在过去的几年里，富士胶片一直在悄悄升级位于加利福尼亚州圣克拉拉的 Dimatix 制造工厂，该工厂是 Samba 打印头的驻地。因此，我前往工厂参观，是为了更好地了解 MEM 制造工艺的工作原理，以及这对最终打印头意味着什么。

Dimatix 拥有全部制造工厂，均位于美国。该公司的主要基地位于新罕布什尔州，是富士胶片印刷头产品组合的总部，包括 StarFire 和 Saphire 系列，所有这些都依赖于大压电压电技术。美国硅谷中心的圣克拉拉工厂是一个非常不同的重构。这是专门为使用微机电系统或MEM方法而设置的。本质上，这意味着使用半导体技术来构建执行器，从而实现更高的复杂度性和准确性。

而且，正如业务开发执行副总裁贝利·史密斯（Bailey Smith）指出的那样，这反过来又意味着在硅谷建立一个基础：“如果你尝试MEM，那么只有几个地方可以实现。这里和硅谷拥有大量的硅MEM设施。您必须拥有我们所拥有的氮气和化学品储存专业知识。试图在新罕布什尔州招募这些人是不可能的。（该工厂消耗大量液氮，用于在生产设备内）创造无氧气氛，以防止电子电路中的铜氧化。） Dimatix成立于1984年，决定投资MEM，当时该公司仍属于马肯公司（Markem Corporation）所有。为了让事情顺利进行，该公司购买了一些硅晶圆厂设备，这些设备当时已经有10年的历史了了。

同时，富士胶片意识到数码印刷最终将取代胶印，并希望数码印刷能够取代其CtP业务。因此，富士胶片已经开始了JetPress数码印刷机的开发工作。该公司最终于2005年收购了开发UV油墨的Sericol，并于2006年收购了专门生产水性油墨的Avecia，同时2006年收购了Dimatix。史密斯指出：“富士胶片的核心是一家技术公司。他们希望拥有自己生产的产品的技术。

他继续说道：“他们知道 JetPress 需要高质量的打印，并且他们已经开始在日本研究 MEM。但是当他们看到我们所做的事情时，他们很感兴趣。

Dimatix 最初在 MEM 方面的努力是基于体压电。但富士胶片已经开发出一种不同的方法，即溅射 PZT，事实证明该方法更加有效，并被 Dimatix 采用。史密斯解释说：“日本富士胶片拥有核心专利。他们向我们授权了这项技术，我们对其进行了改造，使其具有生产价值。我们对工具进行了定制，这是一项艰巨的工作。

应该指出的是，溅射 PZT 是可用于 MEM 制造打印头的几种方法之一。它与其他打印头制造商采用的 SolGel 等方法不同。史密斯说，溅射 PZT 更坚固，并且可以使磁头更适合工业生产，但当然，其他制造商也对他们的磁头说同样的话！

大多数压电压电打印头都使用压电钛酸铅（通常称为PZT），因为它具有非常高效的压电特性，在施加压电时会改变形状。压电打印头利用这种形状转换是为了将墨水从墨水室流过喷嘴。

Fujifilm 的方法是使用 RF 磁控溅射在硅基板上形成 PZT 薄膜层，产生压电系数为 d 31 = -250pm/V，据说比传统技术高出约 70% PZT 薄膜。这恐怕致命于使用了约13%的浓度掺杂剂，以及对晶体排列方式的非常精确的控制，这对于控制PZT的扭曲方式至关重要。

Smith 表示，与包括 SolGel 引入的其他技术相比，这种方法的主要优点是 PZT 的最大优点：“我们创建的溅射工艺是练习的。对于状块压电，他们将块状晶体放入并形成晶体，然后必须在非常高的温度下通过均匀扫描，这是一个相当大的挑战。当我们沉积PZT的时候，它已经扫描了，因此不需要高温可以处理，这意味着我们对MEM结构做一些事情。

他继续说道：“我们拥有的宽松标准之一是我们对定波长的偏转，我们在这方面是世界上顶尖的。如果我们施加过高的温度，我们可以将它们去极端。我们认为我们拥有最好的 PZT，并且许多其他公司来找我们使用我们的产品。

他补充道：“我们有一小群人从事使用溅射PZT的MEM其他潜在应用的研发工作，因此公司的此类工作而闻名于世。我们在这里将在新罕布什尔州生产的产品进行一些开发。仅用于工程和开发，而不是生产。我们仍在瞄准领域和一些医疗设备领域开展工作，但不是我们的主要领域。 较大的宽度

