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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrofon. Dabei kann es sich insbesondere um ein Halbleiter-Kondensatormikrofon handeln.
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Ein solches Mikrofon weist ein Wandlerelement auf, das in einem Gehäuse verkapselt werden muss. Um bei einem solchen Mikrofon eine gute Aufnahmequalität zu ermöglichen, ist ein möglichst großes Rückvolumen erforderlich, da durch ein großes Rückvolumen die Empfindlichkeit des Mikrofons für die Aufzeichnung von Schallwellen verbessert wird. Ferner sollte das Mikrofon so ausgestaltet sein, dass es einen möglichst hohen Signal-zu-Rausch-Abstand (SNR = Signal-to-Noise Ratio) besitzt.
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Aus
DE 10 2004 011 148 B3 ist ein Mikrofon bekannt, bei dem ein Mikrofonchip mittels eines Deckels und einer Schalldichtung verkapselt wird. Bei diesem Mikrofon treten jedoch starke mechanische Kopplungen zwischen Deckel und Mikrofonchip auf, die die Funktionsweise des Mikrofonchips beeinträchtigen können und die zu einem temperaturabhängigen Verhalten des Systems führen.
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Eine andere Verkapselung eines MEMS-Mikrofons ist aus
US 2011/0274299 A1 bekannt. Dieses Mikrofon weist jedoch ein vergleichsweise kleines Rückvolumen auf, wodurch die Empfindlichkeit des Mikrofons beeinträchtigt wird.
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Ferner ist aus
US 7,790,492 B1 ein Mikrofon bekannt, bei dem ein Wandlerelement mittels einer Manschette an einem flexible Printed Circuit Board befestigt ist.
US 2014/0064546 A1 zeigt ein Mikrofon, bei dem ein Wandlerelement in einem metallischen Gehäuse angeordnet ist, das eine Top Port-Öffnung aufweist, wobei zur Schalltrennung zwischen dem Wandlerelement und dem Gehäuse eine Verkapselung und eine gekrümmte Befestigungsröhre angeordnet sind. Weitere Mikrofone sind aus
DE 11 2009 004 339 T5 und
DE 10 2010 026 519 A1 bekannt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, ein verbessertes Mikrofon bereitzustellen, das zumindest einen der oben genannten Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Mikrofon gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst.
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Es wird ein Mikrofon vorgeschlagen, das ein Substrat, ein Wandlerelement, das auf dem Substrat angeordnet ist, einen Deckel mit einer Öffnung, wobei die Öffnung des Deckels das Wandlerelement vollständig überdeckt, und eine Schalltrennung, die den Deckel an dem Wandlerelement befestigt, aufweist.
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Da die Öffnung des Deckels das Wandlerelement vollständig überdeckt, kann eine Verformung des Deckels nicht unmittelbar auf das Wandlerelement einwirken. Die Schalltrennung, die zwischen dem Deckel und dem Wandlerelement angeordnet ist, sorgt vielmehr für eine mechanische Entkopplung zwischen dem Wandlerelement und dem Deckel. Dadurch wird das Wandlerelement deutlich besser dagegen geschützt, dass seine Mechanik durch Verformungen des Deckels beeinträchtigt werden könnte.
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Bei dem Wandlerelement kann es sich um ein MEMS-Mikrofon handeln. Insbesondere kann es sich um ein Kondensatormikrofon handeln, das eine bewegliche Membran und eine feste Rückplatte aufweist. Das Wandlerelement kann dazu ausgestaltet sein, dass Schallwellen zu Veränderungen einer Kapazität zwischen der Membran und der Rückplatte führen und auf diese Weise gemessen werden können.
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Bei dem Mikrofon kann es sich um ein Topport Mikrofon handeln. Dementsprechend kann das Mikrofon eine Schalleintrittsöffnung aufweisen, die auf einer vom Substrat wegweisenden Seite angeordnet ist.
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Die Schalltrennung kann den Deckel insbesondere unmittelbar an dem Wandlerelement befestigen. Dementsprechend ist zwischen dem Deckel und dem Wandlerelement lediglich die Schalltrennung angeordnet. Die Schalltrennung zeichnet sich durch einen schalldichten Abschluss eines Zwischenraums zwischen dem Deckel und dem Wandlerelement aus.
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Die Öffnung des Deckels ist insbesondere schalldurchlässig. Dementsprechend kann die Öffnung des Deckels mit einer Schalleintrittsöffnung des Wandlerelements derart verbunden sein, dass die Schalleintrittsöffnung des Wandlerelements über die Öffnung in dem Deckel mit einer Umgebung des Mikrofons akustisch verbunden ist.
