DE10260307A1

DE10260307A1 - Elektroakustischer Miniaturwandler für ein Hörhilfegerät

Info

Publication number: DE10260307A1
Application number: DE10260307A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dr. Niederdränk; Joseph Sauer
Original assignee: Siemens Audioligische Technik GmbH
Current assignee: Sivantos GmbH
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: ATE470319T1; EP1432281B1; EP1432281A2; DK1432281T3; DE50312761D1; US20040179709A1; US7702124B2; EP1432281A3; DE10260307B4

Abstract

Das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz führt häufig zu einem vorzeitigen Ausfall elektroakustischer Miniaturwandler, die in Hörhilfegeräten eingesetzt sind. Die Erfindung sieht vor, dass die Wandlermembran (4) eines Miniaturwandlers zumindest teilweise mit einer hydrophoben und/oder oliophoben und/oder Biofilm-hemmenden Beschichtung (7) versehen wird, die durch ihre Schichtdicke kleiner 10 mum das akustische Verhalten des Miniaturwandlers nicht nennenswert beeinflusst und eine Feuchtigkeitsabhängigkeit des Übertragungsverhaltens oder eine feuchtigkeitsbedingte Beschädigung des Miniaturwandlers unterbindet. Darüber hinaus wird auch das Anhaften von Schmutzpartikeln verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Miniaturwandler mit einer Wandermembran zur Verwendung in einem Hörhilfegerät.
Bei Hörhilfegeräten werden zur Wandlung akustischer Signale in elektrische Signale sowie zur Wandlung elektrischer Signale in akustische Signale elektroakustische Miniaturwandler (Mikrofone bzw. Hörer) verwendet. Für den Einsatz in Hörhilfegeräten sind an die elektroakustischen Miniaturwandler insbesondere hinsichtlich Baugröße und Wirkungsgrad besondere Anforderungen gestellt.
Aus der DE 100 13 673 A1 ist ein mikromechanischer elektroakustischer Wandler bekannt, der nach aus der Silizium-Halbleitertechnologie bekannten Herstellungsverfahren gefertigt ist. Der Wandler weist wenigstens einen Trägerkörper sowie eine piezoelektrische Schicht auf, an deren Ober- und Unterseite jeweils eine Elektrode vorhanden ist. Dabei ist mindestens eine der Elektroden über die piezoelektrische Schicht hinaus fortgesetzt und zumindest zum Teil als elastische Membran- und Trägerschicht ausgebildet. Dadurch erübrigt sich eine Membran- und Trägerschicht niedriger Elastizität aus Halbleitermaterial. Die unterschiedlichen Schichten bei dem bekannten elektroakustischen Wandler sind wegen ihrer elektrischen Eigenschaften (Funktion als Elektrode oder als piezoelektrische Schicht) oder wegen ihrer Funktion als Trägerschicht vorhanden.
Bei der Verwendung in einem Hörhilfegerät sind elektroakustische Miniaturwandler extremen äußeren Einflüssen ausgesetzt. Dabei wirken auf Mikrofone vor allem Feuchtigkeit, Fette oder Alkohole. Die Hörer hingegen sind vor allem über den Hörerkanal vorwiegend gasförmigen, flüssigen oder festen Cerumentei len ausgesetzt, aber auch Feuchtigkeit (Schweiß) erreicht den Hörer. Darüber hinaus können sich auch in den Schallkanälen der elektroakustischen Miniaturwandler Schmutzpartikel anlagern. Insgesamt führen Feuchtigkeit und Verschmutzung häufig zu einem Ausfall des elektroakustischen Miniaturwandlers und damit des gesamten Hörsystems.
Um eine Verschmutzung zu vermeiden werden elektroakustische Miniaturwandler und insbesondere Schallkänale der Miniaturwandler bislang teilweise über aufwändige Abdeckungen (Siebe, Gitter etc.) geschützt, die in regelmäßigen Abständen getauscht oder gereinigt werden müssen. Dies bedeutet einen nachträglichen Aufwand für den Nutzer.
Häufig werden die elektroakustischen Miniaturwandler auch ungeschützt verwendet, so dass durch Einwirkung der Luftfeuchtigkeit in der Praxis häufig Probleme bei Mikrofonen auftreten, z.B. ein Verlust an Empfindlichkeit oder eine Veränderung der Übertragungsfunktion durch Feuchtigkeitsaufnahme der Mikrofonmembran, Oxidation usw..
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl an Oberflächenbeschichtungen bekannt, durch die ein schmutz-, feuchtigkeits- oder ölabweisender Effekt erzielt werden kann. So ist z.B. aus der DE 195 44 763 A1 die Verwendung einer Beschichtungszusammensetzung bekannt, die Polykondensate auf der Basis von einer oder mehreren zur hydrolytischen Polykondensation befähigten Verbindungen der Elemente M der Hauptgruppen III bis V und der Nebengruppen II bis IV des Periodensystems der Elemente enthält, wobei in diesen Polykondensaten an mindestens einen Teil der Zentralatome M jeweils mindestens eine organische Gruppe G, die mindestens 2 aliphatische Kohlenstoffatome aufweist, an die jeweils mindestens ein Fluoratom gebunden ist, entweder direkt über eines der Kohlenstoffatome oder über eine Verbindungsgruppe A gebunden ist, zur Beschichtung von Oberflächen aus Metall, Kunststoffen, gegebenenfalls modifizierten Naturstoffen, Keramik, Beton, Ton und/oder Glas.
Weiterhin sind auch Oberflächenbeschichtungen bekannt, die eine bakterizide oder fungizide Wirkung entfalten. Diese Wirkung kann beispielsweise auf in der Beschichtung enthaltenen Silberionen beruhen, die an die Schichtoberfläche diffundieren. Derartige Beschichtungen werden beispielsweise zur Sterilisation medizinischer Instrumente verwendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Ausfallrate elektroakustischer Miniaturwandler, die in Hörhilfegeräten verwendet werden, zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird bei einem elektroakustischen Miniaturwandler für ein Hörhilfegerät dadurch gelöst, dass der Miniaturwandler zumindest teilweise mit einer hydrophoben und/oder oliophoben und/oder Biofilm-hemmenden Beschichtung versehen ist, deren Schichtdicke weniger als 10μm beträgt.

