EP3552403B1 - Mems-mikrofon mit oben angeordneter schallöffnung und verringerten mechanischen belastungen und verfahren zur herstellung - Google Patents

Mems-mikrofon mit oben angeordneter schallöffnung und verringerten mechanischen belastungen und verfahren zur herstellung Download PDF

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EP3552403B1
EP3552403B1 EP17804880.7A EP17804880A EP3552403B1 EP 3552403 B1 EP3552403 B1 EP 3552403B1 EP 17804880 A EP17804880 A EP 17804880A EP 3552403 B1 EP3552403 B1 EP 3552403B1
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EP
European Patent Office
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carrier
component
cap
mems
mems chip
Prior art date
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Florian Eder
Sven Pihale
Matthias Uebler
Wolfgang Pahl
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Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/06—Arranging circuit leads; Relieving strain on circuit leads
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R1/02—Casings; Cabinets ; Supports therefor; Mountings therein
    • H04R1/04—Structural association of microphone with electric circuitry therefor

Definitions

  • the invention relates to MEMS microphones in which electrical connections are subjected to less severe mechanical stress.
  • MEMS microphones have microstructured functional elements that can be formed in or on the surface of a chip.
  • the functional elements can, for. B. comprise a flexible membrane and a rigid backplate.
  • One or more flexible membranes form an electrode of a capacitor.
  • One or more stiffer backplates form the counter electrode.
  • An evaluation circuit uses the variation in capacitance over time to create an electrical signal that corresponds to the acoustic signal received.
  • the acoustic signals to be received should only hit the functional elements from one side. Viewed in the direction of the acoustic signal propagation, there should therefore be a rear volume behind the functional elements that is acoustically isolated from the area around the microphone.
  • MEMS microphones generally include other elements, e.g. B. a carrier and a cover. Carrier, cover and MEMS chip must be mechanically connected be.
  • the MEMS chip must be connected—directly or indirectly—to external contacts of the microphone so that the microphone can be connected to an external circuit environment.
  • the electrical connection points that connect the MEMS chip to its environment are sensitive to mechanical stress.
  • MEMS microphones can be embodied as so-called bottom-port microphones, in which a sound entry opening is arranged on the side that faces the object to which the microphone is attached.
  • Such bottom-port microphones can have a poorer signal quality than so-called top-port microphones, whose sound entry opening is not covered by the object, since the sound entry opening of top-port microphones is located on the side facing away from the object.
  • the type of microphone top port or bottom port
  • top-port microphones usually require a higher design effort, especially with the acoustic seal between the front volume and the rear volume.
  • a MEMS microphone with an acoustic seal of a sound channel is used in DE 10 2011 087963 A1 shown.
  • this document shows the features of the preamble of claims 1 and 7 respectively.
  • Similar microphones are from DE 10 2010 026519 A1 and DE 10 2004 011148 B3 known.
  • Multi-component materials that are used as seals, or are at least suitable as such, are made of U.S. 3,615,972 A and DE 10 2011 080142 A1 known.
  • MEMS microphones that provide good signal quality, can be produced with as little construction effort as possible, and whose reliability is increased by reduced mechanical stress on electrical connections.
  • Such a MEMS microphone is specified in independent claim 1.
  • a corresponding method for manufacturing a MEMS microphone is provided in claim 7.
  • Dependent claims specify advantageous configurations of the microphone.
  • the MEMS microphone has a carrier, a cap on the carrier and a MEMS chip.
  • the cap on the carrier encloses a cavity.
  • the MEMS chip is placed in the cavity.
  • the MEMS microphone also has a sound opening in the carrier or in the cap, with the arrangement in the cap being preferred.
  • the microphone has a back volume and a channel that connects the sound port to the MEMS chip.
  • the duct acoustically isolates the back volume from the sound port.
  • the canal - more precisely: its wall - comprises a heterogeneous material.
  • the heterogeneous material consists of at least two different components. The two different components have different thermomechanical properties.
  • the cap completely encloses the cavity. It is also possible that the cap and the carrier together enclose the cavity. In this respect, the cap at least partially encloses the cavity.
  • the fact that the channel acoustically isolates the sound port from the back volume means that acoustic signals reaching the sound port are prevented from reaching the back volume directly, i.e. without passing through the MEMS chip.
  • the channel - more precisely: its side walls - represent a barrier for acoustic signals.
