DE4329993A1 - Elektro-akustischer kapazitiver Wandler, insbesondere Elektret-Kondensator-Mikrofon - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Wandler der im Oberbegriff des Anspru­ ches 1 angegebenen Art. Der bekannte Wandler hat den aus Fig. 8 ersichtli­ chen typischen Aufbau, wo eine sogenannte "Elektretkapsel" nach dem Stand der Technik dargestellt ist.

Ausweislich der Fig. 8 umfaßt die bekannte Elektretkapsel ein becherförmi­ ges Gehäuse 10′, dessen Becherboden 11 ein oder mehrere Einsprachlöcher 12′ besitzt. Der Gehäusebecher 10′ umschließt einen Gehäuseraum 13′, worin bei der Montage folgende Funktionselemente eingestapelt werden. An der Innenfläche des Becherbodens 11′ kommt zunächst ein Membranring 14′ mit daran aufgeklebter Membran 21′ zu liegen, die auf ihrer, dem Membranring 14′ abgekehrten Flächenseite eine Metallisierung aufweist. Dann folgt ein isolierender Abstandsring 22′, der die Aufgabe hat, einen Luftspalt 15′ gegenüber einer sich darauf abstützenden metallischen Gegen­ elektrode 23′ zu bilden. Die der Membran 21′ zugekehrte Oberseite der Gegenelektrode 23′ ist mit Kunststoff kaschiert, vorzugsweise mit einem Polymerisationsprodukt von Tetrafluoräthylen (Teflon). Im elektrischen Kon­ takt mit der Gegenelektrode 23′ steht ein auf ihrer Unterseite angeordneter Kontaktring 16′, an welchen der eine Anschluß 41′ eines elektrischen Bauteils 40′, z. B. eines Feldeffekt-Transistors, angelötet ist, der sich im Gehäuseraum 13′ befindet. Zur Isolation der Gegenelektrode 23′ und des Kontaktrings 16′ gegenüber dem Gehäusebecher 10′ dient ein zylindri­ scher Isolierteil 31′, dem schließlich eine Abschlußplatte 50′ folgt. Die Abschlußplatte 50′ konnte bei Richtmikrofonkapseln Schallöffnungen 51′ aufweisen. Die Schallöffnung 51′ kann mit Dämpfungsmaterial 52′ bedeckt sein. Bei der bekannten Elektretkapsel werden die beschichtete Gegenelek­ trode 23′, der Kontaktring 16′, der Isolierteil 31′, der elektrische Bauteil 40′ mit seinen Anschlüssen 41′, 42′ und die Abschlußplatte 50′ im Gehäuse 10′ übereinander gestapelt und dann wird das Gehäuse geschlossen. Dieser bekannte Aufbau weist prinzipiell folgende Nachteile auf.

Zwischen der am Membranring 14′ befestigten Membran 21′ und dem Be­ cherboden 11′ entsteht ein Vorraum 17′, der das äquivalente Volumen der Elektretkapsel erhöht und den Schalleinfall bei hohen Frequenzen, vor allem bei seitlicher oder rückwärtiger Beschallung verringert. Der Vorraum 17′ kann nicht beliebig klein gemacht werden, weil der zur Monta­ ge der Membran 21′ dienende Membranring 14′ eine ausreichende Ringdicke aufweisen muß, um stabil zu sein. Nachteilig ist auch die kleine Isolier­ strecke zwischen der metallischen Gegenelektrode 23′ und dem Gehäusebe­ cher 10′. Deshalb kann es, vor allem bei feuchtem Klima, zu erhöhtem Eigenrauschen der bekannten Elektretkapsel kommen.

Der eigentliche akustische Wandler entsteht erst bei der Endmontage, wenn die vorerwähnte Einheit im Gehäuseinneren 13′ mit dem Abstandsring 22′ und der mit der Membran 21′ ausgerüstete Membranring 14′ zusammen­ gestapelt worden ist. Dadurch addieren sich die anfallenden Toleranzen der übereinander gelegten Elemente. Eine endseitige Abwinkelung 18′ des Gehäusebechers 10′ erzeugt einen Stapeldruck, der alle Elemente zusammen­ gedrückt hält. Dies führt zu einem nicht kontrollierbaren Eindrücken des Abstandsrings 22′ in die Kunststoffbeschichtung 24′ und in die Membran 21′. Durch hohen Stapeldruck kann sich sogar der Membranring 14′ verwin­ den. Dadurch werden praktisch alle akustischen Parameter beeinflußt, wie Membranresonanz, Dämpfung, Übertragungsfaktor, Frequenzgang, Eigen­ rauschen und dgl.