Üblicherweise umfasst ein elektroakustischer Miniaturwandler für ein Hörhilfegerät ein Gehäuse, eine Wandlermembran, die zu Schwingungen angeregt wird und eine Wandlung zwischen einem akustischen und einem elektrischen Signal bewirkt, und einen Schallkanal zur Schallführung zwischen dem Gehäuseinnenraum und dem das Gehäuse umgebenden Außenraum. Anstatt eines Schallkanals kann aber auch lediglich eine Gehäuseöffnung vorhanden sein. Miniaturwandler können durch Herstellungsverfahren gefertigt werden, die vor allem aus der Silizium-Halbleitertechnologie bekannt sind. Diese Miniaturwandler sind in der Regel verhältnismäßig feuchtigkeitsunempfindlich, da sowohl das Ausgangsmaterial (Siliziumverbindungen) als auch die zur Funktion derartiger Miniaturwandler erforderlichen Beschichtungen, z.B. Metallisierungen zur Ausbildung der Elektroden, unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit sind. Allerdings haben derartige Miniaturwandler aufgrund der hohen Steifigkeit der Wandlermembranen akustische Nachteile. Die Vorteile der Erfindung wirken sich daher vor allem bei nicht in Halbleitertechnologie hergestellten Miniaturwandlern aus, die in der Regel eine weitaus feuchtigkeitsempfindlichere Wandlermembran aus Kunststoffmaterial, z.B. Mylar, aufweisen.

Durch die geringe Schichtdicke der Beschichtung, die vorzugsweise im Nanometer-Bereich liegt, wird eine ausreichende Elastizität der Beschichtung gewährleistet. Dies und die geringe zusätzliche Masse, die durch die extrem dünne Beschichtung auf die Wandlermembran aufgebracht wird, führen dazu, dass sich die akustischen Eigenschaften des Miniaturwandlers gemäß der Erfindung gegenüber einem Miniaturwandler mit unbeschichteter Wandlermembran nur unwesentlich verschlechtern. Durch die feuchtigkeits- und schmutzabweisenden Eigenschaften der Wandlermembran eines akustischen Miniaturwandlers gemäß der Erfindung behält dieser jedoch seine akustischen Eigenschaften über Jahre hinweg bei, wogegen herkömmliche Miniaturwandler starken Alterungsprozessen unterliegen.

Bei der Beschichtung handelt es sich insbesondere um ein mit organischen Gruppen modifiziertes anorganisches Kondensat auf Basis einer Beschichtungszusammensetzung, die ein Hydrolysat oder Vorkondensat aus einer oder mehreren hydrolysierbaren Verbindungen mit mindestens einem nicht-hydrolysierbaren Substituenten umfasst, wobei vorzugsweise zumindest ein Teil der organischen Gruppen des Kondensats Fluratome aufweist. Zusätzlich oder alternativ können auch Kupfer- oder Silberkolloide in der Beschichtung enthalten sein.

