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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf effiziente Möglichkeiten, Mikrophonmodule unter Verwendung von MEMS-Mikrophonen zu erzeugen, und auf verbesserte MEMS-Mikrophonmodule. Akustiksensormodule basierend auf MEMS-(mikroelektromechanische Struktur; micro electromechanical structure) Mikrophonen müssen gehäust sein, um einen Schaden an den empfindlichen Sensoren zu vermeiden. Das heißt, üblicherweise ist ein Gehäuse um den Sensor selbst platziert, das seinerseits das Verhalten des Sensors beeinflusst, wie z. B. die Empfindlichkeit, das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (SNR; signal to noise ratio), oder die Frequenzcharakteristika des Sensors könnten beeinflusst werden. Daher sind vorteilhafte Verfahren zum Erzeugen eines MEMS-Mikrophonmoduls erforderlich, wie z. B. in der Lage zu sein, verbesserte MEMS-Mikrophonmodule zu liefern.
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Die
DE 10 2008 007 682 A1 bezieht sich auf ein Modul mit einem mikroelektromechanischen Mikrofon, wobei ein Substrat mit einer wannenförmigen Vertiefung und einem mikro-elektromechanischen Mikrofon dargestellt ist. Das mikroelektromechanische Mikrofon ist in die wannenförmige Vertiefung des Substrats montiert.
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Die
DE 10 2005 051 604 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines polymerbasierten kapazitiven Ultraschallwandlers in einem dafür vorgesehenen Hohlraum.
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Die
EP 0 789 390 A2 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen hybriden Schaltung.
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Die
DE 10 2005 008 512 A1 betrifft ein elektrisches Modul, umfassend eine Basisplatte BP mit einem darin ausgebildeten akustischen Kanal AK, einen ersten Hohlraum HR1 mit einem darin angeordneten Mikrofonchip MCH und einen zweiten Hohlraum HR2. Die Membran des Mikrofonchips MCH trennt den ersten Hohlraum HR1 vom akustischen Kanal AK, wobei der akustische Kanal AK in den zweiten Hohlraum HR2 mündet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls und ein Mikrophonmodul mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird ein MEMS-Mikrophonmodul erzeugt durch Anordnen eines MEMS-Mikrophons auf einer ersten Oberfläche eines ersten Substrats, das ferner eine Abdeckung erhält, die an der ersten Oberfläche befestigt ist, derart, dass die Abdeckung die MEMS-Mikrophonstruktur einschließt. Andere Komponenten, die zum Erzeugen eines funktionalen Mikrophonmoduls erforderlich sind, wie z. B. eine Auslesevorrichtung oder eine weitere Abdeckungsstruktur, sind auf einer ersten Oberfläche eines zweiten, unterschiedlichen Substrats angeordnet. Das erste und das zweite Substrat sind aneinander derart angebracht, dass beide Substrate über ihre zweiten Oberflächen angebracht sind, die gegenüber zu der ersten Oberfläche sind, die die Komponenten aufweist.