Schließlich bilden die metallische Gegenelektrode 23′, der Kontaktring 16′ und der Feldeffekttransistor 40′ eine sogenannte "Totkapazität" gegen­ über dem Gehäusebecher 10′ und gegenüber dem Außenbereich der nicht effektiv genutzten Membran 21′. Dies verringert den Übertragungsfaktor bzw. den Geräuschspannungsabstand. Bei Betrieb des Feldeffekttransistors 40′ in Source-Schaltung wird der maximal erreichbare Verstärkungsfaktor ebenfalls begrenzt. Der Zugriff auf das Gate für frequenzabhängige Gegen­ kopplungen ist technisch kaum zu realisieren. Die Wirkung entsprechender elektrischer Bauteile mit den benötigten Zuleitungen zwischen dem Gate und Drain des Feldeffekttransistors 40′ wird ebenfalls beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochwertigen Wandler der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu entwickeln, der raumsparend gestaltet ist, sich einfach automatisch fertigen läßt und durch wenig Totkapazität auszeichnet und unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit ist. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Alle für den Wandler maßgeblichen akustischen Elemente und elektrischen Bauteile werden vorab zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Vor ihrer endgültigen Montage im Gehäuse können, wegen der verfügbaren Baueinheit, alle wesentlichen Elemente des künftigen Wandlers auf ihre akustischen und/oder elektrischen Funktionen genau und bequem geprüft werden. Maßgeb­ lich für den Aufbau dieser Baueinheit ist ein plattenförmiger Träger aus nichtleitendem oder halbleitendem Material, dessen Oberseite eine Metall­ schicht trägt, welche die Gegenelektrode bildet und zweckmäßigerweise nur so groß dimensioniert ist, wie es die effektive Membranfläche erfordert. Die Unterseite des Trägers besitzt Leiterbahnen, zwischen denen definierte Anordnungsbereiche für die maßgeblichen elektrischen Bauteile vorgesehen sind. Die Leiterbahnen werden durch ein Siebdruckverfahren od. dgl. aufge­ bracht, z. B. durch Aufbringen einer Silber-Palladium-Legierung. Elektri­ sche Widerstände werden dabei einfach zwischen den maßgeblichen Leiter­ bahnen auf der Träger-Unterseite aufgebracht. Diese Bauteile können entwe­ der auf der Träger-Unterseite unmittelbar befestigt oder, wenn der Träger aus geeignetem Halbleitermaterial besteht, in den Träger selbst integriert sein. Die elektrischen Bauteile werden durch am Träger vollzogene Halblei­ terprozeßschritte erzeugt, wenn die Trägerplatte z. B. aus Silizium besteht, in welche sich dann die elektrischen Schaltungen eindiffundieren lassen. Auf der Oberseite des Trägers wird sowohl der Abstandsring als auch die Membran befestigt, was z. B. durch Kleben erfolgen kann. Andere geeignete Maßnahmen dazu sind in den Unteransprüchen hervorgehoben. Platzaufwendige Bauteile, wie der bekannte Membranring 14′, entfallen grundsätzlich bei der Erfindung. Wegen der vorgefertigten Baueinheit kommt es bei der Erfindung auf die vom Gehäuse bei der Endmontage ausgeübte mechanische, axiale Druckspannung nicht mehr an.

Weitere Vorteile und Maßnahmen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprü­ chen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnun­ gen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in einem axialen Halbschnitt die wesentlichsten Teile des nach der Erfindung erzeugten Wandlers in einer ersten Ausführung,

Fig. 2 schematisch, in Explosionsdarstellung und im Axialschnitt, die verschiedenen zum Aufbau des Wandlers nach der Erfindung benö­ tigten Einzelelemente, Element-Gruppen und einer Baueinheit aus Elementen, welche gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Fall etwas abgewandelt ausgebildet sind,

Fig. 3 in starker Vergrößerung und im Axialschnitt ein Teilstück der den erfindungsgemäßen Wandler kennzeichnenden Baueinheit von Fig. 2,

Fig. 4 die Draufsicht auf ein Element des beim Wandler von Fig. 2 und 3 verwendeten besonderen Gehäuseinsatzes,

Fig. 5 und 6 in Draufsicht die Oberseite bzw. Unterseite eines zu der vorerwähnten Baueinheit gehörenden Trägers, wenn er gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ausgebildet ist,

Fig. 7 in einem gegenüber der Fig. 5 und 6 kleinerem Maßstab die Draufsicht auf die besondere Ausbildung eines zur Baueinheit des erfindungsgemäßen Wandlers gehörenden Elements in seinem Ausgangszustand, vor der Montage, und

Fig. 8, wie bereits eingangs erwähnt wurde, einen schematischen Axial­ schnitt durch die bereits beschriebene bekannte Elektretkapsel.