Eine derartige Kunststoff-Beschichtung hat den Vorteil, dass sie sehr dünn ausgebildet werden kann. Übliche Schichtdicken können beim Aufbringen der Beschichtung im Mikrometer-Bereich und nach der Trocknung im Nanometer-Bereich liegen, weshalb diese Beschichtung auch als "Nano-Beschichtung" bezeichnet wird. Die Beschichtung lässt sich ferner mit gängigen Beschichtungsverfahren wie Tauchen, Spritzen oder Aufstreichen aufbringen. Nach einer gegebenenfalls vorgenommenen kurzen Trocknung wird eine derartige Schicht dann üblicherweise unter UV-Licht gehärtet. Im Zusammenhang der Erfindung wird die Beschichtungszusammensetzung unter Berücksichtigung des beabsichtigten Beschichtungsverfahrens so gewählt, dass die Schichtdicke in getrocknetem Zustand weniger als 10μm beträgt. Ein derartiger Wert kann insbesondere durch den Lösungsmittelgehalt der Beschichtung beim Auftragen eingestellt werden.

Da sich Feuchtigkeit und Verschmutzung bei der Wandlermembran besonders negativ auswirken, sieht die Erfindung zumindest eine Beschichtung der Membranseite vor, die zu der Schalldurchlassöffnung im Gehäuse des Miniaturwandlers ausgerichtet ist. Vorteilhaft werden jedoch beide Seiten der Wandlermembran beschichtet. Der bestmögliche Schutz vor dem Eindringen von Feuchtigkeit in die Wandlermembran ist jedoch dann gegeben, wenn auch die Mantelflächen der Durchgangskanäle in der Wandlermembran, die zum barometrischen Druckausgleich dienen, beschichtet sind. Zumindest alle offenliegenden, das heißt nicht eingespannten Bereiche der Wandlermembran sind somit beschichtet und die empfindliche Wandlermembran ist vollständig von einer Schutzschicht umgeben. So können Feuchtigkeit und Schmutz nicht zu einem Aufquellen der Wandlermembran führen, was die akustischen Eigenschaften stark negativ beeinflussen würde. Die Beschichtung gemäß der Erfindung verhindert jedoch nicht nur das Eindringen von Feuchtigkeit und Öl, sondern auch Schmutzpartikel können nicht mehr an der Wandlermembran haften. Insgesamt wird dadurch die Lebensdauer eines elektroakustischen Miniaturwandlers auch unter extremen äußeren Einflüssen, wie sie bei der Anwendung in einem Hörhilfegerät vorkommen können, entschieden verlängert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden neben der Wandlermembran auch das Gehäuse, insbesondere die Innenseite des Gehäuses, und der Schallkanal des Miniaturwandlers mit einer Beschichtung mit den genannten Eigenschaften überzogen. Die Beschichtung führt zu einer Verringerung der Oberflächenenergie, wodurch sich Schmutzpartikel nicht mehr dauerhaft anlagern können. Flüssige oder fest Fremdstoffe werden so von den beschichteten Oberflächen abgewiesen. Insbesondere können sich so Cerumenteile nur schwer anlagern. Sollte dennoch Cerumen an dem Gehäuse abgelagert sein oder den Schallkanal verstopfen, so kann dieses durch die fehlende Haftung an den Oberflächen leicht ausgeschüttelt werden. Eine entsprechende Formgebung des Schallkanals oder des Gehäuses erleichtert das Ausschütteln.

Weiterhin verhindern die hydro- und/oder oliophoben Oberflächen einen Kapillareffekt. Feuchtigkeit wird damit nicht mehr durch Kapillaren aufgesogen.

Die Beschichtung gemäß der Erfindung hat bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung neben der hydrophoben und oliophoben auch eine bakterizide und fungizide Wirkung. Das feuchte und wärme Klima im Gehörgang ist ideal für das Wachstum von Bakterien und Pilzen. So können insbesondere elektroakustische Miniaturwandler von im Gehörgang getragenen Hörhilfegeräten von Bakterien- und Pilzbefall betroffen sein. Neben Schäden an den Wandlern selbst kann dadurch auch eine Entzündung bei dem Hörgeräteträger verursacht werden. Diese negativen Auswirkungen lassen sich durch eine bakterizid und fungizid wirkende Beschichtung vermeiden.

Zur Erlangung der bakteriziden und fungiziden Eigenschaften enthält die Beschichtung vorzugsweise Silberionen. Diese werden freigesetzt und diffundieren an die Oberfläche der Schicht, wo sie dann ihre Wirkung entfalten. Sie töten Bakterien und Pilze ab, indem sie ein bestimmtes Enzym blockieren, welches die Bakterien und Pilze für ihren Stoffwechsel benötigen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles. Dabei zeigt die Figur einen als Hörgerätemikrofon ausgebildeten elektroakustischen Miniaturwandler.

