Sistema di stampa 3D nanoelettronica completato da ATLANT 3D
Ricerca Automazione Elettronica Europa Governo
L’azienda europea ATLANT 3D , in collaborazione con dodici partner, ha annunciato il completamento con successo del progetto Horizon 2020 Mesomorph . Interamente finanziata dalla Commissione Europea con un budget di circa 10 milioni di euro, l’iniziativa mira a rivoluzionare la produzione di nano e micro componenti necessari per le future tecnologie avanzate.
Stampa 3D e assemblaggio per la microelettronica
Conclusosi il 31 marzo 2024, il progetto Mesomorph si è concentrato sullo sviluppo di una macchina all-in-one in grado di integrare le tecnologie di microablazione laser femto, polimerizzazione a due fotoni (2PP) e deposizione di strati atomici. I ricercatori del Laboratorio ARM della SUPSI, con il contributo di ATLANT 3D e altri partner tecnologici, hanno progettato e costruito questa macchina con l’obiettivo primario di produrre sistemi microelettromeccanici (MEMS), microsensori e microdispositivi più piccoli , più leggero e più efficiente dal punto di vista energetico.
La macchina Mesomorph comprende tre stazioni primarie: un’unità a femtosecondi e 2PP, un’unità di elaborazione diretta dello strato atomico ad area selettiva (SADALP) e un’unità di microassemblaggio e incollaggio. Il primo presenta cinque gradi di libertà (DoF), organizzati in tre assi meccanici lineari e due ottici con un volume di produzione di 500x500x250 mm. Il laser dell’unità divide un raggio ad alta potenza (500 W) in più raggi paralleli e può eseguire 2PP per dettagli di stampa 3D fino a 100 nm di scala.
L’unità SADALP è costituita da un’architettura cartesiana a tre DoF e comprende più teste di ugelli indipendenti per eseguire la scrittura conforme e diretta del materiale e la rimozione con “precisione atomica” di oltre 450 materie prime. Posizionata tra le unità SADALP e laser femto, l’unità di microassemblaggio e incollaggio gestisce e assembla microcomponenti come stampi in silicio, sensori, componenti ottici e MEMS. L’unità preleva automaticamente i componenti dai telai di gel-pack, waffle pack e wafer film, posizionandoli su substrati e confezioni. Uno strumento di prelievo specializzato, supportato da un sistema di visione migliorato, evita il contatto e potenziali danni alle aree sensibili dei componenti.
Il microassemblaggio è ottimizzato attraverso un sistema di rete neurale multilivello. Durante la fase di formazione, le specifiche dei componenti vengono inserite in un simulatore fisico, che include tutti i dati fisici, statici e dinamici relativi alla micro-pinza della macchina. Questo processo garantisce una presa e un rilascio precisi delle parti, migliorando l’affidabilità e l’efficacia.
Mesomorfo nel mondo reale
Il progetto è stato guidato da un consorzio di tredici partner, ciascuno dei quali ha contribuito con le proprie competenze allo sforzo. ATLANT 3D ha guidato il progetto, apportando la sua specializzazione nelle tecnologie di produzione additiva e nelle soluzioni di stampa 3D. Del consorzio facevano parte anche la Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana (SUPSI), un’università svizzera di scienze applicate; Iris SRL, società di ricerca e innovazione industriale; UAB Femtika, azienda lituana specializzata nella microlavorazione laser a femtosecondi; e NLight Europe SRL, nota per le sue soluzioni laser ad alta potenza. Ulteriori partner sono stati Morphica Societa a Responsabilita Limitata, impegnata nello sviluppo di piattaforme digitali per il settore manifatturiero; Friedrich-Alexander-Universitaet Erlangen-Nuernberg (FAU), una delle principali università di ricerca in Germania; Politecnico di Torino, una rinomata università tecnica in Italia; ST Microelectronics SRL, leader mondiale nel settore dei semiconduttori; Smolsys AG, specializzata in micro e nanotecnologie; Heliotis AG, sviluppatori di tecnologie di misurazione e ispezione ottica; MCH-Tronics SAGL, focalizzata sui sistemi microelettronici e meccatronici; e Yalosys AG, specialisti in sistemi di produzione avanzati e automazione.
Secondo i partner, le capacità della macchina Mesomorph sono state accuratamente convalidate, dimostrando il suo potenziale nel produrre microsistemi con dimensioni e funzionalità senza precedenti. Al di fuori della ricerca e della prototipazione, la macchina è pensata per essere utilizzata per l’optoelettronica, come LED, fotorilevatori e diodi laser; dispositivi medici avanzati come micro-aghi, sensori impiantabili e sistemi lab-on-a-chip; MEMS e microsensori utilizzati in varie applicazioni, dall’automotive all’elettronica di consumo; infine, i microsensori consentono applicazioni nel monitoraggio ambientale, compresa la valutazione della qualità dell’aria e dell’acqua.
La macchina Mesomorfa rimarrà operativa presso il Laboratorio ARM del Dipartimento Tecnologie Innovative per ulteriori ricerche, dimostrazioni e scopi didattici. Sarà disponibile per i collaboratori e per altri enti accademici e industriali.
