DE112016005824T5 - Mikrofon mit einem hydrophoben eindringungsschutz - Google Patents

Mikrofon mit einem hydrophoben eindringungsschutz Download PDF

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Sagnik Pal
Sung Bok Lee
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Abstract

Ein Mikrofon umfasst eine Basis mit einer sich durch diese hindurch erstreckenden Öffnung und eine MEMS (mikroelektromechanisches System)-Einrichtung, die mit der Basis gekoppelt ist. Die MEMS-Einrichtung enthält eine Schwingungsmembran, eine Rückplatte und ein Substrat. In dem Substrat ist ein Rückloch ausgebildet. Ein Kapillaraufbau ist in dem Rückloch des Substrats und/oder in der Abdeckung neben der MEMS-Einrichtung angeordnet. Der Kapillaraufbau umfasst eine Vielzahl von Kapillaren, die sich durch den Kapillaraufbau erstrecken. Der Kapillaraufbau kann wenigstens eine hydrophobe Fläche aufweisen und ist konfiguriert, um zu verhindern, dass Kontaminationsstoffe von außerhalb des Mikrofons durch die Öffnung zu der Schwingungsmembran gelangen. In einigen Ausführungsformen kann der Kapillaraufbau einen Schutz gegenüber einer elektromagnetischen Interferenz (EMI) vorsehen

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/269,186 vom 18. Dezember 2015, deren gesamter Inhalt hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Anmeldung betrifft eine Feuchtigkeitsunterdrückung, einen Eindringungsschutz und einen Schutz vor einer elektromagnetischen Interferenz (EMI) in einer MEMS (mikroelektromechanisches System)-Einrichtung. Insbesondere betrifft diese Anmeldung die Verwendung eines Kapillaraufbaus mit hydrophoben Eigenschaften in einer MEMS-Einrichtung.
  • HINTERGRUND
  • Es werden verschiedene Typen von akustischen Einrichtungen verwendet. Ein Einrichtungstyp ist ein Mikrofon. In einem MEMS (mikroelektromechanisches System)-Mikrofon enthält eine MEMS-Einrichtung wenigstens eine Schwingungsmembran und wenigstens eine Rückplatte. Die MEMS-Einrichtung wird durch ein Substrat gehalten und durch ein Gehäuse (z.B. einen Napf oder eine Abdeckung mit Wänden) eingeschlossen. Eine Öffnung kann sich durch das Substrat (bei einer Einrichtung mit einer unteren Öffnung) oder durch die obere Seite des Gehäuses (bei einer Einrichtung mit einer oberen Öffnung) erstrecken. In jedem Fall geht Schallenergie durch die Öffnung hindurch, bewegt die Schwingungsmembran und erzeugt ein sich änderndes Potential der Rückplatte, wodurch ein elektrisches Signal erzeugt wird. Mikrofone werden in verschiedenen Typen von Einrichtungen wie etwa PCs oder Mobiltelefonen verwendet.
  • Feuchtigkeit, Staub oder andere Partikel können durch die Öffnung hindurchgehen und die MEMS-Einrichtung kontaktieren. Partikel mit einer Größe von nur wenigen Mikrometern können die Performanz des Mikrofons beeinträchtigen, insbesondere bei hohen Schalldruckpegeln.
