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Die Erfindung betrifft eine Mikrofonbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrofonbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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Mikrofonbaugruppen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So kennt man beispielsweise aus der
US 2010/0142743 A1 eine Mikrofonbaugruppe, bei der eine MEMS-Mikrofonkapsel in einem separaten Gehäuse mit Verzögerungskanälen angeordnet ist. Das Gehäuse ist auf einer Leiterplatte befestigt, welche Schallaustrittsöffnungen aufweist. Die bekannte Mikrofonbaugruppe weist den Nachteil auf, dass sie ausladend konstruiert ist und entsprechenden Platzbedarf erfordert. Zudem ist die bekannte Mikrofonbaugruppe nur mit hohem Aufwand herstellbar und überdies aufgrund der Größe und der Konstruktion für verschiedene Anwendungsbereiche nicht einsetzbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders kompakte Mikrofonbaugruppe bereitzustellen, die für verschiedene Anwendungsbereiche einsetzbar und besonders kostengünstig herstellbar ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Mikrofonbaugruppe vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Mikrofonkapsel, vorzugsweise MEMS-Mikrofonkapsel, wobei die Mikrofonbaugruppe zur Spannungsversorgung und/oder zum Bereitstellen von Mikrofonsignalen zumindest ein elektrisches Kontaktiermittel umfasst, wobei die Mikrofonbaugruppe eine erste Leiterplatte umfasst, an deren Oberseite die Mikrofonkapsel angeordnet, vorzugsweise befestigt ist, wobei die erste Leiterplatte Durchtrittsöffnungen umfasst.
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Erfindungswesentlich ist, dass eine Unterseite der ersten Leiterplatte mit einer Durchtrittsöffnungen umfassenden zweiten Leiterplatte derart verbunden ist, dass Durchtrittsöffnungen der ersten Leiterplatte und Durchtrittsöffnungen der zweiten Leiterplatte zur Durchdringung von Schallwellen ausgestaltete Kanäle ausbilden. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Mikrofonbaugruppe bereitgestellt werden, die kostengünstig produzierbar ist.
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Um eine besonders einfache Bereitstellung eines Kanals ermöglichen zu können und gleichermaßen eine besonders kompakte Mikrofonbaugruppe bereitstellen zu können, kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass Durchtrittsöffnungen der zweiten Leiterplatte als Langlöcher ausgebildet sind. Vorteilhaft daran ist weiterhin, dass eine derartige Mikrofonbaugruppe besonders gute akustische Eigenschaften aufweist.
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Um eine kompakte Mikrofonbaugruppe mit guten akustischen Eigenschaften erhalten zu können, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass Durchtrittsöffnungen der ersten Leiterplatte als Zylinderlöcher ausgebildet sind.
Die akustischen Eigenschaften der Mikrofonbaugruppe können auch optimiert werden, sofern vorgesehen ist, dass Kanäle ausgebildet sind, die durch einen in der ersten Leiterplatte angeordneten Steg und einen in der zweiten Leiterplatte angeordneten Steg räumlich voneinander getrennt sind.
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Die Erfindung kann auch vorsehen, dass die zweite Leiterplatte an einer Unterseite ein Durchtrittsöffnungen umfassendes Abdeckmittel zur Ausbildung der Kanäle umfasst, welche Durchtrittsöffnungen an den Kanälen anschließend, vorzugsweise zumindest abschnittsweise deckungsgleich mit Durchtrittsöffnungen der zweiten Leiterplatte, angeordnet sind.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass schalldurchlässige Abdeckelemente zur Abdeckung der Durchtrittsöffnungen des Abdeckmittels an einer Unterseite des Abdeckmittels angeordnet sind. Die akustischen Eigenschaften der Mikrofonbaugruppe können somit positiv beeinflusst werden.
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Um die akustischen Eigenschaften der Mikrofonbaugruppe weiterhin positiv zu beeinflussen, kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vorsehen, dass die schalldurchlässigen Abdeckelemente zur Erzeugung einer akustischen Richtcharakteristik unterschiedliche Verzögerungseigenschaften aufweisen.