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Die Schalltrennung sorgt für eine mechanische Entkopplung zwischen dem Deckel und dem Wandlerelement. Kräfte, die auf den Deckel wirken, beispielsweise beim Einbau des Mikrofons in ein Gehäuse, bei dem ein Dichtungsring auf dem Deckel gepresst wird, werden somit durch die Schalltrennung größtenteils absorbiert und wirken gar nicht oder zumindest in stark gedämpftem Umfang auf das Wandlerelement. Dadurch wird sichergestellt, dass die mechanischen Eigenschaften des Wandlerelements nicht durch solche Kräfte beeinträchtigt werden. Eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Wandlerelements ist unerwünscht, da es dabei zu systematischen Messfehlern kommen könnte.
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Auch Temperaturschwankungen können zu Verformungen des Deckels führen. Da auch solche Verformungen durch die Schalltrennung absorbiert werden können, wird die Temperaturempfindlichkeit des gesamten Mikrofons durch die Schalltrennung deutlich verbessert. Da Verformungen des Deckels in Folge von Temperaturschwankungen nicht unmittelbar auf das Wandlerelement einwirken können, reagiert das Mikrofon nun wesentlich weniger auf Temperaturschwankungen und ist somit über einen viel größeren Temperaturbereich zuverlässig einsetzbar.
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Die Formulierung „die Öffnung des Deckels überdeckt das Wandlerelement vollständig” ist hier wie folgt zu verstehen: Würde der Deckel und das Wandlerelement auf das Substrat projiziert werden, so würden das Wandlerelement und der Deckel sich nicht überschneiden. Somit kommt es bei einer Projektion auf das Substrat nicht zu einer Überlagerung von dem Deckel und dem Wandlerelement. Mit anderen Worten, wird das Mikrofon von oben betrachtet, d. h. aus einer Perspektive senkrecht auf das Substrat, so ist die Öffnung des Deckels so groß und derart angeordnet, dass das Wandlerelement vollständig in der Öffnung angeordnet ist. Bei Betrachtung des Mikrofons aus einer Perspektive senkrecht zum Substrat kommt es also nicht zu einer Überlappung von dem Wandlerelement und den Bereichen des Deckels, die nicht die Öffnung darstellen.
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Das Wandlerelement kann ein Vordervolumen und ein Rückvolumen ausbilden, wobei das Vordervolumen dazu geeignet ist, über die Öffnung des Deckels mit einer Umgebung des Mikrofons druckmäßig zu kommunizieren, und wobei der Deckel und die Schalltrennung so angeordnet sind, dass der Deckel, die Schalltrennung, das Wandlerelement und das Substrat das Rückvolumen des Wandlerelements einschließen. Insbesondere schließen der Deckel, die Schalltrennung, das Wandlerelement und das Substrat einen Raum ein, der das Rückvolumen ausbildet.
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Somit können der Deckel und die Schalltrennung effektiv das Rückvolumen des Wandlerelements vergrößern. Insbesondere kann nunmehr der gesamte Innenraum des Deckels abzüglich des Volumens des Wandlerelements, und gegebenenfalls von weiteren innerhalb des Deckels angeordneten Bauelementen, als Rückvolumen für das Wandlerelement genutzt werden. Somit kann ein großes Rückvolumen bereitgestellt werden, was zu einer deutlichen Verbesserung der Sensitivität des Mikrofons führt. Bei dem Rückvolumen handelt es sich um einen Raum, der so ausgestaltet ist, dass der im Rückvolumen vorherrschende Druck nicht durch Schallwellen veränderlich ist.
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In der Membran kann eine Öffnung mit einem kleinen Durchmesser vorgesehen sein, über die es zu einem Druckausgleich zwischen dem Vordervolumen und dem Rückvolumen kommt. Die Öffnung ist jedoch derart konstruiert, dass sie eine so hohe akustische Impedanz aufweist, dass Schallwellen nicht in das Rückvolumen eindringen. Das Rückvolumen des Wandlerelements ist somit Referenzvolumen, das akustisch vom Vordervolumen getrennt ist.
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In einem Ausführungsbeispiel besteht der Deckel aus Metall. Der Deckel kann jedoch auch aus einem beliebigen anderen leitfähigen Material bestehen.