  • the different thermomechanical properties of the two components of the material of the channel can include different thermally induced changes in length, different thermally induced changes in viscosity, different thermally induced changes in the acoustic Impedance, different temperature-dependent moduli of elasticity and different temperature-dependent densities and similar parameters include.
  • the MEMS chip is connected to its environment via electrical connections and wired up.
  • the MEMS chip is connected to a sound opening in such a way that the acoustic signals to be received should hit the functional elements, but not the rear volume directly.
  • Temperature changes can occur during operation, but especially during the manufacture of such a MEMS microphone.
  • MEMS microphone materials have different coefficients of thermal expansion. When the temperature changes, therefore, distances change, e.g. B. between MEMS chip and cap and / or between MEMS chip and carrier.
  • Electrical interconnections between the MEMS chip and its circuit environment, e.g. B. contact pads on the top of the carrier can be made via bump connections.
  • the solder material used and the corresponding connection pads on the top of the carrier or on the surface of the MEMS chip can tear off if the tensile stress is too high, rendering the microphone inoperable. Even at a low level, these forces affect the component characteristics.
  • the channel is shaped and the heterogeneous material with its two different components with different thermal properties is chosen in such a way that mechanical stresses induced by temperature changes on the electrical circuitry of the chip are reduced.
  • the specified material of the duct enables a good acoustic seal between the sound opening and the rear volume.
  • the acoustic sealing between the sound opening and the rear volume should not be achieved by arranging an elastic or compressible element between the cap and the MEMS chip under pretension. This would exert a temperature dependent force on the MEMS chip.
  • solder bumps, with which the MEMS chip can be mounted could be deformed by this force when they are melted in a soldering process, with the prestress being reduced at the same time and the sealing being eliminated.
  • the seal should be made by gluing the cap and MEMS chip. Nevertheless, unavoidable forces due to temperature changes are kept low by a very low modulus of elasticity of the heterogeneous sealing material.
  • the modulus of elasticity can be less than 100 MPa, preferably less than 10 MPa.
  • Suitable sealants are also gel-like sealants such as viscoelastic fluids.
  • the MEMS chip it is possible for the MEMS chip to be connected and mechanically connected to the carrier or the cap via an electrically conductive connection. Furthermore, the MEMS chip is arranged between the channel and the carrier.
  • thermally induced changes in length of the channel, the electrically conductive connection and the thickness of the chip as well as the distance between the carrier and the top of the cap mean that the mechanical stress on the electrical connection would increase if the channel were to comprise conventional materials.
  • the heterogeneous material of the channel comprises a first component as a matrix and a second component with elements embedded in the matrix.
  • thermomechanical properties Through a heterogeneous composition of the material of the duct, ducts with new thermomechanical properties can be obtained.
  • the matrix material of the first component can have a first temperature-dependent viscosity and a first temperature-dependent density.
  • the elements of the second material can correspondingly have different second temperature-dependent viscosities or stiffnesses and a second temperature-dependent density.
  • the ratio of these two components in the heterogeneous material determines the resulting thermomechanical properties, e.g. B. the temperature-dependent viscosity or the temperature-dependent density of the wall material of the acoustic channel.
  • thermomechanical properties of the first and the second component include a different thermal expansion behavior.
  • the first component and the second component can differ accordingly in their thermal expansion behavior.
  • Temperature-induced changes can be changes along the vertical direction perpendicular to the surface of the carrier or horizontal changes in length parallel to the top of the carrier. It is also possible that the temperature-dependent change in volume of the various components is different.
  • the first component comprises a thermoplastic material, an elastomer and/or a silicone gel
  • the second component includes polymer beads.
  • Spheres may be filled with a hydrocarbon prior to heat treatment. In an expanded state, the spheres may have a polymer shell and be hollow on the inside.
  • the hydrocarbon in the polymer beads can undergo a phase transition, e.g. B. a boiling point, which is in a preferred temperature range.
  • the spheres have a shell made of polymer, the rigidity of which is so low that changes in the volume of the hydrocarbon in the environment of the polymer spheres, i. H. to the matrix material of the first component.
  • the heterogeneous material has a non-linear thermal expansion behavior.
  • the second component can have a non-linear thermal expansion behavior.
  • the second component can have a non-reversible thermal expansion behavior.