Der besseren Übersicht wegen werden beim erfindungsgemäßen Wandler zur Benennung entsprechender Elemente zwar die gleichen Bezugszeichen wie bei der vorbeschriebenen bekannten Elektretkapsel gemäß Fig. 8 verwen­ det, aber zur Unterscheidung davon, ohne Strich (′) angeführt. Sofern nachfolgend nichts anderes gesagt ist, gilt daher die bisherige Beschreibung.

Ein wesentlicher Bauteil einer den erfindungsgemäßen Wandler kennzeichnen­ den Baueinheit 20 ist ein aus nichtleitendem Material bestehender, platten­ förmiger Träger 25, dessen der maßgeblichen Membran 21 zugekehrte Ober­ seite 26 in Fig. 5 und dessen gegenüberliegende Unterseite 27 in Fig. 6 gezeigt sind. Die Oberseite 26 des Trägers 25 ist mit einer Metallschicht 23 versehen, die im Gebrauchsfall als Gegenelektrode wirkt und lediglich so groß dimensioniert ist, wie es der effektiven Fläche der Membran 21 entspricht. Dadurch verbleibt beim ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1, das in Fig. 5 gezeigt ist, eine freie Randzone 28. Der Träger 25 ist mit drei schlitzförmigen akustischen Durchlässen 29 versehen, welche die Metallschicht 23 in Form von Kreisringsegmenten durchsetzen. Der Träger vom zweiten Ausführungsbeispiel, gemäß Fig. 3, besitzt auch im Bereich der Randzone 28 eine entsprechende Metallauflage 33, die dort für die gleiche Schichtdicke sorgt, aber gegenüber der als Gegenelektrode wirkenden Metallschicht 23 durch eine ringförmige Lücke 34 elektrisch getrennt ist.

Ausweislich der Fig. 1 und der Fig. 3 ist die Metallschicht 23 mit einer als Elektret fungierenden Kunststoffbeschichtung 24 versehen, die sich im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 über die Lücke 34 hinweg auch über die randzonenseitige Metallauflage 33 erstreckt. Auf der Randzone 28 ist ein aus leitendem Material bestehender, besonders gestalteter Ab­ standsring 22 befestigt, z. B. durch Kleben. Insbesondere im Anwendungsfall gemäß Fig. 3 kann der Abstandsring 22 ein am besten aus Fig. 7 ersichtli­ ches Lochmuster 35 besitzen, welches bei der noch näher zu beschreibenden Vormontage der Baueinheit 20 in die als Elektret fungierende Kunststoffbe­ schichtung 24 eindringt und sich dabei über sein Lochmuster 35 verkrallt. An seinem Außenumfang 36 ist der Abstandsring 22 mit einer Schar von radialen Zungen 37 versehen, die von vorneherein oder später, z. B. bei der abschließenden Endmontage der Baueinheit 20, abgewinkelt werden und dadurch, im Montagefall, mit der Innenfläche 19 eines noch näher zu beschreibenden Gehäuses 10 kontaktwirksam werden. Im Ausführungsbei­ spiel von Fig. 1 erfolgt die Abwinkelung der Zungen 37 an der Umfangskan­ te des Trägers 25 und im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 an der Umfangskante einer noch näher zu beschreibenden Isolierhülse 31. Nach der Vormontage der Baueinheit 20 befinden sich somit alle akusti­ schen Elemente in endgültiger fester Verbindung mit der Oberseite 26 des Trägers 25. Zu der Baueinheit 20 treten dann auf der Träger-Unterseite 27 noch folgende wesentlichen elektrischen Elemente.

Ausweislich der Fig. 6 ist die Unterseite 27 des Trägers 25 mit einer Schar von Leiterbahnen 43 versehen, zwischen denen die in Fig. 6 strich­ punktiert angedeuteten Anordnungsbereiche 44 für die aus Fig. 1 bis 3 körperlich erkennbaren elektrischen Bauteile, z. B. einen Feldeffekttransistor 40, vorgesehen sind. Die Bauteile 40 sind mit ihrer einen Flächenseite durch Kleben od. dgl. an den Anordnungsbereichen 44 der Platte 25 befestigt und mit ihren Anschlüssen 41, 42 mit den zugehörigen Leiterbahnen 43 elektrisch verbunden. Dadurch entsteht auf der Träger-Unterseite 27 die komplette elektrische Schaltung mit allen maßgeblichen Bauteilen, wozu außer dem Feldeffekttransistor 40 auch noch zusätzliche elektrische Bauele­ mente, wie Widerstände 45, treten können, welche zur Gegenkopplung oder Frequenzgangkorrektur dienen. Wie am besten aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, verlaufen die Anschlüsse 41, 32 des Feldeffekttransistors 40 im wesentlichen parallel zur Plattenebene des Trägers 25. Im Normalfall ist der Träger 25 materialmäßig aus geläppter Keramik gebildet. Außerdem können die Leiterbahnen 43, wie Fig. 6 zeigt, stellenweise zu Kontaktflächen 46 verbreitert sein, denen noch eine näher zu beschreibende besondere Bedeutung zukommt.

