编者：中喷网 墨宸
国产喷墨打印头核心材料近日取得重大突破。广州增芯科技有限公司（以下简称“增芯科技”）与西安电子科技大学彭彪林教授团队深度合作，采用溶胶-凝胶技术成功研制出全球首片12英寸PZT（锆钛酸铅）压电薄膜晶圆。这一里程碑式成果，标志着我国在喷墨打印头、智能传感器核心材料领域打破海外长期技术垄断，推动从实验室研发到产业化落地的自主可控。
压电式喷墨打印头是喷墨设备的“心脏”，而PZT压电薄膜则是驱动打印头工作的核心动力源。当外部电荷施加到PZT材料上时，它会迅速改变形状，精确挤压墨水腔，迫使墨滴从喷嘴中喷出——这一机电转换过程，决定了打印的分辨率、速度和精度。相较于氮化铝（AlN）、氧化锌、压电聚合物等主流压电材料，PZT的综合性能优势极为突出，其压电系数可达传统AlN材料的数十倍，能够实现墨滴精准控制、高频稳定喷墨，同时兼顾低功耗与长使用寿命，是高端压电喷墨打印头不可或缺的关键材料。
然而，这项核心材料的技术壁垒长期被日德等发达国家牢牢掌握。据行业分析，目前国内压电喷头整体国产化率仅约5%至10%，高端工业级喷头（UV/纺织/宽幅喷绘）进口依存度超过95%，PZT高性能配方、薄膜工艺和一致性等关键技术完全被海外垄断。喷墨打印头的成本最高时可占据整套设备成本的40%，国内喷墨设备制造商长期依赖进口喷头，产业自主发展严重受制于人。
此次突破的技术路线采用了溶胶-凝胶法，该方法是制备高质量PZT压电薄膜的主流工艺之一，通过将前驱体溶液旋涂于基片、再经热处理结晶形成薄膜，已在MEMS微泵、加速度传感器、超声换能器等多个领域展现广阔应用前景。增芯科技搭建成熟工艺平台，彭彪林团队从材料配方、溶胶结构优化、结晶调控等核心环节发力，联手打通了大尺寸PZT薄膜制备的产业化堵点。
完成制备的12英寸PZT压电薄膜经多项专业检测验证，各项性能均达到高端MEMS器件应用标准。薄膜晶格有序度高、结晶质量优异，铁电特性与绝缘表现亮眼，漏电流控制出色，压电响应能力表现优异，完全满足高速、高色彩精度、高可靠性工业级喷墨打印头的严苛使用要求。搭配增芯科技攻克的低温晶化工艺，可完美适配现有半导体制造流程，助力高密度喷嘴阵列微型化生产。
从6英寸到12英寸，从实验室样品到量产级晶圆，尺寸的跨越背后是材料技术、制造工艺与产业需求的深度融合。此前行业长期依赖小尺寸晶圆制备PZT薄膜，存在成本高、良率低、量产难度大等突出问题。依托12英寸大尺寸晶圆标准化制造模式，能够有效摊薄MEMS器件等生产成本，为商业化大规模量产筑牢根基。业内认为，这一突破从根源上解决了产业痛点，有望重塑全球压电薄膜供应链格局。
目前，增芯科技已成功将这项全球首创的12英寸PZT压电薄膜制备技术用于压电式MEMS喷墨打印头的制造。值得一提的是，增芯科技此前已成功量产12英寸CMOS+MEMS热发泡式喷墨打印头晶圆，率先实现宽幅工业打印头核心技术国产化。本次12英寸PZT薄膜的问世，进一步补齐技术版图，让国产MEMS薄膜压电式喷墨打印头迎来关键突破，全面加速行业国产替代进程。
PZT薄膜的应用场景远不止于喷墨打印头，还可广泛应用于MEMS微泵、微型扬声器、超声成像设备等智能传感器领域，赋能医疗康养、消费电子等多行业向微型化、高精度方向升级。在压电MEMS领域，基于PZT薄膜材料的工艺平台已成功开发出压电式微机械超声换能器（PMUT）、微型MEMS扬声器、热释电传感器等特色产品，喷墨打印头的分辨率覆盖范围也从300 dpi到1200 dpi，满足不同精度要求的应用场景。
随着喷墨打印技术的持续演进，工业喷墨打印头正从“图像印刷工具”升级为“精密材料沉积平台”。喷头不再局限于低粘度装饰性墨水，而是能够直接处理导电浆料、绝缘树脂、陶瓷浆料及功能性粘合剂，将应用场景从广告图文拓展至电动车电池涂层、PCB电路印刷、航空部件喷涂、3D打印等高端制造领域。
增芯科技由广州湾区智能传感器产业集团有限公司发起，于2021年4月在广州正式成立，是国内第一家12英寸先进智能传感器及特色工艺晶圆制造企业。公司在成立之初便锚定了三大战略：应国之所需，聚焦刚需赛道，切入进口依赖度超90%的智能传感器与车规级芯片；用技术立身，直接布局12英寸高端特色工艺；与城市共生，扎根大湾区产业腹地，构建高效协同的产业生态。在无母厂背景的挑战下，增芯仅用18个月便实现从建成到投产，成功下线中国首款12英寸MEMS压力传感器与微流控喷墨打印芯片。
目前，增芯科技建设并运营的中国首条12英寸MEMS智能传感器及特色工艺晶圆制造产线已实现量产，是广东省实施“强芯工程”以来新设立的重要制造主体。这家承载着发展粤港澳大湾区智能传感产业使命的企业，正以科技创新为引擎，联动上下游打造产业集群，在协同创新中提升产业链韧性。
从进口依赖到自主突破，从6英寸到12英寸晶圆级量产，这项全球首创的技术成果不仅为国产喷墨打印头产业装上了“中国芯”，也为中国智能传感器产业的高质量发展注入了强劲动能。
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