前沿綜述：Advanced Science-高精度3D打印在電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的多樣化導(dǎo)致對新興電子學(xué)中自由外形（即自由形態(tài)）架構(gòu)的需求不斷增加，這些領(lǐng)域包括可穿戴電子設(shè)備、生物電子學(xué)、光電子學(xué)、電池和軟機(jī)器人。此外，對高性能、小型化電子設(shè)備的需求推動了電子芯片密度及集成復(fù)雜度的指數(shù)級增長。電子設(shè)備需要具備占據(jù)z軸空間的3D形態(tài)，同時保持小型化的平面尺寸 。為滿足當(dāng)前制造工藝的這些需求，已引入并開發(fā)了增材制造（如3D打印）來制造高分辨率的自由形態(tài)3D結(jié)構(gòu)。
基于光刻的工藝是電子學(xué)建模和制造的傳統(tǒng)方法。盡管這種方法通過可擴(kuò)展性顯著提升了電子學(xué)的完整性，但它只能在平面上創(chuàng)建2D結(jié)構(gòu)，難以應(yīng)用于具有復(fù)雜3D幾何形狀的前沿電子學(xué)。為形成各種材料（包括絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體）的3D結(jié)構(gòu)，已經(jīng)有多種3D打印方法，如材料噴射、擠出、聚合、熔融和燒結(jié)，從而為3D打印電子學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。研究表明，在電子設(shè)備的集成度、復(fù)雜性、性能和適用性方面已取得顯著研究進(jìn)展。
圖1 3D打印方法、材料和應(yīng)用的概述，適用于具有多功能材料、高長寬比結(jié)構(gòu)、微型化和可擴(kuò)展性的自由形態(tài)電子領(lǐng)域
如圖所示，本綜述討論了與形成自由形態(tài)電子學(xué)的高分辨率3D打印技術(shù)相關(guān)的研究進(jìn)展，重點關(guān)注可打印電子材料及其3D打印方法。從墨水材料和打印方法的角度，討論了3D打印在電子學(xué)中的代表性應(yīng)用，包括互連、能量存儲設(shè)備、射頻（RF）器件和傳感器。此外，還綜述了實現(xiàn)高性能集成電子學(xué)所需3D打印技術(shù)的額外要求（可擴(kuò)展性、小型化、高縱橫比結(jié)構(gòu)、多功能材料打?。┮约斑M(jìn)一步的挑戰(zhàn)、機(jī)遇和前景。
圖2 導(dǎo)體作為可打印墨水
圖3 半導(dǎo)體作為可打印墨水
圖4 絕緣體作為可打印墨水
圖5 基于噴墨的3D打印
圖6 基于直寫的3D打印
圖7 基于光固化的3D打印
表1：不同3D打印方法在自由形態(tài)電子學(xué)中的特性
圖8 3D打印互連結(jié)構(gòu)
圖9 3D打印電池
圖10 3D打印天線
圖11 3D打印傳感器
材料設(shè)計和打印方法的革新為形成3D電子結(jié)構(gòu)帶來了突破，推動了各種電子器件制造技術(shù)的巨大進(jìn)步。從絕緣體、半導(dǎo)體到導(dǎo)體，從硬質(zhì)無機(jī)材料到軟性有機(jī)材料，3D可打印電子材料的多樣性使各種具有不同機(jī)械、電氣和光學(xué)性能的器件組件能夠在任意空間中異質(zhì)集成。
為使未來3D電子器件具有可與傳統(tǒng)2D電子器件媲美的高性能，結(jié)構(gòu)尺度應(yīng)能從納米級到微米級可控。對于工業(yè)適用性，需實現(xiàn) 3D 打印的可擴(kuò)展制造，如通過多噴嘴3D打印等高通量系統(tǒng)可實現(xiàn)高分辨率圖案的快速生產(chǎn)；如可穿戴電子器件，需實現(xiàn)3D打印的可適配貼合性。此外，電子油墨材料的生物相容性以及低溫加工技術(shù)是需要考慮的關(guān)鍵點。通過該領(lǐng)域持續(xù)的研究，3D打印技術(shù)中許多關(guān)鍵的挑戰(zhàn)正得到有序的解決。我們相信，這些努力將我們進(jìn)入3D打印電子時代。
論文鏈接：
doi.org/10.1002/advs.202104623
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織雀®系列高精度3D打印
