周南嘉：在芯片上“雕花”，他實現(xiàn)了當下最高精度的電子3D打印

DeepTech深科技

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 China）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)化潛能的領域堅持科研使命的獲獎人，也看到更多散布在海外頂尖學術機構的科學家們，用自身不改初心的堅持努力，取得了世界級標竿成就的科研成果，其中有超過半數(shù)以上的獲獎者，都取得了世界級的突破性研究成果與發(fā)現(xiàn)。我們將陸續(xù)發(fā)出對 35 位獲獎者的獨家專訪，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。

關于 Innovators Under 35 China 榜單

自 1999 年起，《麻省理工科技評論》每年都會推出“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人”榜單，旨在于全球范圍內(nèi)評選出被認為最有才華、最具創(chuàng)新精神，以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創(chuàng)新者或企業(yè)家，共分為發(fā)明家、創(chuàng)業(yè)家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017 年，該榜單正式推出中國區(qū)評選，遴選中國籍的青年科技創(chuàng)新者。新一屆 2020 年度榜單正在征集提名與報名，截止時間 2020 年 6 月 30 日。詳情請見文末。


周南嘉

發(fā)明家

周南嘉憑借其在 3D 打印技術領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：西湖大學研究員

獲獎理由：他實現(xiàn)了當下最高精度的電子 3D 打印。

目前，市面上的 3D 打印技術精度能夠達到百微米，而這對加工許多電子器件來說還遠遠不夠。

來自西湖大學工學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，設計全新的 3D 打印功能材料，結合超高精度 3D 打印技術實現(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 多材料打印技術引入到芯片級高端制造領域，已經(jīng)做到用 3D 打印進行 5G 射頻電子器件的封裝及集成工藝；利用 3D 打印技術制造無源器件，可將天線尺寸縮小到十微米至百微米級別。

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

周南嘉在美國西北大學攻讀材料科學與工程博士時曾進行印刷電子相關研究，2015 年初，周南嘉進入哈佛大學，加入到美國科學院、工程院兩院院士Jennifer ALewis 教授的團隊，從那開始，他才真正進入 3D 打印電子器件相關研究。

Jennifer A. Lewis 是 3D 打印領域的頂尖學者，從 20 世紀 90 年代開始研究 3D 打印技術，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，周南嘉認為，在超高精度 3D 打印方面，工藝本身并不復雜，要實現(xiàn)超高精度以及多樣的功能，真正在實際應用上取得突破，材料方面的突破才是關鍵。

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)，重新設計材料。


圖 | 周南嘉在頒獎典禮上做演講（來源：DeepTech）

通過材料和技術兩方面的努力，突破目前的打印精度之后，3D 打印將能用到全新的應用場景中，如微電子、光學器件、微型機器人、生物芯片等領域。

比如，隨著 5G 時代到來，中小基站將迎來大規(guī)模建設，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) 5G 射頻無源器件、集成電路及封裝工藝。

據(jù)周南嘉介紹，當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 打印技術之前，精度達到微米、亞微米級別的工藝是不存在的。

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

為此，從 2018 年加入西湖大學工學院至今，周南嘉團隊計劃通過產(chǎn)學研結合，將電子 3D 打印技術帶入市場，擴大功能 3D 打印技術的市場空間。

從將技術推向市場的角度來說，周南嘉認為團隊如今除了進行核心技術的研發(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。

其中一個關鍵點在于，3D 打印并不只是能夠?qū)崿F(xiàn)具體的結構，更重要的是實現(xiàn)特定的功能。

“在進行技術研究的同時，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、柔性可穿戴設備等，憑借團隊的專業(yè)能力對外提供電子 3D 打印服務。

“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用這項技術。”