  • the wall thickness drops so much that there is hardly any restoring force left. The expansion can therefore conclude with a stable new, permanent state.
  • the heterogeneous material as a whole can have non-reversible thermal expansion behavior.
  • the heterogeneous material can behave as follows when the temperature changes, in particular when the temperature increases:
  • the matrix material of the first component has a certain viscosity and can be deformed relatively easily.
  • the filling of the elements of the second component expands.
  • the filling of the elements of the second component expands.
  • the elements of the second component expands.
  • their volume increases relatively sharply.
  • the heterogeneous material, in which the elements are preferably distributed as evenly as possible in the matrix, is inflated.
  • a temperature treatment may be necessary to bond the cap to the carrier, e.g. B. to glue.
  • a reflow process establishes the electrical and mechanical connection between the chip and its circuitry.
  • the critical temperatures of the heterogeneous material, e.g. B. the phase transition temperature and the solidification temperature can be selected so that the mechanical stress on the electrical interconnections is minimized despite significantly different temperatures. So it is possible that a silver comprehensive connecting material that connects the cap to the carrier, or an adhesive that connects the cap to the carrier, a sufficiently strong connection between the cap and Carrier from a temperature T 1 allows.
  • a material can be selected for the material of the first component that begins to stiffen above a further temperature T 2 , while the elements of the second component expand at a temperature T 3 .
  • the cap can first be firmly connected to the carrier.
  • the channel is then formed by foaming the heterogeneous material between chip and cap or between chip and carrier.
  • the heterogeneous material can have been applied in a raw state before the volume expansion in a closed curve around the functional elements on the chip or around the sound opening on the carrier substrate or cap before the cap is put on.
  • the matrix material preferably still has reactivity or stickiness when the swelling front reaches the opposite surface. This will ensure a good seal.
  • the density and the rigidity of the material of the acoustic channel are so low that the mechanical tensile or compressive stress passed on to the electrical wiring does not exceed critical values.
  • the first component comprises an elastomer or a silicone gel
  • its viscosity is initially preferably very low in order to ensure easy application, e.g. B. by applying using dispensing needles with an inner diameter between 0.09 mm and 0.11 mm. From a transition temperature Components of the first component can crosslink so that the viscosity then assumes a sufficiently high value when the heterogeneous material has assumed the desired shape, in particular the desired height, and the acoustic seal is achieved over a wide temperature range without critical stresses on the electrical circuitry .
  • the carrier can be a printed circuit board material, e.g. B. PCB, or a ceramic material.
  • the carrier can consist of one or more layers.
  • the carrier can comprise dielectric layers and metallization layers arranged in between.
  • Signal conductors and/or circuit elements e.g. B. inductive elements or capacitive elements.
  • Contact areas on the upper side or on the underside of the carrier and metallization structured inside the carrier can be interconnected via vias.
  • the cap can consist of a metal or at least include a metallic layer for shielding.
  • the sound opening in the cap is structured above the carrier and the channel is arranged between the upper segment of the cap and the MEMS chip, a top-port microphone with good acoustic properties is obtained, in which the mechanical stress on the electrical Interconnection is minimized, thereby reducing the probability of a defect during manufacture and increasing the service life during operation.
  • the materials specified for forming the channel essentially do without solvents, so that contamination is avoided.
  • the two components of the heterogeneous material can be matched to one another in such a way that a slight solidification of the first component begins even as the volume increases, but this does not appreciably impair the expansion of the second component.
  • the acoustic sealing compound cured in this way retains a certain elasticity (E ⁇ 100 MPa, preferably E ⁇ 10 MPa) and can absorb temperature fluctuations. Due to the low density, acoustic energy is absorbed and not transmitted.
  • E ⁇ 100 MPa preferably E ⁇ 10 MPa
  • the mechanical force that the bloated heterogeneous material exerts on the cap and MEMS chip is extremely low and e.g. controllable via the degree of expansion.
  • the shear modulus of the heterogeneous material can be selected to be less than 1.5 MPa.
  • the rate of expansion of the heterogeneous material can be three or more, where the rate of expansion is the ratio of the volumes in the inflated state and in the applied state.
  • Heat-expanding elements for the second component are e.g. B. from the U.S. Patent 3,615,972 known. Suitable balls are z. B. the microspheres sold under the brand name Expancel ® .
  • the matrix material has a thermal setting mechanism which is activated above the temperature at which the expansion of the second component begins.