  • Es werden verschiedene Eindringungsschutzpraktiken verwendet, um ein Hindurchgehen von Partikeln durch die Öffnung und ein Kontaktieren der MEMS-Einrichtung zu verhindern. Zum Beispiel können poröse Membranen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder einem Polyethylen mit einem ultrahohen Molekulargewicht (UHMWPE) in der Nähe einer Öffnung vorgesehen werden. Derartige Membranen weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Zum Beispiel sind für die Herstellung und die Installation von derartigen Membranen zusätzliche Schritte während der Montage des Mikrofons erforderlich. Weiterhin verursachen die akustischen Eigenschaften derartiger Membranen häufig unvorteilhafte Geräusche oder beeinträchtigen die Performanz der Einrichtung auf andere Weise. Vibration einer Membran können auch unerwünschte Signale in dem Mikrofon erzeugen. Außerdem kann die Mikrostruktur der Membran für bestimmte Anwendungen nicht optimal sein. Diese und andere Nachteile haben bei verschiedenen Ansätzen zu einer Unzufriedenheit der Benutzer geführt.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
    • 1 ist eine Querschnittansicht eines Mikrofons mit einer unteren Öffnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 2 ist eine Querschnittansicht eines Mikrofons mit einer oberen Öffnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Kapillaraufbaus gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 4 ist eine Querschnittansicht einer Kapillare gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 5 ist eine Querschnittansicht einer Kapillare mit einem Nutgradienten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 6 ist eine Querschnittansicht einer Kapillare mit einem Nutgradienten und einer hydrophilen Schicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 7 ist eine Querschnittansicht einer MEMS-Einrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 8 ist eine Querschnittansicht einer MEMS-Einrichtung mit einer reduzierten Substratdicke gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 9 ist eine Querschnittansicht einer MEMS-Einrichtung mit einer reduzierten Kapillaraufbaudicke gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
  • Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die in den Figuren gezeigten Elemente der Deutlichkeit halber vereinfacht dargestellt sind. Weiterhin werden bestimmte Aktionen und/oder Schritte in einer bestimmten Reihenfolge beschrieben oder gezeigt, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass diese Aktionen und/oder Schritte auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können. Die hier verwendete Terminologie ist in ihrer allgemeinen Bedeutung zu verstehen, außer wenn eigens auf eine spezielle Bedeutung hingewiesen wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die hier angegebenen Ansätze sehen eine Feuchtigkeitsunterdrückung und einen Eindringungsschutz vor. Insbesondere sehen die hier angegebenen Ansätze einen Kapillaraufbau vor, der in einem Mikrofon positioniert wird, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit oder solide Partikel eine MEMS-Einrichtung beeinträchtigen oder beschädigen. Die hier angegebenen Kapillaraufbauten weisen vorzugsweise hydrophobe Eigenschaften auf. Unter „hydrophob“ ist eine wasserabstoßende Eigenschaft zu verstehen. Die hier angegebenen Ansätze sehen weiterhin einen Schutz vor einer elektromagnetischen Interferenz (EMI) in einer MEMS-Einrichtung vor und können weiterhin die MEMS-Robustheit gegenüber Luftdetonationsereignissen verbessern. Durch das Vorsehen der hier angegebenen Kapillaraufbauten werden verschiedene Konfigurationen von Mikrofonen und MEMS-Einrichtungen wie etwa größere Öffnungsdurchmesser und reduzierte Substratdicken ermöglicht.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Mikrofon 100 mit einer unteren Öffnung eine Basis 102 (z.B. eine Leiterplatte), die mit einer Abdeckung 104 gekoppelt ist. Die Abdeckung 104 kann aus einem geeigneten Material wie etwa einem Metall bestehen. Eine Mikrofonöffnung 106 erstreckt sich durch die Basis 102, damit Schall in das Mikrofon 100 eintreten kann. Mit der Basis 102 sind eine MEMS (mikroelektromechanisches System)-Einrichtung 108 und eine Verarbeitungseinrichtung 110, die mit der MEMS-Einrichtung 108 über einen Draht 112 verbunden ist, gekoppelt. Die Verarbeitungseinrichtung 110 kann eine Variante von verschiedenen Verarbeitungseinrichtungen sein und kann gemäß einem Aspekt ein elektronischer, integrierter Schaltkreis sein, der Verstärkungsfunktionen für das durch die MEMS-Einrichtung 108 erhaltene Signal vorsieht.
  • Die MEMS-Einrichtung 108 enthält ein Substrat 114, das eine Schwingungsmembran 116 und eine Rückplatte 118 hält. In einem bevorzugten Ansatz ist das Substrat 114 ein Siliziumsubstrat. Es können aber auch andere Substratmaterialien verwendet werden. In dem Substrat 114 ist ein Rückloch 120 ausgebildet, durch das durch die Mikrofonöffnung 106 hindurchgehender Schall in die MEMS-Einrichtung 108 eintreten kann. Während des Betriebs bewegt ein in die MEMS-Einrichtung 108 eintretender Schall die Schwingungsmembran 116, die wiederum einen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung für eine Wiedergabe des Schalls erzeugt. Der elektrische Strom oder die elektrische Spannung wird für eine weitere Verarbeitung zu der Verarbeitungseinrichtung 110 übertragen.
