Ogni giorno utilizziamo dispositivi elettronici senza conoscerne il meccanismo che consente loro di funzionare e di esserci utili. Dietro ogni dispositivo, dallo smartphone al computer, da uno strumento medicale a un elettrodomestico, c’è un cervello operativo rappresentato dal processore, un chip formato da milioni di microcircuiti dedicati all'elaborazione dei dati.
Ma come viene realizzato un microchip elettronico?
Come viene prodotto un chip elettronico
Il materiale più impiegato per la sua realizzazione è il silicio che, oltre a essere il secondo materiale più diffuso sulla terra, è anche molto versatile. Si tratta, infatti, di un semiconduttore facilmente convertibile in un eccellente conduttore o isolatore di elettricità a seguito dell’aggiunta di impurità chimiche.
La produzione di chip parte dalla purificazione della sabbia di quarzo che è praticamente diossido di silicio (o silice), da cui si ottengono i cristalli di silicio. Questi rappresentano la "base" per la cristallizzazione del materiale e la creazione di lingotti che vengono tagliati in dischi e lucidati, dando origine a una sottile fetta di semiconduttore che conosciamo come wafer. A questo punto inizia la fotolitografia, un processo che può essere ripetuto anche un centinaio di volte su un wafer e che prevede l'applicazione di fotoresist liquido su tutta la superficie. A seguito della sua reazione alla luce, il fotoresist viene rimosso con dell'acido, lasciando sul chip solo la porzione che non ha reagito. Questo consente di proiettare il modello dei circuiti che si desidera creare sul wafer di silicio, la cosiddetta maschera.
Successivamente, il wafer passa al processo di doping durante il quale viene bombardato con ioni di germanio, boro o altri elementi, per impiantare delle imperfezioni nella struttura del silicio precedentemente trattato con l'acido rendendolo un conduttore. Completata questa fase, inizia quella dell'etching dove si utilizza nuovamente il fotoresist per manipolare la struttura fisica del wafer eliminando le porzioni non necessarie. Si passa poi all'elettroplaccatura utilizzata per applicare uno strato di rame sul wafer, che funge da catodo nelle varie fasi del processo.
Un chip è dunque una struttura tridimensionale costruita sovrapponendo diversi strati uno sopra l'altro; questi processi vengono ripetuti decine e decine di volte, fino ad arrivare al prodotto finito.
Da quando i primi microchip hanno visto la luce più di settant'anni fa, l'industria dei semiconduttori ha fatto passi da gigante e oggi guida le trasformazioni dell'economia globale, alimentando la diffusione di computer, Internet, smartphone e dispositivi di intelligenza artificiale. Le conseguenze economiche e sociali sono senza precedenti, rivoluzionando settori produttivi e modi di vivere.
Le aziende di semiconduttori in Italia
L'Italia è stata tra le prime Nazioni al mondo ad avviare la produzione dei semiconduttori grazie alla lungimiranza di Adriano Olivetti che ne anticipò l'impiego nei primi calcolatori della sua azienda. Oggi, diverse aziende producono semiconduttori in Italia, posizionandola tra i maggiori produttori in Europa.
A guidare la produzione dei semiconduttori in Italia è STMicroelectronics con diversi centri dislocati su tutto il territorio nazionale. A Milano sta per essere completato il nuovo impianto R3 da 300 mm, il primo del suo genere in Italia a essere altamente automatizzato. STMicroelectronics dispone di una vasta gamma di tecnologie avanzate per la produzione di chip. Il sito produttivo di Catania, per esempio, è specializzato nella produzione di dispositivi in carburo di silicio, che rappresenta l'avanguardia nell'elettronica di potenza. Questi dispositivi offrono maggiore efficienza energetica, temperature di funzionamento più elevate e maggiori frequenze di operatività.
LFoundry, con sede nella provincia dell’Aquila, è un'altra azienda italiana impegnata nella produzione di microchip da oltre trent'anni. Inizialmente realizzava memorie dinamiche per computer, poi ha ampliato la sua produzione concentrandosi principalmente sui sensori d'immagine e su altri dispositivi logici diventando sempre più competitiva nel settore. Con una squadra di 1.400 dipendenti, dispone di linee produttive e tecnologie avanzate che consentono una capacità produttiva di circa 40.000 wafer da 200 mm al mese.
A Borgaro Torinese, invece, è presente la filiale italiana della multinazionale Vishay Intertechnology, specializzata nella produzione di diodi e moduli di potenza, che conta circa 250 dipendenti, molti dei quali impegnati nella ricerca e sviluppo.
Il moderno processo di fabbricazione dei microchip ha origine dai wafer di silicio o di carburo di silicio che in Italia sono prodotti da MEMC Electronic Materials S.p.A. Questa azienda è il terzo gruppo più rilevante a livello mondiale nel settore, con oltre 7.000 dipendenti e due stabilimenti chiave: il primo a Merano, dove vengono prodotti i lingotti di silicio, e il secondo a Novara, dove i lingotti vengono tagliati e sottoposti a ulteriori lavorazioni. Le caratteristiche specifiche dei cristalli prodotti a Merano li rendono adatti a diverse applicazioni nell'elettronica, dai dispositivi di potenza a quelli analogici, fino alla sensoristica.
Ma un caso particolare nell'industria italiana dei semiconduttori è rappresentato da Leonardo, società pubblica attiva nei settori della difesa, dell'aerospazio e della sicurezza. Leonardo progetta e produce internamente circuiti integrati monolitici a microonde utilizzando tecnologie come il GaAs (Arseniuro di Gallio) e il GaN (Nitruro di Gallio), fondamentali per radar di ultima generazione. Tra i punti di forza di Leonardo emerge certamente la stretta collaborazione le università e i centri di ricerca che contribuisce al raggiungimento di obiettivi importanti anche nel panorama europeo. Attualmente la produzione di laser di Leonardo Electronics coinvolge circa 200 persone e l’espansione dell’attività prevede la creazione di ulteriori posti di lavoro nei prossimi anni, soprattutto nelle aree più tecniche come l’ingegneria, la produzione e il controllo qualità.
La presenza di queste e molte altre aziende coinvolte nella produzione e nello sviluppo dei semiconduttori in Italia richiede personale altamente qualificato, tra cui emerge la figura dell’ingegnere elettronico. Le sue competenze sono necessarie in tutte le fasi di realizzazione: dall'ideazione dei circuiti integrati alla gestione delle linee produttive, dall'implementazione delle nuove tecnologie alla risoluzione di problemi tecnici. Le aziende sono continuamente alla ricerca di ingegneri elettronici da inserire nel proprio organico per aumentare la competitività dei propri prodotti e delle proprie tecnologie a livello globale.
Per entrare a far parte di queste realtà che operano nel settore dei semiconduttori è possibile inviare la propria candidatura consultando le pagine delle opportunità professionali disponibili online:
https://www.st.com/content/st_com/en/about/careers.html
http://www.lfoundry.com/en/careers
https://jobs.vishay.com/it/jobs/