  • a method for producing a corresponding MEMS microphone therefore includes applying the heterogeneous material in a ring shape to the MEMS chip, the carrier and/or to the underside of the cap. Afterwards, e.g. B. after assembling the carrier, MEMS chip and cap, the material is inflated by heating to form the final acoustic seal. Ideally, such channeling occurs after the cap is secured to the carrier.
  • the connecting material between cap and carrier is solidified at a temperature that is below the temperature required for the expansion of the heterogeneous material.
  • figure 1 shows a possible arrangement of the elements of a MEMS microphone MM, in which a cap KP is arranged on a carrier TR and encloses a cavity together with the carrier TR.
  • a preferably large area of the cavity forms the rear volume RV, which is arranged behind the functional elements, here MEMS structures MS on the MEMS chip MC, as viewed in the direction of sound.
  • Acoustic signals can reach the microphone MM via a sound opening SO.
  • the MEMS structures MS include a rigid backplate and a flexible membrane. These two elements form the electrodes of a capacitor whose capacitance varies with the frequency of the acoustic signals received.
  • the sound entry opening SO and the rear volume RV are formed by an acoustic seal AI in the form of the channel K.
  • the channel K includes the expanded heterogeneous material HM.
  • figure 1 shows the representation of a section through a microphone MM.
  • the channel K encloses the sound opening SO along a closed curve. If the rear volume RV were acoustically coupled to the sound opening SO, the microphone MM would be acoustically short-circuited and practically no signal would be present. Due to a deflection of the membrane of the MEMS structures MS directed towards the rear volume RV, the rear volume RV is compressed and a restoring force on the membrane is increased. In order to obtain the best possible signal quality, a rear volume RV that is as large as possible is therefore advantageous.
  • the MEMS chip MC is connected and interconnected to the carrier TR via bump connections BU.
  • Thermal expansion jeopardizes the integrity of the electrical circuitry.
  • conventional top-port microphones there is always a risk that an acoustic seal will damage or completely destroy the electrical circuitry if the temperature changes.
  • figure 2 shows an intermediate step during the manufacture of a corresponding microphone.
  • the heterogeneous material HM is still in its original state, ie before thermal activation.
  • the cap KP can be firmly connected to the carrier TR without exerting thermally induced stresses on the electrical circuitry, since the cap KP is not yet connected to the MEMS chip.
  • figure 3 shows on the left a lot of the heterogeneous material HM before activation. On the right is the state after thermal activation has taken place.
  • the increase in volume is based essentially on the thermally induced increase in volume of the second component in the form of the expandable elements E, represented here by balls KG.
  • the matrix material M essentially retains its volume. After the increase in volume of the balls K, the material of the matrix can be stiffened in order to keep the final state, ie the final shape, essentially independent of temperature.
  • figure 4 shows a possible embodiment in which the MEMS structures MS are not as in figure 1 shown facing the carrier TR but facing the cap KP.
  • the volume within the MEMS chip also contributes to the back volume RV, as a result of which the back volume RV is enlarged.
  • a disadvantage of this construction is that additional electrical lines are required from the top of the chip to the carrier. For this purpose, vias DK can be structured in the chip.
  • FIG 4 also shows the possibility of making the microphone connectable to an external circuit environment via external connections EA.
  • the external connections EA can include connection pads on the underside of the carrier and additional bump connections.
  • figure 5 also shows the possibility of providing an evaluation circuit AS in the form of an additional chip.
  • the evaluation circuit can be arranged on the carrier TR.
  • Chip and evaluation circuit AS can be interconnected via vias DK and structured signal conductors in a metallization layer ML.
  • the chip and/or evaluation circuit can also be connected to external contacts on the underside of the carrier via analog vias.
  • FIG 6 shows heat flow curves of different second components.
  • Heat flow curves provide information about exothermic or endothermic processes within a material and show the corresponding temperature dependency.
  • an endothermic process takes place at about 125 °C (lower curve).
  • the middle curve shows a process that takes place between 130 °C and 150 °C.
  • the upper curve shows a transition at around 175 °C.
  • z. B different hydrocarbons with different phase transition temperatures, different temperatures at which the inflation process begins can be selected.
  • figure 7 shows the WSK heat flow curve for a silver-containing conductive adhesive with which the cap can be attached to the carrier. An exothermic reaction takes place in the temperature range around 150 °C, during which the adhesive hardens.