  • In dem Beispiel von 1 weist das Substrat 114 einen Kapillaraufbau 122 auf, der eine Vielzahl von Kapillaren 124 umfasst, die eine Kapillaranordnung bilden. Die Kapillaren 124 werden durch Kapillarwände definiert, die sich von einer ersten Fläche des Substrats 114 zu einer zweiten Fläche gegenüber der ersten Fläche erstrecken. Unter einer Kapillare ist hier ein länglicher Kanal zu verstehen, der einen akustischen Pfad vorsieht.
  • In einem bevorzugten Ansatz ist der Kapillaraufbau 122 derart angeordnet, dass er das Rückloch 120 vollständig füllt. Insbesondere ist der Kapillaraufbau 122 integriert mit dem Substrat 114 in dem Rückloch 120 des Substrats 114 ausgebildet. Wie hier im größeren Detail erläutert wird, weist der Kapillaraufbau 122 wenigstens eine hydrophobe Fläche auf und dient dazu, zu verhindern, dass Kontaminationsstoffe von außerhalb des Mikrofons 100 zu der Schwingungsmembran 116 gelangen.
  • Wie in 2 gezeigt, kann das Mikrofon ein Mikrofon 200 mit einer oberen Öffnung sein. Ähnlich wie bei dem Mikrofon mit einer unteren Öffnung von 1 umfasst das Mikrofon 200 eine Basis 202, die mit einer Abdeckung 204 gekoppelt ist. Bei diesem Ansatz erstreckt sich eine Mikrofonöffnung 206 durch einen oberen Bereich der Abdeckung 204, damit Schall in das Mikrofon 200 eintreten kann. Mit der Basis 202 sind eine MEMS-Einrichtung 208 und eine Verarbeitungseinrichtung 210, die mit der MEMS-Einrichtung 208 über einen Draht 212 verbunden ist, gekoppelt. Bei diesem Ansatz ist ein erster Kapillaraufbau 214a neben der Mikrofonöffnung 206 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich zu dem ersten Kapillaraufbau 214a ist ein zweiter Kapillaraufbau 214b neben der MEMS-Einrichtung 208 angeordnet. Die Kapillaraufbauten 214a, 214b umfassen eine Vielzahl von Kapillaren 216a, 216b, die Kapillaranordnungen bilden. Die Kapillaraufbauten 214a, 214b können aus Silizium ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere Beispiele möglich.
  • Wie in dem beispielhaften Kapillaraufbau 300 von 3 gezeigt, werden die Kapillaren 302 durch Kapillarwände 304 gebildet, die sich durch ein Substrat 306 erstrecken. Die Kapillaren 302 können eine zylindrische Form oder eine andere geeignete geometrische Form aufweisen. Die Kapillaren 302 können durch einen beliebigen, geeigneten Prozess ausgebildet werden, wie etwa durch eine Oberflächen-Mikrobearbeitung, eine Massen-Mikrobearbeitung, eine Selbstmontage, ein 3D-Mikrodrucken oder eine 3D-Lithographie. In einem Ansatz wird der Kapillaraufbau aus dem gleichen Material wie das mit einer MEMS-Einrichtung verbundene Substrat (z.B. das Substrat 114 von 1) ausgebildet. Zum Beispiel können das Substrat und der Kapillaraufbau aus Silizium ausgebildet sein. Bei diesem Ansatz kann die Herstellung des Kapillaraufbaus 300 vollständig mit der Herstellung einer MEMS-Einrichtung integriert sein. In einem anderen Ansatz wird der Kapillaraufbau als ein diskreter Aufbau ausgebildet und mit dem MEMS-Substrat integriert. Bei diesem Ansatz können das Substrat und der Kapillaraufbau aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein.
