周南嘉：在芯片上“雕花”,，他實(shí)現(xiàn)了當(dāng)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(lǐng)域堅(jiān)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(jī)構(gòu)的科學(xué)家們,，用自身不改初心的堅(jiān)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)�,，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?wù)叩莫?dú)家專訪,，介紹他們的科技創(chuàng)新成果與經(jīng)驗(yàn),，以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

關(guān)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(rèn)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(shù)創(chuàng)新者或企業(yè)家,，共分為發(fā)明家、創(chuàng)業(yè)家,、遠(yuǎn)見者,、人文關(guān)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(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(shí)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(shí)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�,！敝苣霞伪硎�,。

通過實(shí)現(xiàn)超高精度，周南嘉團(tuán)隊(duì)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(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Jennifer ALewis 教授的團(tuán)隊(duì),，從那開始,，他才真正進(jìn)入 3D 打印電子器件相關(guān)研究。

Jennifer A. Lewis 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(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)超高精度以及多樣的功能,，真正在實(shí)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(shí)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(tuán)隊(duì)從源頭出發(fā),，重新設(shè)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(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(jī)器人、生物芯片等領(lǐng)域,。

比如,，隨著 5G 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(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功通過 3D 打印實(shí)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(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?yàn)樵谝�入高精�?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(xiàng)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(tuán)隊(duì)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(kuò)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(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)更多的功能,。

其中一個關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)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�,！敝苣霞伪硎�,，目前團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(xiàng)技術(shù),。”