  • transition temperatures of the swelling component (cf. figure 6 ) and the connecting means between cap and carrier (cf. figure 7 ) can be chosen in such a way that the acoustic isolation essentially takes place after the cap has been attached to the carrier and the attachment of the cap to the carrier does not thereby impair the electrical connections.
  • MEMS microphone and the method for producing a MEMS microphone are not limited by the technical features and embodiments shown. Microphones that include additional circuit elements and/or attachment elements and methods that include additional manufacturing steps also fall within the scope of protection defined by the following claims.

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Description

  • Die Erfindung betrifft MEMS-Mikrofone, bei denen elektrische Verbindungen weniger stark mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.
  • MEMS-Mikrofone (MEMS = Micro-Electro-Mechanical System) haben mikrostrukturierte Funktionselemente, die in oder an der Oberfläche eines Chips gebildet sein können. Die Funktionselemente können z. B. eine flexible Membran und eine starre Rückplatte umfassen. Eine oder mehrere flexible Membranen bilden eine Elektrode eines Kondensators. Eine oder mehrere steifere Rückplatten bilden die Gegenelektrode. Treffen Schallwellen auf einen solchen Chip, schwingt die Membran und die Kapazität des Kondensators ändert sich fortlaufend aufgrund des unterschiedlichen Abstands der Kondensatorelektroden. Eine Auswertschaltung erstellt aus der zeitlichen Variation der Kapazität ein elektrisches Signal, das dem empfangenen akustischen Signal entspricht.
  • Damit ein MEMS-Mikrofon gute akustische Eigenschaften hat, sollen die zu empfangenden akustischen Signale die Funktionselemente nur aus einer Seite treffen. In Richtung der akustischen Signalausbreitung gesehen hinter den Funktionselementen sollte deshalb ein Rückvolumen liegen, das akustisch von der Umgebung des Mikrofons isoliert ist.
  • Neben dem MEMS-Chips umfassen MEMS-Mikrofone im Allgemeinen weitere Elemente, z. B. einen Träger und eine Abdeckung. Träger, Abdeckung und MEMS-Chip müssen mechanisch verbunden sein. Der MEMS-Chip muss - direkt oder indirekt - mit Außenkontakten des Mikrofons verschaltet sein, damit das Mikrofon mit einer externen Schaltungsumgebung verschaltbar ist. Insbesondere die elektrischen Verbindungsstellen, über die der MEMS-Chip mit seiner Umgebung verschaltet ist, reagieren empfindlich auf mechanische Spannungen.
  • MEMS-Mikrofone können als so genannte Bottom-Port-Mikrofone ausgebildet sein, bei denen eine Schalleintrittsöffnung an derjenigen Seite angeordnet ist, die dem Objekt, an dem das Mikrofon befestigt ist, zugewandt ist. Solche Bottom-Port-Mikrofone können eine schlechtere Signalqualität als so genannte Top-Port-Mikrofone, deren Schalleintrittsöffnung nicht durch das Objekt abgedeckt ist, haben, da bei Top-Port-Mikrofone die Schalleintrittsöffnung auf der dem Objekt abgewandten Seite angeordnet ist. Oft ist die Art des Mikrofons (Top-Port oder Bottom-Port) durch die einbaubedingten Anforderungen vorgegeben. Top-Port-Mikrofone erfordern allerdings üblicherweise einen höheren Konstruktionsaufwand, insbesondere bei der akustischen Abdichtung zwischen Vorvolumen und Rückvolumen.
  • Ein MEMS-Mikrofon mit einer akustischen Abdichtung eines Schallkanals wird in DE 10 2011 087963 A1 gezeigt. Insbesondere zeigt dieses Dokument die Merkmale des einleitenden Teils von Anspruch 1 bzw. 7. Ähnliche Mikrofone sind aus DE 10 2010 026519 A1 und DE 10 2004 011148 B3 bekannt. Mehrkomponenten-Werkstoffe, die als Abdichtung Verwendung finden, oder zumindest als solche geeignet sind, sind aus US 3 615 972 A und DE 10 2011 080142 A1 bekannt.