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren weisen daher den Vorteil auf, dass die annähernd beliebigen Geometrien von MEMS-Mikrophonmodulen erzeugt werden können, wodurch z. B. MEMS-Mikrophone mit minimaler Standfläche, hohem Signal-zu-Rauschen-Verhältnis und maximaler Flexibilität geliefert werden beim Anordnen der elektrischen Kontakte und/oder der Einlassöffnungen für den akustischen Schalldruck.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird somit ein Mikrophonmodul geliefert, das eine MEMS-Mikrophonstruktur, angeordnet auf einer ersten Oberfläche einer Substratstruktur, aufweist, wobei eine Auslesevorrichtung für die MEMS-Mikrophonstruktur auf der zweiten Oberfläche der Substratstruktur angeordnet ist, die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche ist. Die MEMS-Mikrophonstruktur kann durch eine Abdeckung eingeschlossen sein, die ebenfalls auf dem ersten Substrat angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können somit Mikrophonmodule geliefert werden, die eine minimale Standfläche aufweisen, die einen minimalen Bereich verbraucht, durch Platzieren unterschiedlicher funktionaler Komponenten auf unterschiedlichen Seiten eines gemeinsamen Substrats.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist eine weitere Abdeckungsstruktur auf der gegenüberliegenden Seite der Substratstruktur angeordnet, die die MEMS-Mikrophonstruktur enthält. Somit kann der Einlass für den akustischen Druck mit maximaler Flexibilität positioniert werden, wodurch die Möglichkeit geliefert wird, ein hohes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis zu erreichen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgenden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Vergleichsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls;
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2 ein Vergleichsbeispiel eines Mikrophonmoduls;
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3 ein weiteres Vergleichsbeispiel eines Mikrophonmoduls;
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4 ein Ausführungsbeispiel eines Mikrophonmoduls;
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5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Mikrophonmoduls;
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6 ein Ausführungsbeispiel eines Mikrophonmoduls mit mehreren Drucköffnungen;
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikrophonmoduls;
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8 ein Vergleichsbeispiel eines Mikrophonmoduls mit zwei Abdeckungsstrukturen auf unterschiedlichen Seiten eines Substrats;
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9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikrophonmoduls mit zwei Abdeckungsstrukturen auf unterschiedlichen Seiten eines Substrats;
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10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikrophonmoduls;
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11 Ausführungsbeispiele eines Mikrophonmoduls, die zwei MEMS-Mikrophonstrukturen aufweisen;
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12 ein Vergleichsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls;
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13 ein anderes Vergleichsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls; und
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14 ein Vergleichsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls auf einem gemeinsamen Substrat.
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1 zeigt ein Vergleichsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls. Gemäß diesem Verfahren ist eine MEMS-Mikrophonstruktur 2 auf einer ersten Oberfläche 4a eines ersten Substrats 4 angeordnet. Eine Abdeckung 6 ist ferner auf der ersten Oberfläche 4a angeordnet, derart, dass die Abdeckung 6 und die erste Oberfläche 4a die MEMS-Mikrophonstruktur 2 derart einschließen, dass die MEMS-Mikrophonstruktur 2 vor Schaden geschützt werden kann.
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Es kann jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Abdichtung der Abdeckung nicht notwendigerweise hermetisch ist, derart, dass gemäß einigen Vergleichsbeispielen Druck in das Volumen eintreten kann, das durch die Abdeckung 6 eingeschlossen ist.
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Eine Auslesevorrichtung 8 für die MEMS-Mikrophonstruktur 2 ist auf einer ersten Oberfläche 10a eines zweiten Substrats 10 angeordnet. Um die Auslesevorrichtung 8 zu der MEMS-Mikrophonstruktur 2 zuzuordnen, sind das erste Substrat und das zweite Substrat aneinander derart angebracht, dass sie. mit ihren zweiten Oberflächen 4b bzw. 10b angebracht sind. Wie aus dem vorangehend beschriebenen Vergleichsbeispiel ersichtlich wird, können die Komponenten eines MEMS-Mikrophonmoduls, das eine eher komplizierte Geometrie aufweist, mit einer einfach zu implementieren Planartechnik hergestellt werden. Trotz der Verwendung nur einer einfachen Planartechnik können komplizierte Geometrien durch Anordnen unterschiedlicher Komponenten des Mikrophonmoduls auf separaten Substraten und dann durch Anbringen der separaten Substrate aneinander erreicht werden, um das Mikrophonmodul zu liefern. Obwohl es mit nur zwei Substraten in 1 dargestellt ist, ist es offensichtlich, dass das Verfahren auch mit mehr als zwei Substraten implementiert werden könnte, so dass z. B. zwei separate Substrate an das erste Substrat 4 angebracht sein können, wobei jedes der zwei Substrate auf demselben unterschiedliche zusätzliche Komponenten vorgesehen hat. Das Anbringen der Oberflächen des ersten und des zweiten Substrats kann durch jegliches Verfahren ausgeführt werden, das eine geeignete Verbindung zwischen den zwei Substraten bereitstellt. Dies könnte z. B. ausgeführt werden durch Kleben oder Löten der Substrate aneinander. Andere Möglichkeiten zum Anbringen der Substrate aneinander sind Schweißen, Bördeln, Presspassen oder ähnliches. Das Substrat kann jegliches Material sein, das zum Tragen der Komponenten eines MEMS-Mikrophonmoduls geeignet ist, wie z. B. eine PCB (printed circuit board; gedruckte Schaltungsplatine), ein Siliziumwafer, Polysilizium, jegliche Art von Metall oder Kunststoff oder ähnliches.