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Die akustischen Eigenschaften der Mikrofonbaugruppe können auch dahingehend positiv beeinflusst werden, indem die Kanäle zur Erzeugung einer akustischen Richtcharakteristik unterschiedliche Längen aufweisen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Abdeckmittel und die Abdeckelemente als zusammengefügte, insbesondere verklebte Baueinheit ausgebildet sind. Hierdurch kann der Herstellungsaufwand der Mikrofonbaugruppe reduziert werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass das wenigstens eine Kontaktiermittel Stiftkontakte, die an der ersten Leiterplatte und/oder an der zweiten Leiterplatte angeordnet sind, umfasst und dass das wenigstens eine Kontaktiermittel einen Steckverbinder umfasst, der formschlüssig mit der ersten Leiterplatte und/oder mit der zweiten Leiterplatte verbunden ist. Hierdurch kann eine stabile Befestigung des Steckverbinders mit der Leiterplatte ermöglicht werden. Weiterhin kann die Mikrofonbaugruppe kompakter gestaltet werden.
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Um einen Steckverbinder einfach und schnell anschließen bzw. tauschen zu können, kann eine überdies vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vorsehen, dass die erste Leiterplatte und/oder die zweite Leiterplatte ein vorzugsweise nutförmig ausgebildetes Rastmittel zum lösbaren Befestigen des Steckverbinders mit der ersten Leiterplatte umfasst.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Mittel zur Signalverarbeitung an einer Unterseite der ersten Leiterplatte ausgebildet sind, die wenigstens teilweise in Durchtrittsöffnungen der zweiten Leiterplatte angeordnet sind. Hierdurch kann einerseits ermöglicht werden, dass zur Bereitstellung der Mikrofonbaugruppe lediglich eine Leiterplatte erforderlich ist, woraus eine entsprechende Einsparung bei der Produktion resultieren kann. Andererseits kann die Kompaktheit der Mikrofonbaugruppe zusätzlich erhöht werden. Vorteilhaft ist zudem, dass IP- bzw. ESD-Schutz ebenso gewährleistet ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein akustisches Array, umfassend wenigstens zwei Mikrofonbaugruppen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die wenigstens zwei Mikrofonbaugruppen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet sind. Ein derartiges Array ist besonders kompakt ausgebildet und kostengünstig herstellbar. Zudem weist ein erfindungsgemäßes Array sehr gute akustische Eigenschaften auf und ist vielseitig einsetzbar, z.B. zur Pegelverstärkung, Beam-Forming, etc.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrofonbaugruppe, welches erfindungsgemäß folgende Schritte umfasst:
- a) Befestigen einer Mikrofonkapsel, vorzugsweise einer MEMS-Mikrofonkapsel, an einer Oberseite einer Durchtrittsöffnungen umfassenden ersten Leiterplatte.
- b) Befestigen der ersten Leiterplatte mit einer Durchtrittsöffnungen, insbesondere Langlöcher, umfassenden zweiten Leiterplatte, derart dass Durchtrittsöffnungen der ersten Leiterplatte und Durchtrittsöffnungen, vorzugsweise Langlöcher, der zweiten Leiterplatte wenigstens abschnittsweise deckungsgleich angeordnet werden und Kanäle ausbilden.
- c) Anbringen eines Durchtrittsöffnungen umfassenden Abdeckmittels an einer Unterseite der zweiten Leiterplatte, derart, dass die Durchtrittsöffnungen des Abdeckmittels und Durchtrittsöffnungen der zweiten Leiterplatte, vorzugsweise Langlöcher, wenigstens abschnittsweise deckungsgleich angeordnet werden.
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Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Mikrofonbaugruppe bereitgestellt werden. Vorteilhaft ist insbesondere, dass abgesehen von der Mikrofonkapsel und der elektrischen Kontaktierung sämtliche Materialien als Meterware verfügbar sind und entsprechend herangezogen werden, wodurch der Kostenaufwand bei der Herstellung signifikant reduziert werden kann. Das Verfahren zeichnet sich zudem durch hohe Prozesssicherheit aus.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Verfahren gekennzeichnet durch einen weiteren Schritt:
- d) Anbringen von schalldurchlässigen Abdeckelementen vorzugsweise mit unterschiedlichen Verzögerungseigenschaften zur Erzeugung einer Richtcharakteristik an einer Unterseite des Abdeckmittels,,
welcher nach dem Schritt c) erfolgt.