  • Es besteht deshalb der Wunsch nach MEMS-Mikrofonen, die eine gute Signalqualität zur Verfügung stellen, mit möglichst geringem Konstruktionsaufwand herzustellen sind und deren Zuverlässigkeit durch eine reduzierte mechanische Spannung auf elektrische Verbindungen erhöht ist.
  • Ein solches MEMS-Mikrofon wird im unabhängigen Anspruch 1 angegeben. Ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Mikrofons wird in Anspruch 7 bereitgestellt. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen des Mikrofons an.
  • Das MEMS-Mikrofon hat einen Träger, eine Kappe auf dem Träger und einen MEMS-Chip. Die Kappe auf dem Träger umschließt einen Hohlraum. Der MEMS-Chip ist im Hohlraum angeordnet. Das MEMS-Mikrofon hat ferner eine Schallöffnung im Träger oder in der Kappe, wobei die Anordnung in der Kappe bevorzugt ist. Ferner hat das Mikrofon ein Rückvolumen und einen Kanal, der die Schallöffnung mit dem MEMS-Chip verbindet. Der Kanal isoliert das Rückvolumen akustisch von der Schallöffnung. Der Kanal - genauer: seine Wand - umfasst ein heterogenes Material. Das heterogene Material besteht aus zumindest zwei unterschiedlichen Komponenten. Die beiden unterschiedlichen Komponenten haben unterschiedliche thermomechanische Eigenschaften.
  • Es ist möglich, dass die Kappe den Hohlraum vollständig umschließt. Es ist auch möglich, dass die Kappe und der Träger den Hohlraum zusammen umschließen. Insofern umschließt die Kappe den Hohlraum zumindest teilweise.
  • Dass der Kanal die Schallöffnung vom Rückvolumen akustisch isoliert, bedeutet, dass akustische Signale, die die Schallöffnung erreichen, davon abgehalten werden, das Rückvolumen direkt, d.h. ohne Passage des MEMS-Chips, zu erreichen. Der Kanal - genauer: seine Seitenwände - stellen eine Barriere für akustische Signale dar.
  • Zu den unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften der beiden Komponenten des Materials des Kanals können unterschiedliche thermisch induzierte Längenänderungen, unterschiedliche thermisch induzierte Änderungen der Viskosität, unterschiedliche thermisch induzierte Änderungen der akustischen Impedanz, unterschiedliche temperaturabhängige Elastizitätsmoduln und unterschiedliche temperaturabhängige Dichten sowie ähnliche Parameter gehören.
  • Folgendes Problem üblicher MEMS-Mikrofone wurde erkannt: Der MEMS-Chip ist über elektrische Verbindungen mit seiner Umgebung verbunden und verschaltet. Zusätzlich ist der MEMS-Chip so mit einer Schallöffnung verbunden, dass zu empfangende akustische Signale auf die Funktionselemente, aber nicht direkt auf das Rückvolumen treffen sollen. Während des Betriebs, aber insbesondere während der Herstellung eines solchen MEMS-Mikrofon, können Temperaturänderungen auftreten. Im Allgemeinen haben die Materialien des MEMS-Mikrofons unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten. Bei einer Temperaturänderung ändern sich deshalb Abstände, z. B. zwischen MEMS-Chip und Kappe und/oder zwischen MEMS-Chip und Träger. Elektrische Verschaltungen zwischen dem MEMS-Chip und seiner Schaltungsumgebung, z. B. Kontaktpads an der Oberseite des Trägers, können über Bump-Verbindungen hergestellt sein. Das dabei verwendete Lotmaterial und entsprechende Anschlusspads an der Oberseite des Trägers oder an der Oberfläche des MEMS-Chips können bei zu hohen Zugbelastungen abreißen und das Mikrofon damit funktionsunfähig machen. Schon auf niedrigem Niveau bewirken diese Kräfte eine Beeinträchtigung der Bauteil-Charakteristik.
  • Der Kanal ist so geformt und das heterogene Material mit seinen zwei unterschiedlichen Komponenten mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften ist so gewählt, dass durch Temperaturänderungen induzierte mechanische Spannungen auf die elektrische Verschaltung des Chips verringert sind.
  • Gleichzeitig ermöglicht das angegebene Material des Kanals eine gute akustische Abdichtung zwischen Schallöffnung und Rückvolumen.
