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QUERVERWEISE ZU VERWANDTEN
ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Anmeldung ist eine Fortsetzungsanmeldung der US-Patentanmeldung
Nr. 11/742,252, welche am 30. April 2007 eingereicht wurde, welche
gemäß 35 U.
S. C §119
(e) den Nutzen bezüglich
der vorläufigen
US Anmeldung Nr. 60/895,798, welche am 20. März 2007 eingereicht wurde,
beansprucht und welche mit Silizium Elektret Mikrofon und Herstellungsverfahren
dafür betitelt
ist, wobei hierdurch deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit unter
Bezugnahme für
sämtliche
Zwecke hierin aufgenommen ist.
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HINTERGRUND
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Herkömmliche
Elektretkondensatormikrofone verwenden metallisierte Mylarfilme,
welche über einen
Metallring gespannt sind und mit Klebstoff an diesem angebracht
sind, um als Membran zu wirken. Die Spannung dieser Ring-/Filmanordnung ist
ein wesentlicher Faktor bei der Festlegung der Empfindlichkeit des
Mikrofons. Temperatur- und Feuchtigkeitsveränderungen beeinflussen die
Ring-/Filmanordnung
und der Klebstoff, welcher dazu verwendet wird den Film an dem Ring
anzubringen, kann einem Kriechen ausgesetzt sein. Dies führt zu einer
Instabilität über die
Zeit und die Umweltveränderungen
hinweg. Dies ist insbesondere dann ein Problem, wenn aufeinander
abgestimmte Paare verwendet werden, da diese dazu tendieren, über die
Zeit hinweg in ihrer Leistung auseinanderzudriften. Eine Nachfrage
nach einem Mikrofon existiert, welches eine Ring-/Filmanordnung aufweist, welche gleichmäßig expandiert wenn
sich die Temperatur verändert
und welche keinen Klebstoff für
das Anbringen der Ring-/Filmanordnung erfordert. Weiterhin ist der
Film weniger empfindlich bezüglich
Feuchtigkeit, wodurch er ein stabileres Leistungsvermögen über eine
Zeitperiode hinweg ergibt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der Offenbarung sollte Bezug genommen werden auf die folgende detaillierte
Beschreibung und auf die beigefügten
Zeichnungen, wobei:
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1 eine
Explosionsansicht ist, welche eine Mikrofonanordnung zeigt, welche
die Lehren der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Mikrofonanordnung der 1 ist,
welche die Lehren der vorliegenden Erfindung enthält;
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3 eine
vergrößerte Teilansicht
eines Antriebsabschnitts der Mikrofonanordnung ist, welche in 1 gezeigt
ist, welche die Lehren der vorliegenden Erfindung enthält;
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4A bis 4D Querschnittsansichten einer
Membrananordnung sind, welche die Lehren der vorliegenden Erfindung
enthalten;
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5 eine
Schnittansicht ist, welche die Membrananordnung der 4D zeigt,
welche die Lehren der vorliegenden Erfindung enthält;
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6 eine
vergrößerte Schnittansicht
der Membrananordnung ist, welche in 5 gezeigt
ist, welche die Lehren der vorliegenden Erfindung enthält; und
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7 eine
Draufsicht auf einen Wafer zur Ausformung einer Mehrzahl von Membrananordnungen
ist, welche die Lehren der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Bewanderte
Fachleute werden erkennen, dass die Elemente in den Figuren zum
Zwecke der Einfachheit und Klarheit gezeigt sind. Es wird weiter erkannt
werden, dass bestimmte Aktionen und/oder Schritte in einer bestimmten
Reihenfolge des Auftretens beschrieben oder gezeigt sein können, wobei die
Fachleute verstehen werden, dass eine solche Spezifität bezüglich der
Abfolge nicht tatsächlich
erforderlich ist. Es wird ebenso verstanden werden, dass die Begriffe
und Ausdrücke,
welche hierin verwendet werden, deren übliche Bedeutung haben, so wie
sie solchen Begriffen und Ausdrücken
bezüglich der
entsprechenden Befragungsgebiete und Lehren zugeordnet werden, außer dort,
wo hierin spezifische Bedeutungen anderweitig festgelegt werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Während die
vorliegende Offenbarung empfänglich
für unterschiedliche
Modifikationen und alternative Formen ist, werden bestimmte Ausführungsbeispiele
exemplarisch in den Zeichnungen gezeigt werden und diese Ausführungsbeispiele
werden hierin detailliert beschrieben werden. Es wird verstanden
werden, dass diese Offenbarung jedoch nicht dazu gedacht ist, die
Erfindung auf die besonderen beschriebenen Formen zu beschränken, sondern
im Gegenteil, dass die Erfindung dazu gedacht ist sämtliche
Modifikationen, Alternativen und Äquivalente, welche in den Geist
und den Umfang der Erfindung, so wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert
ist, zu umfassen.
