DE2909477C2 - Anordnung zum Umwandeln akustischer Schwingungen in elektrische Schwingungen und umgekehrt, mit mindestens einem Kondensatorelektretelement, das an eine elektronische Schaltungsanordnung angeschlossen ist - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umwandeln akustischer Schwingungen in elektrische Schwingungen und umgekehrt, mit mindestens einem Kondensatorelektretelement, das an eine elektronische Schaltungsanordnung angeschlossen ist, mit einem Impedanzwandler, wobei das Elektretelement mit mindestens einer ^polie aus dielektrischem Polymermaterial mit mindestens einer darauf angebrachten Elektrode versehen ist.

Eine derartige Anordnung ist aus der US-Patentschrift 33 00 585 bekannt. Diese Patentschrift beschreibt ein Elektretmikrophon, bei dem die Membran aus einer Elektretfclie aus einem Polymermaterial an einer durchlöcherten flachen Rückelektrode anliegt. Auf der Rückseite des Mikrophons innerhalb des Gehäuses ist eine Montageplatte befestigt, auf der eine elektronische Schaltungsanordnung in Form eines Impedanzwandlers mit einem nachfolgenden Mikrophonverstärker angeordnet ist.

Es hat sich herausgestellt, daß sich ein derartiges Mikrophon in einer sehr kleinen und gedrängten Form herstellen läßt, insbesondere wenn die elektronische Schaltungsanordnung in eine integrierte Form gebracht wird.

Ein Nachteil dabei bleibt jedoch, daß die elektrischen Verbindungen mit dem Elektretmikrophonelement aufwendig und insbesondere arbeitsintensiv sind, und eine separat anzubringende elektrische Verbindung zwisehen einer Elektrode und der elektronischen Schaltungsanordnung mit mehreren Lötverbindungen benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache elektrische Verbindung zwischen einer Elektrode und der elektronischen Schaltungsanordnung zu realisieren, wobei weniger Lötverbindungen benötigt werden.

Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß sich die Folie bis außerhalb des Elektretelementes erstreckt, wobei auf diesem Teil der Folie die elektronische Schaltungsanordnung als integrierte Halbleiteranordnung angeordnet ist und wobei die Elektrode über einen auf der Folie angeordneten Leiter mit einem der Anschlüsse der Halbleiteranordnung elektrisch verbunden ist.

Eine integrierte Halbleiteranordnung wird meistens auf einem Träger, beispielsweise auf einer keramischen Platte oder einer Kaptonfolie befestigt. Die Anschlüsse dieser Anordnung (Bondings) haben direkten Kontakt mit einer speziell dazu angeordneten gedruckten Verdrahtung auf diesem Träger. Wenn nun als Träger die genannte Folie verwendet wird, wird der Vorteil erhalten, daß diese Folie unmittelbar entweder als Membran oder als Träger für die Rückelektrode verwendbar ist.

In Massenherstellung, beispielsweise von Elektretmembranen, wird auf der Elektretfolie eine sehr dünne, etwa 0,2 μπι dicke Metallschicht als Elektrode angebracht Bei dieser Herstellung muß dann die integrierte Halbleiteranordnung auf dieser Folie befestigt werden, wobei selbstverständlich ein spezielles gedrucktes Verdrahtungsmuster einschließlich der genannten Elektrode angebracht werden muß.

In einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die genannte Folie auf einem Trägerkörper angeordnet und bildet die genannte Elektrode für mindestens einen flachen Teil derselben die Rückelektrode des Elektretelementes, wobei die genannte Elektrode an der Membranseite der Folie angeordnet ist

Es ist möglich, die Rückelektrode in Waffelform zu gestalten, d. h. dabei besteht dann der Trägerkörper aus einer profilierten, waffeiförmigen Platte, worauf die Folie eng anliegend angeordnet wird. Die Rückelektrode besteht dann im wesentlichen aus mehreren flachen Teilen.

In den beiden Ausführungsformen ist jeder flache Teil mit Vorsprüngen aus isolierendem tixotropem Lack versehen, welche Vorsprünge im Siebdruckverfahren angeordnet sind. Die mit der Rückelektrode zusammenarbeitende Membran liegt an diesen Vorsprüngen an. Durch Anwendung dieses Siebdruckverfahrens ist es möglich, bei der Massenherstellung eine sehr große Genauigkeit zu erzielen.

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Metallschicht in mehrere einzelne Oberflächenteile aufgeteilt, wobei nur ein zentral liegender flacher Teil als Rückelektrode wirksam ist und ein Randteil für die elektrische Verbindung mit der Membran dient, wobei der Zentrale sowie der Randteil über auf der Folie angebrachte Leiter mit der Halbleiteranordnung verbunden ist.