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Auf diese Weise können akustische Eigenschaften der Mikrofonbaugruppe verbessert werden. Es ist hierbei gleichermaßen von Vorteil, dass schalldurchlässige Abdeckelemente als Meterware verfügbar sind und entsprechend herangezogen werden, wodurch der Kostenaufwand bei der Herstellung signifikant reduziert werden kann.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens kann vorsehen, dass das Abdeckmittel und die Abdeckelemente zur Herstellung einer ersten Baugruppe miteinander verklebt werden. Derartige Baugruppen können als Meterware besonders kostengünstig und einfach vorgefertigt werden bzw. zugekauft werden. Die Herstellungskosten für die Mikrofonbaugruppe können somit gering gehalten werden. In einer Weiterbildung des Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass die erste Baugruppe mit der zweiten Leiterplatte verbunden wird. Die Herstellung der Mikrofonbaugruppe kann dadurch wesentlich vereinfacht werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung kann das Verfahren vorsehen, dass zur Herstellung einer zweiten Baugruppe
- - in einem ersten Schritt die Mikrofonkapsel auf die erste Leiterplatte vorzugsweise mittels Reflow-Löten aufgelötet wird und
- - in einem zweiten Schritt die erste Leiterplatte auf die zweite Leiterplatte vorzugsweise mittels Reflow-Löten aufgelötet wird.
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Der erste Schritt und der zweite Schritte können auch in einem gemeinsamen Schritt erfolgen, dadurch wird das Verfahren weiter vereinfacht.
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Reflow-Löten ist eine einfache, prozesssichere und kostengünstige Möglichkeit zur Verbindung von Leiterplatten bzw. von Leiterplatte und Mikrofonkapsel.
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Eine Vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens kann vorsehen, dass zur Erzeugung einer akustischen Richtcharakteristik Kanäle mit unterschiedlichen Längen ausgebildet werden. Hierdurch können die akustischen Eigenschaften der Mikrofonbaugruppe positiv beeinflusst werden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Mikrofonbaugruppe in einer Explosionsdarstellung;
- 2: eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Mikrofonbaugruppe in einer Schnittdarstellung;
- 3: eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Mikrofonbaugruppe in einer Schnittdarstellung;
- 4: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Mikrofonbaugruppe in einer Explosionsdarstellung;
- 5: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen akustischen Arrays.
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In der 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Mikrofonbaugruppe 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Mikrofonbaugruppe 1 umfasst eine vorliegend als MEMS-Mikrofonkapsel ausgebildete Mikrofonkapsel 2. Ferner umfasst die Mikrofonbaugruppe 1 zur Spannungsversorgung und/oder zum Bereitstellen von Mikrofonsignalen zumindest ein elektrisches Kontaktiermittel 3. Das Kontaktiermittel 3 umfasst Stiftkontakte 18, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e.
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Die Mikrofonbaugruppe 1 umfasst weiterhin eine erste Leiterplatte 4, an deren Oberseite 5 die Mikrofonkapsel 2 angeordnet ist. Die erste Leiterplatte 4 umfasst Durchtrittsöffnungen 6, 6a (siehe 2). Eine Unterseite 7 der ersten Leiterplatte 4 ist mit einer Durchtrittsöffnungen 8, 8a umfassenden zweiten Leiterplatte 9 derart verbunden, dass Durchtrittsöffnungen 6, 6a der ersten Leiterplatte 4 und Durchtrittsöffnungen 8, 8a der zweiten Leiterplatte 9 zum Durchtritt von Schallwellen ausgestaltete Kanäle 10, 10a ausbilden (siehe 2). Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Durchtrittsöffnungen 8, 8a der zweiten Leiterplatte 9 als Langlöcher ausgebildet und die Durchtrittsöffnungen 6, 6a der ersten Leiterplatte 4 als Zylinderlöcher ausgebildet. Die zweite Leiterplatte 9 umfasst an einer Unterseite 13 ein Durchtrittsöffnungen 14, 14a umfassendes Abdeckmittel 15 zur Ausbildung der Kanäle 10, 10a umfasst, welche Durchtrittsöffnungen 14, 14a an den Kanälen 10, 10a (siehe 2) deckungsgleich mit Durchtrittsöffnungen 8, 8a der zweiten Leiterplatte 9 angeordnet sind.
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Weiterhin ist aus 1 ersichtlich, dass schalldurchlässige Abdeckelemente 16, 16a zur Abdeckung der Durchtrittsöffnungen 14, 14a des Abdeckmittels 15 an einer Unterseite 17 des Abdeckmittels 15 angeordnet sind. Vorteilhaft ist, wenn die Abdeckelemente 16, 16a unterschiedliche Laufzeiteigenschaften bezüglich Schallwellen aufweisen, um eine akustische Richtcharakteristik zu erzeugen.
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Das Abdeckmittel 15 und die Abdeckelemente 16, 16a können als eine erste Baugruppe 24 ausgebildet sein. Die Mikrofonkapsel 2, erste Leiterplatte 4 und zweite Leiterplatte 9 können als zweite Baugruppe 25 ausgebildet sein. In der zweiten Baugruppe 25 ist die Unterseite 7 der ersten Leiterplatte 4 mit einer Oberseite 27 der zweiten Leiterplatte 9 verbunden.