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1 zeigt
eine Explosionsansicht eines Wandlers 100, welcher in nahezu
jedem Typ von Hörvorrichtungen,
wie beispielsweise Ohrhörern,
Kopfhörern,
kabellosen Bluetooth Hörsprechgarnituren, Einsatzohrhörer, schnurlose
UWB Hörsprechgarnituren,
Hörhilfen
oder ähnlichem
verwendet werden kann. Die Hörhilfen
können
hinter dem Ohr (BTE), im Ohr (ITE), im Kanal (ITC), vollständig im
Kanal (CC), kombinierte BTE/ITE, kombinierte BTE/ITC, kombinierte
BTE/CIC und ähnliche
sein. Andere Typen von Hörvorrichtungen
sind möglich.
Der Wandler 100 kann ein Empfänger, ein Lautsprecher, ein
Mikrofon, ein kombinierter Empfänger
und Mikrofon, Dualmikrofone, abhängig
von deren gewünschten
Anwendungen, sein. In dem Ausführungsbeispiel,
welches gezeigt ist, ist der Wandler 100 ein Mikrofon.
Das Mikrofon 100 umfasst ein Gehäuse, welches ein Obergehäuse 106 und
ein Untergehäuse 104 umfasst, welche
miteinander durch jegliche bekannten Techniken verbunden sind. Das
Mikrofon 100 umfasst weiterhin eine Membrananordnung 110,
ein Zwischenstück 116,
eine Rückplattenanordnung 118,
welche gemeinsam einen Antriebsabschnitt 140 bilden. Mehr Details über die
Ausbildung des Antriebsabschnitts werden folgen.
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Zumindest
eine Öffnung 108 ist
an dem Bodengehäuse 104 durch
jegliche bekannte Techniken eingeformt, um es akustischen Wellen
zu ermöglichen
einzutreten und mit dem Antriebsabschnitt 140, welcher
innerhalb der Gehäuse 104, 106 angeordnet ist,
zu interagieren. Eine elektronische Vorrichtung (nicht gezeigt),
welche an einer Leiterplatine (PCB) 120 installiert ist,
ist innerhalb der Gehäuse 104, 106 angeordnet.
Die elektronische Vorrichtung kann ein integrierter Schaltkreis
(IC)-Chip, ein Kondensator, ein Widerstand, eine Induktivität oder eine
andere passive Vorrichtungen sein, abhängig von den gewünschten
Anwendungen. Es wird verstanden werden, dass eine oder mehrere Chips
und elektronische Komponenten umfasst sein können. In einem Ausführungsbeispiel
ist die Vorrichtung ein Hybridschaltkreis. Der Hybridschaltkreis
umfasst einen Impedanzentkopplungsschaltkreis (nicht gezeigt) wie
z. B. einen Quellenfolger-Feldeffekttransistor (FET) IC. Das PCB 120 kann
drei Verbindungskabel 126, 128, 130 umfassen,
welche eine Erdung, einen Stromversorgungseingang und einen Ausgang
für das
prozessierte elektrische Signal, das zu einem Geräusch korrespondiert,
welches durch den Antriebsabschnitt des Mikrofons 100 übertragen
wurde, bereitstellen. Wie gezeigt, ist ein Verbindungsdraht 124,
welcher an dem Antriebsabschnitt 140 angeordnet ist, elektrisch
mit dem PCB 120 mittels des Verbindungsdrahts 126 gekoppelt.
Wenn das PCB 120 und der Antriebsabschnitt 140 in
ihrer endgültigen
oder geschlossenen Position innerhalb des unteren Gehäuses 104 angeordnet
sind, werden die Ober- und Untergehäuse 104, 106 fest
miteinander befestigt, wobei die inneren Komponenten in ihren Positionen
verriegelt werden. Eine flexible Schaltkreisanordnung 122 wird
dann auf der oberen Oberfläche
des Gehäuses 102 installiert,
um eine elektrische Verbindung mit den Komponenten innerhalb der
Hörvorrichtung (nicht
gezeigt) bereitzustellen. Die flexible Schaltkreisanordnung 122 umfasst
eine Mehrzahl von Anschlüssen 136,
welche einen Erdungsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen
Energieanschluss bereitstellen. Eine Mehrzahl von Lötfeldern 138 an
dem flexiblen Schaltkreis 134 der Anordnung 122 sind
elektrisch mit den Anschlüssen 136 verbunden.
