La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
Fondazione Bruno Kessler
Centro Materiali e Microsistemi
Sviluppo e produzione Microdispositivi per lo Spazio
Pierluigi Bellutti
Micro-Nano characterization and Fabrication Facility (MNF)
P. Bellutti
ASI Roma 20 Gennaio 2016
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Sistema della Ricerca del Trentino
University of
Trento
Fondazione
Bruno
Kessler
Provincia
autonoma
Trento
Fondazione
Edmund
Mach
P. Bellutti
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Centro Materiali e Microsistemi (CMM)
La nostra Ricerca è finalizzata a sostenere
l’ innovazione attraverso la costruzione di
una rete che include aziende, istituzioni di
ricerca, università, istituzioni pubbliche e
utilizzatori finali (connect & develop)
P. Bellutti
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CMM: quattro Linee di Ricerca
Functional
Materials: Carbonbased and
Nanostructured
Imagers &
Radiation Sensors
Microsystems
Integrated
Systems
Micro Nano characterization and fabrication Facility
P. Bellutti
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
CMM: Micro Nano characterization
and fabrication Facility (MNF)
ISO 9001-2008
Four large Labs ( ̴ 1600 m2)
• Microfabrication Area: a 150 mm CMOS like pilot line with
2 Clean Rooms for device realization focussed on:
Radiation Detectors
(class 10 and 100)
P. Bellutti
and
MEMS
(class 100 and 1000)
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CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
CMM: Micro Nano characterization
and fabrication Facility (MNF)
ISO 9001-2008
• Testing Area for device parametric and functional testing
P. Bellutti
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
CMM: Micro Nano characterization
and fabrication Facility (MNF)
ISO 9001-2008
• Packaging and Integration Area for device packaging and
microsystems assembly
P. Bellutti
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
CMM: Micro Nano characterization
and fabrication Facility (MNF)
ISO 9001-2008
• Material Characterization Area
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Situazione attuale (dispositivi)
• FBK: capacità di sviluppare soluzioni avanzate di sensoristica
integrata con tecnologie microelettroniche e MEMS abbinate allo
sviluppo di sistemi;
• Facility:
• interna per lo sviluppo, la fabbricazione e la produzione di
sensori di radiazione e MEMS;
• Esterna con diverse CMOS foundries + partnership strategica
con LF (Avezzano) dotata di tecnologie all’avanguardia
(110/150nm) per sensori di immagini;
• Esperienza in diversi progetti ESA/ASI su attività ad elevata ed
immediata ricaduta su applicazioni terrestri.
P. Bellutti
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CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Device for Space: Project Reference List
ESA/ESTEC Contract Nr. 14628/NL/CK, MEM Switch, “Microwave Electrostatic Micro-Machined Devices for On-Board
Applications”, Prime contractor Alenia Spazio.
ESA/ESTEC Contract 20622/07/NL/GLC), MATRIX, “Very Large Order Switch Matrices Using MEMS Technology”,
ARTES 5 program, prime Contractor Alenia Spazio (TAS-I).
ESA/ESTEC Contract No: 20847/07/NL/GLC, Redundancy, “High Reliability MEMS Redundnacy Switch”, TRP program,
prime contractor FBK.
ESA/ESTEC Contract No. 22706/09/NL/GLC, MIGNON, “Microwave Micro- Machined Filters”, TRP program, prime
contractor RF Microtech.
ESA/ESTEC Contract No. 4000104542, MEMOS, “High-Q MEMS Resonator for High Performance Oscillators”, TRP
program, prime contractor FBK.
ESA/ESTEC AO/1-6730/11/NL/GLC, MEMTOS, “Widely Tunable MEMS LC Tank for Wideband Oscillators”, TRP
program, prime contractor FBK.