  • In einigen Ansätzen ist der Kapillaraufbau elektrisch leitend. Es wird davon ausgegangen, dass ein elektrisch leitender Kapillaraufbau einen verbesserten EMI-Schutz bietet. Dies kann zum Beispiel bewerkstelligt werden, indem der Kapillaraufbau in einer Schicht aus einem hoch dotierten Silizium hergestellt wird.
  • Der Kapillaraufbau 300 ist derart aufgebaut, dass er ein Eindringen von Kontaminationsstoffen von außerhalb des Mikrofons in die MEMS-Einrichtung verhindert. In einem bevorzugten Ansatz weist wenigstens ein Teil des Kapillaraufbaus 300 hydrophobe Eigenschaften auf. In einem Aspekt besteht das Substrat 306, in dem der Kapillaraufbau 300 ausgebildet ist, aus einem hydrophoben Material wie etwa Polytetrafluorethylen. In einem anderen Aspekt sind die Kapillarwände 304 mit einer hydrophoben Beschichtung beschichtet. Die hydrophobe Beschichtung kann aus einem Polymer wie etwa Parylen und insbesondere Parylen C bestehen. Die hydrophobe Beschichtung kann auf die Kapillarwände 304 angewendet werden. In einer Ausführungsform kann eine hydrophobe Beschichtung auf den Kapillarwänden 304 aus einem Plasma bestehen, das behandelt wurde, um die Hydrophobie zu steigen (z.B. einem SF6 + O2-Plasma).
  • In einem weiteren Aspekt wird wie in 4 gezeigt die Hydrophobie der Kapillaren 402 erhöht, indem die Kapillarwände 404 derart hergestellt werden, dass sie Nuten, Dellen, Rippen oder andere Variationen auf der Oberfläche der Kapillarwände 404 aufweisen. Die Nuten 406 können unter Verwendung eines Ätzprozesses wie etwa eines tiefen reaktiven Ionenätzens (DRIE) ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann eine hydrophobe Beschichtung auf die Kapillarwände 404 aufgetragen werden. Aufgrund der hohen Hydrophobie und/oder Kapillaraktion verhindern die Nuten und/oder die hydrophobe Beschichtung auf den Kapillarwänden das Eindringen von Wasser in eine MEMS-Einrichtung. Außerdem schwächt die schmale Öffnung der Kapillaren das Eindringen von soliden Stoffen in eine MEMS-Einrichtung ab. Und wenn das Massenmaterial, in dem die Kapillaren ausgebildet sind, eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, kann der Aufbau einen EMI-Schutz für die MEMS-Einrichtung vorsehen. Die Nuten 406 können gleichmäßig entlang der Länge der Kapillarwände 404 wie in 4 gezeigt beabstandet sein. Alternativ dazu können die Nuten 506 wie in 5 gezeigt ungleichmäßig entlang der Länge der Kapillarwände 504 der Kapillaren 502 beabstandet sein. Durch eine Modulation der Verteilung der Nuten 506 wird ein Hydrophobiegradient entlang der Länge der Kapillare 502 erzeugt, der derart wirkt, dass Wassertröpfchen weg von einer MEMS-Einrichtung entlang der Länge der Kapillare 502 wie durch den Pfeil 508 angegeben geführt werden. Ein derartiger Hydrophobiegradient kann verwendet werden, um durch Kondensation abgelagerte Wassertröpfchen wegzuführen.
  • In einem anderen Aspekt kann wie in 6 gezeigt eine hydrophile Schicht 608 auf einer Fläche 610 neben der Kapillare 602 aufgetragen werden. Die hydrophile Schicht 608 kann zum Beispiel aus Siliziumdioxid bestehen. In diesem Ansatz werden Wassertröpfchen in der Nähe des Endes der Kapillare 602 durch die hydrophile Schicht 608 aus der Kapillare 602 wie durch die Pfeile 612 angegeben gezogen. Die Feuchtigkeit auf der hydrophilen Schicht 608 kann dann verdampfen, ohne die MEMS-Einrichtung zu beschädigen.