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Gemäß einigen Vergleichsbeispielen weisen das erste Substrat 4 und das zweite Substrat 10 gedruckte Schaltungen und Durchgangslöcher auf, die sich von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche jedes Substrats erstrecken, um die Möglichkeit zum elektrischen Verbinden der MEMS-Mikrophonstrukturen mit einer entsprechenden Auslesevorrichtung 8 über Kontaktbereiche auf den zweiten Oberflächen des Substrats zu liefern. Daher kann das Anbringen der zweiten Oberfläche des ersten Substrats an die zweite Oberfläche des zweiten Substrats derart ausgeführt werden, dass die Durchgangslöcher und die Kontaktbereiche auf den zweiten Oberflächen der zwei Substrate 4 und 10 leitfähig miteinander verbunden sind. Dies könnte z. B. erreicht werden durch Löten oder durch Verwenden von leitfähigem Klebstoff.
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Durch Vorabanordnen von bestimmten Komponenten eines Mikrophonmoduls auf unterschiedlichen Substraten oder durch Anordnen unterschiedlicher Komponenten auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrats können komplexe, anwendungsspezifische Geometrien von Mikrophonmodulen erreicht werden, wie aus den nachfolgend erörterten Herstellungsverfahren und Mikrophonmodulen ersichtlich wird. Es wird darauf hingewiesen, dass das Anordnen der MEMS-Mikrophonstruktur 2 auf der ersten Oberfläche 4a des ersten Substrats 4 eines der vorangehend erörterten Verfahren verwenden könnte, um die zwei Substrate 4 und 10 zu verbinden. Das heißt, eine MEMS-Mikrophonstruktur 2 kann angeordnet und befestigt werden durch Löten, Kleben, Schweißen, Bördeln oder Presspassen oder ähnliches. Bei Vergleichsbeispielen, die gedruckte Schaltungen innerhalb der Substrate aufweisen, kann das Anordnen der MEMS-Mikrophonstruktur ferner das elektrische Verbinden der MEMS-Mikrophonstruktur 2 mit der gedruckten Schaltung des Substrats umfassen. Dies kann das leitfähige Verbinden eines Kontakts der MEMS-Mikrophonstruktur 2 mit einer Kontaktstruktur des ersten Substrats 4 umfassen, die sich von der ersten Oberfläche 4a zu der zweiten Oberfläche 4b des ersten Substrats erstreckt. Dementsprechend kann auch das Anordnen der Auslesevorrichtung das leitfähige Verbinden von zugeordneten Kontakten der Auslesevorrichtung mit weiteren Kontaktstrukturen des zweiten Substrats aufweisen, die sich von der ersten Oberfläche 10a des zweiten Substrats 10 zu der zweiten Oberfläche 10b des zweiten Substrats erstrecken können.
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Folglich kann das Anbringen der zweiten Oberfläche 4b des ersten Substrats 4 an der zweiten Oberfläche 10b des zweiten Substrats 10 das Ausrichten der Kontaktstrukturen des ersten Substrats mit den Kontaktstrukturen des zweiten Substrats derart aufweisen, dass elektrische Verbindungen zwischen den zwei Substraten erreicht werden können.
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Gemäß weiteren Vergleichsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls ferner das Erzeugen einer Schallöffnung in der Abdeckung 6 auf, derart, dass Druckwellen (akustische Druckwellen) in das Volumen eintreten können, das durch die Abdeckung 6 und die erste Oberfläche 4a eingeschlossen ist. Die MEMS-Mikrophonstruktur 2 kann vorab erzeugt werden in einem vorangehenden Prozess und als eine funktionale Struktur geliefert werden, die eine Membran aufweist, um durch den akustischen Druck erregt zu werden, und eine Elektrode, die im Hinblick auf die Membran fest ist, um in der Lage zu sein, eine sich ändernde Kapazität der MEMS-Mikrophonstruktur zu messen.
