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P. Bellutti ASI Roma 20 Gennaio 2016

La Componentistica Nazionale per lo Spazio: Stato dell’Arte, Sviluppi e Prospettive

Fondazione Bruno KesslerCentro Materiali e Microsistemi

Sviluppo e produzione Microdispositivi per lo Spazio

Pierluigi Bellutti Micro-Nano characterization and Fabrication Facility (MNF)



Sistema della Ricerca del Trentino

Provincia

autonoma

Trento

Fondazione Bruno Kessler

University of Trento

Fondazione Edmund

Mach

CMMCENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS



Centro Materiali e Microsistemi (CMM)

La nostra Ricerca è finalizzata a sostenerel’ innovazione attraverso la costruzione diuna rete che include aziende, istituzioni diricerca, università, istituzioni pubbliche eutilizzatori finali (connect & develop)




CMM: quattro Linee di Ricerca

FunctionalMaterials: Carbon-

based and Nanostructured

Imagers & Radiation Sensors

MicrosystemsIntegrated

Systems

Micro Nano characterization and fabrication Facility



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 and MEMS(class 10 and 100) (class 100 and 1000)


CMM: Micro Nano characterization and fabrication Facility (MNF)

ISO 9001-2008



• Testing Area for device parametric and functional testing



ISO 9001-2008



• Packaging and Integration Area for device packaging and microsystems assembly



ISO 9001-2008



• Material Characterization Area


ISO 9001-2008





• FBK: capacità di sviluppare soluzioni avanzate di sensoristicaintegrata con tecnologie microelettroniche e MEMS abbinate allosviluppo di sistemi;

• Facility:

• interna per lo sviluppo, la fabbricazione e la produzione disensori di radiazione e MEMS;

• Esterna con diverse CMOS foundries + partnership strategicacon LF (Avezzano) dotata di tecnologie all’avanguardia(110/150nm) per sensori di immagini;

• Esperienza in diversi progetti ESA/ASI su attività ad elevata edimmediata ricaduta su applicazioni terrestri.

Situazione attuale (dispositivi)



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

CMMCENTRE FOR MATERIALS AND MICROSYSTEMS Device for Space: Project Reference List




Space Technologies @ FBK-CMM



Titolo

Descrizione

Collaborazioni & partnership

Applicazione

Micro-interruttori MEMS

Centri di Ricerca e EoI da parte di impresea livello nazionale

Integrazione di tecnologie MEMS per larealizzazione di microinterruttori (circuitbreakers) e deviatori (switchgear-basedsystems) impiegati nel controllo,protezione e isolamento elettrico dicircuiti, reti e strumentazione.

Attività di R&D per la conversione ditecnologie già consolidate per larealizzazione di RF MEMS Switches pertelecomunicazioni verso applicazioni negliimpianti e elettronica di controllo.

Linea di Ricerca: Microsystems




Titolo

Descrizione


Applicazione

RF MEMS pertelecomunicazioni

Integrazione di tecnologie MEMS per larealizzazione di moduli di RF Switchesohmici e capacitivi insieme a componentipassivi ad alte prestazioni pertelecomunicazioni. Disponibilità diintegrazione on-chip di una ampia libreria dicomponenti.

Fom Silicon Chip to PCB borad with drivingelectronic

Inizialmente sviluppata per le comunicazionisatellitari, attualmente si è manifestatol’interesse per applicazioni nell’ambito dellatelefonia mobile.

Alliance con RF Microtech Srl (Design andtesting) e OTPOI Srl (Packaging). Contatticommerciali con imprese nazionali(Thales/Selex, SIAE, SMEs), e internazionali(Ericsson, Huawei).




Titolo

Descrizione


Applicazione

Sensori di Flusso e Microthrusters MEMS

Imprese nazionali nel settore dello spazio(Thales/Selex) e SMEs (SITAEL)

Dispositivi MEMS basati su tecnologieBulk Micromachining per la realizzazionedi sensori di flusso/gas e di microthrustersper microsatelliti

Componenti per sistemi Mass FlowControllers utilizzati nellamicropropulsione (cold gasmicropropulsion) di satelliti nello spazio ein microsatelliti. Attuale interesse è laconversione delle tecnologie perapplicazioni nel settore degli impiantitermici (boilers) e distribuzione diriscaldamento (thermal power plants).

MEMS-based microthruster

MEMS-based flow sensor




Titolo

Descrizione


Applicazione

Sistemi microfluidici e lab on chip

Imprese nazionali nel settore dello spazio(ACS, PHOENIX-RTO Srl), e internazionali(EPIGEM-UK, LIONIX-NL, QCL – UK)

Dispositivi microfluidici per ilmonitoraggio nel lungo termine di colturecellulari in laboratori spaziali. I sistemisono dotati di sensori elettrochimici eattuatori per il mantenimento dellecondizioni vitali delle cellule.