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Die Schalltrennung kann ein Material aufweisen, das ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als der Deckel. Dementsprechend kann die Schalltrennung weicher sein als der Deckel. Somit wird die Schalltrennung sich unter Einwirkung einer Kraft leichter verformen als der Deckel und diese Kraft besser absorbieren. Dadurch wird sichergestellt, dass Kräfte, die auf den Deckel wirken, von der Schalltrennung gedämpft werden und somit nur in verringertem Maße auf das Wandlerelement einwirken können.
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Die Schalltrennung kann einen Klebstoff aufweisen. Insbesondere kann die Schalltrennung ausgehärteten Silikonkleber aufweisen. Ausgehärteter Silikonkleber eignet sich besonders gut, da dieser für eine gute Schallisolierung des Zwischenraums zwischen dem Deckel und dem Wandlerelement sorgen kann und außerdem sehr weich ist, so dass er einwirkende Kräfte gut absorbieren kann und damit den Deckel und das Wandlerelement mechanisch voneinander trennt. Es können jedoch auch andere Klebstoffe mit vergleichbaren Eigenschaften verwendet werden.
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Der Deckel kann eine Oberseite aufweisen, die parallel zu dem Substrat angeordnet ist, wobei die Öffnung des Deckels in der Oberseite angeordnet ist.
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Die Oberseite des Deckels kann einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweisen, wobei die Öffnung in dem ersten Bereich angeordnet sein kann und wobei der erste Bereich einen geringeren Abstand zu dem Substrat aufweisen kann als der zweite Bereich.
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Der zweite Bereich kann sich unmittelbar an eine Seitenwand des Deckels anschließen. Der erste Bereich kann sich unmittelbar an den zweiten Bereich anschließen. Der erste Bereich kann ein innerer Bereich der Oberseite sein und der zweite Bereich kann ein äußerer Bereich der Oberseite sein.
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Der erste Bereich kann gegenüber dem zweiten Bereich zum Substrat hin versetzt sein. Dementsprechend kann zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich eine Stufe ausgebildet sein. Der Versatz zwischen erstem und zweitem Bereich kann das Aufbringen und Aushärten eines Klebstoffs vereinfachen, wobei der Klebstoff zu der Schalltrennung ausgehärtet werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die Oberfläche des Deckels eine zum Substrat hinweisende Vertiefung aufweisen. Diese Vertiefung kann beispielsweise grabenförmig, wellenförmig oder mäanderförmig ausgestaltet sein. Die Vertiefung kann in einem zweiten Bereich des Deckels angeordnet sein. Die Vertiefung kann zur weiteren mechanischen Entkopplung zwischen dem übrigen Bereich des Deckels und dem Wandlerelement beitragen. Insbesondere kann die Vertiefung eine mechanische Schwachstelle des Deckels ausbilden, sodass Kräfte, die auf den Deckel wirken, zunächst zu einer Verformung der Vertiefung führen und dementsprechend nicht an weitere mit dem Deckel verbundene Elemente, wie z. B. an die Schalltrennung und über die Schalltrennung an das Wandlerelement, weitergegeben werden.
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Die Schalltrennung kann eine Folie aufweisen, die den Deckel und das Wandlerelement zumindest teilweise bedeckt. Die Folie kann den Deckel auch soweit bedecken, dass nur die Öffnung des Deckels frei von der Folie ist. Die Folie kann insbesondere aus einem weichen Material bestehen, sodass eine Schalltrennung mit einem geringen Elastizitätsmodul gefertigt wird. Dadurch kann eine gute mechanische Entkopplung von dem Deckel und dem Wandlerelement gewährleistet werden.
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Eine solche Folie wird in verschiedenen Verkapselungsverfahren von MEMS-Mikrofonen eingesetzt. Die Folie kann also gemäß diesem Ausführungsbeispiel sowohl zur Verkapselung als auch zur mechanischen Befestigung des Deckels an dem Wandlerelement genutzt werden.
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Die Folie kann beispielsweise aus einem Polymer bestehen. Dabei kann es sich insbesondere um ein weiches Polymer handeln, das sowohl eine gute Schallisolierung als auch eine gute mechanische Entkopplung ermöglicht.
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Über der Folie kann ferner eine Metallschicht angeordnet sein. Die Metallschicht kann insbesondere unmittelbar auf der Folie angeordnet sein.
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In einer nicht beanspruchten Ausführungsform kann das Wandlerelement eine Schalleintrittsöffnung aufweisen, die frei von der Schalltrennung ist. Dementsprechend behindert die Schalltrennung nicht das Eintreten von Schall durch die Schalleintrittsöffnung des Wandlerelements.