Die Kabel 126, 128, 130 des PCB 129 erstrecken
sich durch eine Öffnung 132 hindurch,
welche an dem Obergehäuse 106 eingeformt
ist, und sind elektrisch mit den Anschlüssen 136 der Anordnung 122 verbunden.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Mikrofons 100, welches
die Lehren der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Eine Membrananordnung 110 (so
wie in 1 gezeigt) als ein Teil eines Antriebsabschnitts 140 ist
innerhalb eines Gehäuses 102 angeordnet.
Eine flexible Schaltkreisanordnung 122 ist fest an der
oberen Oberfläche
des Gehäuses 102 angebracht.
Das Gehäuse 102 umfasst
ein erstes Gehäuse 104 und
ein zweites Gehäuse 106,
welches an dem ersten Gehäuse 104 mittels
bekannter Technik angebracht ist. Während das Gehäuse 102 eine
zylindrische Form hat, wird verstanden werden, dass jegliche Gehäuseformen
oder Konfigurationen, die für
jegliche gewünschte
Anwendung geeignet sind, ausreichend sein können, umfassend eine nahezu
quadratische Form, eine rechteckige Form oder jegliche andere gewünschte Geometrie
und Größe. Das
Gehäuse 102 kann
aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, wie z. B. rostfreiem
Stahl, abwechselnden Lagen von leitfähigen und nicht leitfähigen Materialien
(beispielsweise mit Metallpartikeln beschichtetes Plastik) oder ähnlichem.
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3 zeigt
einen Antriebsabschnitt 140, welcher innerhalb eines Untergehäuses 104 des
Mikrofons 100, so wie es in 1 gezeigt
ist, angeordnet ist. Der Antriebsabschnitt 140 umfasst
eine Membrananordnung 110, eine Rückplattenanordnung 118 und
ein Zwischenstück 116.
Das Zwischenstück 116, welches
eine Dicke aufweist, ist zwischen der Membrananordnung 110 und
der Rückplattenanordnung 118 platziert.
Das Zwischenstück 116 ist
in Form einer ringförmigen
Ringform vorgesehen und korrespondiert zu der inneren Konfiguration
des Untergehäuses 104.
Es kann typischerweise aus einem elektrisch isolierenden Material
wie Polyethylen Terephthalat (PET), Polyimid, Plastik oder ähnlichem
hergestellt sein. Andere Typen von Materialien sind möglich. Alternativ
kann das Zwischenstück
aus einem Satz von metallähnlichen
Materialien ausgewählt werden,
wie beispielsweise Nickel oder rostfreiem Stahl.
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Die
Rückplattenanordnung 118 in
der Form einer Scheibenform weist einen zentralen Abschnitt 142,
zumindest eine Reliefsektion 144, von denen drei in 1 gezeigt
sind, und zumindest eine Vorstülpung 146,
von denen drei in 1 gezeigt sind, auf und ist
an dem Zwischenstück 116 installiert.
Es wird verstanden werden, dass eine Rückplattenanordnung 118,
die jegliche Art von Formen oder Konfigurationen annehmen kann,
geeignet sein kann, umfassend eine nahezu quadratische Form, eine
Scheibenform, eine rechteckige Form oder jegliche andere gewünschte Geometrie
und Größe mit oder
ohne Rückplattenhalterung,
und diese zu der Konfiguration des Zwischenstücks 116 korrespondieren
kann. Die Rückplattenanordnung 118 umfasst
eine leitfähige Lage 118a und
eine geladene Lage 118b. Die geladene Lage 118b kann
ausgewählt
sein aus einem Satz von Materialien, welche thermoplastische Materialien
mit guten Ladungsspeicherungscharakteristika, einer guten chemischen
Widerstandsfähigkeit und
einer hohen Temperaturstabilität
aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel
kann die geladene Lage 118b ein fluoriertes Ethylenpropylenmaterial
sein, welches herkömmlicherweise
unter der Handelsbezeichnung TEFLON erhältlich ist, oder jegliche ähnliche
Materialien. Andere Materialtypen sind möglich. Die leitfähige Lage 118a ist
aus einem elektrisch leitfähigen
Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Gold, einem Metallpartikel
beschichteten Polymer oder ähnlichem,
hergestellt, zum Übertragen
von Signalen aus der geladenen Lage 118b. Andere Materialtypen
sind möglich.
