深沟槽3D打印使下一代射频器件具有前所未有的精度

几十年来，传统的光刻技术，如电子束光刻和纳米压印，一直在努力满足人们对超细、高纵横比结构的需求。类似的困难也适用于基于金属的射频（RF）组件。厚度控制不佳、侧壁不均匀和材料限制等问题限制了性能和可扩展性。

双光子聚合（2PP）以其纳米级精度和3D设计能力而闻名，已成为一种有前景的替代方案。然而，由于工艺不兼容，将2PP与功能RF组件的稳健金属化集成仍然难以实现。弥合这一差距对于实现紧凑型高频设备至关重要，这些设备可以满足无线通信、材料传感和芯片级集成不断发展的需求。

在《微系统与纳米工程》发表的一篇文章中，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来创建复杂的深沟，然后通过电镀填充铜，并通过干法蚀刻进行精炼。

结果是超紧凑的射频谐振器，频率可在4到6 GHz之间调谐，纵横比为1:4，品质因数（Q因子）卓越，所有这些都在10µm以下的分辨率框架内。这一里程碑代表了下一代射频和超材料组件制造的重大进步。

本研究的核心是结合加法和减法技术的精密工程工作流程。该工艺从2PP开始，在光致抗蚀剂层中定义高纵横比沟槽。然后通过电镀用厚铜（高达8µm）填充这些空隙。

随后的干法蚀刻去除了籽晶层，产生了具有平坦垂直侧壁和卓越尺寸精度的独立金属结构。该团队展示了宽度为2-3µm、高度超过10µm的微观结构。

从性能角度来看，结果令人震惊。通过调整几何形状，特别是增加金属厚度，Q因子提高了六到七倍，共振频率偏移了200 MHz，从而可以针对特定的射频应用进行精确定制。与传统的PCB制造谐振器相比，3D打印版本在保持性能的同时将占地面积缩小了45%。

为了确保结构稳定性，使用快速退火来加强铜键，解决了热和机械方面的挑战。扫描电子显微镜（SEM）验证了结构的高保真度，证实了它们的坚固性和可制造性。通过这项技术，克服了平面光刻的局限性，为紧凑、高性能的射频元结构和小型化电子产品开辟了新的前沿。

“这项工作弥合了3D打印和功能性射频设备之间的关键差距，”该研究的资深作者Hilmi Volkan Demir教授说。“通过在高纵横比金属结构中实现低于10微米的分辨率，我们为小型化、高性能组件解锁了新的设计自由。通过几何控制调整谐振频率和Q因子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。”

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这一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，它可以使微型射频传感器具有更高的灵敏度。在生物医学技术中，该技术可能会导致用于诊断和治疗的可植入或可穿戴微型设备。与MEMS集成，它可以彻底改变物联网网络的片上天线和信号处理器。

与传统光刻不同，这种方法具有可扩展性和成本效益，有望为工业部署提供更广泛的可访问性。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、更智能的电子产品的需求激增，这项创新为微纳级射频工程的可能性设定了新的标准