Bedeutsam ist es, wie Fig. 1 andeutet, die Trägerplatte 25 mit Durchbrü­ chen 47 zu versehen, die zu einer Durchkontaktierung der oberseitigen Metallschicht 23 mit einem der Anschlüsse 41 der Bauteile 40 auf der Träger-Unterseite 27 dienen. Die Lage eines solchen Durchbruchs 47 ist auch aus den beiden Draufsichten von Fig. 5 und 6 zu erkennen. In größe­ rem Detail zeigt die Fig. 3, daß die Durchkontaktierung 48 durch eine Metallisierung der Durchlaß-Laibung zustande kommt, welche die oberseitige Metallschicht 23 mit der maßgeblichen unterseitigen Leiterbahn 43 verbindet. Eine aus Silizium bestehende Trägerplatte 25 kann alternativ auch zur Integration der gesamten Schaltung wie ein "wafer" genutzt werden. Die Schaltungen und die elektrischen Bausteine werden in diesem Fall durch Fotoschichten, Diffusionsvorgänge und Ätzverfahren gleich miterzeugt. Die Schaltung und die elektrischen Bauteile werden dann also direkt im Träger 25 durch Halbleiter-Prozeßschritte eingebracht. Dadurch lassen sich sehr hochwertige und billige Kapseln herstellen.

Nach Anbringung und Kontaktierung der elektrischen Bauteile 40, 45 ist die Baueinheit 20 fertiggestellt. Sie beinhaltet alle akustischen und elektri­ schen Elemente und kann daher, vor der Endmontage der Baueinheit 20 im Wandler auf alle maßgeblichen akustischen und elektrischen Funktionen überprüft werden. Der besondere Aufbau des die Baueinheit 20 wesentlich bestimmenden Trägers 25 erlaubt eine vollautomatische Herstellung, was sich besonders kostensparend auswirkt. Fehlerhafte Baueinheiten 20 können vor der Endmontage mit den weiteren Bestandteilen des Wandlers aussortiert werden. Die elektrische Träger-Unterseite 27 kann vorteilhaft mit Verguß­ masse überdeckt werden, die sich auch über die Durchkontaktierung 48 des Feldeffekttransistors 40 erstreckt. Dadurch ist der hochohmige Teil des Wandlers optimal gegen Umwelteinflüsse, wie Feuchtigkeit, geschützt, was unerwünschtes Rauschen verhindert. Wie bereits erwähnt wurde, ist auch die als Gegenelektrode fungierende Metallschicht 23 auf der Träger- Oberseite 26 ganz mit der Kunststoffschicht 24 überdeckt, einschließlich der dort austretenden Durchkontaktierung 48.

Wie am besten aus der Explosionsdarstellung von Fig. 2 zu erkennen ist, lassen sich sämtliche im Innenraum 13 des Gehäuses 10 zu montierenden Elemente in drei Baugruppen von aufeinander folgenden Axialabschnitten gliedern, die jeweils für sich bei der Montage gehandhabt werden. Der eine, vorderste Axialabschnitt, wird von der beschriebenen Baueinheit 20 gebildet. Dieser folgt dann noch ein weiterer, noch näher zu beschreiben­ der Gehäuseeinsatz 30, dem sich schließlich, als dritter Axialabschnitt, eine in besonderer Weise ausgebildete Abschlußplatte 50 anschließt. Die Abschlußplatte 50 besteht zwar aus nichtleitendem Material, wie Epoxydharz, ist aber mindestens bereichsweise sowohl auf ihrer Innenseite 57 als auch auf ihrer Außenseite 56 mit einem Metallbelag 55 bzw. 54 versehen. Auch diese Abschlußplatte 50 ist zum Schalldurchgang mit Durchlässen 51 verse­ hen, dessen Durchlaßlaibungen ihrerseits eine Metallisierung 53 aufweisen können. Dadurch stehen die beidseitigen Metallbeläge 54, 55 in elektrischer Verbindung. Wegen des besonderen Aufbaus des bereits erwähnten Gehäuse- Einsatzes 30 lassen sich mittelbar, über Verbindungsglieder 60 und über den äußeren Metallbelag 54 der fertig montierten Abschlußplatte 50, die in der Baueinheit 20 integrierten elektrischen Bauteile 40, 45 kontaktieren.