Eine optionale Polymerlage (nicht gezeigt) kann an der leitfähigen Lage 118a durch
jegliche bekannten Techniken angebracht sein.
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Die
Membrananordnung 110 umfasst eine Haltestruktur 112 und
eine Membran 114. Mehr Details über die Ausformung der Membrananordnung werden
hierin in größerem Detail
diskutiert werden. Wie in 3 gezeigt,
wird die geladene Lage 118b der Rückplattenanordnung 118 direkt
der Membran 114 der Membrananordnung 110 ausgesetzt
und ist von der Membrananordnung durch das Zwischenstück 116 separiert.
Die Bodenoberfläche
der Haltestruktur 112 steht in Kontakt mit der inneren
Wand des Untergehäuses 104.
Die Membran 114 der Membrananordnung 110 ist typischerweise
einer akustischen Öffnung 108 ausgesetzt,
welche von der Membran 114 durch die Haltestruktur 112 separiert
ist. Ein optionales Dämpfungselement
(nicht gezeigt) kann an dem Untergehäuse 104 angebracht
sein, um zu verhindern, dass Schmutz in das Untergehäuse 104 durch
die Öffnung 108 eintritt,
welcher den Antriebsabschnitt 140 beschädigen könnte.
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4A bis 4D zeigen
ein Beispiel des Herstellens einer Membrananordnung 110,
wie sie in einem Mikrofon 100 verwendet wird. Silikon-auf-Isolator
(SOI) Wafer 200, welche herkömmlicherweise unter der Handlebezeichnung
UNIBOND von Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. erhältlich sind, oder jegliche ähnliche
Materialien werden verwendet. Andere Materialtypen sind möglich, ohne
vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Wafer 200 umfassen eine
erste Lage eines Einkristallsilikons 202, welcher eine
gleichmäßige Dicke
von ungefähr
1 μm aufweisen,
eine Mittellage 206 und einen Handhabungswafer 204.
Die Mittellage 206 ist typischerweise ein Silikondioxidfilm;
andere Filmmaterialien sind jedoch möglich. Wie in 4B gezeigt,
sind die erste Silikonlage 202 und der Film 206 am
Umfang geätzt,
unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen (RIE) (nicht gezeigt).
Andere Ätztypen
sind möglich.
Alternativ kann der Umfang des Films 206 in dem letzten Schritt
des Herstellens der Membrananordnung 110 geätzt werden,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Ein Abschnitt der ersten
Lage 202 wird selektiv geätzt, um ein Einstichloch 148 (engl.:
pierce hole) auszuformen. Mehr als ein Einstichloch kann für gewünschte Anwendungen
möglich
sein. Ein Abschnitt der Zwischenlage 206, welche der Umgebung durch
das Einstichloch 108 ausgesetzt ist, wird dann geätzt. Die
erste Lage 202 formt eine Membran 114 der Membrananordnung 110 aus.
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Nun,
Bezug nehmend auf 4C, wird der Handhabungswafer 204 dann
von hinten geätzt,
um eine Haltestruktur 112 der Membrananordnung 110 auszuformen.
Der Ätzprozess
kann z. B. tiefes reaktives Ionenätzen (DRIE) sein. Andere Typen
des Ätzens
sind möglich.
Die zweite Oberfläche
des Films 206, welche der Umgebung ausgesetzt ist, wird
dann entfernt, unter Verwendung jeglicher herkömmlicher Ätzlösung (nicht gezeigt), wobei
die Membran 114, so wie in 4D gezeigt,
gelöst
wird. Wie früher
bereits erwähnt,
werden der Umfang des Films 206 und die zweite Oberfläche des
Films 206, welche der Umgebung ausgesetzt sind, in einem
einzelnen Prozess geätzt,
nachdem die Haltestruktur 112 geformt ist.
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Die 5 bis 6 zeigen
eine Membrananordnung 110 für ein Mikrofon 100.