Das Hörgerätemikrofon gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ein Gehäuse 1 mit einem Schallstutzen 2, in dem über eine umlaufende Halterung 3 am Gehäuse 1 eine Mikrofonmembran 4 befestigt ist. Die Mikrofonmembran 4 weist kleine Bohrungen 5 für einen barometrischen Luftausgleich auf und ist gegenüber einer Gegenelektrode 6 aufgespannt. Die Schallwandlung beruht bei dieser Art von Miniaturwandlern auf dem kapazitiven Wandlerprinzip.

Gemäß der Erfindung ist auf die Mikrofonmembran 4 beidseitig eine dünne Beschichtung 7 aufgebracht. Vorteilhaft ist auch die Mantelfläche der Bohrungen 5 mit der Beschichtung 7 überzogen, so dass die Mikrofonmembran vollständig eingehüllt ist.

Die Erfindung sieht bei der Beschichtung eine Beschichtungszusammensetzung vor, bei der sich im ausgetrockneten Zustand der Schicht eine Schichtdicke ergibt, die 10μm nicht übersteigt. Vorzugsweise liegt die Schichtdicke jedoch im Nanometerbereich, weshalb die Beschichtung 7 auch als Nano-Beschichtung bezeichnet wird. Bei der Beschichtung von Miniaturwandlern kann es sinnvoll sein, den für Nano-Beschichtungen üblichen Beschichtungsprozess geringfügig zu modifizieren. Beispielsweise verbessert die Aushärtung der Beschichtung unter UV-Licht in Luft die elastischen Eigenschaften gegenüber der bei Nano-Beschichtungen üblichen Aushärtung in Schutzgasatmosphäre.

Durch die elastischen Eigenschaften und die geringe Masse der Beschichtung 7 beeinflusst diese die akustischen Eigenschaften des Miniaturwandlers allenfalls unwesentlich. Die Beschichtung 7 wirkt hydrophob, oliophob, bakterizid und fungizid. Dadurch können in die Mikrofonmembran 4 weder Feuchtigkeit noch Öl eindringen, wodurch eine Oxidation und ein Aufquellen der Mikrofonmembran 4 verhindert werden. Weiterhin bleiben Schmutzpartikel nicht an der Mikrofonmembran 4 haften. Auch Bakterien oder Pilze können sich nicht an ihr an siedeln. Insgesamt behält die Mikrofonmembran 4 dadurch auch unter den extremen äußeren Bedingungen, die bei einem Hörhilfegerät vorherrschen, ihre ursprünglichen akustischen Eigenschaften.

Vorteilhaft sind bei dem Hörgerätemikrofon gemäß dem Ausführungsbeispiel neben der Mikrofonmembran 4 auch die Gehäuseinnenseite sowie die Innenseite des Schallkanals 2 mit der Beschichtung 7 versehen. Auch hier zeigt die Beschichtung 7 die Vorteile, dass Schmutzpartikel nicht haften bleiben und damit, sofern diese in den Schallkanal oder das Wandlergehäuse eindringen sollten, leicht wieder ausgeschüttelt werden können. Darüber hinaus führt in das Hörgerätemikrofon eindringende Feuchtigkeit nicht zu einer Beschädigung des Mikrofons. Insgesamt wird dadurch die Lebensdauer eines Hörgerätemikrofons erheblich verlängert.

Durch den Zusatz einer Silberverbindung, die Silberionen freisetzt, wirkt die Beschichtung 7 zusätzlich auch bakterien- und pilzhemmend, so dass die Ansiedlung schädlicher Bakterien oder Pilze innerhalb des Hörgerätemikrofons verhindert wird. Auch hierdurch lässt sich eine Beschädigung des Hörgerätemikrofons verhindern.

Claims

Elektroakustischer Miniaturwandler mit einer Wandermembran (4) zur Verwendung in einem Hörhilfegerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlermembran (4) mit einer hydrophoben und/oder oliophoben und/oder Biofilm-hemmenden Beschichtung (7) versehen ist, deren Schichtdicke weniger als 10μm beträgt.
Elektroakustischer Miniaturwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite der Wandlermembran (4) mit der Beschichtung (7) versehen ist.
Elektroakustischer Miniaturwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Seiten der Wandlermembran (4) mit der Beschichtung (7) versehen sind.
Elektroakustischer Miniaturwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) alle freiliegenden, das heißt nicht eingespannten Bereiche der Wandlermembran (4) umhüllt.
Elektroakustischer Miniaturwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Gehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) zumindest teilweise mit einer hydrophoben und/oder oliophoben und/oder Biofilm-hemmenden Beschichtung (7) versehen ist.
Elektroakustischer Miniaturwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit wenigstens einem Schallkanal (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Schallkanal (2) zumindest teilweise mit einer hydrophoben und/oder oliophoben und/oder Biofilm-hemmenden Beschichtung (7) versehen ist.