康寧與 Menlo Micro 合作制作電子開關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)

Menlo Micro 的創(chuàng)始人在還是 GE 員工時就開始了與康寧的研發(fā)工作。該團隊花了數(shù)年時間從頭開始開發(fā)玻璃工藝。憑借 GE 超過 4000 萬美元的支持和超過 12 年的研發(fā)，Menlo Micro 團隊開發(fā)了一種技術(shù)，最終將引導(dǎo)他們找到當(dāng)今電子開關(guān)的解決方案。他們在 GE 的經(jīng)歷激發(fā)了一種新的思維方式，從而產(chǎn)生了一種新的開關(guān)類別，能夠經(jīng)濟高效地擴展微機械開關(guān)制造。

Menlo Micro 與康寧精密玻璃解決方案的合作在新開關(guān)設(shè)計中發(fā)揮了關(guān)鍵作用;康寧精密玻璃解決方案部門是高純度熔融石英玻璃晶片的制造商。玻璃的固有特性——出色的電氣性能、嚴格的幾何公差和原始的表面質(zhì)量——使其成為下一代微電子器件的合適材料。

Corning/Menlo Micro 團隊開始與Corning HPFS 熔融石英玻璃合作，該玻璃是 99.999% 純二氧化硅(二氧化硅)，可提供一致、可重復(fù)的性能。對于基礎(chǔ)層，康寧將 HPFS 玻璃加工成 8 英寸晶圓，厚度為 0.5 毫米。對于 TGV 層，康寧加工了更薄的晶圓，并使用激光鉆了 100,000 個孔，每個孔的寬度為人類頭發(fā)的一半，并且所有這些都沒有使玻璃破裂，最后用銅填充這些孔以使電流通過玻璃。由此產(chǎn)生的小尺寸設(shè)備尺寸為 5.6 立方毫米。這款 Menlo 微動開關(guān)具有機電繼電器的功率處理能力和射頻性能，具有固態(tài)開關(guān)的尺寸、重量、可靠性和速度。

康寧和 Menlo Micro 展示了 TGV 封裝技術(shù)的集成，使高性能射頻和功率產(chǎn)品向超小晶圓級封裝的發(fā)展成為可能。與傳統(tǒng)的引線鍵合封裝技術(shù)相比，TGV 使 Menlo Micro 的繼電器產(chǎn)品尺寸縮小了 60% 以上，使其適用于對增加通道密度和減少 SWaP-C 至關(guān)重要的應(yīng)用。

除了顯著減小尺寸外，TGV 技術(shù)還為繼電器產(chǎn)品帶來了其他好處。通過消除引線鍵合并用短且控制良好的金屬化過孔代替它們，Menlo Micro 能夠?qū)⒎庋b寄生效應(yīng)降低 75% 以上。這種設(shè)計支持更高的頻率，這在 5G 網(wǎng)絡(luò)、測試儀器以及眾多航空航天和國防應(yīng)用中變得越來越重要。此外，與硅 (CMOS) 等傳統(tǒng)基板材料相比，玻璃的獨特特性可實現(xiàn)更低的射頻損耗和更高的線性度，從而轉(zhuǎn)化為更低的功耗和更高的整體效率。

在密封玻璃中實施 TGV 技術(shù)消除了幾十年來限制開關(guān)和繼電器性能的不必要的互連。這種方法還提高了開關(guān)性能，并將整體設(shè)備尺寸和成本降低到有利于許多應(yīng)用的水平。

Menlo Micro 和康寧目前正在合作提高開關(guān)的產(chǎn)量，同時使它們的制造更具成本效益?？祵幰呀?jīng)引起了其他公司的興趣，他們希望將 TGV 技術(shù)用于玻璃封裝和無邊框高端顯示器等應(yīng)用?？祵庍€開發(fā)了專有的通孔設(shè)計和工藝，以提供密封的銅互連，從而實現(xiàn)高可靠性和減小的封裝尺寸，為大規(guī)模生產(chǎn)支持 TGV 的設(shè)備開辟了道路。

使用專有材料、設(shè)計和晶圓級處理技術(shù)，Menlo Micro 的開關(guān)技術(shù)在通常超過 100 億次開關(guān)操作的應(yīng)用中展示了高可靠性，其路線圖將超過 200 億次，同時處理數(shù)百伏特和數(shù)十安培的電流。與傳統(tǒng)的機電繼電器和固態(tài)開關(guān)相比，先進材料科學(xué)的這種發(fā)展導(dǎo)致微機械設(shè)備具有前所未有的功率處理能力(千瓦)，具有出色的電氣性能、尺寸、成本和可靠性。

利用 TGV 封裝，Menlo 正在開發(fā)處理從 DC-26 GHz 的帶寬的射頻繼電器產(chǎn)品，其路線圖將擴展到 50 GHz 以上。Menlo Micro 的微機械繼電器平臺支持射頻和 AC/DC 應(yīng)用，適用于電池管理、家庭自動化、電動汽車、軍事和專業(yè)無線電、5G 基站和物聯(lián)網(wǎng)等不同市場。

爬坡生產(chǎn)

自 2020 年 10 月以來，Menlo Micro 一直在通過其 8 英寸大批量生產(chǎn)線交付基于其開關(guān)技術(shù)的產(chǎn)品，迄今已向 60 多家領(lǐng)先客戶交付。與在裝配線上一次制造一個的傳統(tǒng)機電繼電器不同，可以在批量過程中一次制造數(shù)千個 Menlo 微動開關(guān)器件。Menlo Micro 使用與半導(dǎo)體行業(yè)相同的制造方法：基于晶圓的制造。這種完全自動化的批處理過程可實現(xiàn)大規(guī)?？蓴U展的開關(guān)制造。

結(jié)論

在其 170 年的歷史中，康寧開發(fā)了多種類型的玻璃產(chǎn)品，這些產(chǎn)品現(xiàn)在在我們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，從第一批燈泡的制造到智能手機屏幕和光纖電纜中使用的先進玻璃材料的普及。康寧與 Menlo Micro 合作，重新思考傳統(tǒng)的機電繼電器和固態(tài)開關(guān)。他們一起使用高純度玻璃制造的微型、節(jié)能的微機械開關(guān)成為實現(xiàn)一切電氣化的下一代技術(shù)的現(xiàn)實現(xiàn)實。