  • Wie in 7 gezeigt, enthält eine MEMS-Einrichtung 702 ein Substrat 704, eine Rückplatte 706, die durch das Substrat 704 gehalten wird, und Zapfen 708, die eine Schwingungsmembran 710 halten. Die MEMS-Einrichtung 702 ist neben einer Mikrofonöffnung 712 in einer Mikrofonbasis 714 angeordnet. Das Substrat 704 enthält einen Kapillaraufbau 716, der ein Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen Partikeln in die MEMS-Einrichtung 702 verhindert. In einer Ausführungsform weist das Substrat 704, in dem der Kapillaraufbau ausgebildet ist, eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch ein höhere EMI-Schutz vorgesehen wird. Wenigstens teilweise aufgrund des wie vorstehend erläutert durch den Kapillaraufbau 716 vorgesehenen Schutzes kann die Mikrofonöffnung 712 beträchtlich vergrößert werden, ohne das Risiko einer Beschädigung der MEMS-Einrichtung 702 wesentlich zu erhöhen. Während zum Beispiel eine Mikrofonöffnung ohne einen Eindringungsschutz auf einen Durchmesser von ungefähr 250 µm beschränkt sein kann, kann die Mikrofonöffnung 712 von 7 wegen des vorhandenen Kapillaraufbaus 716 einen Durchmesser von ungefähr 800 µm aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass durch die Vergrößerung der Mikrofonöffnung ein Rauschen an der MEMS-Einrichtung reduziert wird.
  • Wie in 8 gezeigt, umfasst eine MEMS-Einrichtung 802 ein Substrat 804, eine Rückplatte 806, die durch das Substrat 804 gehalten wird, und Zapfen 808, die eine Schwingungsmembran 810 halten. Das Substrat 804 weist einen Kapillaraufbau 812 wie hier erläutert auf. In diesem Ansatz kann wenigstens teilweise aufgrund der durch den Kapillaraufbau 812 vorgesehenen zusätzlichen mechanischen Festigkeit die Dicke des Substrats 804 und des Kapillaraufbaus 812 beträchtlich reduziert werden. Zum Beispiel kann die Dicke des Substrats 804 von ungefähr 160 µm auf ungefähr 80 µm reduziert werden. Dadurch wird die Gesamthöhe der MEMS-Einrichtung 802 reduziert, wodurch eine größere Flexibilität für den Entwurf des Mikrofons ermöglicht wird.
  • Wie in 9 gezeigt, umfasst eine MEMS-Einrichtung 902 ein Substrat 904, eine Rückplatte 906, die durch das Substrat 904 gehalten wird, und Zapfen 908, die eine Schwingungsmembran 910 halten. Das Substrat 904 weist einen Kapillaraufbau 912 wie hier erläutert auf. In diesem Ansatz weisen das Substrat 904 und der Kapillaraufbau 912 verschiedene Dicken auf. Zum Beispiel kann das Substrat 904 eine Dicke von ungefähr 160 µm aufweisen und kann der Kapillaraufbau 912 eine Dicke von ungefähr 30 µm aufweisen. Die reduzierte Dicke des Kapillaraufbaus 912 reduziert akustisches Rauschen und verbessert das gesamte Signa-zu-Rauschen-Verhältnis. Es kann also ein Eindringungs- und/oder EMI-Schutz mit einer minimalen Auswirkung auf die akustische Performanz erzielt werden.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen sehen einen Kapillaraufbau vor, der eine verbesserte Wasserdichtigkeit und einen verbesserten Eindringungsschutz in akustischen Einrichtungen bietet. Die Ausführungsformen reduzieren außerdem vorteilhaft den Zeit- und Kostenaufwand für die Montage des Mikrofons, reduzieren eine Teil-zu-Teil-Variation aufgrund der verbesserten Wiederholbarkeit von Mikroherstellungstechniken, sieht verbesserte Entwurfsmöglichkeiten für eine Optimierung des Eindringungsschutzes, der Wasserdichtung und der akustischen Eigenschaften vor, vereinfacht eine Miniaturisierung und reduziert Vibrationen im Vergleich zu herkömmlichen Membranansätzen.