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Erfindungsgemäß ist die Schalleintrittsöffnung teilweise von der Schalltrennung bedeckt. In diesem Fall kann die Schalltrennung einen Schutz für die Schalleintrittsöffnung ausbilden und verhindern, dass Schmutz durch die Schalleintrittsöffnung in das Wandlerelement eindringt. Die Schalltrennung weist einen gitterförmigen Bereich auf, der die Schalleintrittsöffnung teilweise bedeckt.
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Ferner kann über der Öffnung des Deckels ein schalldurchlässiges Schutzgitter angeordnet sein. Ein solches schalldurchlässiges Schutzgitter schützt das Mikrofon vor dem Eindringen von Schmutz. Ferner kann das Schutzgitter aus einem leitfähigen Material gefertigt sein und dazu ausgestaltet sein, das Wandlerelement vor elektrostatischen Entladungen (ESD = electrostatic discharge) und elektromagnetischer Störstrahlung (EMI = electromagnetic interference) zu schützen.
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Im Folgenden werden vorteilhafte Aspekte beschrieben. Die Aspekte sind nummeriert, um Rückbezüge zwischen den Aspekten zu vereinfachen.
- 1. Mikrofon, aufweisend
ein Substrat,
ein Wandlerelement, das auf dem Substrat angeordnet ist,
einen Deckel mit einer Öffnung, wobei die Öffnung des Deckels das Wandlerelement vollständig überdeckt, und
einer Schalltrennung, die den Deckel an dem Wandlerelement befestigt.
- 2. Mikrofon gemäß Aspekt 1,
wobei das Wandlerelement ein Vordervolumen und ein Rückvolumen ausbildet,
wobei das Vordervolumen über die Öffnung des Deckels mit einer Umgebung des Mikrofons akustisch verbunden ist, und
wobei der Deckel und die Schalltrennung so angeordnet sind, dass der Deckel, die Schalltrennung, das Wandlerelement und das Substrat ein Rückvolumen des Wandlerelements einschließen.
- 3. Mikrofon gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei der Deckel aus Metall besteht.
- 4. Mikrofon gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die Schalltrennung ein Material aufweist, das ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als der Deckel.
- 5. Mikrofon gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die Schalltrennung einen Klebstoff aufweist.
- 6. Mikrofon gemäß einem der vorherigen Aspekte,
wobei der Deckel eine Oberseite aufweist, die parallel zu dem Substrat angeordnet ist,
wobei die Öffnung des Deckels in der Oberseite angeordnet ist.
- 7. Mikrofon gemäß Aspekt 6,
wobei die Oberseite des Deckels einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist,
wobei die Öffnung in dem ersten Bereich angeordnet ist, und
wobei der erste Bereich einen geringeren Abstand zu dem Substrat aufweist als der zweite Bereich.
- 8. Mikrofon gemäß Aspekt 6 oder 7, wobei die Oberseite eine zum Substrat hinweisende Vertiefung aufweist.
- 9. Mikrofon gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die Schalltrennung eine Folie aufweist, die den Deckel vollständig und das Wandlerelement teilweise bedeckt.
- 10. Mikrofon gemäß Aspekt 9, wobei die Folie aus einem Polymer besteht.
- 11. Mikrofon gemäß einem der Aspekte 9 oder 10, wobei eine Metallschicht) über der Folie angeordnet ist.
- 12. Mikrofon gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei das Wandlerelement eine Schalleintrittsöffnung aufweist, die frei von der Schalltrennung ist.
- 13. Mikrofon gemäß einem der Aspekte 1 bis 11, wobei das Wandlerelement eine Schalleintrittsöffnung aufweist, die von der Schalltrennung teilweise bedeckt ist.
- 14. Mikrofon gemäß Aspekte 13, wobei die Schalltrennung einen gitterförmigen Bereich aufweist, der die Schalleintrittsöffnung teilweise bedeckt.
- 15. Mikrofon gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei über der Öffnung des Deckels ein schalldurchlässiges Schutzgitter angeordnet ist.
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Im Folgenden werden das Mikrofon und bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren näher erläutert.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Mikrofons.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Mikrofons.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Mikrofons.
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4a bis 4e zeigen verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Mikrofons gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Mikrofons.
