인쇄 작업의 중심, 프린터 헤드 인쇄 공정 중심에 있는 잉크젯 프린트헤드는 잉크를 포함한 액체들을 프린터에 전달하는 역할을 한다. 프린트헤드의 특성과 기능은 인쇄 해상도, 정확도, 속도를 비롯한 침전물의 화학적 성질과 점도를 결정한다. 일부 잉크젯 프린트헤드 제조업체들은 거의 40년 동안 잉크젯 부품을 제조하기 위해 초소형 정밀 기계 시스템(MEMS, 멤스)을 사용해왔다. 예를 들어, HP는 MEMS 기술을 사용하여 서멀 잉크젯 프린트헤드 부품을 제조해왔다. 또한, 캐논, 렉스마크, 올리베티 등, 초기 서멀 잉크젯 제조업체들은 MEMS 기술을 사용하여 프린트헤드를 제조해왔다. 후지필름 디매틱스, Xaar, 코니카미놀타, 엡손, 리코 등과 같은 피에조 잉크젯 제조업체를 포함하여 많은 산업용 고성능 잉크젯 프린트헤드 제조업체들은 MEMS 부품을 산업용 피에조 잉크젯 헤드에도 적용했다. 프린트헤드 제조 산업의 경쟁이 치열해지면서 시장에서는 애플리케이션 조건에 부합하는 개발을 진행하고 있다. 제조업체들의 치열한 경쟁이 이루어지면서 잉크젯 기능에서 발생하는 문제를 더 빠르고 정확하게 해결하기 위해 적극적으로 연구 개발을 진행하고 있다. MEMS 제조 기술은 프린트헤드 제조업체들이 나날이 증가하는 많은 애플리케이션의 요구 조건을 충족시키기 위해 높은 해상도, 인쇄 속도와 정확도를 구현시키는 데 도움을 준다. 잉크젯의 성능을 향상시킴으로써, 인쇄 속도, 안정성, 최소한의 환경적 영향과 비용 효율성이 높아졌고, 아날로그 인쇄 방법과 성공적으로 경쟁할 수 있게 됐다. 그리고 제조업체들은 초소형 정밀 기계 시스템(MEMS)과 나노 전자 기계 시스템(NEMS)을 사용한 초소형 정밀 분야에 진입하기 위해서는 품질 수준을 6시그마 표준 이상으로 향상시켜야 한다.
MEMS 제조 기술의 핵심 MEMS는 마이크로미터 크기의 소형 장치를 만드는 기술이다. MEMS는 마이크로미터나 미크론(μm)에서 밀리미터(mm) 크기의 디테일을 구현할 수 있는 기술이다. 실제로 MEMS 제조 공정은 500나노미터(nm)보다 작은 1미크론 미만의 크기로 점점 더 정밀한 트랜지스터, 센서와 프린터 헤드를 만들 수 있으므로 나노 전자 기계 시스템(NEMS)을 구현할 수 있다. MEMS/NEMS 처리 공정에 사용되며, 광리소그래피(optical lithography)이라고도 불리는 포토리소그래피(Photolithography)는 10nm만큼이나 작은 피처(feature)를 구현할 수 있다. 포토리소그래피와 기타 MEMS/NEMS 기술은 매우 작은 부품을 생산할 수 있는 능력이 있어서 노즐 밀도 향상, 감도 개선, 반응 속도 증가 및 공진 주파수 성능의 향상과 같이 소형화의 장점을 살릴 수 있다. MEMS는 잉크젯 헤드 부품인 잉크젯 노즐판, 홀, 매니폴드와 채널용 노즐을 만드는 데 사용된다. MEMS 잉크젯 헤드는 포토리소그래피, 레이저 어블레이션(laser ablation), 몰딩 및 도금, 수정된 반도체 제조 기술, 습식 에칭과 방전 가공(EDM)을 포함하여 일부 MEMS 기술을 사용할 수 있다. MEMS/NEMS 기술은 실리콘, 니켈, 스테인레스스틸과 기타 금속을 포함해서 잉크젯 프린트헤드를 만드는 데 필요한 여러 재료를 가공한다. 벌크 미세 가공(Bulk Micromachining)에서 기판(일반적으로 실리콘)은 미세한 구조물을 만들기 위해 선택적으로 에칭(etching)작업을 한다. 이방성 습식 에칭(AWE)은 방향에 따라 다르며, 에칭에 적용되는 실리콘 표면의 마스크 부분이 아닌 곳에 공동영역을 구현할 수 있다. 밀러 지수는 괄호 안에 숫자를 사용해 결정 구조의 방향을 보여준다. (100) 방향인 실리콘 웨이퍼의 이방성 습식 에칭은 실리콘 웨이퍼 표면에 54.7。의 각도로 기울어진 사다리꼴 단면을 갖는 공동영역을 만들 것이다. 한편, (110) 방향인 실리콘 웨이퍼의 이방성 습식 에칭은 수직 벽을 갖는 공동영역을 만들 수 있다. 일부 실리콘 이방성 습식 에칭에 사용되는 물질은 수산화칼륨(KOH), 에틸렌다이아민 피로카테콜(EDP)과 수산화테트라메틸암모늄(TMAH)이다. 종종 이방성 습식 에칭은 실리콘을 사용한 심도반응성 이온식각(DRIE, Deep Reactive Ion Etching) 방식과 함께 사용된다. 등방성 습식 에칭은 실리콘 웨이퍼의 결정 방향에 따라 달라지지 않는다. 일반적으로 불화수소산, 질산과 아세트산의 혼합물(HNA)은 실리콘 등방성 습식 에칭에 사용되는 용매다. 이산화규소 또는 질화규소는 일반적으로 HNA 부식액이 침투되지 않도록 막는 방도제(masking material) 역할을 한다. 등방성 습식 에칭은 자재 밑에 그리고 측면에 실리콘을 제거할 뿐만 아니라 방도제 성분을 조금 약화시킨 것이다. MEMS 제조 애플리케이션에는 잉크젯 프린트헤드 이외에도 압력 센서, 산업용 가속도계, 자동차 시장과 의료 시장에서 필요한 가속도계, 자동차용 자이로, 디스플레이, 광섬유 스위치, 조절기(attenuators) 및 감쇠기, 무선 주파수 계전기 및 부품, 생물 의학 산업용 DNA 서열 분석 장치와 화학 분석 장치, 약 주입기(drug delivery) 등이 있다.
▲ 영국 캠브리지에 본사를 둔 프린트헤드 제조업체인 Xaar는 지난 2016년 드루파 전시회에서 MEMS로 만든 XAAR 5601 MEMA 피에조 헤드를 출시했다. 또한, MEMS 기술을 이용한 부품들로 만든 Xaar 1201 박막 피에조 헤드를 출시했다.
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