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Durch Anordnen unterschiedlicher Komponenten einer MEMS-Mikrophonstruktur auf unterschiedlichen Substraten und dann durch Anbringen der zwei Substrate aneinander können Mikrophonmodule mit kleineren Grundflächen erzeugt werden im Vergleich zu Techniken, wo die Komponenten nur auf einer Seite eines Substrats unter Verwendung einer Planartechnik befestigt werden. Ferner sind die annähernd zufälligen Geometrien durchführbar unter Verwendung eines solchen Ansatzes, wie ihn die nachfolgenden Vergleichsbeispiele der Mikrophonmodule zeigen werden.
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2 zeigt ein weiteres Vergleichsbeispiel eines Mikrophonmoduls 20 und das zugeordnete Verfahren zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls. Das Mikrophonmodul 20 weist eine Substratstruktur 22 auf, die ein erstes Substrat 4 und ein zweites Substrat 10 aufweist. Eine MEMS-Mikrophonstruktur 2 ist auf der ersten Oberfläche 4a des ersten Substrats angeordnet und eine Auslesevorrichtung 8 für die MEMS-Mikrophonstruktur 2 ist auf einer ersten Oberfläche 10a des zweiten Substrats angeordnet. Eine Abdeckung 6 ist auf der ersten Oberfläche des ersten Substrats 4 derart angeordnet, dass die Abdeckung 6 die MEMS-Mikrophonstruktur 2 einschließt. Gemäß dem Vergleichsbeispiel von 2 weist die Abdeckung 6 ferner eine Schallöffnung 24 auf, um zu ermöglichen, dass die akustischen Druckwellen in das Volumen eindringen, das durch die Abdeckung 6 eingeschlossen ist. Das Vergleichsbeispiel eines Mikrophonmoduls 20 gemäß 2 weist ferner eine zweite Abdeckung (Struktur) 26 auf, die auf einer zweiten Oberfläche 10a der Substratstruktur 22 derart angeordnet ist, dass die Auslesevorrichtung 8 durch die zweite Abdeckung 26 eingeschlossen ist. Bei dem Vergleichsbeispiel aus 2 entspricht die zweite Oberfläche 10a der Substratstruktur 22 der ersten Oberfläche des zweiten Substrats 10, da die zwei Substrate 4 und 10 aufeinander derart befestigt sind, dass die ersten Oberflächen von jedem der Substrate die Oberflächen der Substratstruktur 22 bilden.
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Das Mikrophonmodul 22 weist ferner eine erste Schallöffnung 30 in dem ersten Substrat 4 auf, die sich von der ersten zu der zweiten Oberfläche des ersten Substrats 4 unter der MEMS-Mikrophonstruktur 2 erstreckt. Das heißt, die Schallöffnung erstreckt sich durch das vollständige Substrat 4 in dem Bereich, der durch die MEMS-Mikrophonstruktur 2 abgedeckt ist. Das Mikrophonmodul 20 weist ferner eine zweite Schallöffnung 32 auf, die sich von der ersten zu der zweiten Oberfläche des zweiten Substrats 10 erstreckt. Gemäß dem spezifischen Vergleichsbeispiel von 2 ist die zweite Schallöffnung 32 in einem Bereich platziert, der durch die zweite Abdeckung 26 abgedeckt ist. Die erste und die zweite Schallöffnung 30 und 32 sind im Hinblick aufeinander derart ausgerichtet, dass eine Schallöffnung, die sich von der ersten Oberfläche 4a zu der zweiten Oberfläche 10a der Substratstruktur 22 erstreckt, geliefert wird. Derart kann ein hinteres Volumen des MEMS-Mikrophonmoduls 2 geliefert werden, das groß genug ist, um das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis des Mikrophonmoduls nicht wesentlich zu reduzieren, aufgrund von Kompressionseffekten des Rückseitenvolumens der Membran der MEMS-Mikrophone. Dies kann jedoch erreicht werden ohne die Grundfläche (den Gesamtbereich, der durch das Mikrophonmodul auf den Oberflächen des Substrats abgedeckt ist) des Mikrophonmoduls zu vergrößern.