Eine derartige Rückelektrode ist zwischen den Vorsprüngen mit mehreren Löchern versehen, damit die akustische Wirkung der Anordnung nach der Erfindung erhöht wird.

Besteht die dabei verwendete Folie aus einem Elektretmaterial, so muß die Reihenfolge der Folie und der darauf angeordneten Rückelektrode umgekehrt werden, so daß sich der Folie zwischen der Membran und der Rückelektrode befindet. Die Membran kann dann aus einer einzigen Metallplatte, beispielsweise Aluminium bestehen. Auch kann in diesem Fall die Membran gegebenenfalls sus einer Polymerfolie aus nicht Elektretmaterial mit einer darauf angebrachten sehr dünnen Metallelektrode aufgebaut sein.

Ist die Folie als Träger der Rückelektrode aus Nicht-Elektretmaterial hergestellt, so besteht die Membran selbstverständlich aus einer Elektretfolie mit einer darauf angebrachten sehr dünnen Metallelektrode.

Durch Verwendung mehrerer Anordnungen nach der Erfindung können diese durch Reihen- oder Parallelschaltung der Elektretelemente alle an nur eine integrierte Halbleiteranordnung angeschlossen werden. Es ist dann so, daß diese Halbleiteranordnung mehr oder weniger zentral angeordnet und durch Teile der Folie umgeben ist, wobei jeder Teil entweder die Funktion einer Membran oder die Funktion eines Trägers für die Membran oder die Rückelektrode erfüllt.

Auf diese Weise ist durch Montage zweier Anordnungen nach der Erfindung eine sehr gut wirkende Körperschall kompensierende Mikrophonkombination erzielbar, die sich insbesondere zum Einbauen in einem Gerät zum Aufnehmen von Schallschwingungen, wie beispielsweise in einem Magnetbandgerät, eignet.

Eine derartige Mikrophonkombination weist das Kennzeichen auf, daß die Elektretelemente als Kondensatormikrophone parallel zueinander spiegelbildlich angeordnet und durch eine Trennwand akustisch getrennt sind, wobei die Membranen sowie die Rückelektroden miteinander elektrisch verbunden sind und Anschlüsse über auf der Folie angebrachte Leiter mit der integrierten Halbleiteranordnung bilden und die Folie und die ίο Trennwand gefaltet ist, wobei sich die Halbleiteranordnung an der Seitenwand der Trennwand befindet.

Die Trennwand kann aus dem obenstehend beschriebenen waffeiförmig ausgebildeten Trägerkörper bestehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß die Trennwand als Steckerstift ausgebildet ist, wobei sich die Mikrophonelemente auf dem oberen Teil des Steckerstiftes befinden und wobei sich die Folie teilweise über den unteren Teil des Steckerstiftes erstreckt wobei einige Oberflächenteile mit einer dünnen Metallschicht versehen sind, die als Steckerkontakte wirksam sind.

Die obengenannten Mikrophonkombinationen können mit sehr kleinen Abmessungen hergestellt werden, was für die Montage in beispielsweise »hinter-dem-Ohr«-Hörgeräten äußerst wichtig ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 bis 4 eine Darstellung einer waffeiförmigen Anordnung nach der Erfindung, die als dröhnfreie Mikrophonkombination wirksam ist,
F i g. 1 eine Draufsicht,
F i g. 2 einen Schnitt,

F i g. 3 eine ausgefaltete Folienrückelektrode,
F i g. 4 einen Schnitt durch eine Einzelheit,
Fig.5 bis 10 Darstellungen einer dröhnfreie Mikrophonkombination, ausgebildet als Steckerstift,

F i g. 5 und 6 Seitenansichten des Trägerkörpen,,
F i g. 7 einen Schnitt durch den Trägerkörper,

F i g. 8 eine ausgefaltete Folie mit dem in der Elektrodenschicht angeordneten Rückelektroden für zwei Anordnungen,

F i g. 9 eine sogenannte explodierte Darstellung,
Fig. 10einige Frequenzkennlinien.

In F i g. 1 bis 4 wird eine sehr kleine Anordnung nach der Erfindung dargestellt, die sich insbesondere zum Einbauen in einem Hörgerät und zwar insbesondere von dem Typ »hinter-dem-Ohr«-Hörgerät eignet. Ein derartiges Hörgerät ist halbmondförmig und klein bemessen. Die darin verwendeten Wandler — also Mikrophon und Telephon — sollen daher sehr klein bemessen sein. Die Anordnung nach den F i g. 1 bis 4 kann als Mikrophon sowie als Telephon verwendet werden. Die größte äußere Abmessung beträgt dabei 5 mm.