Sistemi automatici per test farmacologici escreening tossicologici in condizioni dimicrogravità in laboratori spaziali.In ambito terrestre l’interesse principale èil settore biomedicale e agrofood per ilcontrollo di qualità dei prodotti alimentari.

Microfluidic platform with integrated sensors





FotoaccoppiatoriTitolo

Descrizione

Applicazione

Fototransistori tecnologia custom FBK for space, inizialmentesviluppati per applicazioni industriali, accoppiati confotoemettitore LED commerciale, montati configurazioneplanare e verticale in package a tenuta ermetica

Robotica/prostetica, sensoristica per lo spazio, biomedicale,telecomunicazioni…

OptoI MicroelectronicsCollaborazioni & partnership

Linea di Ricerca : Imagers and Radiation Sensors




Titolo

Descrizione

Applicazione

Sensore ottico 8 canali per encoder realizzato con tecnologiaFBK space (in valutazione ESSC)

Robotica, sistemi di guida satellitare

Ricevitore ottico 8ch per encoder

OptoI MicroelectonicsCollaborazioni & partnership





Rivelatori di radiazione a deriva di silicio.Titolo

Descrizione

Applicazioni

Le camere a deriva di silicio sono sviluppatein tecnologia microelettronica custom. Il particolaredisegno permette di minimizzare il rumore dovutoal rivelatore.

Rivelazione di raggi X molli e raggi gamma con scintillatori:Strumentazione analitica, astrofisica, fisica nuclearesincrotroni, FEL.



Azienda multinazionaleINFNPolitecnico di MilanoElettra (TS)




Rivelatori di singolo fotone al silicioin tecnologia full-custom:SiliconPhotomultipliers - SiPMs

Titolo

Descrizione

Applicazioni

I SiPM sono rivelatori a stato solido dotati di elevato guadagno intrinseco in grado dirivelare i singoli fotoni. Una tecnologia full-custom permette diottimizzare le performance del dispositivo per applicazioni custom ed high-end.

Strumentazione biomedicale, radiation monitoring,physics experiments, homeland security.

10cm2

Spin-off AdvanSiD SRL



INFN, Politecnico di Milano, AdvanSiD SRLCERN, UC Davis, Stanford, UPENN, LFoundry




CMOS-SPAD: LIDAR e 3D ImagingTitolo

Descrizione

Applicazioni

Tecnologia basata su rivelatori in grado di rilevare isingoli fotoni (SPAD) organizzati in array operanticome un singolo pixel tipo digital SiPM e dotati dielettronica di processing integrata (time-gatedcounter and/or TDCs). Risoluzione spaziale dasingolo pixel fino a matrici bidimensionali.

Sistemi LIDAR di misura della distanzaestremamente compatti e in grado di operare incondizioni critiche (forte luce ambiente, elevatafrequenza di misura): ranging multipunto perlanding/randevouz, controllo industriale,automotive

SPAD: IPs within several CMOS fab

120x160-pixel time-resolved SPAD in CMOS 350nm



Trasferimento tecnologico e sviluppo di un sensoreper multinazionale leader nel settore del controlloindustriale, progetti ESA in collaborazione con CSEM(MILS, MILA)




Sensori di immagine CMOS: HDR, Low-power,3D Imaging, X-ray imaging

Titolo

Descrizione

Applicazioni

Capacità di sviluppare e caratterizzare sensori diluce visibile basati su Active Pixels declinati in arraylineari o matriciali e dotati di elettronica diprocessing (amplificatori di colonna e ADC)integrata. Disponibile anche tecnologia per sensoridi immagine ultra-low power dotati di pixel-levelprocessing.

Sensori di immagine visibile e X-ray, per applicazionispaziali, controllo industriale, sicurezza esorveglianza, applicazioni medicali.

QVGA 3D TOF Imager in 180nm

Point-cloud 3D ImageCollaborazioni & partnership


Trasferimento tecnologico e sviluppo di un sensoreper azienda multinazionale leader nel settoreelettronica di consumo




• Grazie al nuovo Centro INFN TIFPA ed agli accordi tra INFN e FBKsi aprono nuove prospettive di R&D e caratterizzazione specificalegata alla rad hard (protoni ora, neutroni in futuro) sia per idispositivi che per i materiali (lo sviluppo materiale è uno deitemi centrali di FBK-CMM

• Recente sviluppo con OptoI Microelectronics di procedura dipackaging ermetico e relativi test di qualità

Nuove Attività



GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE

Pierluigi Bellutti Micro-Nano characterization and Fabrication Facility

[email protected]

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