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Um die MEMS-Mikrophonstruktur 2 elektrisch mit der Auslesevorrichtung 8 zu verbinden, die auf unterschiedlichen Seiten der Substratstruktur 22 angeordnet sind, weisen das erste sowie das zweite Substrat Kontaktstrukturen auf. Das erste Substrat 4 weist eine erste Kontaktstruktur 34 auf, die sich von der ersten Oberfläche 4a zu der zweiten Oberfläche 4b des ersten Substrats 4 erstreckt. Das zweite Substrat 10 weist eine zweite Kontaktstruktur 36 auf, die sich von der ersten Oberfläche 10a zu der zweiten Oberfläche 10b des zweiten Substrats 10 erstreckt. Die erste und die zweite Kontaktstruktur 34 und 36 sind im Hinblick aufeinander derart ausgerichtet, dass, während die Oberflächen des ersten und des zweiten Substrats aneinander angebracht sind, ein elektrischer Kontakt zwischen den zwei Kontaktstrukturen bereitgestellt ist. Der elektrische Kontakt kann bereitgestellt sein durch Verwenden von leitfähigen Klebstoffen oder durch Löten oder Schweißen der zwei Substrate aneinander. Ein Kontakt der MEMS-Mikrophonstruktur 2 ist leitfähig mit der ersten Kontaktstruktur 34 des ersten Substrats 4 durch einen Bonddraht 40 verbunden, wohingegen ein zugeordneter Kontakt der Auslesevorrichtung 8 leitfähig mit der zweiten Kontaktstruktur 36 des zweiten Substrats 10 über einen Bonddraht 32 verbunden ist. Somit sind die Auslesevorrichtung 8 und die MEMS-Mikrophonstruktur 2 miteinander verbunden, so dass die MEMS-Mikrophonstruktur 2 durch die Auslesevorrichtung 8 ausgelesen werden kann.
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Das zweite Substrat weist ferner einen externen Kontaktbereich 44 auf, der über gedruckte Schaltungen mit der zweiten Kontaktstruktur 42 verbunden sein kann. Der externe Kontaktbereich 44 ist außerhalb der zweiten Abdeckung 26 derart platziert, dass elektrische Kontakte an der Außenseite der MEMS-Mikrophonstruktur vorgesehen sein können.
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Die MEMS-Mikrophonstruktur 20 ist gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren aus 1 hergestellt, das ferner die optionalen Schritte zum Anordnen der zweiten Abdeckung 26 auf der ersten Oberfläche des zweiten Substrats 10 derart aufweist, dass die zweite Abdeckung 26 und die erste Oberfläche 10a des zweiten Substrats 10 die Auslesevorrichtung 8 einschließen. Ferner ist eine erste Schallöffnung 30 in dem ersten Substrat 4 derart erzeugt, dass die erste Schallöffnung 30 sich von der ersten zu der zweiten Oberfläche des ersten Substrats 4 erstreckt, und eine zweite Schallöffnung 32 ist in dem zweiten Substrat 10 derart erzeugt, dass die zweite Schallöffnung 32 sich von der ersten zu der zweiten Oberfläche des zweiten Substrats 10 erstreckt.
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Ein Kontakt der MEMS-Mikrophonstruktur 2 ist leitfähig mit einer Kontaktstruktur 34 des ersten Substrats 4 verbunden, die sich von der ersten Oberfläche 4a zu der zweiten Oberfläche 4b des ersten Substrats 4 erstreckt und somit durch das vollständige erste Substrat 4. Ferner ist ein zugeordneter Kontakt der Auslesevorrichtung 8 leitfähig mit der zweiten Kontaktstruktur 36 des zweiten Substrats 10 verbunden, die sich von der ersten Oberfläche 10a zu der zweiten Oberfläche 10b des zweiten Substrats 10 erstreckt. Das so vorbereitete erste und zweite Substrat sind aneinander durch Anbringen der zweiten Oberfläche 4b des ersten Substrats 4 an die zweite Oberfläche 10b des zweiten Substrats 10 derart angebracht, dass die Schallöffnungen 30 und 32 und die Kontaktstrukturen 34 und 36 im Hinblick aufeinander ausgerichtet sind.
