Revolucionando Relés: Interruptores Micromecánicos Basados en Vidrio de Menlo Micro y Corning

Interruptores avanzados superan deficiencias tradicionales para ofrecer operación rápida, vidas útiles extendidas, alto rendimiento de potencia y tamaño de encapsulado microscópico.

Interruptores de estado sólido y relés electromecánicos son ubicuos en aplicaciones de gestión de potencia, pero sufren pérdida de energía, alto coste, peso, volumen, rendimiento limitado y problemas de fiabilidad. Estas limitaciones obstaculizan el despliegue de redes 5G de próxima generación y la electrificación de vehículos, sistemas de energía renovable y redes inteligentes.

Menlo Micro ha abordado estos desafíos creando un interruptor micromecánico que usa vidrio de sílice fundido HPFS de Corning y vias through-glass (TGV) rellenos de cobre. En asociación con Precision Glass Solutions de Corning, Menlo Micro produjo interruptores hasta 1.000× más rápidos que relés mecánicos, con vidas útiles dramáticamente más largas, manejo de potencia clase kilovatio, y huella menor que un cabello humano. Estos interruptores prometen décadas de operación fiable bajo condiciones de alto estrés.

Una Nueva Generación de Relés

El Internet de las Cosas, inteligencia artificial, conectividad 5G y la electrificación generalizada están remodelando cómo nos conectamos, compartimos datos y controlamos el mundo. Para mantener el ritmo, la microelectrónica debe evolucionar de formas sin precedentes.

Los interruptores de próxima generación deben ser más rápidos, pequeños, resistentes y energéticamente eficientes que los dispositivos de estado sólido o electromecánicos actuales. Los interruptores de estado sólido tradicionales dependen de silicio CMOS, que como semiconductor inevitablemente tiene fuga de corriente y disipa calor. Los relés electromecánicos, aunque capaces de manejar alta potencia, son grandes, lentos e inconfiables. La física fundamental del silicio y las restricciones mecánicas de los relés limitan el progreso. La solución está en la ciencia de materiales avanzada —específicamente el vidrio.

El vidrio es un excelente dieléctrico: su resistividad es varios órdenes de magnitud superior al silicio de alta resistividad, previniendo pérdida de energía. La asociación de Corning con Menlo Micro expande lo que se puede lograr con obleas de vidrio.

Colaboración Corning & Menlo Micro

(Fuente de imagen: Menlo Micro)

La asociación evoca el legado de Thomas Edison, inventor del relé mecánico y fundador de GE. Ambas empresas están reinventando el relé, un interruptor operado eléctricamente esencial para prácticamente todo dispositivo electrónico.

Los relés electromecánicos manejan alta potencia pero son voluminosos, lentos e inconfiables. Los interruptores de estado sólido son pequeños y rápidos pero sufren fuga y calor. Durante décadas, ingenieros han intercambiado una debilidad por otra, sin lograr una solución perfecta.

El interruptor micromecánico de Menlo Micro resuelve estos problemas centrales. Es más pequeño, ligero, rápido, eficiente y capaz de manejar alta potencia mientras ofrece vidas útiles más largas que relés electromecánicos. También entrega rendimiento RF superior comparado a interruptores de estado sólido, haciéndolo ideal para dispositivos médicos, infraestructura de comunicaciones, aeroespacial y electrónica de consumo.

El avance fue posible gracias al vidrio de sílice fundido ultra-puro de Corning. Menlo Micro añadió una segunda capa de vidrio conteniendo TGVs rellenos de cobre que enrutan corriente directamente a través del vidrio, acortando distancia de recorrido en 70 %, reduciendo tamaño, coste y mejorando rendimiento.

Fundamentos Técnicos

Los fundadores de Menlo Micro comenzaron su I+D en GE, invirtiendo más de $40 millones y 12 años de investigación para desarrollar una solución de interruptor basada en vidrio. Su experiencia en GE impulsó un nuevo enfoque, culminando en un interruptor que puede producirse en masa rentablemente.

La colaboración con Precision Glass Solutions de Corning aportó acceso a obleas de sílice fundido de alta pureza (99,999 %). La capa base es una oblea de 8 pulgadas y medio milímetro de grosor; la capa TGV es una oblea más delgada perforada con 100.000 micro-agujeros (mitad del ancho de un cabello humano) y rellenos de cobre. El dispositivo resultante mide 5,6 mm³ y combina manejo de potencia de un relé electromecánico con velocidad, peso, fiabilidad y tamaño de un interruptor de estado sólido.

Al integrar empaquetado TGV, Menlo Micro reduce tamaño del relé en más de 60 % frente a diseños wire-bonded, cumpliendo requisitos críticos SWaP-C para aplicaciones de alta densidad. Eliminar wire bonds también reduce parasitarios de encapsulado en más de 75 %, permitiendo frecuencias más altas esenciales para 5G, instrumentación de test, aeroespacial y defensa.

El empaquetado de vidrio hermético elimina interconexiones innecesarias que han limitado rendimiento de relés por décadas, mejorando fiabilidad mientras reduce tamaño y coste globales.

Menlo Micro y Corning están escalando producción y haciendo los interruptores más asequibles. El diseño propietario de via de Corning entrega interconexiones de cobre herméticas que soportan producción en masa, mientras otras industrias exploran TGV para empaquetado de vidrio y pantallas sin bisel.

La tecnología de interruptor de Menlo Micro ha demostrado fiabilidad superando 10.000 millones de ciclos de conmutación, con hoja de ruta a 20.000 millones, manejando cientos de voltios y decenas de amperios. Alcanza manejo de potencia clase kilovatio en dispositivo micromecánico con excelente rendimiento eléctrico, tamaño compacto y bajo coste comparado a relés tradicionales e interruptores de estado sólido.

Usando empaquetado TGV, Menlo está desarrollando relés RF con anchos de banda de DC a 26 GHz, apuntando a superar 50 GHz. La plataforma sirve gestión de baterías, automatización del hogar, vehículos eléctricos, militar, radios profesionales, estaciones base 5G e IoT.

Escalando Producción

Desde octubre 2020, Menlo Micro ha enviado dispositivos desde su línea de producción de alto volumen de 8 pulgadas a más de 60 clientes líderes. A diferencia de relés electromecánicos de dispositivo único, miles de interruptores micromecánicos se fabrican simultáneamente en proceso batch a nivel de oblea —un método automatizado y escalable usado en la industria semiconductora.

Conclusión

El legado de 170 años de Corning en innovación de vidrio —desde la primera bombilla a pantallas de smartphones modernos— ahora soporta una nueva generación de relés micromecánicos. Juntos, Corning y Menlo Micro entregan interruptores diminutos y energéticamente eficientes construidos con vidrio de alta pureza, permitiendo la electrificación de todo y el despliegue de redes 5G, IA e IoT.

— Chris Giovanniello, Co-fundador & SVP Marketing Mundial, Menlo Micro.

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Menlo Micro apareció entre las 100 startups emergentes a vigilar en la 21ª edición de EE Times.

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>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EE Times Europe.

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