  • Die Ausführungsformen können in elektronischen Accessoires (wie etwa Smartwatches, Smartglasses, Smartbands, intelligenten Schmuckstücken oder Activity-Trackern), tragbaren elektronischen Geräten (wie etwa Mobiltelefonen oder Tablets), Unterwasserkameras und Mikrofonen für die Verwendung in rauen Umgebungsbedingungen verwendet werden.
  • Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und den Erfindungsumfang nicht einschränken.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62269186 [0001]

Claims (18)

  1. Mikrofon, wobei das Mikrofon umfasst: eine Basis, wobei die Basis eine sich durch sie hindurch erstreckende Öffnung aufweist, eine MEMS (mikroelektromechanisches System)-Einrichtung, die mit der Basis gekoppelt ist, wobei die MEMS-Einrichtung eine Schwingungsmembran, eine Rückplatte und ein Substrat umfasst, wobei in dem Substrat ein Rückloch ausgebildet ist, und einen Kapillaraufbau, der in dem Rückloch des Substrats angeordnet ist, wobei der Kapillaraufbau eine Vielzahl von Kapillaren enthält, die sich durch den Kapillaraufbau erstrecken, wobei der Kapillaraufbau konfiguriert ist, um zu verhindern, dass Kontaminationsstoffe von außerhalb des Mikrofons die Schwinungsmembran durch die Öffnung erreichen.
  2. Mikrofon nach Anspruch 1, wobei der Kapillaraufbau wenigstens eine hydrophobe Fläche umfasst.
  3. Mikrofon nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine hydrophobe Fläche wenigstens eine Kapillarwand ist und wobei die Kapillarwand eine hydrophobe Beschichtung aufweist.
  4. Mikrofon nach Anspruch 3, wobei die hydrophobe Beschichtung aus einem Parylenpolymer besteht.
  5. Mikrofon nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine hydrophobe Fläche wenigstens eine Kapillarwand ist und wobei die Kapillarwand eine Vielzahl von Nuten entlang der Länge der Kapillarwand aufweist.
  6. Mikrofon nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl von Nuten ungleichmäßig entlang der Länge der Kapillarwand beabstandet sind, um einen Hydrophobiegradienten vorzusehen.
  7. Mikrofon nach Anspruch 1, das weiterhin eine hydrohphile Schicht umfasst, die auf einer Fläche des Kapillaraufbaus aufgetragen ist.
  8. Mikrofon nach Anspruch 1, wobei der Kapillaraufbau mit dem Substrat integriert ist.
  9. Mikrofon nach Anspruch 1, wobei der Kapillaraufbau ein diskreter Aufbau ist, der separat zu dem Substrat ist.
  10. Mikrofon nach Anspruch 1, wobei der Kapillaraufbau in im Wesentlichen dem gesamten Rückloch angeordnet ist.
  11. Mikrofon nach Anspruch 1, wobei der Kapillaraufbau eine Abschirmung gegenüber einer elektromagnetischen Interferenz vorsieht.
  12. Mikrofon, wobei das Mikrofon umfasst: eine Basis, eine Abdeckung, wobei die Abdeckung eine sich durch diese hindurch erstreckende Öffnung aufweist, ein MEMS (mikroelektromechanisches System)-Einrichtung, die mit der Basis gekoppelt ist, wobei die MEMS-Einrichtung eine Schwingungsmembran und eine Rückplatte enthält, und einen Kapillaraufbau, der mit der Abdeckung und/oder der MEMS-Einrichtung verbunden ist, wobei der Kapillaraufbau eine Vielzahl von Kapillaren umfasst, die sich durch den Kapillaraufbau erstrecken, wobei der Kapillaraufbau konfiguriert ist, um zu verhindern, dass Kontaminationsstoffe von außerhalb des Mikrofons die Schwingungsmembran erreichen.
  13. Mikrofon nach Anspruch 12, wobei der Kapillaraufbau die Öffnung bedeckt und eine Eindringung abschwächt.
  14. Mikrofon nach Anspruch 12, wobei der Kapillaraufbau ein diskreter Aufbau ist, der neben der MEMS-Einrichtung angeordnet ist.