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3 zeigt ein weiteres Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das hauptsächlich dieselben Merkmale aufweist, wie vorangehend im Hinblick auf 2 erörtert wurde. Daher zeigt die nachfolgende Beschreibung nur die Unterschiede im Hinblick auf das Vergleichsbeispiel von 2 an. Das Vergleichsbeispiel von 3 kann erzeugt werden unter Verwendung desselben Verfahrens, das für ein Vergleichsbeispiel gemäß 2 verwendet wurde. Die geometrische Anordnung des Vergleichsbeispiels des Mikrophonmoduls, das in 3 dargestellt ist, entspricht der des Vergleichsbeispiels aus 2, mit dem Unterschied, dass die MEMS-Mikrophonstruktur 2 in einer unterschiedlichen Ausrichtung im Hinblick auf die erste Oberfläche 4a des ersten Substrats 4 befestigt ist. Die Funktionalität ist jedoch ähnlich und ferner ist ein großes Hintergrundvolumen bei dem Vergleichsbeispiel von 3 vorgesehen. Durch Befestigen der MEMS-Mikrophonstruktur 2 in der gedrehten Ausrichtung kann der Schritt des Verbindens der elektrischen Kontakte der MEMS-Mikrophonstruktur 2 mit der Kontaktstruktur 34 eingespart werden. Dies kann zum weiteren Verringern der Herstellungskomplexität und der Grundfläche des Mikrophonmoduls dienen. Die Auslesevorrichtung 8 kann ferner direkt mit der zweiten Kontaktstruktur 36 verbunden sein, was erreicht werden kann durch Löten oder Verwenden von CPU-artigen Buchsen, die die Auslesevorrichtung 8 mit den entsprechenden Kontakten presspassen. Wie bei allen hierin erörterten Vergleichsbeispielen kann die Auslesevorrichtung 8 durch eine ASIC, eine FPGA, einen Mikroprozessor oder jegliche andere Schaltungsanordnung implementiert sein, die geeignet ist, um die Kapazität oder jegliche andere Charakteristik der MEMS-Mikrophonstruktur 2 zu bewerten.
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Das Ausführungsbeispiel aus 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus 2 und 3 dadurch, dass die Auslesevorrichtung 8 eine abdeckende Abdeckung 26 aufweist, die eine Schallöffnung 50 aufweist, um eine Möglichkeit zu liefern, dass der Schalldruck in das Mikrophonmodul eintritt. Das heißt, die Schallöffnung 50 ist auf der Seite der Auslesevorrichtung 8 platziert, was einfach ausführbar ist unter Anbetracht der großen Flexibilität der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Verfahren zum Erzeugen von Mikrophonmodulen.
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5 weist dieselbe grundlegende Geometrie auf wie das Ausführungsbeispiel aus 4. Ein externer Kontakt 44 ist jedoch auf der Oberfläche 4a gegenüberliegend zu der Auslesevorrichtung 8 vorgesehen, was bei einigen Anwendungen eine Notwendigkeit sein kann. Die Möglichkeit zum Bereitstellen der externen Kontakte 44 irgendwo auf den Oberflächen der Substratstruktur 22 oder von beiden Substraten 4 und 10 wird bereitgestellt durch die Ausführungsbeispiele der Verfahren zum Erzeugen von Mikrophonmodulen.
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Das Ausführungsbeispiel eines MEMS-Mikrophonmoduls, das in 6 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus 5 insofern, dass auch die erste Abdeckung 6 des ersten Substrats 4 eine Schallöffnung 24 aufweist, oder, wie bei diesem bestimmten Beispiel, mehrere Schallöffnungen. Das Bereitstellen der zweiten Öffnung erzeugt ein Mikrophonmodul mit einer Richtwirkungscharakteristik mit maximaler Empfindlichkeit in einer vorbestimmten Richtung.