  • Die akustische Abdichtung zwischen Schallöffnung und Rückvolumen sollte gerade nicht dadurch erfolgen, dass ein elastisches oder kompressibles Element zwischen Kappe und MEMS-Chip unter Vorspannung angeordnet ist. Dies würde eine temperaturabhängige Kraft auf den MEMS-Chip ausüben. Außerdem könnten Lot-Bumps, mit denen der MEMS-Chip montiert sein kann, beim Aufschmelzen in einem Lötprozess durch diese Kraft deformiert werden, wobei gleichzeitig die Vorspannung abgebaut würde und die Abdichtung entfiele.
  • Vielmehr sollte die Dichtung durch Verkleben mit Kappe und MEMS-Chip hergestellt werden. Dennoch unvermeidliche Kräfte Aufgrund von Temperaturänderungen werden durch einen sehr niedrigen E-Modul des heterogenen Dichtmaterials gering gehalten. Der E-Modul kann dabei kleiner als 100 MPa, vorzugsweise kleiner als 10 MPa, sein. Geeignete Dichtmittel sind auch gelartige Dichtmittel wie viskoelastische Fluide.
  • Es ist entsprechend möglich, dass der MEMS-Chip über eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Träger oder der Kappe verschaltet und mechanisch verbunden ist. Ferner ist der MEMS-Chip zwischen dem Kanal und dem Träger angeordnet.
  • In beiden Fällen haben thermisch induzierte Längenänderungen des Kanals, der elektrisch leitenden Verbindung und der Dicke des Chips sowie des Abstands zwischen Träger und Oberseite die Kappe die Folge, dass die mechanische Belastung auf die elektrische Verbindung steigen würde, wenn der Kanal konventionelle Materialien umfassen würde.
  • Ensprechend der Erfindung umfasst das heterogene Material des Kanals eine erste Komponente als Matrix und eine zweite Komponente mit in der Matrix eingebetteten Elementen.
  • Durch eine heterogene Zusammensetzung des Materials des Kanals können Kanäle mit neuen thermomechanischen Eigenschaften erhalten werden. Das Matrixmaterial der ersten Komponente kann eine erste temperaturabhängige Viskosität und eine erste temperaturabhängige Dichte aufweisen. Die Elemente des zweiten Materials können entsprechend unterschiedliche zweite temperaturabhängige Viskositäten oder Steifigkeiten und eine zweite temperaturabhängige Dichte aufweisen. Das Mengenverhältnis dieser beiden Komponenten im heterogenen Material bestimmt dann die resultierenden thermomechanischen Eigenschaften, z. B. die temperaturabhängige Viskosität oder die temperaturabhängige Dichte des Wandmaterials des akustischen Kanals.
  • Es ist insbesondere möglich, dass die unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften der ersten und der zweiten Komponente ein unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten beinhalten. Die erste Komponente und die zweite Komponente können sich entsprechend in ihrem thermischen Ausdehnungsverhalten unterscheiden. Temperaturinduzierte Änderungen können dabei Änderungen entlang der vertikalen Richtung senkrecht zur Oberfläche des Trägers oder horizontale Längenänderungen parallel zur Oberseite des Trägers sein. Es ist auch möglich, dass die temperaturabhängige Änderung des Volumens der verschiedenen Komponenten unterschiedlich ist.
  • Die erste Komponente umfasst ein thermoplastisches Material, ein Elastomer und/oder ein Silicongel
  • Die zweite Komponente umfasst Polymerkugeln. Kugeln können vor einer Wärmebehandlung mit einem Kohlenwasserstoff gefüllt sein. In einem expandierten Zustand können die Kugeln eine Schale aus Polymer haben und im Inneren hohl sein.
  • Der Kohlenwasserstoff in den Polymerkugeln kann einen Phasenübergang, z. B. einen Siedepunkt, aufweisen, der in einem bevorzugten Temperaturbereich liegt. Die Kugeln haben dabei eine Schale aus Polymer, deren Steifigkeit so gering ist, dass bei Temperaturänderungen Volumenänderungen des Kohlenwasserstoffs an die Umgebung der Polymerkugeln, d. h. an das Matrix-Material der ersten Komponente, weitergegeben wird.
  • Es ist ferner möglich, dass das heterogene Material ein nicht lineares thermisches Ausdehnungsverhalten aufweist.
  • Insbesondere die zweite Komponente kann ein nicht lineares thermisches Ausdehnungsverhalten aufweisen.
