DE19839978A1 - Tonmeßgeber und dessen Herstellverfahren sowie Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon mit dem drin eingebauten Tonmeßgeber - Google Patents
Tonmeßgeber und dessen Herstellverfahren sowie Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon mit dem drin eingebauten TonmeßgeberInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Tonmeßgeber und dessen
Herstellverfahren sowie ein Halbleiter-Elektret-
Kondensatorenmikrophon mit dem drin eingebauten Tonmeßgeber.
Grundsätzlich verfügt das tragbare Telephon über ein leicht
miniaturisierbares Elektret-Kondensatorenmikrophon, das aus
Fig. 10 ersichtlich ist. Das Elektret-Kondensatorenmikrophon
besteht aus den folgenden Komponenten:
- (i) Gehäuse 1;
- (ii) Schwingungsmembran 7, die in das Gehäuse 1 untergebracht ist;
- (iii) Elektretmembran 5, die im Gehäuse 1 der Schwingungsmembran 7 gegenübersteht;
- (iv) Verstärkungselement 9, das dazu dient, die Spannungsveränderung an der Elektrostatischen Kapazität des aus Schwingungsmembran 7 und Elektretmembran 5 bestehenden Kondensators zurückzuführen ist. Das genannte Verstärkungselement 9 ist im Gehäuse 1 untergebracht.
Beim Ausgestalten des genannten herkömmlichen Elektret-
Kondensatorenmikrophons wirkt Verstärkungselement und der
Kondensator als Störfaktor dadurch, daß die genannten beiden
selbständigen Körper die Möglichkeit zur Miniaturisierung des
Mikrophons beschränkt.
Dazu noch wird beim gattungsgemäßen Elektret-
Kondensatorenmikrophon die Miniaturisierung schwieriger, da
ein selbständige MET zur Umwandlung der Impedanz eingesetzt
ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Tonmeßgeber, der die zufriedenstellende Miniaturisierung am
Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon ermöglicht,
dessen Herstellfahren sowie ein Halbleiter-Elektret-
Kondensatorenmikrophon mit dem drin eingebauten Tonmeßgeber zu
realisieren.
Der erfindungsgemäße Tonmeßgeber verfügt über eine
Leiterplatte mit der entsprechend ausgeführten elektronischen
Leitung; eine darauf liegende Elektrodenschicht; eine darauf
liegende Elektretmembran; eine Schwingungsmembran, die im
Abstand von der genannten Elektretmembran plaziert ist.
Weiter verfügt der erfindungsgemäße Tonmeßgeber über eine
Leiterplatte mit den entsprechend ausgeführten elektronischen
Leitungen und den Durchgangsöffnungen, die im Bereich außerhalb
der genannten elektronischen Leitungen plaziert ist; eine
Elektrodenschicht, die auf der Leiterplatte im Bereich
außerhalb der genannten Durchgangsöffnungen liegt; eine
Elektretmembran, die auf der Elektrodenschicht im Bereich
außerhalb des einen Teils derselben Schicht und der genannten
Durchgangsöffnungen plaziert ist; und eine Schwingungsmembran,
die im Abstand von der Elektretmembran steht.
Des weiteren besteht das erfindungsgemäße Herstellverfahren
aus den folgenden Arbeitsvorgängen: das Wafer mit den
entsprechend ausgeführten elektronischen Leitungen und den
Durchgangsöffnungen insbesondere im Bereich außerhalb der
genannten Leitungen zu rüsten; auf dem genannten Wafer eine
Elektrodenschicht auszubilden; auf der genannten
Elektrodenschicht im Bereich außerhalb des einen Teils
derselben Schicht und der genannten Durchgangsöffnungen eine
Elektretmembran beschichtet auszubilden; auf der genannten
Elektretmembran einen Abstandshalter beschichtet auszubilden;
den genannten Abstandshalter im Abstand von der genannten
Elektretmembran mit einer Schwingungsmembran zu rüsten; und den
Gesamtaufbau auf Einzeltonmeßgeber aufzuteilen.
Darüber hinaus kann der Arbeitsvorgang die genannten
Durchgangsöffnungen zu plazieren u. U. erst nach dem
Arbeitsvorgang die Elektretmembran mit den Abstandshaltern zu
rüsten stattfinden.
Das erfindungsgemäße Halbleiter-Elektret-
Kondensatorenmikrophon verfügt über den genannten Tonmeßgeber
und dessen Gehäuse, wobei die von der Elektretmembran nicht
bedeckte Elektrodenschicht durch Vermittlung von Gehäuse mit
der Elektrode der genannten elektronischen Leitungen verbunden
ist.