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6a bis 6i zeigen verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Mikrofons gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
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7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des Mikrofons.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Mikrofons 1. Das Mikrofon 1 weist ein Wandlerelement 2 auf. Das Wandlerelement 2 weist eine Membran 3 und eine feste Rückplatte 4 auf. Zwischen der Membran 3 und der Rückplatte 4 ist eine Spannung angelegt, sodass die Membran 3 und die Rückplatte 4 einen Kondensator bilden. Die Kapazität dieses Kondensators ist abhängig von einem erfassten Schall veränderbar.
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Das Wandlerelement 2 bildet ein Vordervolumen 5 und ein Rückvolumen 6 aus. Das Vordervolumen 5 ist mit einer Umgebung des Mikrofons 1 akustisch verbunden. Das Wandlerelement 2 weist eine Schalleintrittsöffnung 7 auf, über die das Vordervolumen 5 mit der Umgebung akustisch verbunden ist und über die Schall zur Membran 3 gelangen kann. Das Rückvolumen 6 des Wandlerelements 2 ist Referenzvolumen, das akustisch vom Vordervolumen 5 getrennt ist. Das Wandlerelement 2 ist dazu geeignet, eine Differenz zwischen dem Schalldruck im Vordervolumen 5 und dem Schalldruck im Rückvolumen 6 zu messen.
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Das Wandlerelement 2 ist auf einem Substrat 8 angeordnet. Das Wandlerelement 2 ist über Lötbumps 9 auf dem Substrat befestigt. Ferner weist das Mikrofon 1 ein weiteres Bauelement 10 auf. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Bauelement handeln, das zur Signalverarbeitung der vom Wandlerelement 2 erfassten Signale geeignet ist. Insbesondere kann es sich um einen Chip mit einem ASIC (Applicationspecific integrated circuit) handeln.
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Ferner weist das Mikrofon 1 einen Deckel 11 auf. Der Deckel 11 ist mit einem Kleber 12 auf dem Substrat 8 befestigt, wobei der Kleber 12 leitfähig sein kann. Der Deckel 11 besteht aus Metall. Der Deckel 11 weist eine Öffnung 13 auf, wobei die Öffnung 13 des Deckels 11 das Wandlerelement 2 vollständig überdeckt. Die Öffnung 13 ist in 1 durch eine gepunktete Linie dargestellt.
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Das Mikrofon 1 weist ferner eine Schalltrennung 14 auf. Die Schalltrennung 14 ist derart zwischen dem Deckel 11 und dem Wandlerelement 2 angeordnet, dass sie den Deckel 11 an dem Wandlerelement 2 befestigt. Die Schalltrennung 14 weist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen Klebstoff auf. Insbesondere weist die Schalltrennung 14 einen ausgehärteten Silikonkleber auf.
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Die Schalltrennung 14 sorgt für eine schalldichte Verbindung zwischen dem Wandlerelement 2 und dem Deckel 11. Die Schalltrennung 14, das Wandlerelement 2, der Deckel 11 und das Substrat 8 schließen einen Raum ein, der das Rückvolumen 6 des Wandlerelements 2 ausbildet. Das Rückvolumen 6 ist durch die Schalltrennung 14, das Wandlerelement 2, den Deckel 11 und das Substrat 8 gebildet.
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Das auf diese Weise ausgebildete Rückvolumen 6 ist deutlich größer als ein Rückvolumen das lediglich durch das Wandlerelement 2 und das Substrat 8 begrenzt wird. Das vergrößerte Rückvolumen 6 führt zu einer Verbesserung der Messgenauigkeit des Wandlerelements 2. Insbesondere ermöglicht es ein großes Rückvolumen 6, dass das Wandlerelement 2 auch kleine Druckunterschiede zwischen dem Vordervolumen 5 und dem Rückvolumen 6 zuverlässig auflösen und messen kann.
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Die Schalltrennung 14 weist ein Material auf, das ein geringeres Elastizitätsmodul aufweist als ein Material des Deckels 11. Wird dementsprechend eine Kraft auf das Mikrofon 1 in Richtung des Substrats 8 ausgeübt, so verformt sich unter dieser Kraft zunächst der Deckel 11 und die Schalltrennung 14, während das Wandlerelement 2 weitgehend unverformt bleibt.