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Das Ausführungsbeispiel aus 7 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus 5 insofern, als die Schallöffnung 50 eine spezielle Form aufweist, um die Anwendung des Moduls z. B. in Hörgeräten zu erleichtern. Bei dem bestimmten Beispiel aus 7 erstrecken sich die Abdeckungsstruktur 26 und insbesondere die Schallöffnung 50 derselben zylindrisch in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des zweiten Substrats 10 (der Substratstruktur 22). Ein Schlauch kann daher an die Abdeckungsstruktur 26 angewendet werden, um den Druck des Mikrophons bei Anwendungen zu richten, wo das Mikrophonmodul z. B. innerhalb eines Gehäuses befestigt ist.
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Das Vergleichsbeispiel von 8 unterscheidet sich von dem Vergleichsbeispiel von 2 insofern, als die MEMS-Mikrophonstruktur 2 sowie die Auslesevorrichtung 8 auf der Oberfläche des ersten Substrats 4 angeordnet sind, wohingegen eine erste Oberfläche 10a des zweiten Substrats 10 eine Abdeckungsstruktur 26 liefert, um als Hintergrundvolumen zu dienen, um Kompressionsartefakte des MEMS-Mikrophonmoduls aus 8 zu vermeiden.
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Das Ausführungsbeispiel von 9 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel von 8 insofern, als die Abdeckungsstruktur 26 und die zugeordnete Schallöffnung 50, die als ein Eingang für die akustischen Druckwellen dienen, auf dem zweiten Substrat 10 vorgesehen sind, wohingegen die Abdeckung 6 auf dem ersten Substrat 4 als ein Hintergrundresonator bzw. Hohlraum dient. Um eine Möglichkeit zu liefern, einen Schlauch anzuschließen, erstreckt sich die Abdeckungsstruktur 26 zylindrisch von der ersten Oberfläche des zweiten Substrats 10.
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Um an spezielle Anforderungen der zugrundeliegenden Anwendung angepasst zu sein, unterscheidet sich das Mikrophonmodul von 10 von dem Ausführungsbeispiel von 5 insofern, als die Schallöffnung 50 in einer Seitenwand der Abdeckungsstruktur 26 angeordnet ist. Dies liefert z. B. eine optimale Empfindlichkeit des Mikrophonmoduls, wenn der Schalldruck hauptsächlich von einer Richtung parallel zu den Oberflächen des ersten Substrats 4 und des zweiten Substrats 10 bevorsteht (der Substratstruktur 22), was z. B. der Fall sein kann, wenn das MEMS-Mikrophonmodul in Mobiltelefonen oder anderen mobilen Geräten installiert ist, die begrenzten Raum in einer geometrischen Ausdehnung liefern.
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Das Ausführungsbeispiel von 11 unterscheidet sich von den vorangehend erörterten Ausführungsbeispielen insofern, als das erste Substrat 4 zwei oder bei alternativen Ausführungsbeispielen mehr MEMS-Mikrophonstrukturen 2 aufweist, die durch die Auslesevorrichtung 8 ausgelesen werden. Bei dem linken Ausführungsbeispiel von 11 weist jede der zwei MEMS-Mikrophonstrukturen 2 und 62 seine eigene Abdeckung 6 bzw. 60 auf. Dies kann den Vorteil haben, dass die Rückvolumen der MEMS-Mikrophonstrukturen 2 und 62 voneinander derart entkoppelt sind, dass die zwei MEMS-Mikrophonstrukturen 2 und 62 einander möglicherweise nicht beeinflussen, während der empfindliche Bereich, der der Membranbereich ist, des Mikrophonmoduls verdoppelt sein kann. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in 11 dargestellt ist, verwenden die MEMS-Mikrophonstrukturen 2 und 62 eine gemeinsame Abdeckung 6, wodurch die Produktionskomplexität reduziert wird, während gleichzeitig der Membranraum verdoppelt wird.