Es zeigt: Fig. 1 den schematischen Querschnitt des
erfindungsgemäßen Tonmeßgeber; Fig. 2 den schematischen
Querschnitt, der Einzelarbeitsvorgang des Herstellverfahrens
für den erfindungsgemäßen Tonmeßgeber darstellt; Fig. 3 die
Darstellung einer Reihe der Arbeitsvorgänge zum Herstellen des
erfindungsgemäßen Tonmeßgebers; Fig. 3 (A) zugehörige
schematische Ansicht von oben; Fig. 3 (B) zugehörige
schematische Ansicht von unten; Fig. 4 den schematischen
Querschnitt, der Einzelarbeitsvorgang des Herstellverfahrens
für den erfindungsgemäßen Tonmeßgeber darstellt; Fig. 5 die
schaubildliche Ansicht, die weiteres Herstellverfahren des
erfindungsgemäßen Tonmeßgebers darstellt; Fig. 6 den
schematischen Querschnitt, der eine erfindungsgemäße
Ausführungsgestalt des Halbleiter-Elektret-
Kondensatorenmikrophon darstellt; Fig. 7 die Darstellung des
Gehäuse-Hauptkörpers, die im Halbleiter-Elektret-
Kondensatorenmikrophon mit einer erfindungsgemäßen
Ausführungsgestalt einzubauen ist; Fig. 7 (A) die schematische
schaubildliche Ansicht von vorne; Fig. 7 (B) die schematische
schaubildliche Ansicht von unten; Fig. 8 den schematischen
Querschnitt des Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophons
mit einer erfindungsgemäßen weiteren Ausführungsgestalt; und
Fig. 9 die schematische Draufsicht und deren Teilvergrößerung
des Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophons mit einer
erfindungsgemäßen weiteren Ausführungsgestalt.
Der Tonmeßgeber mit einer erfindungsgemäßen
Ausführungsgestalt verfügt über eine Leiterplatte 110 mit einer
solchen elektronischen Leitung wie FET-Leitung 111A,
Anspreche-Verstärkungsregelleitung 111B, Verstärkungsleitung
111C usw. und der Durchgangsöffnungen 112, die im Bereich
außerhalb der genannten FET-Leitung u. dgl. plaziert sind; eine
auf der Leiterplatte 110 im Bereich außerhalb der Torelektrode
111a der FET-Leitung 111A und der Durchgangsöffnungen 112
beschichtete Elektretmembran 130; und eine Schwingungsmembran
140, die im Abstand von der Elektretmembran 130 plaziert ist.
Der Aufbau des genannten Tonmeßgebers 110 sei bezogen auf dessen
Herstellverfahren im folgenden erläutert.
Eine Mehrzahl von genannten Tonmeßgeber 100 wird insgesamt auf
einmal auf dem Wafer plaziert.
Ferner muß man das Wafer 500 mit einer Mehrzahl von
Durchgangsöffnungen 112 rüsten (siehe Fig. 2 (A)).
Die genannten Durchgangsöffnungen 112 werden am Zentrum des
Einzeltonmeßgebers 100 mittels Ultraschall- oder
Laserverfahrens bearbeitet.
Der Durchmesser der Durchgangsöffnungen 112 ist vorteilhaft
kleiner als 0,5 mm.
Die Bemessung des einzelnen Tonmeßgebers beträgt: ca. 2 mm (Breite)
× ca. 2 mm (Länge) × ca. 0,3 mm (Dicke) (siehe Fig. 5 (G)).
Am Wafer 500 mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 112 wird
dann an dessen Rückseite durch die bekannte lithographische
Bearbeitung eine Reihe von elektronischen Leitungen wie z. B.
FET-Leitung 111A, Anspreche-Verstärkungsregelleitung 111B,
Verstärkungsleitung 111C (siehe Fig. 2 (A)) angebracht. Die
genannten Leitungen 111A bis 111C und die solchen Leitungen
miteinander verbindenden Leitungen (ohne Abbildung) dürfen
nicht im Bereich der Durchgangsöffnungen 112 plaziert werden.
Wie es aus Fig. 3 (B) ersichtlich ist, sind die Elektroden an
jeder Leitung 111A bis 111C wie Netzelektrode Vcc,
Ausgangselektrode OUT, Erdungselektrode GND und Torelektrode
111a vorteilhaft an allen vier Ecken auf der Rückseite des
Einzeltonmeßgebers 100 und zwar einzeln je einer Ecke plaziert.
Das Wafer 500 erhält dann auf der Oberfläche im Bereich
außerhalb der Durchgangsöffnungen 112 eine Elektrodenschicht
120 aus Aluminium (siehe Fig. 2 (B)). An dieser
Elektrodenschicht 120 wird die genannte Torelektrode 111a durch
Vermittelung des Gehäuse 200 beim später erwähnten
Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon 600 angeschlossen.
Die genannte Elektrodenschicht 120 sollte im Bereich außerhalb
der Durchgangsöffnungen 112 plaziert werden, so daß die
genannten Durchgangsöffnungen vor dem unerwünschten
Verstopfen geschützt werden können.
Eine Elektretmembran 130 wird auf die genannte
Elektrodenschicht 120 beschichtet (siehe Fig. 2 (C)). Die
Elektretmembran 130 ist dabei an der Elektrodenschicht 120
elektrisch leitend angeschlossen. Als die Elektretmembran 130
wird SiO2-Dünnfilm (2-3 µm) verwendet. Zur Bearbeitung des SiO2-
Dünnfilms kann "plasma-CVD", Hochfrequenz-Magnetronspatter,
o. dgl. dienen. Alternativ wird ein Dünnfilm (< 10 µm) bestehend
aus FEP-Lösungsmittel verwendet. Man kann EEP mittels des
"spin-on-coat"-Prozesses bestreichen.
Die Elektretmembran 130 wird im Bereich außerhalb der
Durchgangsöffnungen 112 plaziert, so daß die
Durchgangsöffnungen vor dem unerwünschten Verstopfen
geschützt werden. Die Elektretmembran 130 wird auch im Bereich
außerhalb der Ecke angebracht, die gerade über der Position der
Torelektrode 111a steht. Aus diesem Grund ist die
Elektrodenschicht 120 im Bereich der gerade über dem
Torelektrode 111a stehende Ecke nicht von der Elektretmembran
130 bedeckt.