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Das Mikrofon 1 kann beispielsweise in das Gehäuse eines Mobiltelefons (nicht gezeigt) eingebaut werden, wobei eine Oberseite des Mikrofons 1, die von dem Substrat 8 weg weist, gegen eine Innenseite des Gehäuses gepresst wird. Da die Schalltrennung 14 aus einem weichen Material besteht, kann sie sich unter Einwirkung der dabei auftretenden Kräfte verformen und so die auftretenden Kräfte absorbieren. Dadurch wird verhindert, dass die Kraft unmittelbar an das Wandlerelement 2 weitergeleitet wird. Dementsprechend wirken die auftretenden Kräfte nicht, oder zumindest nur stark gedämpft, auf das Wandlerelement 2 und verändert daher die mechanischen Eigenschaften des Wandlerelements 2 nicht oder zumindest nur geringfügig.
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Die Schalltrennung 14 sorgt ferner für eine mechanische Entkopplung des Deckels 11 von dem Wandlerelement 2. Selbst wenn es zu einer mechanischen Verformung des Deckels 11 kommt, so führt diese nicht unmittelbar zu einer Beeinflussung der Funktionalität des Wandlerelements 2. Die Schalltrennung 14 wird vielmehr die Kräfte, die bei einer Verformung des Deckels 11 auftreten, absorbieren und diese Kräfte nicht, oder zumindest nur stark gedämpft, an das Wandlerelement 2 weitergeben.
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Zu einer mechanischen Verformung des Deckels 11 kann es beispielsweise beim Einbau des Mikrofons in ein Gehäuse kommen. Dabei kann beispielsweise der Deckel 11 gegen einen Dichtungsring gepresst werden.
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Auch Temperaturschwankungen können zu mechanischen Verformungen des Deckels 11 führen. Die mechanische Entkopplung zwischen dem Deckel 11 und dem Wandlerelement 2 durch die Schalltrennung 14 sorgt dementsprechend dafür, dass das Mikrofon 1 über einen größeren Temperaturbereich stabil funktioniert. Die Temperaturabhängigkeit des Mikrofons 1 wird somit reduziert.
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Ferner ist über der Öffnung 13 des Deckels 11 ein schalldurchlässiges Schutzgitter 15 angeordnet. Das Schutzgitter 15 ist dazu ausgestaltet, das Eindringen von Staub in das Mikrofon 1 zu verhindern. Ferner ist das Schutzgitter 15 aus einem leitfähigen Material gefertigt und dazu ausgestaltet, das Mikrofon 1 vor elektrostatischen Entladungen und elektromagnetischer Störstrahlung zu schützen.
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Der Deckel 11 weist eine Seitenwand 16 und eine Oberseite 17 auf. Die Seitenwand 16 steht auf dem Substrat 8 und verbindet das Substrat 8 mit der Oberseite 17. Dabei kann die Seitenwand 16 beispielsweise senkrecht zu dem Substrat 8 angeordnet sein. Alternativ können Seitenwand 16 und Substrat 8 einen von 90° verschiedenen Winkel einschließen. Die Oberseite 17 ist parallel zu dem Substrat 8 angeordnet und befindet sich in einem Abstand zu dem Substrat 8. Die Öffnung 13 des Deckels 11 ist in der Oberseite 17 angeordnet. Die Oberseite 17 des Deckels 11 ist flach.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Mikrofons 1. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Form des Deckels 11.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Oberseite 17 des Deckels 11 einen ersten Bereich 15 und einen zweiten Bereich 19 auf. Der zweite Bereich 19 der Oberseite 17 schließt unmittelbar an die Seitenwände 16 an. Der erste Bereich 18 der Oberseite 17 schließt unmittelbar an den zweiten Bereich 19 an und weist die Öffnung 13 auf. Der erste Bereich 18 der Oberseite 17 ist in einem geringeren Abstand zu dem Substrat 8 angeordnet als der zweite Bereich 19. Der erste Bereich 18 und der zweite Bereich 19 sind jeweils parallel zu dem Substrat 8. Dementsprechend ist der erste Bereich 18 zum Inneren des Mikrofons 1 hin versetzt. Somit wird zwischen dem ersten Bereich 18 und dem zweiten Bereich 19 eine Stufe ausgebildet.
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Durch diese Ausgestaltung des Deckels 11 wird das Aufbringen des Klebstoffs vereinfacht, der zur Schalltrennung 14 ausgehärtet wird. Bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel kann der Klebstoff unter Umständen zu einem wulstartigen Vorsprung führen, der in einer Richtung vom Substrat 8 weg vom Mikrofon 1 absteht. Dadurch dass der Klebstoff gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in den nach innen versetzten ersten Bereich 18 aufgebracht wird, wird vermieden, dass der Klebstoff nach außen hin absteht. Somit wird ein Mikrofon 1 mit einer glatten Oberseite gefertigt.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Mikrofons 1. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Oberseite 17 des Deckels 11 eine zum Substrat 8 hinweisende Vertiefung 20 auf. Diese Vertiefung 20 ist grabenförmig ausgestaltet. Denkbar sind jedoch auch andersförmige Vertiefungen. Beispielsweise kann die Vertiefung 20 ein mäanderförmiges Profil aufweisen.
