Fondazione Bruno Kessler

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
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM: quattro Linee di Ricerca
Functional
Materials: Carbonbased and
Nanostructured
Imagers &
Radiation Sensors
Microsystems
Integrated
Systems
Micro Nano characterization and fabrication Facility
P. Bellutti
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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)
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
CMM: Micro Nano characterization
and fabrication Facility (MNF)
ISO 9001-2008
• Material Characterization Area
P. Bellutti
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Space Technologies @ FBK-CMM
P. Bellutti
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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
P. Bellutti
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
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)
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Titolo
Descrizione
Applicazioni
Collaborazioni
& partnership
Spin-off
P. Bellutti
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
Titolo
Descrizione
Applicazioni
Collaborazioni
& partnership
P. Bellutti
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
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
ASI Roma 20 Gennaio 2016
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
CMM
CENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS
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
La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive
GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE
Pierluigi Bellutti
Micro-Nano characterization and Fabrication Facility
FBK-CMM
[email protected]
P. Bellutti
ASI Roma 20 Gennaio 2016