Auf der genannten Elektretmembran 130 werden Abstandshalter 150
angebracht. Die genannten Abstandshalter 150 werden zwischen
der Elektretmembran 130 und der später erwähnten
Schwingungsmembran 140 mit einem Abstand mittels "hot
resist"-Prozesses abgelagert. Der genannte Abstandshalter 150,
wie in Fig. 3 (A) angezeigt ist, werden im Bereich außerhalb
des 1,5-mm-∅-Kreises mit dessen Zentrum an der Position der
Durchgangsöffnung 112 und der Ecke, die gerade über der
Torelektrode 111a positioniert ist, abgelagert. Aus diesem
Grund bleibt die Elektrodenschicht 120, wie aus der Fig. 2 (A)
ersichtlich ist, in der Position gerade über der Torelektrode
111a nicht nur von der Elektretmembran 130, sondern auch von
dem Abstandshalter 150 nicht bedeckt sein.
Auf den Abstandshaltern 150 wird eine Schwingungsmembran 140
angebracht. Die Schwingungsmembran ist als PPS-Film ausgeführt,
das an einer Oberfläche mit Ni-bedämpften Elektrode 141
versehen ist. Die Ni-Elektrode 141 muß dabei immer als die
Oberfläche der Schwingungsmembran 140 auswirken. Aus diesem
Grund ergibt sich ein Spalt 160 (= Dicke des Abstandshalters
150) zwischen der Schwingungsmembran 140 und der
Elektretmembran 130.
Das fertig bearbeitete Wafer 500 wird dann auf
Einzeltonmeßgeber 100 aufgeteilt.
Beim oben angeführten Herstellverfahren findet zwar die
Bearbeitung jeder Leitungen 111A bis 111C und der
Durchgangsöffnungen 112 auf einmal statt, kann jedoch die
Bearbeitung der Durchgangsöffnungen 112 erst nach dem
Arbeitsvorgang zur Beschichtung der Abstandshalter 150
durchgeführt werden. Die letzt genannte Vorgehensweise sei
anhand Fig. 4 eingehend erläutert.
Jede Leitung 111A bis 111C wird zuerst am Wafer 500 von der
Rückseite her angebracht (siehe Fig. 4 (A)).
Eine Elektrodenschicht 120 aus Aluminium wird dann auf der
ganzen Oberfläche des Wafers 500 beschichtet (siehe Fig. 4 (B))
Eine Elektretmembran 130 wird dann auf der genannten
Elektrodenschicht beschichtet (siehe Fig. 4 (C)).
Abstandshalter 150 werden auf der genannten Elektretmembran 130
plaziert. Die Position der Abstandshalter 150 ist jedoch auf
den Bereich außerhalb des 1,5mm-∅-Kreises mit dessen Zentrum
an der in dem nachfolgenden Arbeitsvorgang zu bearbeitenden
Durchgangsöffnung und der Ecke, die gerade über der genannten
rückseitigen Torelektrode 111a positioniert ist, beschränkt.
Erst nach dem Plazierung der Abstandshalter 150 wird am Zentrum
des Einzeltonmeßgebers 100 die Durchgangsöffnung 112 mittels
Ultraschall- bzw. Laserverfahrens bearbeitet.
Die nachfolgenden Arbeitsvorgänge, d. h. Montierung der
Schwingungsmembran 140 auf die Abstandshalter 150, Aufteilung
des Wafers 500 bleiben unverändert sein.
Bei den oben angeführten zwei Ausführungsgestalten wird zwar
die am Wafer 500 montierten Schwingungsmembran 140 als PPS-
Film mit der an einer Seite Ni-bedämpften Elektrode 141
ausgeführt, kann jedoch die Schwingungsmembran 140 auch anhand
der Fig. 5 montiert werden.
Bei der letzt genannten Vorgehensweise wird das Wafer 500 in
Einzelleiterplatten 190 aufgeteilt, bevor die
Schwingungsmembran 140 montiert wird. Das Wafer 500 wird vor
dem Montieren des Schwingungsmembran 140, d. h. nach dem
Ablagern der Abstandshalter 150 in Einzelleiterplatten 190
aufgeteilt (siehe Fig. 5 (C)). Die Einzelleiterplatten werden
daraufhin zum Beseitigen des entstandenen Staubes abgespült.
Die Einzelleiterplatten 190 werden dann auf dem Klebestreifen
300 angeklebt, derart daß die Abstandshalter 150 in der Richtung
nach oben orientiert sind. Die Abstandshalter 150 werden dann
durch Vermittlung der Maske 310 mit Leim durch den
Gummiquetscher 320 bestrichen (siehe Fig. 5 (D)). Die am
ringformigen Montagebock 330 anmontierte Membran, d. h. PPS-
Film 340 mit an einer Seite Ni-bedämpften Elektrode wird auf
die Leiterplatten angeklebt (siehe Fig. 5 (F)). Wenn der
angeklebte PPS-Film 340 daraufhin mittels des Abschneiders 350
geschnitten wird (siehe Fig. 5 (F)), ergeben sich die an der
Einzelleiterplatte 190 angeklebten Schwingungsmembranen 140
(siehe Fig. 5 (G)).
