90 年代开始研究 3D 打印技术,尤其专注在微观的 3D 打印、3D 打印电子器件研究,他的团队创立了全球首家专注电子 3D 打印的公司。

如今,周南嘉认为,在超高精度 3D 打印方面,工艺本身并不复杂,要实现超高精度以及多样的功能,真正在实际应用上取得突破,材料方面的突破才是关键。

首先在精度方面,市面上很多材料的打印精度可以到 200 微米左右,这是一个难以突破的极限。而要实现百纳米或是微米级别的 3D 打印,市面上已经无法找到合适的材料,因而需要团队从源头出发,重新设计材料。

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图 | 周南嘉在颁奖典礼上做演讲(来源:DeepTech)

通过材料和技术两方面的努力,突破目前的打印精度之后,3D 打印将能用到全新的应用场景中,如微电子、光学器件、微型机器人、生物芯片等领域。

比如,随着 5G 时代到来,中小基站将迎来大规模建设,这将极大拉动中高频器件的需求。在这方面,周南嘉团队已经成功通过 3D 打印实现 5G 射频无源器件、集成电路及封装工艺。

据周南嘉介绍,当加工精度在百微米级别时,加工出来的无源器件一般仅在兆赫兹范围内工作。

而要想将频率提高到微波频率,加工精度就需要到微米、亚微米级别,周南嘉对此表示,这是一个颠覆性的成果,因为在引入高精度 3D 打印技术之前,精度达到微米、亚微米级别的工艺是不存在的。

周南嘉所在的 3D 打印领域尽管已经十分火热,但这项技术的前景还远不止于目前的状态。周南嘉认为,3D 打印的未来应用前景远大于现在的想象,且 3D 打印不仅能够实现特定的结构,更重要的是能够实现特定的功能。

为此,从 2018 年加入西湖大学工学院至今,周南嘉团队计划通过产学研结合,将电子 3D 打印技术带入市场,扩大功能 3D 打印技术的市场空间。

从将技术推向市场的角度来说,周南嘉认为团队如今除了进行核心技术的研发,这个市场也需要他们的超高精度 3D 打印可以实现更多的功能。

其中一个关键点在于,3D 打印并不只是能够实现具体的结构,更重要的是实现特定的功能。

“在进行技术研究的同时,我们也要展示自己的能力,就像开一扇门一样,把电子 3D 打印的前景打开。”周南嘉表示,目前团队通过 3D 打印制造高精度电子器件、柔性可穿戴设备等,凭借团队的专业能力对外提供电子 3D 打印服务。

“随着我们在市场上的影响力越来越大,我相信更多人将会开始熟悉和最终应用这项技术。”

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