Revolucionando Relés: Switches Micromecânicos Baseados em Vidro da Menlo Micro & Corning

Switches avançados superam falhas tradicionais para entregar operação rápida, lifetimes estendidos, performance high-power e tamanho de pacote microscópico.

Switches solid-state e relés eletromecânicos são ubíquos em aplicações power-management, ainda sofrem de perda de energia, alto custo, peso, volume, performance limitada e problemas de confiabilidade. Estas constraints impedem deployment de redes 5G next-gen e eletrificação de veículos, sistemas energia renovável e smart grids.

A Menlo Micro abordou estes desafios criando switch micromecânico que usa vidro HPFS Fused Silica da Corning e through-glass-vias (TGV) preenchidos com cobre. Em parceria com Precision Glass Solutions da Corning, Menlo Micro produziu switches até 1.000× mais rápidos que relés mecânicos, oferecem lifetimes dramaticamente maiores, lidam com potência classe kilowatt, e cabem em footprint menor que fio de cabelo humano. Estes switches prometem décadas de operação confiável sob condições high-stress.

Nova Geração de Relés

Internet das Coisas, inteligência artificial, conectividade 5G e eletrificação generalizada de tudo estão remodelando como conectamos, compartilhamos dados e controlamos o mundo. Para acompanhar, microeletrônica deve evoluir de formas sem precedentes.

Switches next-gen devem ser mais rápidos, menores, mais resilientes e energy-efficient que dispositivos solid-state ou eletromecânicos atuais. Switches solid-state tradicionais dependem de silício CMOS, que, como semicondutor, inevitavelmente vaza corrente e dissipa calor. Relés eletromecânicos, embora capazes de high power handling, são grandes, lentos e não confiáveis. A física fundamental do silício e constraints mecânicos de relés limitam progresso. A solução reside em ciência de materiais avançada — particularmente vidro.

Vidro é excelente dielétrico: sua resistividade é várias ordens de magnitude maior que silício high-resistivity, prevenindo perda de energia. Parceria da Corning com Menlo Micro expande o que pode ser alcançado com wafers de vidro.

Colaboração Corning & Menlo Micro

A parceria ecoa legado de Thomas Edison, inventor do relé mecânico e fundador da GE. Ambas empresas estão reinventando o relé, switch operado eletricamente essencial a virtualmente todo dispositivo eletrônico.

Relés eletromecânicos lidam com high power mas são bulky, slow e unreliable. Switches solid-state são pequenos e rápidos mas sofrem de leakage e calor. Por décadas, engenheiros trocaram uma fraqueza por outra, nunca alcançando solução perfeita.

Switch micromecânico da Menlo Micro resolve estes issues centrais. É menor, mais leve, mais rápido, mais eficiente, e capaz de lidar com high power enquanto oferece lifetimes maiores que relés eletromecânicos. Também entrega performance RF superior comparado a switches solid-state, tornando-o ideal para dispositivos médicos, infraestrutura comunicações, aeroespacial e consumer electronics.

O breakthrough foi possível graças ao fused silica glass ultra-puro da Corning. Menlo Micro adicionou segunda camada de vidro contendo TGVs preenchidos com cobre que roteiam corrente diretamente através do vidro, encurtando distância de viagem em 70%, reduzindo tamanho, custo e boostando performance.

Fundamentos Técnicos

Fundadores da Menlo Micro iniciaram P&D na GE, investindo mais de $40 milhões e 12 anos de pesquisa para desenvolver solução de switch baseada em vidro. Sua experiência na GE impulsionou nova abordagem, culminando em switch que pode ser mass-produced cost-effectively.

Colaboração com Precision Glass Solutions da Corning trouxe acesso a wafers fused silica high-purity (99,999%). Camada base é wafer 8-inch meio milímetro espesso; camada TGV é wafer mais fino perfurado com 100.000 micro-furos (meio fio de cabelo em largura) e preenchido com cobre. Dispositivo resultante mede 5,6 mm³ e combina power handling de relé eletromecânico com velocidade, peso, confiabilidade e tamanho de switch solid-state.

Integrando packaging TGV, Menlo Micro reduz tamanho de relé em mais de 60% relative a designs wire-bonded, atendendo requisitos críticos SWaP-C para aplicações high-density. Eliminar wire bonds também corta parasitics de pacote em mais de 75%, habilitando frequências mais altas essenciais para 5G, instrumentação teste, aeroespacial e defesa.

Packaging de vidro hermético remove interconexões desnecessárias que limitaram performance de relé por décadas, aumentando confiabilidade enquanto reduz tamanho e custo geral.

Menlo Micro e Corning estão escalando produção e tornando switches mais acessíveis. Design de via proprietário da Corning entrega interconexões cobre herméticas que suportam mass production, enquanto outras indústrias exploram TGV para packaging de vidro e displays bezel-less.

Tecnologia de switch da Menlo Micro demonstrou confiabilidade excedendo 10 bilhões de ciclos de switching, com roadmap para 20 bilhões, enquanto lida com centenas de volts e dezenas de amps. Alcança power handling classe kilowatt em dispositivo micromecânico com excelente performance elétrica, tamanho compacto e baixo custo comparado a relés tradicionais e switches solid-state.

Usando packaging TGV, Menlo está desenvolvendo relés RF com larguras de banda DC a 26 GHz, visando superar 50 GHz. Plataforma serve battery management, home automation, electric vehicles, military, professional radios, 5G base stations e IoT.

Ramping Production

Desde outubro 2020, Menlo Micro enviou dispositivos de sua linha de produção 8-inch high-volume para mais de 60 clientes líderes. Diferente de relés eletromecânicos single-device, milhares de switches micromecânicos são fabricados simultaneamente em processo batch wafer-level — método automatizado e escalável usado na indústria semicondutora.

Conclusão

Legado de 170 anos da Corning em inovação em vidro — da primeira lâmpada a displays smartphone modernos — agora suporta nova geração de relés micromecânicos. Juntos, Corning e Menlo Micro estão entregando switches minúsculos, energy-efficient construídos de vidro high-purity, habilitando eletrificação de tudo e deployment de redes 5G, IA e IoT.

— Chris Giovanniello, Co-Founder & SVP of Worldwide Marketing, Menlo Micro.

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>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times Europe.

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