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Das Vergleichsbeispiel von 12 stellt ein Vergleichsbeispiel eines Verfahrens dar zum Erzeugen eines Mikrophonmoduls, das auf dem Verfahren basiert, das in 1 beschrieben ist. Das Bereitstellen der MEMS-Mikrophonstruktur 2 und der Auslesevorrichtung zusammen mit ihren entsprechenden Abdeckungen 6 und 26 auf unterschiedlichen Substraten vor dem Anbringen der Substrate gibt die Möglichkeit zum vollständigen Verarbeiten eines größeren gemeinsamen Substrats, um mehrere MEMS-Mikrophonstrukturen 2 oder Auslesevorrichtungen 8 an ein gemeinsames Substrat 100 und 102 anzubringen. Nach dem Bereitstellen der zwei Substrate 100 und 102 mit mehreren MEMS-Mikrophonstrukturen 2 und Auslesevorrichtungen 8 können die gemeinsamen Substrate 100 und 102 aneinander angebracht werden, wodurch mehrere Mikrophonmodule gleichzeitig erzeugt werden, wie in 12 angezeigt ist. Die gemeinsamen Substrate 100 und 102 oder die erzeugte gemeinsame Substratstruktur 104 können in Teile unterteilt werden, nachdem beide gemeinsamen Substrate 100 und 102 aneinander angebracht wurden. Dies kann erzielt werden durch Sägen, Ätzen oder andere Techniken, die geeignet sind, um die gemeinsamen Substrate in mehrere Stücke auf gesteuerte Weise derart zu unterteilen, dass schließlich mehrere MEMS-Mikrophonmodule bereitgestellt werden können, wie vorangehend bereits Bezug nehmend auf 2 erörtert wurde. Das heißt, durch Bereitstellen unterschiedlicher Komponenten der Mikrophonmodule auf separaten Substraten vor dem Anbringen der Substrate aneinander wird nicht nur die Möglichkeit zum Implementieren von beliebigen Geometrien geliefert, sondern dies dient auch zum wesentlichen Erhöhen der Herstellungseffizienz.
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13 zeigt ein weiteres Vergleichsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Mikrophonmoduls, wo die gemeinsamen Substrate 100 und 102 in die Substrate 4 und 10 unterteilt werden, die jedem Mikrophonmodul zugeordnet sind, bevor die Substrate 4 und 10 aneinander angebracht werden.
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14 zeigt ein Vergleichsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Mikrophonmoduls, wo die MEMS-Mikrophonstruktur 2 auf einer ersten Oberfläche 22a eines gemeinsamen Substrats 22 angeordnet ist und wo die Auslesevorrichtung 8 auf der zweiten Oberfläche 22b des gemeinsamen Substrats 22 angeordnet ist. Ferner ist eine Abdeckung 6, die die MEMS-Mikrophonstruktur 2 einschließt, auf der ersten Oberfläche 22a des gemeinsamen Substrats 22 vorgesehen, wohingegen eine Abdeckungsstruktur 26, die die Auslesevorrichtung 8 auf der zweiten Oberfläche 22b des gemeinsamen Substrats 22 einschließt, vorgesehen ist. Durch Bereitstellen der unterschiedlichen Komponenten auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrats 22 kann die maximale Flexibilität bei dem kundenspezifischen Entwurf des Mikrophonmoduls bewahrt werden, um z. B. exzellente Signal-zu-Rauschen-Verhältnisse mit geringen Standflächen und voller Kundenanpassung zu erreichen, im Hinblick auf die Positionen der Schallöffnungen und der externen Kontakte des erzeugten MEMS-Mikrophonmoduls.
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Obwohl verschiedene bestimmte Ausführungsbeispiele im Hinblick auf die Figuren erörtert wurden, sollte nochmals betont werden, dass die Implementierung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, um auch Mikrophonmodule mit beliebigen anderen Geometrien zu liefern, die vollständig an Anforderungen der bestimmten Anwendung kundenangepasst sind. Es wird daher betont, dass beliebige Kombinationen der Merkmale, die in den vorangehenden Ausführungsbeispielen offenbart sind, erzeugt werden können und daher offensichtlich ist, dass Mikrophonmodule, die aus einer beliebigen Kombination aus Merkmalen der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele bestehen, ebenfalls hierin offenbart sind.
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Gemäß der großen Flexibilität können die MEMS-Mikrophonmodule an jede gewünschte Anwendung kundenangepasst sein, wie z. B. an die Anwendung in Mobiltelefonen, Laptop-Computern, Webcams, Computer- oder TV-Anzeigen, Richtmikrophonen für Telekonferenzen, Computerkopfhörern, externen Mikrophonen für Mobiltelefone, Hörgeräten oder ähnlichem.
