固態(tài)開關和機電繼電器有助于通過電流管理所有設備的電源。盡管無處不在，但傳統(tǒng)的開關和繼電器仍存在主要缺點，包括能量損失、成本、重量、尺寸、性能和可靠性。這些固有限制影響了設計和部署下一代 5G 網絡以及一切電氣化的能力——快速過渡到電動汽車、可持續(xù)能源和更智能的電網。

Menlo Micro 利用康寧 HPFS 熔融石英玻璃 (HPFS) 材料和銅填充玻璃通孔 (TGV) 技術的微機械開關設計，克服了固態(tài)開關和機械繼電器的局限性。本案例研究介紹了 Menlo Micro 如何與康寧精密玻璃解決方案合作，創(chuàng)建基于康寧 HPFS 玻璃的開關產品。由此產生的 Ideal Switch 產品的運行速度比機械繼電器快 1000 倍，可以運行更長的壽命，可以處理千瓦級的功率，并且構建在比人類頭發(fā)還小的微結構中，從而可以創(chuàng)建可以在以下情況下運行數十年的微機械開關高應力條件。

一種新型繼電器

隨著物聯(lián)網、人工智能、5G 連接和萬物電氣化正在改變我們連接、共享信息以及理解和控制我們周圍世界的方式，技術正在實現(xiàn)巨大飛躍。為了實現(xiàn)這一飛躍，我們需要以全新的顛覆性方式設計和制造微電子產品。

一個恰當的例子：我們需要比傳統(tǒng)固態(tài)和機電設備更快、更小、更有彈性和能效的下一代開關和繼電器。固態(tài)開關基于 CMOS 工藝技術，大多數集成電路 (IC) 都是在硅晶片上制造的。然而，由于硅是一種半導體材料(即部分導體)，它的效率不是很高，并且容易泄漏，導致相當大的能量損失和散熱。雖然微電子工程師可以將 CMOS 中的隔離性能提升到更高水平，但他們最終會遇到基本的物理問題。使用硅晶片優(yōu)化能源效率和最大限度地減少泄漏是有限度的。并且隨著更先進的技術和應用，例如 5G 新無線電，這些限制將變得更加明顯。機電開關的問題歸結為需要減小尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C)。這些降低對于降低能源消耗和加速向下一代 5G 基礎設施、醫(yī)療技術和電動汽車的過渡至關重要。解決這些挑戰(zhàn)的一個重要關鍵在于材料科學的創(chuàng)新和一種常見的材料：玻璃。

玻璃是絕緣體;作為電介質基板的理想材料，可替代高電阻率硅 (HR-Si) 晶圓。玻璃的電阻率比 HR-Si 高幾個數量級，這意味著電流無法通過玻璃，也不會損失能量。康寧與 Menlo Micro 的合作正在擴大使用玻璃晶圓實現(xiàn)的可能性。

康寧與 Menlo Micro 合作

康寧和 Menlo Micro 與有史以來最偉大的發(fā)明家之一托馬斯·愛迪生(Thomas Edison)，即所謂的“門洛帕克奇才”有著歷史淵源。Menlo Micro 誕生于愛迪生創(chuàng)立的通用電氣 (GE) 長達十年的研究成果。康寧和 Menlo Micro 都專注于重新發(fā)明愛迪生在 1800 年代開創(chuàng)的東西：機械繼電器。

繼電器是一種電動開關，用于控制、供電和保護任何用電流操作的東西。開關是我們今天使用的幾乎所有電氣設備的關鍵組件。有兩種傳統(tǒng)類型的開關和繼電器——機電式和固態(tài)式——它們都有很大的缺點。機電開關可以處理高功率，但它們體積大、速度慢、笨重，而且出了名的不可靠。雖然固態(tài)開關體積小、速度快且可靠，但它們會泄漏功率并產生熱量，因為作為半導體器件，它們永遠不會完全“關閉”。

幾十年來，工程師們一直在努力克服這些缺點，但最終的結果是一系列妥協(xié)，而不是對固態(tài)開關和機械繼電器所帶來的基本挑戰(zhàn)的近乎完美的解決方案。

Menlo Micro 設計了一種微機械開關技術，可解決與現(xiàn)有開關和繼電器相關的主要問題。Menlo 微動開關更小、更輕、更快、更高效，能夠更好地處理高功率，并且比機電繼電器具有更長的工作壽命。它們也比固態(tài)開關更適合射頻(提供更高的線性度)。這種新的開關技術可以應用于廣泛的應用，從醫(yī)療設備和通信基礎設施到航空航天和消費電子產品。

Menlo Micro 能夠解決交換機的挑戰(zhàn)，部分原因在于它與康寧的技術合作。Menlo 微動開關采用康寧的高純度石英玻璃制成，可實現(xiàn)更小、更節(jié)能的開關設計。Menlo Micro 還在開關頂部添加了另一層玻璃，其中包含被稱為玻璃通孔 (TGV) 的微小銅填充孔，這些孔旨在引導電流進出開關。通過玻璃傳輸信號將電力必須傳輸的距離縮短了 70%，從而減小了繼電器的尺寸和成本，并提高了電氣性能。