Auf einem Trägerkörper 1, der aus einer waffeiförmigen Aluminiumplatte besteht, sind auf beiden Seiten identisch ausgebildete Mikrophon- (oder Telephon-) Elemente 2 angeordnet.

Diese Elemente werden durch eine Rückelektrode 3 und eine Membran 4 gebildet.

Auf einer Kaptonfolie 5 mit einer Dicke von 100 μηι ist auf einer Seite eine Elektrodenschicht 6 mit einer Dick; von 0,2 μίτι vorgesehen. Der Trägerkörper 1 ist mit einem regelmäßigen Waffelmuster versehen. Auf diesem Waffelmuster wird die Kaptonfolie 5 eng anliegend angebracht dies erfolgt auf beiden Seiten des Trägerkörpers 1 und zwar derart, daß die Elektroden-

schicht 6 sich auf der Außenseite befindet. Deutlichkeitshalber ist in F i g. 4 die Kaptonfolie 5 und die Elektrodenschicht 6 nur auf einer Seite des Trägerkörpers 1 dargestellt. Für jedes Mikrophonelement 2 bildet die Folie 5 nun zehn flache Teile mit zwischenliegenden Vertiefungen. Die Elektrodenschicht 6 bildet nun auf den flachen Teilen die Rückelektrode 3.

Die flachen Teile, die die Mikrophonelemente 2 bilden, sind mit je einem Vorsprung 7 versehen, der zentral angeordnet ist und aus einem isolierenden tixotropen Lack besteht. Die Abmessungen sind: Querschnitt 0,1 mm und Höhe 25 μηι.

An den Rückelektroden der Mikrophonelemente 2 — im wesentlichen an den Vorsprüngen 7 — liegt die Membran 4 an.

Diese Membran besteht aus einer Folie aus Elektretpolymermaterial mit einer metallenen Elektrode von 0,2 μ auf der Außenseite. Die Dicke der Elektretfolie beträgt 20 μΐη.

Die darin vorhandenen Motoren, die zu dem Antriebssystem gehören, verursachen in hohem Maße Körperschall (mechanical noise). Die beschriebene Anordnung enthält dazu ebenso wie bei der Anordnung nach den F i g. 1 bis 4 zwei spiegelbildlich angeordnete Mikrophonelemente, wobei Körperschallkompensierung auftritt.

Die Anordnung besteht aus einer Trennwand 20, die als flacher Steckerstift ausgebildet ist. Auf den einander gegenüberliegenden flachen Seitenflächen sind zwei elektrostatische Mikrophonelemente 21 und 22 angeordnet.

Diese befinden sich im oberen Teil des Steckerstiftes. Jedes Element ist aus einer Rückelektrode 23 und einer Membran 24 aufgebaut.

Die Rückelektrode 23 wird durch eine dünne Metallschicht gebildet, die auf einer Kaptonfolie angeordnet ist.

Die Membran 24 besteht aus einer rechteckigen Folie

Auf diese Weise werden zwei Mikrophonelemente 2 20 aus Elektretpolymermaterial. Sie ist auf der Außenseite gebildet, wobei sich zwischen den flachen Teilen VoIu- mit einer dünnen Metallelektrode versehen. Die Memmen 8 befinden. Die jedem Mikrophonelement 2 zugeordneten Volumen sind durch den als Trennwand wirk

samen Trägerkörper 1 akustisch voneinander getrennt.

bran ist am Rand auf einem dünnen aus Kupfer bestehenden rechteckigen Ring 29 geklebt. Die Rückelektrode 23 ist mit vier regelmäßig ange-

Für jedes Mikrophonelement arbeiten die Membran 4 25 ordneten Vorsprüngen 25 versehen, die aus einem iso-

und die zugeordneten Volumen akustisch miteinander lierenden tixotropen Lack bestehen.

zusammen, wobei diese Volumen die Aufgabe haben, der Frequenzkennlinie des Mikrophonelementes einen gewünschten Verlauf zu erteilen. Die zwei Mikrophon-

Die Membran 24 liegt an diesen Vorsprüngen 25 an. Damit jedes Mikrophonelement 21, 22 akustisch wirkt, ist unterhalb jeder Rückelektrode 23 eine rechteckige ringförmige Ausnehmung 26 in der Zwischenwand 20 vorgesehen. Weiter ist die Metallschicht und die Kaptonfolie mit Löchern 27 versehen, wodurch die sehr dünne Luftschicht zwischen der Membran 24 und der Rückelektrode 23 mit der Ausnehmung 26 in Verbindung steht und die Membran auf diese Weise mit dem durch die Ausnehmung 26 gebildeten Volumen akustisch zusammenarbeitet und die Frequenzkennlinie des Mikrophonelementes abhängig von genannten Volumen bestimmt werden kann. Außerdem sind die beiden Rück

elemente sind nun derart elektrisch miteinander verbunden, daß sie für gewünschte Schallschwingungen gleichphasig und für unerwünschte meistens mechanische Schwingungen gegenphasig angetrieben werden und auf diese Weise für diese mechanischen Schwingungen unempfindlich sind.