ESA contract No. 4000102425/10/NL/EM “Development, ESCC Evaluation and Qualification of an EuropeanRadiation
Tolerat Optocoupler”, contractor Opto-i
ESA/ ESTEC/Contract No. 4000104712/NL/RA, “Development and ESCC approval of an European source of 8-channel
silicon phototransistors for optical encoders”, contractor Opto-I
ESA tender TEC-QTC/2012SoW07/SH (ready to start), “Manufacturing and preliminary space assessment of a new
multi-channel silicon photodiode for optical encoders”, contractor Opto-I
ESTEC/Contract No. 4000102940/11/NL/NR, “Silicon Drift Detectors For Gamma-Ray Scintillators Development”
ESTEC/Contract No. 4000103730/11/NL/EM, “Miniaturized Imaging LIDAR System (Phase 1)”, prime contractor CSEM
ESA Contract No. 4000113067/14/NL/Sfe, Compressive Sensing Technologies for Compact LiDAR Systems – CSIL
(CECILE), prime contractor CSEM
P. Bellutti
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CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Space Technologies @ FBK-CMM
P. Bellutti
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Linea di Ricerca: Microsystems
Titolo
Micro-interruttori MEMS
Descrizione
Integrazione di tecnologie MEMS per la
realizzazione di microinterruttori (circuit
breakers) e deviatori (switchgear-based
systems)
impiegati
nel
controllo,
protezione e isolamento elettrico di
circuiti, reti e strumentazione.
Applicazione
Attività di R&D per la conversione di
tecnologie già consolidate per la
realizzazione di RF MEMS Switches per
telecomunicazioni verso applicazioni negli
impianti e elettronica di controllo.
Collaborazioni
& partnership
Centri di Ricerca e EoI da parte di imprese
a livello nazionale
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Linea di Ricerca: Microsystems
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Titolo
Descrizione
Applicazione
Collaborazioni
& partnership
RF MEMS per
telecomunicazioni
Integrazione di tecnologie MEMS per la
realizzazione di moduli di RF Switches
ohmici e capacitivi insieme a componenti
passivi
ad
alte
prestazioni
per
telecomunicazioni.
Disponibilità
di
integrazione on-chip di una ampia libreria di
componenti.
Inizialmente sviluppata per le comunicazioni
satellitari, attualmente si è manifestato
l’interesse per applicazioni nell’ambito della
telefonia mobile.
Alliance con RF Microtech Srl (Design and
testing) e OTPOI Srl (Packaging). Contatti
commerciali
con
imprese
nazionali
(Thales/Selex, SIAE, SMEs), e internazionali
(Ericsson, Huawei).
Fom Silicon Chip to PCB borad with driving
electronic
P. Bellutti
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Linea di Ricerca: Microsystems
Titolo
Descrizione
Applicazione
Collaborazioni
& partnership
P. Bellutti
Sensori di Flusso e Microthrusters MEMS
Dispositivi MEMS basati su tecnologie
Bulk Micromachining per la realizzazione
di sensori di flusso/gas e di microthrusters
per microsatelliti
Componenti per sistemi Mass Flow
Controllers
utilizzati
nella
micropropulsione
(cold
gas
micropropulsion) di satelliti nello spazio e
in microsatelliti. Attuale interesse è la
conversione
delle
tecnologie
per
applicazioni nel settore degli impianti
termici (boilers) e distribuzione di
riscaldamento (thermal power plants).
Imprese nazionali nel settore dello spazio
(Thales/Selex) e SMEs (SITAEL)
MEMS-based flow sensor
MEMS-based microthruster
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Linea di Ricerca: Microsystems
Titolo
Descrizione
Applicazione
Collaborazioni
& partnership
Sistemi microfluidici e lab on chip
Dispositivi
microfluidici
per
il
monitoraggio nel lungo termine di colture
cellulari in laboratori spaziali. I sistemi
sono dotati di sensori elettrochimici e
attuatori per
il mantenimento delle
condizioni vitali delle cellule.
Sistemi automatici per test farmacologici e
screening tossicologici in condizioni di
microgravità in laboratori spaziali.
In ambito terrestre l’interesse principale è
il settore biomedicale e agrofood per il
controllo di qualità dei prodotti alimentari.
Imprese nazionali nel settore dello spazio
(ACS, PHOENIX-RTO Srl), e internazionali
(EPIGEM-UK, LIONIX-NL, QCL – UK)
Microfluidic platform with integrated sensors
P. Bellutti
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Titolo
Descrizione
Applicazione
Collaborazioni
& partnership
P. Bellutti
Linea di Ricerca :
Imagers and Radiation Sensors
Fotoaccoppiatori
Fototransistori tecnologia custom FBK for space, inizialmente
sviluppati per applicazioni industriali, accoppiati con
fotoemettitore LED commerciale, montati configurazione
planare e verticale in package a tenuta ermetica
Robotica/prostetica, sensoristica per lo spazio, biomedicale,
telecomunicazioni…
OptoI Microelectronics
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CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Titolo
Descrizione
Applicazione
Collaborazioni
& partnership
P. Bellutti
Linea di Ricerca :
Imagers and Radiation Sensors
Ricevitore ottico 8ch per encoder
Sensore ottico 8 canali per encoder realizzato con tecnologia
FBK space (in valutazione ESSC)
Robotica, sistemi di guida satellitare
OptoI Microelectonics
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Titolo
Descrizione
Applicazioni
Collaborazioni
& partnership
P. Bellutti
Linea di Ricerca :
Imagers and Radiation Sensors
Rivelatori di radiazione a deriva di silicio.