微机电系统将电子设备与移动部件相结合，允许在非常小的空间内执行复杂的设计。构建这些系统的材料选择有限，其中硅是迄今为止最常见的材料，因为它的使用寿命长且容易集成电子功能。因此，Si-MEM 可以使用与制造半导体器件类似的工艺来构建。因此，可以使用一次沉积层材料，例如带有 PZT 薄膜的硅，在这些层内制作图案中使用光刻，从而创建电子电路和流体管理的通道。

这个过程从光刻开始。史密斯解释说：“这是一个半导体工艺。因此，我们要经历多层构建流程。我们可能有 20 层，每个功能都添加到这些不同的层中。因此，我们一次添加一项功能。然后我们将其安装起来并进行金属化功能。这些功能包括用于再循环流体管理的单独层。

这项工作是使用荷兰提供的 ASML 步进机完成的。史密斯指出：“ASML 是世界上最先进的公司，前面台湾的台积电，只是几何结构不同。

Smith补充道，Dimatix正在使用一种更专业的变体：“这个照片工具是因为我们在层的千年都有图案，所以我们必须将正面的特征与背面的特征对齐。这导致了专门的处理我们不能在工具上运行晶圆，这样会刮伤晶圆的底部因此，因为我们保护晶圆的两面，但ASML步进机非常可靠。

Fujifilm Dimatix 的 MEM 研发副总裁 Darren Imai 指出：“这些都是非常精密的结构，范围从 400 到 650 微米左右，有时小到 10 微米，因此处理这种几何形状可以是一项非常专业的工作。

在过去的几年里，富士胶片对一些晶圆厂工具进行了改造，以生产更大的晶圆，从6英寸增加到8英寸。构成Samba打印头基础的芯片是直接从这些晶圆上切割的因此，更大的晶圆尺寸的直接好处是制造能力的提高。6英寸晶圆可生产10个芯片，但8英寸晶圆最多可生产21个芯片。

除了额外的容量之外，设备的升级也产生了更好的结果，正如 Imai 解释的那样：“我们能够比 6 英寸更有效地获得 8 英寸 PZT 的均匀性。他表示，改用更大的晶圆需要大量的资金和大量的模拟工作，并指出：“我们提高了整个平台的一致性。因为我们升级了很多设备，其中一些设备已经有30年的历史了。我们采用了更先进的新设备设备，这为我们带来了更多的工艺优势。

但转向更大晶圆尺寸的挑战之一是需要在升级机器的同时继续在工厂进行制造，这也希望将尺寸限制在8英寸。富士胶片能够升级其现有工具来处理8英寸晶圆，如果处理较大尺寸的柔性，则必须从头开始。

这些模具构成了Samba打印头的基础，包含电子器件和流体通道。然而，这不是故事的全部，因为还必须添加许多其他组件。其中包括模具前端的喷嘴板。内部有墨水通道和电子连接。

另一个重要的组件是安装支架，它可以让云台以最少的麻烦正确安装和校准。还有一个EPROM模块，其中包含电压系数以及测试和磁头等级等参数。总共制作一个Samba打印头大约需要三个个月的时间。

左起：Dave Pulizzi，运营副总裁；Darren Imai，MEMS 研发副总裁；Terry O'Keefe，高级产品经理；业务开发执行副总裁贝利·史密斯 (Bailey Smith)。 Samba 打印头高级产品经理 Terry O'Keefe 表示，MEMS 制造是 Samba 功能集的固有组成部分，并指出：“随着墨滴变得越来越小，以及湍流带来的所有问题，我们希望拥有所有这些细节任务接近。你跑得越快，一切就变得越多。能够将所有这些重要的功能集成到一个狭小的空间中，这就是 MEM 的特点之一。

奥基夫表示，该材料组必须与客户使用的大部分流体在化学上兼容，并指出：“我们在内部完成所有工作。从设计到测试的整个过程。拥有喷气式飞机设计专家。我们可以通过这是一个流程进行测试并获取一些信息，而这一切都是在内部完成的。

史密斯解释道：“我们在材料测试上投入大量能量。希望能够预测喷气式飞机的用途。产生活塞需要大量能量，但会在喷嘴之间产生一些反馈和串扰。我们开发了很多比市场上的任何其他产品都是更好的生产工具。

总之，位于圣克拉拉的迪马蒂克斯工厂非常令人印象深刻。它几乎完全致力于建造 Samba 打印头。整个工厂极其（24/7）运行，拥有约 300 名员工。天花板上排列着管道电缆和，每一个单独的流程都有专用的房间，包括专用的洁净区域。最近的更新确保 Dimatix 有足够的产能来满足 2027 年之前的需求。克拉拉工厂运营副总裁 Dave Pulizzi 表示：“我们已经制定了计划，以便在必要时超越这一目标。

这个故事还有后续内容，我将更详细地了解 Samba 打印头，以及它如何从富士胶片为您实现 MEM 方法的决定中受益，以及如何将其转化为当前的单通道托盘打印机。