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Die Vertiefung 20 ist im zweiten Bereich 19 angeordnet. Die Vertiefung 20 sorgt für eine weitere Verbesserung der mechanischen Entkopplung zwischen dem Deckel 11 und dem Wandlerelement 2. Verformungen des Deckels 11 in dem zweiten Bereich 19 und in den Seitenwänden 16 können durch Verformungen der Vertiefung 20 teilweise absorbiert werden und werden dementsprechend nicht vollständig an die Schalltrennung 14 und das Wandlerelement 2 weitergegeben. Der Deckel 11 ist somit dazu ausgestaltet, ebenfalls Kräfte zu absorbieren und dadurch zu vermeiden, dass diese Kräfte die Mechanik des Wandlerelements 2 beeinflussen.
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Eine solche Vertiefung 20 ist auch mit dem ersten Ausführungsbeispiel kombinierbar.
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In den 4a bis 4e ist das Herstellungsverfahren eines Mikrofons 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt.
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4a zeigt das Mikrofon 1 nach einem Verfahrensschritt, bei dem das Wandlerelement 2 und das weitere Bauelement 10 auf dem Substrat 8 befestigt wurden. Das Wandlerelement 2 und das weitere Bauelement 10 sind jeweils in Flip-Chip-Technik auf dem Substrat 8 befestigt.
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4b zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem auf dem Substrat 8 der leitfähiger Kleber 12 aufgebracht wurde.
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4c zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem der Deckel 11 an den leitfähigen Kleber 12 befestigt wurde. Der Deckel 11 ist auf dem Substrat 8 durch Kleben befestigt werden. Alternativ kann der Deckel 11 auch durch Löten auf dem Substrat 8 befestigt werden. Der Deckel 11 wird so auf dem Substrat 8 befestigt, dass die Öffnung 13 des Deckels 11 das Wandlerelement 2 vollständig überdeckt.
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4d zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem ein Klebstoff zwischen dem Deckel 11 und dem Wandlerelement 2 aufgebracht wurde. Anschließend wurde der Klebstoff zur Schalltrennung 14 ausgehärtet. Die Schalltrennung 14, der Deckel 11, das Substrat 8 und das Wandlerelement 2 schließen nunmehr das Rückvolumen 6 des Wandlerelements 2 ein.
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4e zeigt das Mikrofon 1 nach einem letzten Verfahrensschritt, bei dem das schalldurchlässige Schutzgitter 15 über der Öffnung 13 des Deckel 11 befestigt wurde. Das schalldurchlässige Schutzgitter 15 kann beispielsweise durch eine Klebverbindung auf dem Deckel 11 befestigt werden.
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5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Mikrofons 1. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel weist die Schalltrennung 14 keinen Klebstoff, sondern eine Folie 21 auf. Die Folie 21 wird derart angeordnet, dass sie den Deckel 11 und das Wandlerelement 2 teilweise bedeckt und dabei den Deckel 11 an dem Wandlerelement 2 befestigt. Die Folie 21 bedeckt die Seitenwände 16 des Deckels 11. Ferner bedeckt die Folie 21 die Bereiche der Oberseite 17 des Deckels 11, die frei von der Öffnung 13 sind.
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Die Folie 21 besteht aus einem Polymer. Dabei handelt es sich ebenfalls um ein sehr weiches Material, das dazu ausgestaltet ist, Kräfte, die auf das Mikrofon 1 wirken, zu absorbieren und somit den Deckel 11 mechanisch von dem Wandlerelement 2 zu entkoppeln.
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Insbesondere weist die Schalltrennung 14 einen Schichtstapel auf. Der Schichtstapel weist neben der Folie 21 ferner eine Metallschicht 22 auf, die über der Folie 21 aus Polymer angeordnet ist. Die Metallschicht 22 ist galvanisch verstärkt. Die Metallschicht 22 kann Kupfer und Nickel aufweisen.
