发布日期：2025-05-08 浏览：150
几十年来，传统的平版印刷技术——如电子束光刻和纳米压印——一直难以满足对超精细、高深宽比结构的需求。类似的困难也适用于金属基射频（RF）组件。厚度控制不佳、侧壁不均匀和材料限制等问题制约了性能和可扩展性。
双光子聚合（2PP）技术以其纳米级的精度和 3D 设计能力而闻名，已成为一种有前景的替代方案。然而，由于工艺的不兼容性，将 2PP 与稳健的金属化工艺相结合以制造功能性射频组件仍然难以实现。弥合这一差距对于实现满足无线通信、材料传感和芯片级集成不断发展的需求的紧凑型高频器件至关重要。
在《Microsystems & Nanoengineering》杂志上发表的一篇文章中，来自比尔肯特大学和南洋理工大学的研究人员介绍了一种将纳米级 3D 打印与先进金属加工相结合的新型制造工艺。他们的方法使用 2PP 技术制造复杂的深沟，然后通过电镀填充铜，并通过干法蚀刻进行精细加工。
最终获得了频率可在 4 至 6 GHz 之间调谐、深宽比为 1:4 且具有出色品质因数（Q 值）的超紧凑型射频谐振器——所有这些都在亚 10 微米的分辨率范围内实现。这一里程碑代表了下一代射频和超材料组件制造领域的重大进步。
这项研究的核心是一种结合了增材和减材技术的精密工程化工作流程。该工艺首先使用 2PP 技术在光刻胶层中定义高深宽比的沟槽。然后通过电镀将这些空隙填充厚达 8 微米的铜。
随后的干法蚀刻去除籽晶层，从而获得具有平坦垂直侧壁和卓越尺寸精度的独立金属结构。该团队展示了宽度仅为 2-3 微米、高度超过 10 微米的微结构。
在性能方面，结果令人瞩目。通过调整几何形状——特别是增加金属厚度——Q 值提高了六到七倍，谐振频率偏移高达 200 MHz，从而可以为特定的射频应用进行精确定制。与传统的 PCB 制造的谐振器相比，3D 打印的版本在保持性能的同时，缩小了 45% 的占地面积。
为了确保结构稳定性，采用了快速退火来加强铜键合，解决了热和机械方面的挑战。扫描电子显微镜（SEM）验证了结构的高度保真度，证实了它们的稳固性和可制造性。借助这项技术，克服了平面光刻的局限性，为紧凑、高性能的射频超结构和微型电子产品开辟了新的前沿。
该研究的资深作者希尔米·沃尔坎·德米尔教授表示：“这项工作弥合了 3D 打印和功能性射频器件之间的关键差距。通过在高深宽比金属结构中实现亚 10 微米的分辨率，我们为微型化、高性能组件解锁了新的设计自由。通过几何控制来调谐谐振频率和 Q 值的能力为下一代传感器和通信系统提供了令人兴奋的机会。”
这项制造突破有望重塑需要超紧凑、高精度组件的行业。在无线传感领域，它可以实现具有卓越灵敏度的微型射频传感器。在生物医学技术领域，该技术可能催生用于诊断和治疗的可植入或可穿戴微型设备。与 MEMS 集成后，它可以彻底改变物联网网络的片上天线和信号处理器。
与传统的平版印刷不同，这种方法具有可扩展性和成本效益，有望在工业部署中实现更广泛的应用。未来的方向包括集成其他功能材料或构建多层结构以扩展设备功能。
随着 5G、航空航天和智能可穿戴设备等领域对更小、更智能电子产品的需求激增，这项创新为微米和纳米级射频工程的可能性设定了新的标准。
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