Bereits beim Herstellverfahren, bei dem das Wafer 500 vor dem
Klebevorgang der Schwingungsmembran auf Einzelleiterplatten
aufgeteilt wird, können die Durchgangsöffnungen 112 nach dem
Ablagern der Abstandshalter 150 mittels Ultraschall- bzw.
Laserverfahrens bearbeitet werden.
Ein Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon 600 mit dem
wie oben erwähnt ausgeführten Tonmeßgeber 100 sei nachfolgend
erläutert.
Das Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon 600 verfügt
über den genannten Tonmeßgeber 100 und dessen zugehörige
Gehäuse 200, wobei die von der Elektretmembran 130 nicht
bedeckte Elektrodenmembran 120 durch Vermittlung des Gehäuses
200 mit der Torelektrode 111a an der genannten FET-Leitung 111A
verbunden ist und die genannte Durchgangsöffnungen mit dem
Hinterraum 230 am Gehäuse 200 verbunden sind.
Das genannte Gehäuse 200 besteht aus dem Hauptkörper 310 und
dem am Hauptkörper 210 anzumontierenden Deckel 220.
Der genannte Hauptkörper 210 ist als Aluminiumoxyd-Package mit
schalenförmiger und in Draufsicht viereckiger Gestalt
ausgeführt, wobei an vier Innenecken die ausragende
Erdungsklemme 211, Ausgangsklemme 212, Netzklemme 213 und
Torklemme 214 - eine Klemme je einer Ecke - plaziert ist. Die
Erdungsklemme 211 ist mit der Erdungselektrode GND des
Tonmeßgebers 100 verbunden; die Ausgangsklemme 212 ist mit der
Ausgangselektrode OUT des Tonmeßgebers 100 verbunden; die
Netzklemme 213 ist mit der Netzelektrode Vcc des Tonmeßgebers
100 verbunden; und Torklemme 214 ist mit der Torelektrode 111a
des Tonmeßgebers 100 verbunden.
Wenn der Tonmeßgeber in den Hauptkörper 210 untergebracht ist,
liegt die Elektrode 11a, Vcc, OUT, GNG des Tonmeßgeber jeweils
auf der gegenüberstehenden Klemme 211, 212, 213, 214 auf.
Demzufolge ergibt sich ein Spalt (Hinterraum 230) zwischen den
beiden Bodenflächen von Tonmeßgeber 100 und Hauptkörper 210.
Des weiteren ist eine leitende Schicht 215 im Inneren des
Hauptkörper 210 angebracht. Die leitende Schicht 215 verbindet
die Elektrodenschicht 120 und die Torelektrode 111a des
Tonmeßgebers miteinander und ist an der Torklemme 214
angeschlossen. Die genannte leitende Schicht ist durch den
Bindungsdraht 216 an der Elektrodenschicht 120 angeschlossen.
Anderseits ist an der Rückseite des Deckels 220 eine ausragende
Leiste 221 ausgebildet, die mit dem Rand der Schwingungsmembran
140 des Tonmeßgebers 100 in Berührung kommt. Wenn der Deckel
220 am Hauptkörper 210, in dem der Tonmeßgeber eingebaut ist,
anmontiert wird, ergibt sich ein Raum zwischen der
Schwingungsmembran 140 und dem Deckel 220. In der Mitte des
Deckels 220 sind einige Tonöffnungen 222 plaziert. Schallwelle
wird durch die genannten Tonöffnungen 222 auf die
Schwingungsmembran 140 übergeleitet.
Abhängig von der Schwingung an der Schwingungsmembran 140
verändert sich das Volumen des zwischen der Elektretmembran 130
und der Schwingungsmembran 140 liegenden Raums. Die Änderung
des genannten Volumens ergibt eine Veränderung der
elektrostatische Kapazität des Kondensators, der aus der
Elektretmembran 130 und der Elektrode 141 der
Schwingungsmembran 140 besteht, was dazu führt, daß die
Veränderung der Spannung ausgegeben wird.
Die Ausgangsspannung wird durch Bindungsdraht 216, leitende
Schicht 215 und Torklemme 214 in die Torelektrode 111a
eingegeben und durch genannte FET-Leitung 111A u. dgl. von der
Ausgangselektrode OUT her ausgegeben.
Der genannte Tonmeßgeber 100 kann außer dem Halbleiter-
Elektret-Kondensatorenmikrophon 600 auch im Feld des
Druckfühlers und des Beschleunigungsfühlers seine Verwendung
finden.
Beim genannten Herstellverfahren werden zwar die
Durchgangsöffnungen auf der Leiterplatte 110 im Bereich
außerhalb der elektronischen Leitungen 111A bis 111C plaziert,
dürfen jedoch die Durchgangsöffnungen 112 unbearbeitet sein
bleiben.
Wie es aus Fig. 9 ersichtlich ist, wird am Wafer 500 die
Leiterplatte 110 ausgebildet. Dem Wafer 500 wird dann über der
Ganzenfläche die Elektrodenschicht 120 durch Plattieren bzw.
Bedämpfung beschichtet. Daraufhin wird ein 2 µm Dünn-Film
dadurch beschichtet, daß SiO2, FEP o. dgl. durch das bekannte
Verfahren wie "spinner-coat" Widerstandsheizbedämpfung, EB-
Bedämpfung, Zerstäubung, CVD, u. dgl. ausgebildet wird. Auf
diese Weise kann die Elektretmembran 130 realisiert werden.