  15. Mikrofon nach Anspruch 12, wobei der Kapillaraufbau integriert mit der MEMS-Einrichtung ausgebildet ist.
  16. Mikrofon nach Anspruch 12, wobei der Kapillaraufbau einen ersten Kapillaraufbau, der die Öffnung bedeckt, umfasst und wobei das Mikrofon weiterhin einen mit der MEMS-Einrichtung verbundenen zweiten Kapillaraufbau umfasst.
  17. Mikrofon nach Anspruch 12, wobei der Kapillaraufbau wenigstens eine hydrophobe Fläche aufweist.
  18. Mikrofon nach Anspruch 12, wobei der Kapillaraufbau eine Abschirmung gegenüber einer elektromagnetischen Interferenz vorsieht.
DE112016005824.1T 2015-12-18 2016-12-01 Mikrofon mit einem hydrophoben eindringungsschutz Pending DE112016005824T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562269186P 2015-12-18 2015-12-18
US62/269,186 2015-12-18
PCT/US2016/064354 WO2017105851A1 (en) 2015-12-18 2016-12-01 Microphone with hydrophobic ingress protection

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Publication Number Publication Date
DE112016005824T5 true DE112016005824T5 (de) 2018-08-30

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Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112016005824.1T Pending DE112016005824T5 (de) 2015-12-18 2016-12-01 Mikrofon mit einem hydrophoben eindringungsschutz

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US (1) US10433071B2 (de)
CN (1) CN108370477B (de)
DE (1) DE112016005824T5 (de)
WO (1) WO2017105851A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016102923A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-30 Cirrus Logic International Semiconductor Limited Mems transducer package
US11109162B2 (en) * 2017-05-05 2021-08-31 Goertek Inc. MEMS microphone
DE102017211451B4 (de) * 2017-07-05 2019-03-21 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
WO2020072938A1 (en) 2018-10-05 2020-04-09 Knowles Electronics, Llc Methods of forming mems diaphragms including corrugations
CN112823532B (zh) 2018-10-05 2022-05-31 美商楼氏电子有限公司 具有入口防护部的麦克风设备
CN110166914A (zh) * 2019-04-12 2019-08-23 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 硅麦克风
CN110113687A (zh) * 2019-04-12 2019-08-09 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 硅麦克风
CN110677783B (zh) * 2019-09-29 2022-07-29 歌尔股份有限公司 一种发泡体材料、振动板以及扬声器
CN113132879B (zh) 2019-12-30 2023-06-30 美商楼氏电子有限公司 用于麦克风组件的声音端口适配器
CN213718168U (zh) 2019-12-30 2021-07-16 美商楼氏电子有限公司 传感器组件
WO2021142140A1 (en) 2020-01-07 2021-07-15 Vesper Technologies, Inc. Robust mems microphone
EP4169874A1 (de) * 2021-10-22 2023-04-26 Infineon Technologies AG Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung einer vielzahl von halbleiterbauelementen
US11706561B1 (en) 2021-12-23 2023-07-18 Knowles Electronics, Llc Balanced armature receiver with liquid-resistant pressure relief vent

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10160830A1 (de) 2001-12-11 2003-06-26 Infineon Technologies Ag Mikromechanische Sensoren und Verfahren zur Herstellung derselben
US8457336B2 (en) * 2004-02-05 2013-06-04 Insound Medical, Inc. Contamination resistant ports for hearing devices
DE102004011149B3 (de) 2004-03-08 2005-11-10 Infineon Technologies Ag Mikrophon und Verfahren zur Herstellung eines Mikrophons
US7268006B2 (en) 2004-12-30 2007-09-11 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electronic device including a guest material within a layer and a process for forming the same
US7795695B2 (en) 2005-01-27 2010-09-14 Analog Devices, Inc. Integrated microphone
DE102005008511B4 (de) 2005-02-24 2019-09-12 Tdk Corporation MEMS-Mikrofon
US7825484B2 (en) 2005-04-25 2010-11-02 Analog Devices, Inc. Micromachined microphone and multisensor and method for producing same
