康宁与 Menlo Micro 合作制作电子开关介绍

固态开关和机电继电器有助于通过电流管理所有设备的电源。尽管无处不在，但传统的开关和继电器仍存在主要缺点，包括能量损失、成本、重量、尺寸、性能和可靠性。这些固有限制影响了设计和部署下一代 5G 网络以及一切电气化的能力——快速过渡到电动汽车、可持续能源和更智能的电网。

Menlo Micro 利用康宁 HPFS 熔融石英玻璃 (HPFS) 材料和铜填充玻璃通孔 (TGV) 技术的微机械开关设计，克服了固态开关和机械继电器的局限性。本案例研究介绍了 Menlo Micro 如何与康宁精密玻璃解决方案合作，创建基于康宁 HPFS 玻璃的开关产品。由此产生的 Ideal Switch 产品的运行速度比机械继电器快 1000 倍，可以运行更长的寿命，可以处理千瓦级的功率，并且构建在比人类头发还小的微结构中，从而可以创建可以在以下情况下运行数十年的微机械开关高应力条件。

一种新型继电器

随着物联网、人工智能、5G 连接和万物电气化正在改变我们连接、共享信息以及理解和控制我们周围世界的方式，技术正在实现巨大飞跃。为了实现这一飞跃，我们需要以全新的颠覆性方式设计和制造微电子产品。

一个恰当的例子：我们需要比传统固态和机电设备更快、更小、更有弹性和能效的下一代开关和继电器。固态开关基于 CMOS 工艺技术，大多数集成电路 (IC) 都是在硅晶片上制造的。然而，由于硅是一种半导体材料(即部分导体)，它的效率不是很高，并且容易泄漏，导致相当大的能量损失和散热。虽然微电子工程师可以将 CMOS 中的隔离性能提升到更高水平，但他们最终会遇到基本的物理问题。使用硅晶片优化能源效率和最大限度地减少泄漏是有限度的。并且随着更先进的技术和应用，例如 5G 新无线电，这些限制将变得更加明显。机电开关的问题归结为需要减小尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C)。这些降低对于降低能源消耗和加速向下一代 5G 基础设施、医疗技术和电动汽车的过渡至关重要。解决这些挑战的一个重要关键在于材料科学的创新和一种常见的材料：玻璃。

玻璃是绝缘体;作为电介质基板的理想材料，可替代高电阻率硅 (HR-Si) 晶圆。玻璃的电阻率比 HR-Si 高几个数量级，这意味着电流无法通过玻璃，也不会损失能量。康宁与 Menlo Micro 的合作正在扩大使用玻璃晶圆实现的可能性。

康宁与 Menlo Micro 合作

康宁和 Menlo Micro 与有史以来最伟大的发明家之一托马斯·爱迪生(Thomas Edison)，即所谓的“门洛帕克奇才”有着历史渊源。Menlo Micro 诞生于爱迪生创立的通用电气 (GE) 长达十年的研究成果。康宁和 Menlo Micro 都专注于重新发明爱迪生在 1800 年代开创的东西：机械继电器。

继电器是一种电动开关，用于控制、供电和保护任何用电流操作的东西。开关是我们今天使用的几乎所有电气设备的关键组件。有两种传统类型的开关和继电器——机电式和固态式——它们都有很大的缺点。机电开关可以处理高功率，但它们体积大、速度慢、笨重，而且出了名的不可靠。虽然固态开关体积小、速度快且可靠，但它们会泄漏功率并产生热量，因为作为半导体器件，它们永远不会完全“关闭”。

几十年来，工程师们一直在努力克服这些缺点，但最终的结果是一系列妥协，而不是对固态开关和机械继电器所带来的基本挑战的近乎完美的解决方案。

Menlo Micro 设计了一种微机械开关技术，可解决与现有开关和继电器相关的主要问题。Menlo 微动开关更小、更轻、更快、更高效，能够更好地处理高功率，并且比机电继电器具有更长的工作寿命。它们也比固态开关更适合射频(提供更高的线性度)。这种新的开关技术可以应用于广泛的应用，从医疗设备和通信基础设施到航空航天和消费电子产品。

Menlo Micro 能够解决交换机的挑战，部分原因在于它与康宁的技术合作。Menlo 微动开关采用康宁的高纯度石英玻璃制成，可实现更小、更节能的开关设计。Menlo Micro 还在开关顶部添加了另一层玻璃，其中包含被称为玻璃通孔 (TGV) 的微小铜填充孔，这些孔旨在引导电流进出开关。通过玻璃传输信号将电力必须传输的距离缩短了 70%，从而减小了继电器的尺寸和成本，并提高了电气性能。