Weiterhin werden die Abstandshalter 150 auf der Leiterplatte
durch den Siebdruck unter Verwendung von gemischtem Druckmedium
aus Drucktinte und Leim ausgebildet. Dicke des Abstandshalters
150 beträgt 5 bis 30 µm. Auf den Abstandshaltern wird die
Schwingungsmembran 140 verklebt.
Wenn die Schwingungsmembran 140 fertig bearbeitet, wird das
Wafer 500 zusammen mit den darauf aufgebauten Bauteilen gemäß
der in Fig. 10 angezeigter Linie (Mitte des siebgedruckten
Bereichs) auf die Einzelleiterplatten 110 aufgeteilt. Es ergibt
sich dabei der Tonmeßgeber 100. Wenn der Tonmeßgeber 100 im
Gehäuse 200 - keramische Package - untergebracht wird, wird das
Kondensatorenmikrophon nach dem Prinzip von "backelektret"
fertig realisiert.
In Fig. 8 sind die Bezugszeichen 110a, 800 und 810 ordnungsgemäß
dem Klemmenteil, dem Vordergewebe und den Tonöffnungen
zugeordnet.
Das erfindungsmäßig ausgeführte Elektret-
Kondensorenmikrophon zeichnet sich im Vergleich mit dem
herkömmlichen Elektret-Kondensatorenmikrophon mit folgendem
Vorteil aus.
Der Tonmeßgeber verfügt über nur eine einzige Leiterplatte, bei
der auch die elektronischen Leitungen eingebaut sind. Dies hat
zur Folge, daß der Tonmeßgeber dementsprechend
miniaturisierbar und zwar leicht zusammenbaubar ist. Einsatz
des Wafers ermöglicht eine höhere Herstelleistung.
Die Elektretmembran 130 wird dadurch realisiert, daß die
Elektrodenschicht 120 unmittelbar an der Oberfläche
beschichtet wird, so daß die Elektretmembran 130 von sowohl
eventueller Verzerrung als auch Beanspruchung befreit werden
kann. Aus diesem Grund kann die Leistungsverlust aufgrund der
Beanspruchung vermieden werden.
Beim herkömmlichen Kondensatorenmikrophon, bei dem die
Elektretmembran durch das Einschmelzen des Hochmolekelfilms
bearbeitet wird, bleibt dagegen die unerwünschte Verzerrung
unvermeidbar sein, die gegebenenfalls eine Beanspruchung als die
Ursache für nachteiligen Leistungsverlust veranlassen kann.
Kann die Dicke der Elektretmembran 130 auf ca. 2 µm reduziert
werden, so kann man eine Leistungserhöhung des Mikrophons
erfolgreich realisieren. Der genannte Sachverhalt kann wie
folgt erklärt werden.
Für die Ausgangsleistung "e" des Kondensators aus
Schwingungsmembran und Elektretmembran gilt die Gleichung 1:
e = k.[ΔC1/(C1 + C2)].sin(ωt + Φ) (1)
wobei:
K: Konstante
C1: Kapazität des Raums, das zwischen der Schwingungsmembran und der Elektretmembran entstanden ist
C2: Kapazität der Elektretmembran
ΔC1: Veränderung der genannten Raumkapazität unter Einwirkung des Schalldruck.
K: Konstante
C1: Kapazität des Raums, das zwischen der Schwingungsmembran und der Elektretmembran entstanden ist
C2: Kapazität der Elektretmembran
ΔC1: Veränderung der genannten Raumkapazität unter Einwirkung des Schalldruck.
Beim herkömmlichen Kondensatorenmikrophon, bei dem
Hochmolekelfilm als die Elektretmembran zum Einsatz gebracht
ist, gilt dagegen die Gleichung 2 für die Ausgangsleistung "e"
des Kondensators, wobei die Raumhöhe (Dicke des
Abstandshalters) ca. 30 µm und die Dicke des Hochmolekelfilms
12,5 bis 25 µ beträgt. Angenommen, daß die Raumkapazität mit der
Kapazität des Hochmolekelfilms gleich wäre, so gilt die
Gleichung 2 für die Ausgangsleistung "e1" des Kondensators:
e1 ≒ k.(1/2).(ΔC1/C1).sin(ωt + ϕ) (2).
Wenn anderseits die Elektrodenschicht mit der Elektretmembran
unmittelbar beschichtet wird, so daß der genannte Zahlenwert
auf ca. 1 µm reduziert wird, beträgt C2 näherungsweise 0. Für
die Ausgangsleistung "e2" des Kondensators gilt dabei die
Gleichung 3.
e2 ≒ k.(ΔC1/C1).sin(ωt + Φ) (3).
Es zeigt sich aus der Gegenüberstellung von Gleichungen (2) und
(3), daß die Ausgangsleistung bei der unmittelbaren
Beschichtung der Elektretmembran doppelt so groß wie diejenige
bei der sonstigen Ausführung ist und daß sich die
Empfindlichkeit auch um 6 dB erhöht. Also ergibt sich ein
Mikrophon von Pseudokondensatorentyp mit einer stark erhöhten
Empfindlichkeit.
