周南嘉：在芯片上“雕花”， 他實現(xiàn)了當(dāng)下最高精度的電子3D打印

李賢煥

2019年12月14日，《麻省理工科技評論》公布了2019年“35歲以下科技創(chuàng)新35人”（Innovators Under 35 C.hina）中國區(qū)榜單。在本屆榜單上，雖然缺失了“創(chuàng)業(yè)家”的身影，但是我們看到了許多在具有產(chǎn)業(yè)化潛能的領(lǐng)域堅持科研使命的獲獎人，也看到更多散布在海外頂尖學(xué)術(shù)機構(gòu)的科學(xué)家們，用自身不改初心的堅持努力，取得了世界級標(biāo)竿成就的科研成果，其中有超過半數(shù)以上的獲獎?wù)撸既〉昧耸澜缂壍耐黄菩匝芯砍晒c發(fā)現(xiàn)。我們將陸續(xù)發(fā)出對35位獲獎?wù)叩莫毤覍ＴL，介紹他們的科技創(chuàng)新成果與經(jīng)驗，以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

周南嘉（發(fā)明家）? ? 周南嘉憑借其在3D打印技術(shù)領(lǐng)域取得的一系列成果，? 榮膺2019年《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國區(qū)得主。獲獎時年齡：33歲獲獎時職位：西湖大學(xué)研究員獲獎理由：? 他實現(xiàn)了當(dāng)下最高精度的電子3D打印。

目前，市面上的3D打印技術(shù)精度能夠達(dá)到百微米，而這對加工許多電子器件來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。來自西湖大學(xué)工學(xué)院的周南嘉博士以新材料作為突破3D打印精度極限的核心，設(shè)計全新的3D打印功能材料，結(jié)合超高精度3D打印技術(shù)實現(xiàn)了百納米至微米級別電子3D打印。

“我們做的最小的尺度就是直接在芯片上用3D打印進(jìn)行加工。”周南嘉表示。通過實現(xiàn)超高精度，周南嘉團隊將3D多材料打印技術(shù)引入到芯片級高端制造領(lǐng)域，已經(jīng)做到用3D打印進(jìn)行5G射頻電子器件的封裝及集成工藝;利用3D打印技術(shù)制造無源器件，可將天線尺寸縮小到10微米～100微米級別。

這一做法較現(xiàn)有的加工方式，在精度上提升了1個-2個數(shù)量級，從而使得3D打印技術(shù)得以應(yīng)用到毫米波技術(shù)等領(lǐng)域，為未來小型化、集成化、個性化電子設(shè)備提供新的制造方案。

周南嘉在美國西北大學(xué)攻讀材料科學(xué)與工程博士時曾進(jìn)行印刷電子相關(guān)研究，2015年初，周南嘉進(jìn)入哈佛大學(xué)，加入到美國科學(xué)院、工程院兩院院士詹妮弗，萊維斯教授的團隊，從那開始，他才真正進(jìn)入3D打印電子器件相關(guān)研究。

周南嘉在頒獎典禮上作演講

詹妮弗，萊維斯是3D打印領(lǐng)域的頂尖學(xué)者，從20世紀(jì)90年代開始研究3D打印技術(shù)，尤其專注在微觀的3D打印、3D打印電子器件研究，他的團隊創(chuàng)立了全球首家專注電子3D打印的公司。如今，周南嘉認(rèn)為，在超高精度3D打印方面，工藝本身并不復(fù)雜，要實現(xiàn)超高精度以及多樣的功能，真正在實際應(yīng)用上取得突破，材料方面的突破才是關(guān)鍵。

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，這是一個難以突破的極限。而要實現(xiàn)百納米或是微米級別的3D打印，市面上已經(jīng)無法找到合適的材料，因而需要團隊從源頭出發(fā)，重新設(shè)計材料。

通過材料和技術(shù)兩方面的努力，突破目前的打印精度之后，3D打印將能用到全新的應(yīng)用場景中，如微電子、光學(xué)器件、微型機器人、生物芯片等領(lǐng)域。比如，隨著SG時代到來，中小基站將迎來大規(guī)模建設(shè)，這將極大拉動中高頻器件的需求。在這方面，周南嘉團隊已經(jīng)成功通過3D打印實現(xiàn)SG射頻無源器件、集成電路及封裝工藝。

據(jù)周南嘉介紹，當(dāng)加工精度在百微米級別時，加工出來的無源器件一般僅在兆赫茲范圍內(nèi)工作。而要想將頻率提高到微波頻率，加工精度就需要到微米、亞微米級別，周南嘉對此表示，這是一個顛覆性的成果，因為在引入高精度3D打印技術(shù)之前，精度達(dá)到微米、亞微米級別的工藝是不存在的。

周南嘉所在的3D打印領(lǐng)域盡管已經(jīng)十分火熱，但這項技術(shù)的前景還遠(yuǎn)不止于目前的狀態(tài)。周南嘉認(rèn)為，3D打印的未來應(yīng)用前景遠(yuǎn)大于現(xiàn)在的想象，且3D打印不僅能夠?qū)崿F(xiàn)特定的結(jié)構(gòu)，更重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)特定的功能。

為此，從2018年加入西湖大學(xué)工學(xué)院至今，周南嘉團隊計劃通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，將電子3D打印技術(shù)帶入市場，擴大功能3D打印技術(shù)的市場空間。

從將技術(shù)推向市場的角度來說，周南嘉認(rèn)為團隊如今除了進(jìn)行核心技術(shù)的研發(fā)，這個市場也需要他們的超高精度3D打印可以實現(xiàn)更多的功能。其中一個關(guān)鍵點在于，3D打印并不只是能夠?qū)崿F(xiàn)具體的結(jié)構(gòu)，更重要的是實現(xiàn)特定的功能。

“在進(jìn)行技術(shù)研究的同時，我們也要展示自己的能力，就像開一扇門一樣，把電子3D打印的前景打開。”周南嘉表示，目前團隊通過3D打印制造高精度電子器件、柔性可穿戴設(shè)備等，憑借團隊的專業(yè)能力對外提供電子3D打印服務(wù)。

“隨著我們在市場上的影響力越來越大，我相信更多人將會開始熟悉和最終應(yīng)用這項技術(shù)。”（摘自美《深科技》）（編輯/費勒萌）