릴레이 혁신: Menlo Micro와 Corning의 유리 기반 마이크로머신 스위치

첨단 스위치가 기존 단점을 극복하고 빠른 동작, 긴 수명, 고전력 성능, 현미경급 패키지 크기를 제공합니다.

고체 상태 스위치와 전자기계식 릴레이는 전력 관리 애플리케이션에 널리 사용되지만 에너지 손실, 높은 비용, 무게, 부피, 제한된 성능과 신뢰성 문제를 안고 있습니다. 이러한 제약은 차세대 5G 네트워크 배치와 차량 전기화, 재생 에너지 시스템, 스마트 그리드 구축을 방해합니다.

Menlo Micro는 Corning의 HPFS 용융 실리카 유리와 구리로 채워진 관통 유리 비아(TGV)를 사용하는 마이크로머신 스위치를 개발해 이러한 과제를 해결했습니다. Corning의 정밀 유리 솔루션과의 파트너십으로 기계식 릴레이보다 최대 1,000배 빠르고, 극적으로 긴 수명, 킬로와트급 전력 처리, 사람 머리카락보다 작은 풋프린트를 가진 스위치를 생산했습니다. 이 스위치는 고응력 조건에서 수십 년간 신뢰할 수 있는 동작을 약속합니다.

새로운 세대의 릴레이

사물인터넷, 인공지능, 5G 연결성, 모든 것의 전기화는 우리가 연결하고 데이터를 공유하며 세상을 제어하는 방식을 재편하고 있습니다. 이에 발맞춰 마이크로일렉트로닉스는 전례 없는 방식으로 진화해야 합니다.

차세대 스위치는 오늘날의 고체 상태나 전자기계 장치보다 더 빠르고, 작고, 탄력적이며 에너지 효율적이어야 합니다. 기존 고체 상태 스위치는 CMOS 실리콘에 의존하는데, 반도체로서 필연적으로 누설 전류가 발생하고 열을 방출합니다. 전자기계식 릴레이는 고전력 처리가 가능하지만 크고 느리며 신뢰성이 낮습니다. 실리콘의 근본적인 물성과 릴레이의 기계적 제약이 진전을 제한합니다. 해결책은 첨단 재료 과학, 특히 유리에 있습니다.

유리는 우수한 유전체입니다. 저항률이 고저항 실리콘보다 몇 자릿수 높아 에너지 손실을 방지합니다. Corning과 Menlo Micro의 파트너십은 유리 웨이퍼로 달성 가능한 것을 확장합니다.

Corning과 Menlo Micro 협업

이 파트너십은 기계식 릴레이 발명가이자 GE 창업자인 Thomas Edison의 유산을 계승합니다. 두 회사는 사실상 모든 전자 기기에 필수적인 전기 작동 스위치인 릴레이를 재발명하고 있습니다.

전자기계식 릴레이는 고전력 처리가 가능하지만 크고 느리며 신뢰성이 낮습니다. 고체 상태 스위치는 작고 빠르지만 누설과 열로 고통받습니다. 수십 년간 엔지니어들은 하나의 약점을 다른 약점과 맞바꿔 왔으며 완벽한 솔루션을 달성하지 못했습니다.

Menlo Micro의 마이크로머신 스위치는 이러한 핵심 문제들을 해결합니다. 전자기계식 릴레이보다 작고, 가볍고, 빠르고, 효율적이며 고전력 처리가 가능하면서 더 긴 수명을 제공합니다. 또한 고체 상태 스위치보다 우수한 RF 성능을 제공해 의료 기기, 통신 인프라, 항공우주, 가전제품에 이상적입니다.

이 혁신은 Corning의 초고순도 용융 실리카 유리 덕분에 가능했습니다. Menlo Micro는 전류를 유리를 통해 직접 라우팅하는 구리 충전 TGV를 포함한 두 번째 유리 층을 추가해 이동 거리를 70% 단축하고 크기, 비용을 줄이며 성능을 높였습니다.

기술적 기초

Menlo Micro 창업자들은 GE에서 R&D를 시작해 4천만 달러 이상과 12년 연구를 투자해 유리 기반 스위치 솔루션을 개발했습니다. GE에서의 경험이 새로운 접근을 촉진했고, 비용 효율적인 대량 생산이 가능한 스위치로 결실을 맺었습니다.

Corning의 정밀 유리 솔루션과의 협업으로 고순도(99.999%) 용융 실리카 웨이퍼에 접근할 수 있게 되었습니다. 기본 층은 두께 0.5mm의 8인치 웨이퍼이며, TGV 층은 사람 머리카락 절반 너비인 10만 개의 마이크로 홀을 뚫고 구리로 채운 더 얇은 웨이퍼입니다. 결과물은 5.6mm³ 크기로 전자기계식 릴레이의 전력 처리 능력과 고체 상태 스위치의 속도, 무게, 신뢰성, 크기를 결합합니다.

TGV 패키징 통합으로 Menlo Micro는 와이어 본드 설계 대비 릴레이 크기를 60% 이상 줄여 고밀도 애플리케이션에 필수적인 SWaP-C(크기, 무게, 전력, 비용) 요구사항을 충족합니다. 와이어 본드 제거로 패키지 기생 성분을 75% 이상 줄여 5G, 시험 계측, 항공우주 및 국방에 필수적인 더 높은 주파수를 가능케 합니다.

밀폐형 유리 패키징은 수십 년간 릴레이 성능을 제한해온 불필요한 상호 연결을 제거해 신뢰성을 높이며 전체 크기와 비용을 줄입니다.

Menlo Micro와 Corning은 생산을 확대하고 스위치를 더 저렴하게 만들고 있습니다. Corning의 독자적 비아 설계는 대량 생산을 지원하는 밀폐형 구리 상호 연결을 제공하며, 다른 산업들도 유리 패키징과 베젤리스 디스플레이용 TGV를 탐색 중입니다.

Menlo Micro의 스위치 기술은 100억 회 이상 스위칭 사이클에서 신뢰성을 입증했으며 200억 회 로드맵을 가지고 있습니다. 수백 볼트와 수십 암페어를 처리하면서 킬로와트급 전력 처리를 마이크로머신 장치로 달성하며 기존 릴레이와 고체 상태 스위치 대비 우수한 전기 성능, 컴팩트한 크기, 저비용을 제공합니다.

TGV 패키징을 사용해 Menlo는 DC부터 26GHz 대역폭의 RF 릴레이를 개발 중이며 50GHz 돌파를 목표로 합니다. 이 플랫폼은 배터리 관리, 홈 오토메이션, 전기차, 군용, 전문 무선, 5G 기지국, IoT에 서비스합니다.

생산 확대

2020년 10월부터 Menlo Micro는 8인치 대량 생산 라인에서 60개 이상의 주요 고객에게 제품을 출하하고 있습니다. 단일 장치 전자기계식 릴레이와 달리 수천 개의 마이크로머신 스위치가 반도체 산업에서 사용하는 자동화된 확장 가능한 방식인 웨이퍼 레벨 배치 공정으로 동시에 제작됩니다.

결론

첫 전구부터 현대 스마트폰 디스플레이까지 170년간의 Corning 유리 혁신 유산이 이제 새로운 세대 마이크로머신 릴레이를 지원합니다. Corning과 Menlo Micro는 고순도 유리로 만든 작고 에너지 효율적인 스위치를 제공하며, 모든 것의 전기화와 5G, AI, IoT 네트워크 배치를 가능케 합니다.

— Chris Giovanniello, Menlo Micro 공동 창업자 겸 전세계 마케팅 수석 부사장.

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