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Zum verbesserten Verständnis ist in der 2 eine Oberseite 22 der Mikrofonbaugruppe 1 und eine Unterseite 23 der Mikrofonbaugruppe 1 gezeigt. Die Mikrofonkapsel 2 ist an der Oberseite 22 angeordnet.
Aus 2 ist zudem ersichtlich, dass Kanäle 10, 10a ausgebildet sind, die durch einen in der ersten Leiterplatte 4 angeordneten Steg 11 und einen in der zweiten Leiterplatte 9 angeordneten Steg 12 räumlich voneinander getrennt sind. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Kanäle 10, 10a ausgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind Mittel zur Signalverarbeitung 21, 21a, 21b, 21c, 21d an der Unterseite 7 der ersten Leiterplatte 4 ausgebildet. Die Mittel zur Signalverarbeitung 21, 21a, 21b, 21c, 21d sind hierbei teilweise in Durchtrittsöffnungen 28, 28a der zweiten Leiterplatte 9 angeordnet. Aus Gründen vereinfachter Darstellung sind Mittel 21, 21a, 21b, 21c, 21d lediglich in der Durchtrittsöffnung 28 gezeigt.
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Die erste Leiterplatte 4 kann somit zur Anordnung der Mittel zur Signalverarbeitung 21, 21a, 21b, 21c, 21d weitere Durchtrittsöffnungen 28, 28a umfassen (siehe 4). Die Durchtrittsöffnungen 28, 28a sind vorliegend als Langlöcher ausgebildet.
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Die Ausführungsform gemäß 4 zeigt, dass die erste Leiterplatte 4 ein nutförmig ausgebildetes Rastmittel 20 zum lösbaren Befestigen eines Steckverbinders 19 mit der ersten Leiterplatte 4 umfasst. In der 4 sind zudem Längen 29, 29a der Kanäle 10, 10a schematisch gezeigt. Die Kanäle 10, 10a können zur Erzeugung einer Richtcharakteristik unterschiedliche Längen 29, 29a aufweisen.
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Ein akustisches Array 26, das mehrere - vorliegend sieben Mikrofonbaugruppen 1 umfasst, ist in 5 gezeigt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte gefügt, insbesondere verklebt werden. Erste und zweite Leiterplatte können aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, insbesondere kann die zweite Leiterplatte beispielsweise auch aus Kunststoff gefertigt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mikrofonbaugruppe
- 2
- Mikrofonkapsel
- 3
- Kontaktiermittel
- 4
- Erste Leiterplatte
- 5
- Oberseite (der ersten Leiterplatte)
- 6
- Durchtrittsöffnung
- 6a
- Durchtrittsöffnung
- 7
- Unterseite (der ersten Leiterplatte)
- 8
- Durchtrittsöffnung
- 8a
- Durchtrittsöffnung
- 9
- Zweite Leiterplatte
- 10
- Kanal
- 10a
- Kanal
- 11
- Steg
- 12
- Steg
- 13
- Unterseite (der zweiten Leiterplatte)
- 14
- Durchtrittsöffnung
- 14a
- Durchtrittsöffnung
- 15
- Abdeckmittel
- 16
- Abdeckelement
- 16a
- Abdeckelement
- 17
- Unterseite (des Abdeckmittels)
- 18
- Stiftkontakt
- 18a
- Stiftkontakt
- 18b
- Stiftkontakt
- 18c
- Stiftkontakt
- 18d
- Stiftkontakt
- 18e
- Stiftkontakt
- 19
- Steckverbinder
- 20
- Rastmittel
- 21
- Mittel (zur Signalverarbeitung)
- 21a
- Mittel (zur Signalverarbeitung)
- 21b
- Mittel (zur Signalverarbeitung)
- 21c
- Mittel (zur Signalverarbeitung)
- 21d
- Mittel (zur Signalverarbeitung)
- 22
- Oberseite (der Mikrofonbaugruppe)
- 23
- Unterseite (der Mikrofonbaugruppe)
- 24
- Erste Baugruppe
- 25
- Zweite Baugruppe
- 26
- Array
- 27
- Oberseite (der zweiten Leiterplatte)
- 28
- Durchtrittsöffnung
- 28a
- Durchtrittsöffnung
- 29
- Länge
- 29a
- Länge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0142743 A1 [0002]