Durch die Einbeziehung des Siebdrucks erhöht sich die Leistung
zur Fertigung des Abstandshalters 150. Beim Stand der Technik
wird der Abstandshalter dadurch angefertigt, daß das
Hochmolekelfilm gestanzt wird. Stanzgrat und Fehler beim Zählen
der gestanzten Werkstücke kann die Ursache für Leistungsverlust
bei der Fertigung sein. Die Einbeziehung des Siebdrucks kann
solchen Störfaktor eliminieren.
Der erfindungsgemäße Tonmeßgeber verfügt über die Leiterplatte
mit entsprechend ausgeführten elektronischen Leitungen; die
auf der Oberfläche der Leiterplatte beschichtete
Elektrodenschicht; die auf der Elektrodenschicht im Bereich
außerhalb des einen Teils derselben Schicht beschichtete
Elektretmembran; und die im Abstand von der Elektretmembran
montierte Schwingungsmembran.
Bei solch gestaltetem Tonmeßgeber wird die zur Verstärkung
erforderliche elektronische Leitung mit der Elektretmembran
u. dgl. in eine Einheit integriert, so daß der genannte
Tonmeßgeber zur Realisierung einer kleineren Halbleiter-
Elektret-Kondensatorenmikrophon mit Mehrfunktion dienen kann.
Das erfindungsgemäß Herstellverfahren besteht aus den
folgenden Arbeitsvorgängen:
- (i) dem Wafer entsprechend ausgeführte elektronische Leitungen einzubauen;
- (ii) auf der Oberfläche des Wafers Elektrodenschicht beschichtet aufzulegen;
- (iii) auf der Elektrodenschicht Elektretmembran im Bereich außerhalb eines Teils derselben Schicht beschichtet aufzulegen;
- (iv) auf der Elektretmembran Abstandshalter beschichtet aufzulegen;
- (v) auf den Abstandshaltern Schwingungsmembran im Abstand von der genannten Elektretmembran zu montieren.
Das genannte Herstellverfahren ermöglicht den genannten
Tonmeßgeber zu realisieren.
Ein erfindungsgemäßes weiteres Herstellverfahren besteht aus
den folgenden Arbeitsvorgängen:
- (i) dem Wafer entsprechend ausgeführte elektronische Leitungen einzubauen;
- (ii) auf der Oberfläche des Wafers die Elektrodenschicht beschichtet aufzulegen;
- (iii) auf der Elektrodenschicht die Elektretmembran im Bereich außerhalb eines Teils derselben Schicht beschichtet aufzulegen;
- (iv) auf der Elektretmembran die Abstandshalter beschichtet aufzulegen;
- (v) das Wafer auf die Einzelleiterplatten aufzuteilen;
- (vi) die Einzelleiterplatten abzuspülen;
- (vii) die abgespülten Einzelleiterplatten derart anzuordnen, daß die Abstandshalter an der Plattenoberkante liegen;
- (viii) die Abstandshalter an den Einzelleiterplatten mit Leim zu bestreichen;
- (ix) auf den Abstandshaltern an der Einzelleiterplatten eine Membran mit dem genannten Leim aufzukleben; und
- (x) durch das Aufteilen der genannten Membran Einzelschwingungsmembran zu erhalten.
Wenn das genannten Herstellverfahren einbezogen wird, kann das
mögliche Brechen der Schwingungsmembranen beim Abspülvorgang,
mögliche Verletzung der Elektretmembran, o. dgl. eliminiert
werden, was dazu führt, daß die Güte des Tonmeßgeber verbessert
werden kann.
Beim solchen Herstellverfahren, bei dem Bearbeitung der
Durchgangsöffnungen erst nach dem Montieren der Abstandshalter
stattfindet, braucht man nicht zu sorgen um das Anbaubereich
der Elektrodenschicht und der Elektretmembran, so daß das
Herstellverfahren vereinfacht werden kann.
Das erfindungsgemäße Halbleiter-Elektret-
Kondensatorenmikrophon verfügt über den genannten Tonmeßgeber
und dessen zugehörige Gehäuse, wobei die von der genannten
Elektretmembran nicht bedeckte Elektrodenschicht durch
Vermittlung des Gehäuses mit der Elektrode an den
elektronischen Leitungen verbunden ist.
Aus diesem Grund kann das genannte Halbleiter-Elektret-
Kondensatorenmikrophon mit dem genannten Tonmeßgeber als ein
kleinerer Baustein mit Mehrfunktion konstruiert werden.
Wenn FET, Verstärkungskreis und/oder
Störgeräuschdämpfungskreis als die genannten elektronischen
Leitungen einbezogen wird, kann die Güte des Elektret-
Kondensatorenmikrophons verbessert werden.