In Fig.3 ist eine ausgefaltete Kaptonfolie 5 dargestellt mit der darauf angeordneten Elektrodenschicht 6.
Die Kaptonfolie ist mit einer dünnen Elektrodenschicht entsprechend einem bestimmten Muster versehen, das im wesentlichen aus 3 Teilen besteht und zwar 40 elektroden 23 nun gegenüber dem restlichen Teil der zwei nahezu identisch großen Oberflächen, die für die auf der Kaptonfolie angeordneten dünnen Metall-Rückelektroden dienen und durch einen schmalen Mit- schicht elektrisch isoliert.

tentei! getrennt sind, der zur Befestigung einer inte- Auf der Kaptonfolie ist eine integrierte Halbleiteran-

grierten Halbleiteranordnung 10 bestimmt ist. Die Ordnung 28 angeordnet, die mit den elektrisch miteinan-Halbleiteranordnung ist mit einer Anzahl gedruckter 45 der verbundenen Rückelektroden 23 und über den Verdrahtungen 13 verbunden, von denen eine, 11, zur Randteil der auf der Folie vorhandenen Metallschicht

ebenfalls über den kupfernen Rahmen 29 mit den Elektroden der elektrisch miteinander verbundenen Membranen 24 elektrisch verbunden ist Die beiden Mikrophonelemente 21 und 22 sind elektrisch nun derart miteinander verbunden, daß sie für gewünschte Schallschwingungen gleichphasig und für unerwünschte meistens mechanische Schwingungen gegenphasig angetrieben werden und auf diese Weise für diese mechanisehen Schwingungen unempfindlich sind.

Bei der Montage geht man von einer Kaptonfolie aus, die mit einem bestimmten Muster einer gedruckten Verdrahtung sowie mit angebrachten Elektroden versehen ist. Die Elektroden erstrecken sich weiter als das Gebiet der Rückelektrode. Die Kaptonfolie wird gemäß den Linien C-C und D-D zugeschnitten. Die Gesamt-

Verbindung mit den Rückelektroden sorgt

In einem Siebdruckverfahren sind die Vorsprünge 7 entsprechend dem Waffelmuster angebracht.

Die auf diese Weise bearbeitete Kaptonfolie wird entsprechend den Faltlinien A-A und B-B um den Trägerkörper gefaltet.

Auf einer Seite 9 des Trägerkörpers 1 befindet sich die integrierte Halbleiteranordnung 10, die auf der Kaptonfolie 5 angeordnet ist.

Diese Halbleiteranordnung, deren größte Abmessung 0,6 mm beträgt, enthält einen Impedanzwandler, der die Impedanz der Anordnung herabsetzt wodurch sie zum Anschluß an einen Mikrophonverstärker und gegebenenfalls ein Verstärkerelement geeignet wird.

In F i g. 4 ist auf schematische Weise dargestellt wie die Halbleiteranordnung 10 an der Seitenwand befestigt ist

Ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in den Fig. 5 bis 9 dargestellt Die Anordnung in Form eines Mikrophons ist als Steckerstift ausgebildet und ist zum Einbauen in Abspielapparatur, wie Magnetbandgeräten, gemeint.

breite der Kaptonfolie entspricht dann nahezu der Länge der als Steckerstift ausgebildeten Trennwand 20.

Zuvor werden die Löcher 27 gestanzt während die Vorsprünge 25 im Siebdruckverfahren angebracht werden.

Die Linien A-A und ß-ßsind Faltlinien, über die die Kaptonfolie um die Trennwand 20 gefaltet und dann

darauf festgeklebt wird.

Nach Anbringen der Membran 24 wird um die Mikrophonelemente ein kupferner Klemmbügel aus zwei Teilen 30 und 31 angeordnet, wobei der Teil 30 entsprechend den zwei Faltlinien E-E um den Teil 31 gefaltet wird.