Der als zweiter Axialabschnitt einer Gruppe von Bauelementen dienende Gehäuse-Einsatz 30 besteht aus einer im wesentlichen zylindrischen Isolier­ hülse 31, die im zweiten Ausführungsbeispiel, für die Baueinheit von Fig. 3, gemäß Fig. 2, mit einer Absatzstufe 32 versehen sein kann. Die Isolier­ hülse 31 kann, im Vergleich mit der bekannten Isolierhülse 31′, aus wesent­ lich einfacherem Isolationsmaterial bestehen, weil es bei der Erfindung nicht entscheidend ist, ob das Material keine Feuchtigkeit aufnimmt. Die Absatzstufe 32 ist so dimensioniert, daß im Montagefall der Träger 25 der Baueinheit 20 darin versenkt angeordnet werden kann. In diesem Fall werden dann, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wurde, die zum Abstandsring 22 gehörenden Zungen 37 um die Mantelfläche der Isolierhülse 31 abgewinkelt. Im Montagefall kommt nämlich die Mantel­ fläche der Isolierhülse 31 an der bereits erwähnten Innenfläche 19 des Gehäuses 10 zu liegen. Bedeutsam ist aber, daß diese Isolierhülse 31, wie am besten aus der Draufsicht von Fig. 4 zu ersehen ist, drei achsparal­ lel verlaufende Bohrungen 38 aufweist, die längs des Hülsenumfangs in zueinander gleichförmiger Teilung angeordnet sind. Um eine ausreichend große lichte Weite in den Bohrungen 38 zu schaffen, ist die Hülsenwand in diesen Axialzonen mit Radialverdickungen 39 versehen, die ins Hülseninne­ re ragen. Die Bohrungen 38 dienen zur Aufnahme von elektrischen Verbin­ dungsgliedern 60, die hier in besonderer Weise ausgebildet sind und deshalb, außer elektrischen Funktionen, auch noch mechanische Funktionen überneh­ men können.

Die elektrische Funktion der Verbindungsglieder 60 besteht, wie bereits angedeutet wurde, darin, die elektrischen Bauteile 40, 45 der Baueinheit 20 von der Abschlußplatte 50 aus zu kontaktieren. Dazu wird zunächst der Gehäuse-Einsatz 30 vormontiert, indem in die diversen Bohrungen 38 der Isolierhülse 31 die entsprechenden Verbindungsglieder 60 eingeführt werden, die dann, wie Fig. 2 verdeutlicht, mit ihren beiden Enden 61, 62 daraus vorstehen. Im vorliegenden Fall besteht das Verbindungsglied 60, um die noch näher zu beschreibenden mechanischen Funktionen zu erfüllen, aus einer wendelförmig gestalteten Druckfeder 60, deren Montage­ fall in Fig. 1 gezeigt ist.

Bei der Montage, die durch nicht näher gezeigte Richtelemente zwischen den gesamten Axialabschnitten 20, 30, 50 erleichtert werden kann, kommt das eine Federende 61, gemäß Fig. 1, mit der bereits im Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebenen Kontaktfläche 46 auf der Unterseite der Baueinheit 20 in elektrische Verbindung, während das andere Federende 62 sich kontakt­ wirksam am inneren Metallbelag 55 der Abschlußplatte 50 abstützt. Dadurch können, über die träger-unterseitigen Leiterbahnen 43, gemäß Fig. 6, die elektrischen Bauteile 40, 45 in definierter Weise elektrisch verbunden wer­ den. Ausweislich der Fig. 1 nehmen dabei die beidseitig des Gehäuseeinsat­ zes 30 befindlichen Baugruppen, nämlich einerseits die Baueinheit 20 und andererseits die Abschlußplatte 50 eine definierte axiale Position an Gehäu­ seendanschlägen 58, 59 ein, die durch folgenden Aufbau des Gehäuses 10 entstehen.

