Cosa sono i MEMS
Un MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) è un sistema altamente miniaturizzato che integra dispositivi di diversa natura, meccanici, elettrici ed elettronici, su uno stesso circuito, solitamente di silicio, e svolge funzioni di rilevazione, elaborazione o attuazione.
I dispositivi MEMS, o microsistemi, sono il risultato dell’integrazione dei “chip” con altre tecnologie innovative e rappresentano così una naturale evoluzione della microelettronica. Le parti elettroniche sono infatti realizzate usando i processi standard dei circuiti integrati; analoghi processi o tecniche di microlavorazione vengono usati per fabbricare i componenti meccanici o di altra natura che fanno parte dei MEMS.
L'integrazione dei vari elementi meccanici ed elettronici in uno stesso substrato di silicio consente di realizzare un oggetto che ha molteplici funzioni e possibilità applicative. I circuiti elettronici del chip possono essere visti come il "cervello" di un sistema, cui gli altri dispositivi contenuti nello stesso chip aggiungono "sensi" e "braccia". Si ha quindi un sistema in grado di captare informazioni dall'ambiente, di prendere decisioni e, infine, di attuare le azioni opportune. I sensori possono misurare fenomeni di varia natura: meccanica, termica, biologica, chimica, ottica, magnetica, ecc. I circuiti elettronici del chip elaborano i dati raccolti e indicano agli attuatori le azioni da effettuare: muovere, posizionare, regolare, pompare, filtrare, ecc.
MEMS e tecnologia microelettronica
L’interesse per i MEMS deriva dal fatto che possono essere impiegati in svariati prodotti/settori, consumano pochi materiali, sono economici e, pur avendo dimensioni dell’ordine dei micron o dei millimetri, sono in grado di eseguire le stesse funzioni di rilevazione, elaborazione e di attuazione di oggetti molto più ingombranti e costosi. Si pensi, ad esempio, agli orologi con altimetro e frequenzimetro integrati, agli airbag, diffusi oramai in tutte le automobili, oppure a sistemi molto più sofisticati per la navigazione aerea.
La tecnologia MEMS deriva dalla tecnologia dei circuiti integrati a semiconduttore, ma se ne differenzia per alcuni aspetti. E’ applicata anche su materiali diversi dal silicio (es. vetro, plastica, polimeri); integra materiali e componenti di diversa natura; non necessita di un livello di integrazione dei componenti elementari così spinto come nella produzione dei semiconduttori.
Inoltre, le tecnologie di incapsulamento e protezione dei dispositivi (cosiddetto “packaging”) necessarie per i MEMS sono specializzate al punto da richiedere competenze specifiche a seconda dell’utilizzo del prodotto fabbricato.
Ciò ha avuto come conseguenza che i MEMS spesso sono stati sviluppati in piccole e medie aziende specializzate, alcune nate come spin-off universitari, e quasi sempre indirizzate a soddisfare specifiche esigenze di mercato/settore.
Tale fenomeno indica un trend opposto a quello del settore dei circuiti integrati per l’elettronica, da sempre in mano a poche grandi imprese, le uniche in grado di investire ingenti capitali e di realizzare le necessarie economie di scala.
Crescenti spazi applicativi per i MEMS
I confini delle applicazioni dei MEMS continuano ad allargarsi a macchia d’olio.
Ad esempio, quando gli accelerometri MEMS in silicio, introdotti a metà anni '80, hanno consentito di sostituire i sensori meccanici, il vantaggio in termini di dimensioni, affidabilità e costo è risultato tale da rendere universale l'utilizzo degli airbag nelle automobili (aziende come Analog Devices, Bosch, TI e Freescale ne producono milioni di pezzi all’anno). Nel settore degli autoveicoli la tecnologia MEMS prospetta soluzioni molto interessanti anche a motivo dei sempre maggiori standard di qualità e sicurezza richiesti e della possibilità di ridurre i costi di componenti sensibili senza sacrificare le prestazioni. Oltre che per gli airbag, i MEMS sono utilizzati come sensori per il controllo della pressione dell’aria e del carburante nei sistemi di iniezione, come sensori per la stabilizzazione del veicolo o per il controllo dei pneumatici (i cosiddetti sistemi TPMS - Tire Pressure Monitoring Systems).
In un campo assai diverso, ma estrememente fertile di nuovi sviluppi e idee quale il mondo delle Life Science, i cosiddetti lab-on-chip sono dei veri e propri laboratori miniaturizzati per la diagnostica e la ricerca nel campo bio-medico. Un lab-on-chip è un unico dispositivo MEMS integrato che, grazie alla miniaturizzazione, riesce, in maniera autonoma, a realizzare test biochimici con grande velocità e sensibile riduzione dei costi, grazie alla possibilità di produzione in grande serie e alla incredibile riduzione del volume dei reagenti impiegati. Inoltre, l’automazione delle procedure di fabbricazione e analisi riduce il rischio di errori da contaminazione e permette di eseguire test in parallelo, abbattendo significativamente i tempi di analisi.
In un mondo sempre più esigente in termini di prestazioni, di costi e miniaturizzazione la microtecnologia dei MEMS rappresenta un asset di grande valore e interesse strategico.
Olivetti I-Jet nel settore dei MEMS
Una delle più avanzate “MEMS foundry” si trova ad Arnad (Aosta), nello stabilimento di Olivetti I-Jet, che è la società della Olivetti totalmente dedicata alle attività di ricerca, sviluppo e produzione di periferiche a tecnologia inkjet per l’Information Technology e dispositivi e sistemi basati su tecnologia MEMS.
Olivetti I-Jet si avvale del know-how accumulato in 30 anni di ricerca condotta da Olivetti nel campo della microelettronica, della microlavorazione del silicio, del vetro, delle plastiche e dei polimeri, della microfluidica e dell’ingegneria per i microassemblaggi automatici; tutte tecnologie che avevano e hanno come obiettivo lo sviluppo e la produzione di testine e sistemi per la stampa termica a getto d’inchiostro (bubble inkjet).
Nel 2007 Olivetti I-Jet era l'unica azienda europea in grado di disporre sia delle competenze tecnologiche, sia dei diritti di proprietà intellettuale necessari per gestire il ciclo completo della fabbricazione di prodotti a tecnologia bubble inkjet.
Facendo leva su queste competenze, Olivetti I-Jet è divenuta un pioniere nel settore dei MEMS, avendo avviato questa attività prima ancora che questo termine fosse coniato e divenisse sinonimo di alta tecnologia.
Ma lo sviluppo di questo innovativo settore di business non è bastato a compensare la difficile situazione dell'area delle testine di stampa ink-jet, attività economicamente sostenibile solo a fronte di enormi volumi produttivi, come quelli consentiti alle aziende americane e giapponesi che oggi dominano il mercato internazionale delle stampani ink-jet. A fronte di questa situazione, nel 2013 Olivetti I-Jet è uscita dal perimetro della società Olivetti.