Swiss Cluster, spin-off dell'Empa, si aggiudica lo Swiss Economic Award

La pittoresca cittadina di Spiez, sulle rive del Lago di Thun, sembra l'incarnazione del fascino alpino. Ma uno dei suoi tetti a capanna nasconde un aspetto della "Swissness" che raramente si vede sulle cartoline, ma che fa parte della Svizzera tanto quanto le Alpi: l'innovazione high-tech. Questa è la sede di Swiss Cluster, uno spin-off dell'Empa specializzato in sistemi innovativi per la produzione di film sottili. Swiss Cluster è stata fondata alla fine del 2020 presso l’Empa di Thun dal materialista Carlos Guerra e dall’ingegnere elettrico Kevin Lücke nel laboratorio di Meccanica dei Materiali e Nanostrutture, diretto da Johann Michler. I due cofondatori stavano lavorando a film sottili più robusti e durevoli.

I film sottili sono di interesse per molte industrie; le loro applicazioni sono numerose. I film sottili proteggono i componenti sensibili dall'usura e dalla corrosione. In ottica, riducono il riverbero delle lenti e consentono la produzione di filtri specializzati. I film sottili decorativi conferiscono ai componenti degli orologi un gioco di colori unico. Gli impianti medici rivestiti sono meglio accettati dall'organismo. E nella microelettronica, le tecnologie a film sottile sono assolutamente essenziali: transistor, chip per computer e display sono costituiti da sequenze precise di strati di materiale spessi pochi micro e nanometri.

Due processi in tandem

Un metodo comune per la produzione di film sottili è la deposizione fisica da vapore (PVD). In questo processo, il materiale di partenza – solitamente un metallo o un ossido metallico – viene vaporizzato in una camera a vuoto e si condensa sul componente da rivestire, il substrato. Swiss Cluster combina questo metodo consolidato con il processo molto più recente basato sul vuoto noto come deposizione a strati atomici (ALD). A differenza del PVD, il processo ALD introduce precursori gassosi alternati nella camera a vuoto, formando il rivestimento sul substrato attraverso una reazione chimica con precisione atomica dello spessore.

«L’ALD consente la creazione di rivestimenti molto sottili e omogenei che offrono un’eccellente protezione contro la corrosione e l’ossidazione. Il PVD, d’altra parte, produce rivestimenti molto duri», spiega Carlos Guerra, CEO di Swiss Cluster. «Combinando i due processi, possiamo produrre film sottili eccezionalmente durevoli: duri ma duttili, termicamente robusti e resistenti alla corrosione».

La combinazione dei due processi di film sottile è complessa. Rimuovere il substrato da un dispositivo e inserirlo in quello successivo non produce il risultato desiderato: l’esposizione all’aria fa sì che la superficie si ossidi e si contamini, compromettendo l’adesione degli strati successivi. «Per gli esperimenti di laboratorio presso l’Empa, un primo sistema consisteva in due camere a vuoto separate per ALD e PVD. Un dottorando doveva spostare manualmente il substrato tra le camere per ogni singolo strato senza rompere il vuoto», ricorda Guerra.

Per migliorare questo processo – in parte per spirito imprenditoriale e in parte per necessità personale – è stata sviluppata la prima macchina Swiss Cluster. Essa combina i sistemi ALD e PVD in un’unica camera a vuoto. Le strutture a nanostrati, che in precedenza richiedevano al ricercatore una settimana di lavoro in laboratorio, ora possono essere create in poche ore. «Quando abbiamo costruito il prototipo in laboratorio, ci siamo resi conto che poteva diventare un prodotto», afferma Guerra. È nato così Swiss Cluster.

Rendere l’innovazione più accessibile

Swiss Cluster non è la prima azienda a combinare PVD e ALD. La “coppia di ferro” ha già preso piede nell’industria dei semiconduttori. “I produttori di semiconduttori utilizzano il processo combinato in un modo molto specifico che è difficile da trasferire ad altri settori”, afferma Guerra. «Noi, invece, vogliamo concentrarci sul resto del mercato». Dopotutto, i rivestimenti sottili, robusti e funzionali sono richiesti ovunque, dall’industria orologiera alla produzione di componenti ottici, batterie, impianti e microelettronica. E per quei clienti interessati esclusivamente al processo ALD emergente, Swiss Cluster offre una seconda macchina. Essa consente il cosiddetto “Batch ALD”: una variante della deposizione a strato atomico che è più veloce e permette 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 continuerà ad acquisire importanza e ad espandersi in ulteriori settori». Sebbene i processi basati sul vuoto siano spesso costosi, garantiscono risultati altamente precisi, il che conferisce loro un vantaggio rispetto ai processi di rivestimento convenzionali per molte applicazioni.

A differenza delle apparecchiature tipicamente utilizzate nell’industria dei semiconduttori, le macchine di Swiss Cluster sono compatte e relativamente facili da installare e utilizzare. «Stiamo rendendo questi processi high-tech più accessibili», spiega il fondatore. Nel proprio laboratorio a Spiez, la startup offre anche servizi di rivestimento. «Lavoriamo a stretto contatto con i nostri clienti per trovare i rivestimenti adatti alle loro applicazioni. Questo ci aiuta a migliorare ulteriormente le nostre apparecchiature – e il cliente può testare il processo di rivestimento senza dover investire subito in una nuova macchina», afferma Guerra.

Quello che è iniziato in un laboratorio dell’Empa a Thun con due persone e un prototipo è ora diventato una giovane azienda di successo. Quindici dipendenti lavorano per Swiss Cluster a Spiez, supportati da una rete globale di partner. Le macchine Swiss Cluster sono in uso presso istituti di ricerca e aziende in Svizzera, negli Stati Uniti e nel Regno Unito. Sono attualmente in programma consegne in Francia, Brasile, Italia e Cina.

È qui che Swiss Cluster si distingue da molte altre startup high-tech: la giovane azienda ha iniziato con un cliente fin dal primo giorno ed è cresciuta fino ad oggi in modo prevalentemente organico, attraverso la vendita di attrezzature e servizi. «Abbiamo ricevuto il nostro primo investimento solo nel 2025», afferma Guerra. Un successo, ma anche una sfida: «Dovevamo fare le cose per bene fin dall’inizio», sorride il cofondatore. «Questo è uno dei motivi per cui siamo molto grati per il sostegno iniziale che abbiamo ricevuto dall’Empa come spin-off». Ora, Swiss Cluster ha ricevuto l’ambito Swiss Economic Award dallo Swiss Economic Forum nella categoria «Industria/Produzione». La giuria ha lodato lo spin-off per aver combinato eccellenza scientifica, comprensione industriale e capacità imprenditoriale.