Das Gehäuse besteht im vorliegenden Fall ausweislich der Fig. 1, aus einer zylindrischen Büchse 10, die an ihrem einen Ende einen ringförmigen Innenflansch 58 besitzt. Dieser fungiert beim Einbau der Baueinheit 20 als der eine Gehäuseanschlag, gegen den die Baueinheit 20 von der Druckfe­ der 60 im Montagefall definiert angedrückt wird. In diesem Fall wirkt das als Druckfeder gestaltete Verbindungsglied 60 als Kraftspeicher, der in Achsrichtung elastisch nachgiebig ist. Die definierte Spannung ergibt sich aus der vorgegebenen Bauhöhe des Gehäuseeinsatzes 30 und aus der Länge der mit ihren Enden 61, 62 daraus axial herausragenden Druckfeder 60. Wie bereits erwähnt wurde, wird über die Baueinheit 20 der Gehäuseein­ satz 30 und dahinter die Abschlußplatte 50 gelegt. Daraufhin wird, wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, der gegenüberliegende freie Rand 63 der Büchse umgebördelt und hintergreift die Abschlußplatte 50 mit ihrer dabei als Endanschlag 59 fungierenden Umbördelungskante. Die Druckfedern 60 sorgen für eine definierte Andruckkraft zwischen der vorderseitigen Baueinheit 20 und der rückseitigen Abschlußplatte 50, die gegenüber dem Stand der Technik wesentlich geringer ausgebildet sein kann, weil es nur auf eine beidendige Kontaktierung der Druckfedern 60 ankommt. Es genügen ca. 10% der bekannten Andruckkraft im Stand der Technik. Es kommt wegen der bereits vormontierten Baueinheit 20 zu keiner unkontrollierten Spannung zwischen den akustischen Elementen, welche die eingangs erwähn­ ten akustischen Parameter verändern könnten. Die im Stand der Technik geschilderten Nachteile werden vermieden. Bei der erfindungsgemäßen Bau­ einheit bleibt also, unabhängig von der Montage der drei Bauelementgruppen 20, 30, 50 ein definierter Luftspalt 15, gemäß Fig. 3, zwischen der Membran 21 und der als Gegenelektrode wirkenden Metallschicht 23 bestehen. Die Endmontage ist sehr einfach und kann auch automatisiert werden.

Bezugszeichenliste

10 Gehäuse, Büchse
10′ Gehäusebecher (Fig. 8)
11′ Becherboden (Fig. 8)
12′ Einsprechloch (Fig. 8)
13 Gehäuseraum bei 10
13′ Gehäuseraum bei 10′ (Fig. 8)
14′ Membranring (Fig. 8)
15 Luftspalt (Fig. 3)
15′ Luftspalt (Fig. 8)
16′ Kontaktring (Fig. 8)
17′ Vorraum (Fig. 8)
18′ Gehäuseabwinkelung (Fig. 8)
19 Innenfläche von 10 (Fig. 2)
20 Baueinheit (Fig. 3)
21 Membran
21′ Membran (Fig. 8)
22 Abstandsring
22′ Abstandsring (Fig. 8)
23 Metallschicht
23′ Gegenelektrode (Fig. 8)
24 Kunststoffbeschichtung
24′ Kunststoffbeschichtung, Elektret (Fig. 8)
25 Träger, Trägerplatte
26 Oberseite von 25
27 Unterseite von 25
28 Randzone von 26
29 akustischer Durchlaß in 25
30 Gehäuse-Einsatz
31 Isolierhülse
31′ Isolierteil (Fig. 8)
32 Absatzstufe in 31 (Fig. 2, 4)
33 randzonenseitige Metallauflage (Fig. 3)
34 elektrische Trennung, Lücke
35 Lochmuster in 22 (Fig. 7)
36 Außenumfang von 22
37 Zunge an 22
38 Bohrung in 31
39 Radialverdickung bei 38
40 elektrischer Bauteil, Feldeffekttransistor
40′ Feldeffekttransistor (Fig. 8)
41 Anschluß von 40
41′ Anschluß von 40′
42 Anschluß von 40
42′ Anschluß von 40′
43 Leiterbahn auf 27
44 Anordnungsbereiche von 40
45 Widerstand
46 Kontaktfläche
47 Durchbruch
48 Durchkontaktierung bei 47
49 Büchsenrand von 10
50 Abschlußplatte
50′ Abschlußplatte (Fig. 8)
51 Durchlaß in 50
51′ Schallöffnung in 50′
52′ Dämpfungsmaterial bei 51′ (Fig. 8)
53 Metallisierung von 51
54 äußerer Metallbelag
55 innerer Metallbelag
56 Außenseite von 50
57 Innenseite von 50
58 Gehäuse-Endanschlag; ringförmiger Innenflansch
59 Gehäuse-Endanschlag, Umbördelungskante von 49
60 Verbindungsglied, Druckfeder
61 erstes Ende von 60
62 zweites Ende von 60

Claims (27)