Die Membrananordnung 110 umfasst eine Haltestruktur 112 und
eine Membran 114. Die Haltestruktur 112 in der
Art einer ringförmigen
Ringform und korrespondierend zu der internen Konfiguration des
Gehäuses
umfasst einen äußeren Durchmesser
von ungefähr
1,0 mm bis 3,0 mm, wie beispielsweise 3,0 mm, ungefähr 2,5 mm, ungefähr 2,2 mm,
ungefähr
2,0 mm, ungefähr
1,5 mm oder ungefähr
1,0 mm. Die Haltestruktur 112 hat einen inneren Durchmesser
von ungefähr
0,5 mm bis 2,0 mm, wie beispielsweise ungefähr 2,0 mm, ungefähr 1,8 mm,
ungefähr
1,5 mm, ungefähr
1,0 mm oder ungefähr
0,5 mm. Die Dicke der Haltestruktur ist ungefähr 80 μm bis 200 μm, wie beispielsweise ungefähr 200 μm, ungefähr 150 μm, ungefähr 125 μm, ungefähr 100 μm oder ungefähr 80 μm. Die Membran 114 in
der Form einer Scheibe wird mit der Haltestruktur 112 durch
die mittlere Oxidlage 206 (wie in 4D) in
Kontakt gehalten. Die Dicke der Membran 114 ist ungefähr 0,5 μm bis 2,0 μm, wie beispielsweise
ungefähr
2,0 μm,
ungefähr
1,5 μm,
ungefähr
1,0 μm oder
ungefähr
0,5 μm.
Es wird verstanden werden, dass die Größe der Haltestruktur 112 und
die Dicke der Membran 114 zu der Konfiguration des Mikrofons
korrespondieren, abhängig
von den gewünschten
Anwendungen. Ein Einstichloch 148, mit einem Durchmesser
von kleiner als 75 μm,
wie beispielsweise kleiner als 60 μm, wie beispielsweise kleiner
als 50 μm,
wie beispielsweise kleiner als 40 μm, wie beispielsweise kleiner
als 30 μm,
wie beispielsweise kleiner als 20 μm, wie beispielsweise kleiner
als 15 μm,
wie beispielsweise kleiner als 13 μm, wie beispielsweise kleiner
als 10 μm,
wie beispielsweise kleiner als 8 μm,
ist an der Membran 114 ausgeformt, so wie in 6 gezeigt.
Das Einstichloch 148 wird verwendet, um die tieffrequente
Dämpfung
des Mikronfons 100 zu regeln. Ein Vorteil der Siliziummembrananordnung
ist, dass kein Klebstoff erforderlich ist, da die Membran und die
Haltestruktur in einem einzigen Prozess hergestellt werden. Die
Siliziummembrananordnung expandiert gleichmäßig, wenn sich die Temperatur
verändert,
da der Ring und die Membran aus dem identischen Material zusammengesetzt
sind. Weiterhin reagiert die Membran nicht auf Veränderungen
der Feuchtigkeit. Da die Membrananordnung eine monolithische Siliziumstruktur
ist, können
aufeinander abgestimmte Paare von Wandlern über eine längere Zeitperiode hinweg garantiert
werden.
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7 zeigt
eine Draufsicht auf einen Wafer 300 zum Ausformen einer
Mehrzahl von Membrananordnungen. Der Wafer 300 wird dann
auf einem Schneideband (nicht gezeigt) installiert und nachfolgend
entlang einer Schneidestraße 302 geschnitten, um
eine Mehrzahl von Membrananordnungen 110 zu produzieren.
Das Schneiden kann realisiert werden unter Verwendung einer Säge, eines
Lasers, oder durch Ritzen und Brechen. Andere Beispiele von Schneideprozessen
sind möglich.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung sind hierin beschrieben, umfassend der beste Modus
zur Ausführung
der Erfindung, welcher den Erfindern bekannt ist. Es sollte verstanden
werden, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele
nur exemplarisch sind und nicht als den Schutzumfang der Erfindung
limitierend anzusehen sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Vorrichtung
zum Wandeln zwischen einem akustischen Signal und einem elektrischen
Signal, umfasst eine Rückplattenanordnung
umfassend eine geladene Lage und eine leitfähige Lage und eine Membrananordnung,
welche in einem vorbestimmten Abstand von der Rückplattenanordnung angeordnet
ist. Die Membrananordnung umfasst eine Haltestruktur und eine Membran,
wobei die Membran in Reaktion auf ein akustisches Signal vibriert
und monolithisch an der Haltestruktur geformt ist, wobei die Haltestruktur
und die Membran aus einem gemeinsamen Material zusammengesetzt werden,
welches eine thermomechanische Eigenschaft aufweist. Die Vorrichtung
umfasst weiterhin ein Zwischenstück, eine
Leiterplatte (PCB) und ein Gehäuse.
Das Zwischenstück
ist zwischen der Rückplattenanordnung und
der Membrananordnung ausgeformt, wobei diese zusammen einen Antriebsabschnitt
ausbilden. Der Antriebsabschnitt und das PCB sind in dem Gehäuse angeordnet.