Dieser Klemmbügel ist mit einer Ausnehmung 32 versehen, die zum Aufnehmen der Halbleiteranordnung 28 dient. Weiterhin ist der Klemmbügel 30, 31 mit einer Kontaktzunge 33 versehen, die an einer der Kontaktflächen der Kaptonfolie anliegt, wodurch diese mit der Elektrode der Membran 24 galvanisch verbunden ist.

Von dieser dröhnausgeglichenen Mikrophonkombination sind in F i g. 10 einige Frequenzkennlinien dargestellt.

Dabei zeigt die Ordinate die Empfindlichkeit in dB und die Abzisse die Frequenz in Hz.

Die Kurve 34 ist die Frequenzkennlinie der Mikrophonkombination, die von 50 bis 50 000 Hz einen nahezu flachen Verlauf hat.

Die Kurven 35 und 36 sind sogenannte Körperschallkennlinien; wobei die Kurve 35 für ein einziges Mikrophonelement, also nicht ausgeglichen, gilt, während die Kurve 36 zu der körperschallkompensierenden Mikrophonkombination, also mit zwei Mikrophonelementen, gehört. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß im Durchschnitt eine Verringerung um etwa 8 dB stattfindet. Die Messungen der Körperschallkennlinien 35 und 36 fanden bis 2000 Hz statt.

Einige Abmessungen: Länge des Steckerstiftes 10 mm. Dicke 1,5 mm, Länge der Kaptonfolie: 8,3 mm, Durchmesser der Membran 5,1 mm, Dicke der Kaptonfolie: 300 μηΐ; Dicke der Membran: 12 μπι.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

40

45

50

60

65

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Umwandeln akustischer Schwingungen in elektrische Schwingungen und umgekehrt, mit mindestens einem Kondensatorelektretelement, das an eine elektronische Schaltungsanordnung angeschlossen ist, mit einem Impedanzwandler, wobei das Elektretelement mit mindestens einer Folie aus dielektrischem Polymermaterial mit mindestens einer darauf angeordneten Elektrode versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Folie bis außerhalb des Elektretelementes erstreckt, wobei auf diesem Teil der Folie die elektronische Schaltungsanordnung als integrierte Halbleiteranordnung angeordnet ist und wobei die Elektrode über einen auf der Folie angeordneten Leiter mit einem der Anschlüsse der Halbleiteranordnung elektrisch verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Folie als Membran des Elektretelements wirksam ist.

3. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus Elektretmaterial besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie auf einem Trägerkörper angeordnet ist und die genannte Elektrode für mindestens einen flachen Teil derselben die Rückelektrode des Elektretelements bildet, wobei die genannte Elektrode auf der Membranseite der Folie angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus einer profilierten waffeiförmigen Platte besteht, auf der die Folie eng anliegend angeordnet ist und wobei mehrere flache Teile die Rückelektroden bilden.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht in mehrere einzelne Oberflächenteile aufgeteilt ist, wobei ein zentral liegender flacher Teil als Rückelektrode wirksam ist und ein Randteil zur elektrischen Verbindung mit dem Membran dient, wobei der zentrale sowie der Randteil über auf der Folie angeordnete Leiter mit der Halbleiteranordnung verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem flachen Teil ein oder mehrere Vorsprünge aus isolierendem tixotropem Lack im Siebdruckverfahren angeordnet sind, wobei die Membran an den Vorsprüngen anliegt.

8. Dröhnfreie Mikrofonkombination, insbesondere zum Einbauen in ein Gerät zum Aufnehmen von Schallschwingungen auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger, mit zwei Anordnungen nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektretelemente als Kondensatormikrophone parallel zueinander spiegelbildlich angeordnet und durch eine Trennwand akustisch getrennt sind, wobei die Membranen sowie die Rückelektroden miteinander elektrisch verbunden sind und Anschlüsse über auf der Folie angeordnete Leiter mit der integrierten Halbleiteranordnung bilden und die Folie um die Trennwand gefaltet ist, wobei die Halbleiteranordnung sich an der Seitenwand der Trennwand befindet.

9. Dröhnfreie Mikrophonkombination nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand aus einer waffeiförmig profilierten Metallplatte besteht, an der die Folie eng anliegend angeordnet ist

10. Dröhnfreie Mikrophonkombination nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand als Steckerstift ausgebildet ist, wobei sich die Mikrophonelemente auf dem oberen Teil des Steckerstiftes befinden und die Folie sich teilweise über den unteren Teil des Steckerstiftes erstreckt, wobei einige Oberflächenteile mit einer dünnen Metalischicht versehen sind, die als Steckerkontakte wirksam sind.