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Die 6a bis 6i zeigen das Herstellungsverfahren für ein Mikrofon 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
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6a zeigt das Mikrofon 1, nach dem das Wandlerelement 2 und das weitere Bauelement 10 auf dem Substrat 8 befestigt sind. Auf der vom Substrat 8 wegweisenden Oberseite des Wandlerelements 2 ist eine Schutzfolie 23 angeordnet, die dazu ausgestaltet ist, dass in einem späteren Verfahrensschritt auf der Schutzfolie 23 die Folie 21 aufgebracht wird. Die Schutzfolie 23 kann in einem späteren Verfahrensschritt wieder entfernt werden.
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6b zeigt das Mikrofon 1, nachdem der leitfähiger Kleber 12 auf dem Substrat 8 aufgebracht wurde.
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6c zeigt das Mikrofon 1, nachdem der Deckel 11 auf dem Kleber 12 aufgeklebt wurde.
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6d zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt. In diesem weiteren Verfahrensschritt wurde die Schalltrennung 14 erzeugt, indem die Folie 21 auf den Seitenwänden 16 und der Oberseite 17 des Deckels 11 sowie auf dem Wandlerelement 2 aufgebracht wurde. Die Folie 21 verbindet nunmehr den Deckel 11 mechanisch mit dem Wandlerelement 2. Ferner verschließt die Folie 21 zu diesem Verfahrenszeitpunkt die Öffnung 13 in dem Deckel 11.
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6e zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt. Es wurde zunächst ganzflächig auf der Folie 21 die Metallschicht 22 aufgebracht. Anschließend wurde eine Photoresiststruktur 24 aufgebracht. Die Photoresiststruktur 24 wurde in dem Bereich aufgebracht, in dem in einem späteren Verfahrensschritt die Folie 21 entfernt wird.
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6f zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem die Metallschicht 22 galvanisch verstärkt wurde.
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6g zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem die Photoresiststruktur 24 entfernt wurde.
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6h zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem mittels eines Lasers ein umlaufender Schnitt 25 in der Folie 21 erzeugt wurden. Der Schnitt 25 trennt einen inneren Bereich 26 der Folie 21 vom Rest der Folie 21 ab. Der Schnitt 25 liegt in der Öffnung 13 des Deckels 11.
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6i zeigt das Mikrofon 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem der abgetrennte innere Bereich 26 der Folie 21 entfernt wurde. Dadurch ist eine Öffnung in der Folie 21 ausgebildet. Die Öffnung in der Folie 21 überlappt mit der Schalleintrittsöffnung 7 des Wandlerelements 2. Der abgetrennte innere Bereich 26 wurde abgezogen. Ferner wurde das schalldurchlässige Schutzgitter 15 auf dem Mikrofon 1 aufgebracht.
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7 zeigt das Mikrofon 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vierten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die in der Folie 21 erzeugte Öffnung kleiner ist als die Schalleintrittsöffnung 7 des Wandlerelements 2. Insbesondere wurden hier in der Folie 21 mehrere Öffnungen erzeugt, die einen gitterartigen Bereich bilden. Der gitterartige Bereich der Folie 21 kann durch entsprechendes Schneiden der Folie 21 mittels Lasern und Absaugen der ausgeschnittenen Bereiche erzeugt werden.
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Die 5 und 7 zeigen das vierte und das fünfte Ausführungsbeispiel jeweils mit einem Deckel 11, der eine flache Oberseite 17 aufweist. Das vierte und das fünfte Ausführungsbeispiel können jedoch auch mit dem zweiten oder dem dritten Ausführungsbeispiel kombiniert werden, sodass der Deckel 11 gegeneinander versetzte erste und zweite Bereiche 18, 19 und/oder zum Substrat 8 hinweisende Vertiefungen 20 aufweisen kann. Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist es, dass die Öffnung 13 in dem Deckel 11 nicht mit dem Wandlerelement 2 überlappt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mikrofon
- 2
- Wandlerelement
- 3
- Membran
- 4
- Rückplatte
- 5
- Vordervolumen
- 6
- Rückvolumen
- 7
- Schalleintrittsöffnung
- 8
- Substrat
- 9
- Lötbump
- 10
- weitere Bauelement
- 11
- Deckel
- 12
- Kleber
- 13
- Öffnung
- 14
- Schalltrennung
- 15
- Schutzgitter
- 16
- Seitenwand
- 17
- Oberseite
- 18
- erste Bereich
- 19
- zweite Bereich
- 20
- Vertiefung
- 21
- Folie
- 22
- Metallschicht
- 23
- Schutzfolie
- 24
- Photoresiststruktur
- 25
- Schnitt
- 26
- innerer Bereich