Es zeigt:
[Fig. 1]
den schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen Tonmeßgebers;
[Fig. 2]
den schematischen Querschnitt, der den Einzelarbeitsvorgang des Herstellverfahrens für den erfindungsgemäßen Tonmeßgeber darstellt;
[Fig. 3]
die Darstellung einer Reihe der Arbeitsvorgänge zum Herstellen des erfindungsgemäßen Tonmeßgebers;
[Fig. 3(A)]
zugehörige schematische Ansicht von oben;
[Fig. 3(B)]
zugehörige schematische Ansicht von unten;
[Fig. 4]
den schematischen Querschnitt, der Einzelarbeitsvorgang des Herstellverfahrens für den erfindungsgemäßen Tonmeßgeber darstellt;
[Fig. 5]
die schaubildliche Ansicht, die weiteres Herstellverfahren des erfindungsgemäßen Tonmeßgebers darstellt;
[Fig. 6]
den schematischen Querschnitt, der eine erfindungsgemäße Ausführungsgestalt des Halbleiter-Elektret- Kondensatorenmikrophon darstellt;
[Fig. 7]
die Darstellung des Gehäuse-Hauptkörpers, die im Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsgestalt einzubauen ist;
[Fig. 7(A)]
die schematische Schaubildliche Ansicht von vorne;
[Fig. 7(B)]
die schematische schaubildliche Ansicht von unten;
[Fig. 8]
den schematischen Querschnitt des Halbleiter-Elektret- Kondensatorenmikrophon mit einer erfindungsgemäßen weiteren Ausführungsgestalt;
[Fig. 9]
die schematische Draufsicht und deren Teilvergrößerung des Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophons mit einer erfindungsgemäßen weiteren Ausführungsgestalt;
[Fig. 10]
den schematischen Querschnitt des herkömmlichen Elektret- Kondensatorenmikrophons.
[Fig. 1]
den schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen Tonmeßgebers;
[Fig. 2]
den schematischen Querschnitt, der den Einzelarbeitsvorgang des Herstellverfahrens für den erfindungsgemäßen Tonmeßgeber darstellt;
[Fig. 3]
die Darstellung einer Reihe der Arbeitsvorgänge zum Herstellen des erfindungsgemäßen Tonmeßgebers;
[Fig. 3(A)]
zugehörige schematische Ansicht von oben;
[Fig. 3(B)]
zugehörige schematische Ansicht von unten;
[Fig. 4]
den schematischen Querschnitt, der Einzelarbeitsvorgang des Herstellverfahrens für den erfindungsgemäßen Tonmeßgeber darstellt;
[Fig. 5]
die schaubildliche Ansicht, die weiteres Herstellverfahren des erfindungsgemäßen Tonmeßgebers darstellt;
[Fig. 6]
den schematischen Querschnitt, der eine erfindungsgemäße Ausführungsgestalt des Halbleiter-Elektret- Kondensatorenmikrophon darstellt;
[Fig. 7]
die Darstellung des Gehäuse-Hauptkörpers, die im Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsgestalt einzubauen ist;
[Fig. 7(A)]
die schematische Schaubildliche Ansicht von vorne;
[Fig. 7(B)]
die schematische schaubildliche Ansicht von unten;
[Fig. 8]
den schematischen Querschnitt des Halbleiter-Elektret- Kondensatorenmikrophon mit einer erfindungsgemäßen weiteren Ausführungsgestalt;
[Fig. 9]
die schematische Draufsicht und deren Teilvergrößerung des Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophons mit einer erfindungsgemäßen weiteren Ausführungsgestalt;
[Fig. 10]
den schematischen Querschnitt des herkömmlichen Elektret- Kondensatorenmikrophons.
110
Tonmeßgeber
111
Leiterplatte
112
Durchgangsöffnung
120
Elektrodenschicht
130
Elektretmembran
140
Schwingungsmembran
160
Abstand
Claims (11)
1. Tonmeßgeber, der bekanntlich im Feld des tragbaren
Telephons als dessen Baustein seine Verwendung findet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Tonmeßgeber aus den
folgenden Komponenten besteht:
- (i) Leiterplatte mit entsprechend ausgeführten elektronischen Leitungen;
- (ii) Elektrodenschicht, die auf der genannten Leiterplatte aufliegt;
- (iii) Elektretschicht, die auf der genannten Leiterplatte aufliegt;
- (iv) Schwingungsmembran, die in einem Abstand von der genannten Elektretschicht plaziert ist.
2. Tonmeßgeber, der bekanntlich im Feld des tragbaren
Telephons als dessen Baustein seine Verwendung findet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Tonmeßgeber aus folgenden
Komponenten besteht:
- (i) Leiterplatte mit entsprechend ausgeführten elektronischen Leitungen und den im Bereich außerhalb der elektronischen Leitungen plazierten Durchgangsöffnungen;
- (ii) Elektrodenschicht, die auf der Leiterplatte im Bereich außerhalb der elektronischen Leitung aufliegt;
- (iii) Elektretmembran, die auf der genannten Elektrodenschicht im Bereich außerhalb des einen Schichtenteils und der genannten Durchgangsöffnungen beschichtet aufliegt; und
- (iv) Schwingungsmembran, die in einem Abstand von der genannten Elektretmembran plaziert ist.
3. Tonmeßgeber nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die eingebauten elektronischen
Leitungen als FET, Verstärkungs- und/oder
Störgeräuschdämpfungsleitungen ausgeführt ist.
4. Verfahren zum Herstellen des Tonmeßgebers nach einem von
1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden
Arbeitsvorgänge:
- (i) auf einem Wafer entsprechend ausgeführte elektronische Leitungen auszubilden und im Bereich außerhalb der genannten Leitungen Durchgangsöffnungen zu plazieren;
- (ii) auf dem genannten Wafer im Bereich außerhalb der genannten Durchgangsöffnungen Elektrodenschicht aufzulegen;
- (iii) auf der genannten Elektrodenschicht im Bereich außerhalb der einen Teils derselben Schicht und der genannten Durchgangsöffnungen Elektretmembran beschichtet aufzulegen;
- (iv) auf der genannten Elektretmembran Abstandshalter beschichtet aufzulegen;
- (v) die genannten Abstandshalter in einem Abstand von der genannten Elektretmembran mit Schwingungsmembran auszurüsten; und
- (vi) den Gesamtaufbau in Einzeltonmeßgeber aufzuteilen.