Le camere a deriva di silicio sono sviluppate
in tecnologia microelettronica custom. Il particolare
disegno permette di minimizzare il rumore dovuto
al rivelatore.
Rivelazione di raggi X molli e raggi gamma con scintillatori:
Strumentazione analitica, astrofisica, fisica nucleare
sincrotroni, FEL.
Azienda multinazionale
INFN
Politecnico di Milano
Elettra (TS)
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CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Titolo
Descrizione
Applicazioni
Collaborazioni
& partnership
Spin-off
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Linea di Ricerca :
Imagers and Radiation Sensors
Rivelatori di singolo fotone al silicio
in tecnologia full-custom:
SiliconPhotomultipliers - SiPMs
10cm2
I SiPM sono rivelatori a stato solido dotati di elevato guadagno intrinseco in grado di
rivelare i singoli fotoni. Una tecnologia full-custom permette di
ottimizzare le performance del dispositivo per applicazioni custom ed high-end.
Strumentazione biomedicale, radiation monitoring,
physics experiments, homeland security.
INFN, Politecnico di Milano, AdvanSiD SRL
CERN, UC Davis, Stanford, UPENN, LFoundry
AdvanSiD SRL
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CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Titolo
Descrizione
Applicazioni
Collaborazioni
& partnership
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Linea di Ricerca :
Imagers and Radiation Sensors
CMOS-SPAD: LIDAR e 3D Imaging
Tecnologia basata su rivelatori in grado di rilevare i
singoli fotoni (SPAD) organizzati in array operanti
come un singolo pixel tipo digital SiPM e dotati di
elettronica di processing integrata (time-gated
counter and/or TDCs). Risoluzione spaziale da
singolo pixel fino a matrici bidimensionali.
SPAD: IPs within several CMOS fab
Sistemi LIDAR di misura della distanza
estremamente compatti e in grado di operare in
condizioni critiche (forte luce ambiente, elevata
frequenza di misura): ranging multipunto per
landing/randevouz,
controllo
industriale,
automotive
Trasferimento tecnologico e sviluppo di un sensore
per multinazionale leader nel settore del controllo
industriale, progetti ESA in collaborazione con CSEM
(MILS, MILA)
120x160-pixel time-resolved
SPAD in CMOS 350nm
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Titolo
Descrizione
Applicazioni
Collaborazioni
& partnership
P. Bellutti
Linea di Ricerca :
Imagers and Radiation Sensors
Sensori di immagine CMOS: HDR, Low-power,
3D Imaging, X-ray imaging
Capacità di sviluppare e caratterizzare sensori di
luce visibile basati su Active Pixels declinati in array
lineari o matriciali e dotati di elettronica di
processing (amplificatori di colonna e ADC)
integrata. Disponibile anche tecnologia per sensori
di immagine ultra-low power dotati di pixel-level
processing.
QVGA 3D TOF Imager in 180nm
Sensori di immagine visibile e X-ray, per applicazioni
spaziali, controllo industriale, sicurezza e
sorveglianza, applicazioni medicali.
Trasferimento tecnologico e sviluppo di un sensore
per azienda multinazionale leader nel settore
elettronica di consumo
Point-cloud 3D Image
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Nuove Attività
• Grazie al nuovo Centro INFN TIFPA ed agli accordi tra INFN e FBK
si aprono nuove prospettive di R&D e caratterizzazione specifica
legata alla rad hard (protoni ora, neutroni in futuro) sia per i
dispositivi che per i materiali (lo sviluppo materiale è uno dei
temi centrali di FBK-CMM
• Recente sviluppo con OptoI Microelectronics di procedura di
packaging ermetico e relativi test di qualità
P. Bellutti
ASI Roma 20 Gennaio 2016
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GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE
Pierluigi Bellutti
Micro-Nano characterization and Fabrication Facility
FBK-CMM
[email protected]
P. Bellutti
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