1. Elektro-akustischer kapazitiver Wandler, insbesondere Elektret- Kondensator-Mikrofon,
mit einem elektrisch leitenden Gehäuse (10′), dessen Gehäuseraum (13′) zur Aufnahme dient von
einer auf Schall ansprechenden Membran (21′) mit flächenseitiger Metallisierung,
einer durch einen Abstandsring (22′) davon getrennten plattenförmigen Gegenelektrode (23′), die auf ihrer der Membran (21′) zugekehrten Oberseite ggf. eine als Elektret dienende Kunststoffbeschichtung (24′) aufweist,
und elektrischen Bauteilen (40′), wie einen Impedanzwandler, deren diverse Anschlüsse einerseits (41′) an der Unterseite der Gegenelektro­ de (23′) und andererseits (42′) an einer den Gehäuseraum (13′) rücksei­ tig abschließenden Abschlußplatte (50′) kontaktierbar sind, gekennzeichnet durch
einen plattenförmigen Träger (25) aus nichtleitendem oder halbleiten­ dem Material, dessen Unterseite (27) Leiterbahnen (43) aufweist und dessen Oberseite (26) eine Metallschicht (23) trägt, welche die Gegenelektrode bildet,
zwischen den Leiterbahnen (43), auf der Unterseite (27) des Trägers (25), Anordnungsbereiche (44) für die elektrischen Bauteile (40) sich befinden und die Anschlüsse (41, 42) dieser elektrischen Bauteile (40) mit den Leiterbahnen (43) verbunden sind,
während auf der Oberseite (26) des Trägers (25) der Abstandsring (22) und auf diesem die Membran (21) befestigt sind und der Abstands­ ring (22) aus elektrisch leitendem Material besteht,
wobei der Träger (25) zusammen mit der Membran (21), dem Abstands­ ring (22) und mit den elektrischen Bauteilen (40) eine vormontierbare sowie auf ihre akustischen und/oder elektrischen Funktionen prüffähige Baueinheit (20) bilden.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (25) einen die oberseitige Metallschicht (23) mit einer der unterseitigen Leiterbahnen (43) verbindenden Durchbruch (47) aufweist, der zur Durchkontaktierung (48) des Anschlusses (41) vom elektrischen Bauteil (40) dient.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (25) mindestens einen Durchlaß (47; 29) besitzt, dessen Durch­ laß-Laibung eine Metallisierung (48) aufweist, und die Metallisierung (48) die träger-oberseitige, als Gegenelektrode fungierende Metall­ schicht (23), mit einer der träger-unterseitigen Leiterbahnen (43) elektrisch verbindet.

4. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandsring (22) ein Lochmuster (35) besitzt und die oberseitige, insbesondere als Elektret dienende Kunststoffbe­ schichtung (24) sich auch über die Randzone (28) des Trägers (25) erstreckt, in welche, bei der Vormontage der Baueinheit (20), der Abstandsring (22) mit seinem Lochmuster (35) sich verkrallt, (Fig. 3, 7).

5. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Abstandsring (22) seinen Außenumfang (36) radial überragende Zungen (37) aufweist, die im Montagefall an einer Umfangskante des Trägers (25) bzw. einer Isolier­ hülse (31) abgewinkelt sind und mit der Innenfläche des Gehäuses kontaktieren, (Fig. 1, 2, 7).

6. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberseite (26) des Trägers (25) befindliche, als Gegenelektrode fungierende Metallschicht (23) nur so groß dimensioniert ist, wie die effektive Membranfläche.

7. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (21) mit dem Abstandsring (22) und/oder der Abstandsring (22) mit der Oberseite (26) des Trägers (25) durch Kleben verbunden sind.

8. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Bauteile (40, 45) an der Untersei­ te (27) des Trägers (25) befestigt sind, insbesondere durch Kleben, (Fig. 1, 3, 6).

9. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (41, 42) der elektrischen Bauteile (40) sich im wesentlichen parallel zur Plattenebene des Trägers (25) erstrecken.

10. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (25) aus geläppter Keramik besteht, (Fig. 1).

11. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Halbleitermaterial besteht, wie einer Siliziumscheibe, in welche wenigstens einige der elektrischen Bauteile durch Halbleiterprozeßschritte unmittelbar integriert sind.

12. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Bauteile als Hybridschaltung ausgebildet sind.

13. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Bauteile aus SMD-Bauteilen, wie Feldeffekt-Transistoren, bestehen.

14. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Bauteile aus gedruckten Elemen­ ten, wie Widerständen (45) und/oder Kondensatoren bestehen, (Fig. 6).

15. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Unterseite (27) des Trägers (25) befe­ stigten Bauelemente (40; 45) zusammen mit ihren Anschlüssen (41, 42), Kontaktierungen und Leiterbahnen (43) mit einer Vergußmasse versiegelt sind.

16. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatte (50) wenigstens stellenweise elektrisch leitende Flächenbereiche (54, 55) aufweist, an denen das eine Ende (62) mindestens eines elektrischen Verbindungsglieds (60) kontaktiert ist, während das andere Ende (61) des Verbindungsglieds (60) an einer der Leiterbahnen (43, 46) angreift, die sich auf der Unterseite (27) des Trägers (25) befinden und über das Verbindungs­ glied (60) die am Träger (25) der Baueinheit (20) befindlichen elektri­ schen Bauteile (40; 45) mit der Abschlußplatte (50) kontaktiert sind.

17. Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschluß­ platte (50) zwar aus nichtleitendem Material, wie Epoxydharz, besteht, aber, mindestens bereichsweise, sowohl auf ihrer Innen- (57) als auch Außenseite (56) einen Metallbelag (55, 54) aufweist, beide Metallbelag- Seiten (55, 57) untereinander elektrisch leitend (53) verbunden sind und die Kontaktierung der trägerseitigen elektrischen Bauteile (40, 45) von dem auf der Außenseite (56) der Abschlußplatte (50) befindli­ chen Metallbelag (54) aus erfolgt, (Fig. 1).

18. Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschluß­ platte (50) mindestens einen akustischen Durchlaß (51) besitzt, dessen Durchlaß-Laibung eine Metallisierung (53) aufweist, welche den innen­ seitigen Metallbelag (55) mit dem außenseitigen (54) elektrisch verbin­ det, (Fig. 1).

19. Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Leiterbahnen (43) auf der Träger-Unterseite (27) stellenweise verbreitert ist und eine Kontaktfläche (46) zum Angriff des elektri­ schen Verbindungsglieds (60) bildet.

20. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen zylindrisch gestaltete Isolier­ hülse (31) im Gehäuseraum (13) an der Innenfläche (19) einer den Gehäuseumriß bestimmenden Umfangswand anliegt und die Isolierhülse (31) mindestens eine achsparallele Bohrung (38) zum Durchtritt des elektrischen Verbindungsglieds (60) aufweist.

21. Wandler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülse (31) an wenigstens einer Axialzone eine ins Hülseninnere ragende Radialverdickung (39) ihrer Hülsenwand besitzt, in welcher sich die Bohrung (38) für das Verbindungsglied (60) befindet, (Fig. 4).

22. Wandler nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülse (31) zusammen mit mehreren Verbindungsgliedern (60) einen vormontierbaren Einsatz (30) für den Gehäuseraum (13) bildet, wobei die Isolierhülse (31) mehrere achsparallele Bohrungen (38) aufweist, die längs der Hülsenwand zueinander gleichförmig ver­ teilt liegen und jeweils zur Aufnahme eines der Verbindungsglieder (60) dienen.

23. Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die elektrischen Verbindungsglieder (60) zugleich als mechanische Kraftspeicher ausgebildet sind, wobei die Kraftspeicher bestrebt sind, sich in Achsrichtung elastisch nachgie­ big zu verlängern, (Fig. 1, 2).

24. Wandler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbin­ dungsglieder als Druckfedern (60) ausgebildet sind.

25. Wandler nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder (60) einerends die Baueinheit (20) und anderends die Abschlußplatte (50) gegen feste Endanschläge (58, 59) drücken, welche am Gehäuse (10) sich befinden, (Fig. 1).

26. Wandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche vom Gehäuse (10) umschlossenen Elemente gruppenweise in nur drei, jeweils für sich bei der Montage zu handhabende Axialabschnitte (20, 30, 50) zusammengefaßt sind, nämlich die am einen Gehäuse- Endanschlag (58) anliegende Baueinheit (20), ferner die am anderen Gehäuse-Endanschlag (59) ruhende Abschlußplatte (50) und schließlich den zwischen beiden angeordneten Gehäuse-Einsatz (30), der aus der Isolierhülse (31) mit den darin aufgenommenen druckelastischen Verbindungsgliedern (60) besteht.

27. Wandler nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einer die Gehäuse-Umfangswand bestimmenden Büchse (10) besteht, die einerends einen als Gehäuse-Endanschlag fungierenden ringförmigen Innenflansch (58) aufweist, und der andere Gehäuse- Endanschlag (59) von einem umbördelten Rand (49) am gegenüberliegen­ den Ende der Büchse (10) erzeugt ist, (Fig. 1).