5. Verfahren zum Herstellen des Tonmeßgebers nach einem von
1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden
Arbeitsvorgänge:
- (i) auf einem Wafer entsprechend ausgeführte elektronische Leitungen auszubilden;
- (ii) auf dem genannten Wafer Elektrodenschicht aufzulegen;
- (iii) auf der genannten Elektrodenschicht im Bereich außerhalb des einen Teils derselben Schicht Elektretmembran beschichtet aufzulegen;
- (iv) auf der genannten Elektretmembran Abstandshalter beschichtet aufzulegen;
- (v) im Bereich außerhalb der genannten elektronischen Leitungen Durchgangsöffnungen durch Wafer, Elektrodenschicht und Elektretmembran durchlaufen zu lassen;
- (vi) den genannten Abstandshalter in einem Abstand von dem genannten Elektretmembran mit Schwingungsmembran auszurüsten; und
- (vii) den Gesamtaufbau in Einzeltonmeßgeber aufzuteilen.
6. Verfahren zum Herstellen des Tonmeßgebers nach einem von
1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden
Arbeitsvorgänge:
- (i) auf einem Wafer entsprechend ausgeführte elektronische Leitungen auszubilden und im Bereich außerhalb der genannten elektronischen Leitungen Durchgangsöffnungen zu plazieren;
- (ii) auf dem genannten Wafer im Bereich außerhalb der genannten Durchgangsöffnungen Elektrodenschicht aufzulegen;
- (iii) auf der genannten Elektrodenschicht im Bereich außerhalb des einen Teils derselben Elektrodenschicht und der genannten Durchgangsöffnungen Elektretmembran aufzulegen;
- (iv) auf der genannten Elektretmembran Abstandhalter beschichtet aufzulegen;
- (v) das genannte Wafer auf Einzelleiterplatten zu stanzen;
- (vi) Einzelleiterplatten abzuspülen;
- (vii) abgespülte Einzelleiterplatten anzuordnen, derart daß ihr Abstandshalter auf der Plattenoberkante liegt;
- (viii) auf den genannten Abstandshaltern der angeordneten Einzelleiterplatten Leim zu bestreichen;
- (ix) an den genannten Abstandshaltern eine Membran zu kleben;
- (x) die genannte Membran auf Einzelschwingungsmembran aufzuteilen.
7. Verfahren zum Herstellen des Tonmeßgebers nach einem von
1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden
Arbeitsvorgänge:
- (i) auf einem Wafer entsprechend ausgeführte elektronische Leitungen auszubilden;
- (ii) auf dem genannten Wafer Elektrodenschicht aufzulegen;
- (iii) auf der genannten Elektrodenschicht im Bereich außerhalb des einen Teils derselben Schicht Elektretmembran beschichtet aufzulegen;
- (iv) auf der genannten Elektretmembran Abstandshalter beschichtet aufzulegen;
- (v) im Bereich außerhalb der elektronischen Leitungen Durchgangsöffnungen durch Wafer, Elektrodenschicht und Elektretschicht durchlaufen zu lassen;
- (vi) das genannte Wafer auf Einzelleiterplatten zu stanzen;
- (vii) Einzelleiterplatten abzuspülen;
- (viii) abgespülten Einzelleiterplatten anzuordnen, derart daß ihr Abstandshalter auf der Plattenoberkante liegt;
- (ix) auf den genannten Abstandshaltern der angeordneten Einzelleiterplatten Leim zu bestreichen;
- (x) auf den genannten Abstandshaltern eine Membran zu kleben;
- (xi) die genannte Membran auf Einzelschwingungsmembran aufzuteilen.
8. Verfahren zum Herstellen des Tonmeßgebers nach einem von
1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden
Arbeitsvorgänge:
- (i) auf einem Wafer entsprechend ausgeführte elektronische Leitungen auszubilden;
- (ii) auf dem genannten Wafer Elektrodenschicht aufzulegen;
- (iii) auf der genannten Elektrodenschicht Elektretmembran aufzulegen;
- (iv) auf der genannten Elektretmembran Abstandshalter aufzulegen;
- (v) auf den Abstandshaltern Schwingungsmembran zu kleben; und
- (vi) den Gesamtaufbau auf Einzeltonmeßgeber aufzuteilen.
9. Verfahren zum Herstellen des Tonmeßgeber nach einem von
3, 4, 5, 6, 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß die
genannten elektronischen Leitungen als FET,
Verstärkungs- und/oder Störgeräuschdämpfungsleitungen
ausgeführt sind.
10. Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon, das aus
Tonmeßgeber nach 1 oder 2 und dessen Gehäuse besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß die von der genannten
Elektretmembran nicht bedeckte Elektrodenschicht durch
Vermittlung von Gehäuse mit der Elektrode der genannten
elektronischen Leitungen verbunden ist.
11. Halbleiter-Elektret-Kondensatorenmikrophon nach
Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte
Gehäuse als keramische Verpackung ausgeführt ist.
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DE19839978A1 true DE19839978A1 (de) | 1999-03-18 |
Family
ID=26508861
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DE (1) | DE19839978A1 (de) |
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