SG130158A1 (en) 2005-08-20 2007-03-20 Bse Co Ltd Silicon based condenser microphone and packaging method for the same
DE102005053765B4 (de) 2005-11-10 2016-04-14 Epcos Ag MEMS-Package und Verfahren zur Herstellung
DE102005053767B4 (de) 2005-11-10 2014-10-30 Epcos Ag MEMS-Mikrofon, Verfahren zur Herstellung und Verfahren zum Einbau
GB0605576D0 (en) 2006-03-20 2006-04-26 Oligon Ltd MEMS device
KR100722686B1 (ko) 2006-05-09 2007-05-30 주식회사 비에스이 부가적인 백 챔버를 갖고 기판에 음향홀이 형성된 실리콘콘덴서 마이크로폰
WO2008067431A2 (en) 2006-11-30 2008-06-05 Analog Devices, Inc. Microphone system with silicon microphone secured to package lid
TWI327357B (en) 2007-01-10 2010-07-11 Advanced Semiconductor Eng Mems microphone package and method thereof
TWI323242B (en) 2007-05-15 2010-04-11 Ind Tech Res Inst Package and packageing assembly of microelectromechanical system microphone
US8542850B2 (en) * 2007-09-12 2013-09-24 Epcos Pte Ltd Miniature microphone assembly with hydrophobic surface coating
TWM341025U (en) 2008-01-10 2008-09-21 Lingsen Precision Ind Ltd Micro electro-mechanical microphone package structure
US8193596B2 (en) 2008-09-03 2012-06-05 Solid State System Co., Ltd. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) package
US8351634B2 (en) 2008-11-26 2013-01-08 Analog Devices, Inc. Side-ported MEMS microphone assembly
US8325951B2 (en) 2009-01-20 2012-12-04 General Mems Corporation Miniature MEMS condenser microphone packages and fabrication method thereof
US8472648B2 (en) 2009-01-20 2013-06-25 General Mems Corporation Miniature MEMS condenser microphone package and fabrication method thereof
CN201438743U (zh) 2009-05-15 2010-04-14 瑞声声学科技(常州)有限公司 麦克风
CN101651917A (zh) 2009-06-19 2010-02-17 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容麦克风
CN101651913A (zh) 2009-06-19 2010-02-17 瑞声声学科技(深圳)有限公司 麦克风
CN101959106A (zh) 2009-07-16 2011-01-26 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 微机电系统麦克风的封装结构及其封装方法
CN101765047A (zh) 2009-09-28 2010-06-30 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容麦克风及其制作方法
US8447057B2 (en) * 2011-03-18 2013-05-21 Analog Devices, Inc. Packages and methods for packaging MEMS microphone devices
CN103347808B (zh) * 2011-12-29 2016-02-10 歌尔声学股份有限公司 硅基mems麦克风、包含该麦克风的系统和封装
US9078063B2 (en) * 2012-08-10 2015-07-07 Knowles Electronics, Llc Microphone assembly with barrier to prevent contaminant infiltration
US9338559B2 (en) * 2013-04-16 2016-05-10 Invensense, Inc. Microphone system with a stop member
US9584889B2 (en) * 2013-08-27 2017-02-28 Infineon Technologies Ag System and method for packaged MEMS device having embedding arrangement, MEMS die, and grille
DK2849463T3 (en) * 2013-09-16 2018-06-25 Sonion Nederland Bv Transducer with moisture transporting element
US9264832B2 (en) * 2013-10-30 2016-02-16 Solid State System Co., Ltd. Microelectromechanical system (MEMS) microphone with protection film and MEMS microphonechips at wafer level
US9497529B2 (en) * 2014-02-18 2016-11-15 Apple Inc. Microphone port with foreign material ingress protection
KR101786434B1 (ko) * 2014-07-31 2017-10-17 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 귀 장착형 청력 장치 내의 내수성 음향 포트
US9794661B2 (en) * 2015-08-07 2017-10-17 Knowles Electronics, Llc Ingress protection for reducing particle infiltration into acoustic chamber of a MEMS microphone package
US10167188B2 (en) * 2017-01-30 2019-01-01 Apple Inc. Integrated particle filter for MEMS device

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Publication number Publication date
US20180376254A1 (en) 2018-12-27
CN108370477B (zh) 2020-10-13
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