Il pittoresco comune di Spiez sulle rive del Lago di Thun sembra un idillio alpino. Sotto uno dei suoi tetti a due falde si trova un aspetto della «svizzeritudine» che raramente appare sulle cartoline ma che è altrettanto parte della Svizzera quanto le Alpi: l'innovazione high-tech. Qui è di casa «Swiss Cluster», uno spin-off dell'Empa specializzato in sistemi innovativi per la produzione di strati sottili. Fondata a fine 2020 presso l'Empa di Thun, «Swiss Cluster» è nata da un team del laboratorio «Mechanics of Materials and Nanostructures» sotto la guida del ricercatore di materiali Carlos Guerra e dell'ingegnere elettronico Kevin Lücke. I due co-fondatori lavoravano presso l'Empa per rendere gli strati sottili più robusti e resistenti.
La questione è centrale per molti settori: gli strati sottili hanno numerose applicazioni. Proteggono i componenti sensibili da usura e corrosione. Nell'ottica, riducono i riflessi delle lenti e consentono filtri speciali. Strati sottili decorativi conferiscono ai componenti degli orologi un gioco di colori unico. Gli impianti medici rivestiti vengono meglio accettati dal corpo. E nella microelettronica, le tecnologie degli strati sottili sono essenziali: transistor, chip di computer e display sono costituiti da sequenze precise di strati di materiale micro e nanometrica.
Due processi in tandem
Un processo comune per la produzione di strati sottili è la deposizione fisica da fase di vapore (PVD). In questo procedimento, il materiale di partenza, di solito un metallo o un ossido metallico, si vaporizza in una camera a vuoto e si condensa sul componente da rivestire, il substrato. Questo processo consolidato viene combinato da «Swiss Cluster» con un processo basato sul vuoto molto più recente chiamato deposizione atomica a strati (ALD). A differenza del PVD, nel processo ALD i materiali di partenza gassosi vengono introdotti alternativamente nella camera a vuoto. Da ciò si forma il materiale di rivestimento in una reazione chimica sul substrato, con precisione atomica nello spessore dello strato.
«ALD consente strati molto sottili e omogenei che offrono un'eccellente protezione contro la corrosione e l'ossidazione. D'altra parte, il PVD fornisce strati molto duri», spiega il CEO di «Swiss Cluster», Carlos Guerra. «Grazie alla combinazione dei due processi, possiamo produrre strati sottili straordinariamente resistenti: duri e duttili allo stesso tempo, termicamente robusti e resistenti alla corrosione.»
La combinazione dei due processi di strati sottili è complessa. Rimuovere il substrato da un dispositivo e inserirlo nel prossimo non produce il risultato desiderato: all'aria, la superficie si ossida e si contamina, peggiorando l'adesione degli strati successivi. «Per esperimenti di laboratorio all'Empa, un sistema primitivo consisteva in una camera a vuoto per ALD e PVD ciascuna. Un dottorando doveva spostare manualmente il substrato tra le camere per ogni singolo strato, senza interrompere il vuoto», ricorda Guerra.
Per migliorare questo processo, in parte per spirito imprenditoriale, in parte per necessità propria, è nata la prima macchina di «Swiss Cluster». Combina le apparecchiature per ALD e PVD in una sola camera a vuoto. Le strutture nanorivestite, per cui il ricercatore in laboratorio impiegava una settimana, emergono in poche ore. «Quando costruimmo il prototipo in laboratorio, ci rendemmo conto che poteva diventare un prodotto», dice Guerra. «Swiss Cluster» era nato.
Rendere l'innovazione più accessibile
«Swiss Cluster» non è la prima azienda a combinare PVD e ALD. Il «Power-Duo» ha già preso piede nell'industria dei semiconduttori. «I produttori di semiconduttori usano il processo combinato in modo molto specifico, difficilmente applicabile ad altri settori», afferma Guerra. «Vogliamo invece concentrarci sul resto del mercato.»
Infatti, strati sottili, robusti e funzionali sono richiesti ovunque, dall'industria degli orologi alla produzione di componenti ottici, batterie, impianti e microelettronica. E per quei clienti che sono interessati solo al nuovo processo ALD, «Swiss Cluster» offre un'ulteriore apparecchiatura. Consente il cosiddetto «Batch ALD»: una variante della deposizione atomica a strati, più rapida e che consente il rivestimento simultaneo di più componenti o di parti grandi e complesse.
«L'ALD è un processo relativamente nuovo e viene utilizzato nell'industria solo da circa 20 anni», afferma Guerra. «Siamo convinti che acquisirà ulteriore importanza e conquisterà nuovi settori.» Sebbene i processi basati sul vuoto siano spesso costosi, offrono risultati altamente precisi, il che conferisce loro un vantaggio per molte applicazioni.
A differenza delle apparecchiature tipiche dell'industria dei semiconduttori, le macchine di «Swiss Cluster» sono compatte e relativamente facili da installare e operare. «Rendiamo questi processi high-tech più accessibili», continua il fondatore. Nel proprio laboratorio a Spiez, la start- up offre inoltre rivestimenti anche come servizio. «Lavoriamo insieme ai nostri clienti per trovare rivestimenti adatti alle loro applicazioni. Ciò ci aiuta a migliorare le nostre apparecchiature e il cliente può valutare il processo senza dover necessariamente acquistare una nuova macchina», afferma Guerra.
Ciò che è iniziato in un laboratorio all'Empa di Thun con due inventori e un prototipo è oggi diventato un'azienda di successo. 15 dipendenti lavorano per «Swiss Cluster» a Spiez, sostenuti da una rete di partner in tutto il mondo. Le macchine «Swiss Cluster» sono presenti in istituti di ricerca e aziende in Svizzera, negli USA e nel Regno Unito. Le spedizioni verso Francia, Brasile, Italia e Cina sono imminenti.
Qui «Swiss Cluster» si distingue da molti altri start-up high-tech: la giovane azienda è partita fin dal primo giorno con un cliente a bordo e ha fino ad ora cresciuto principalmente in modo organico, attraverso la vendita di dispositivi e servizi. «Il nostro primo investimento è avvenuto solo nel 2025,» dice Guerra. Un successo, ma anche una sfida: «Abbiamo dovuto fare tutto correttamente fin dall'inizio», sorride il co-fondatore. «Anche per questo siamo molto grati per il supporto iniziale che abbiamo ricevuto come spin-off dell'Empa.» Ora «Swiss Cluster» è stato premiato dal Swiss Economic Forum con il prestigioso «Swiss Economic Award» nella categoria «Produzione/Artigianato». La giuria ha elogiato la combinazione di eccellenza scientifica, comprensione industriale e realizzazione imprenditoriale che lo spin-off dimostra.
Contatto:
Dr. Carlos Guerra
Swiss Cluster AG
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