  • Die zweite Komponente kann ein nicht reversibles thermisches Ausdehnungsverhalten haben. Wenn sich Hohlkugel aufblähen, sinkt die Wandstärke so stark, dass kaum noch eine Rückstellkraft verbleibt. Die Expansion kann deshalb mit einem stabilen neuen, permanenten Zustand abschließen.
  • Das heterogene Material als Ganzes kann ein nicht reversibles thermisches Ausdehnungsverhalten haben.
  • Das heterogene Material kann sich bei einer Temperaturänderung, insbesondere bei einer Temperaturerhöhung, wie folgt verhalten: Das Matrix-Material der ersten Komponente hat eine gewisse Viskosität und lässt sich relativ leicht verformen.
  • Bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich die Füllung der Elemente der zweiten Komponente aus. Im Fall von Polymerkugeln als zweite Komponente steigt deren Volumen relativ stark an. Das heterogene Material, bei dem die Elemente vorzugsweise möglichst gleichmäßig in der Matrix verteilt sind, wird aufgebläht.
  • Es ist möglich, dass im Bereich einer charakteristischen Temperatur ein Phasenübergang der Füllung der Elemente stattfindet. Innerhalb eines relativ schmalen Temperaturintervalls findet eine große Volumenzunahme statt.
  • Bei Temperaturen oberhalb dieses Phasenübergangs setzt eine Umwandlung des Materials der ersten Komponente ein. Die Viskosität des Matrix-Materials nimmt ab. Das heterogene Material verfestigt sich bei vergrößertem Volumen. Sollte die Temperatur wieder sinken, so behält das heterogene Material im Wesentlichen sein Volumen und seine Form.
  • Die Verwendung eines solchen Materials löst eine Vielzahl intrinsischer Spannungsprobleme bei der Herstellung. So kann eine Temperaturbehandlung notwendig sein, um die Kappe mit dem Träger zu verbinden, z. B. zu verkleben. Ein Reflow-Prozess stellt die elektrische und mechanische Verbindung des Chips und seiner Schaltungsumgebung her. Die kritischen Temperaturen des heterogenen Materials, z. B. die Phasenübergangstemperatur und die Verfestigungstemperatur, können so gewählt sein, dass die mechanische Belastung auf die elektrischen Verschaltungen trotz deutlich unterschiedlicher Temperaturen minimiert ist. So ist es möglich, dass ein Silber umfassendes Verbindungsmaterial, das die Kappe mit dem Träger verbindet, oder ein Kleber, der die Kappe mit dem Träger verbindet, eine ausreichend feste Verbindung zwischen Kappe und Träger ab einer Temperatur T1 ermöglicht. Entsprechend kann für das Material der ersten Komponente ein Material gewählt werden, dass oberhalb einer weiteren Temperatur T2 anfängt sich zu versteifen, während die Elemente der zweiten Komponente bei einer Temperatur T3 expandieren. Dabei gilt: T 1 < T 2 ;
    Figure imgb0001
     T 1 < T 3 ;
    Figure imgb0002
     T 3 − T 1 ≥ 50 K;
    Figure imgb0003
     100 ° C ≤ T 1 , T 2 , T 3 , ≤ 220 ° C
    Figure imgb0004
  • So kann zuerst die Kappe fest mit dem Träger verbunden werden. Anschließend wird der Kanal durch Aufschäumen des heterogenen Materials zwischen Chip und Kappe oder zwischen Chip und Träger gebildet. Das heterogene Material kann dazu vor dem Aufsetzen der Kappe in einem Rohzustand vor der Volumenexpansion in einer geschlossenen Kurve um die Funktionselemente auf dem Chip oder um die Schallöffnung auf Trägersubstrat oder Kappe aufgebracht worden sein.
  • Das Matrixmaterial weist vorzugsweise noch Reaktivität bzw. Klebrigkeit auf, wenn die Blähfront die gegenüberliegende Oberfläche erreicht. So wird eine gute Abdichtung erzielt.
  • Durch das Aufschäumen sind die Dichte und die Steifigkeit des Materials des akustischen Kanals so gering, dass auf die elektrische Verschaltung weitergegebene mechanische Zug- oder Druckspannung kritische Werte nicht überschreitet.
  • Umfasst die erste Komponente ein Elastomer oder ein Silikongel, so ist deren Viskosität anfangs vorzugsweise sehr gering, um ein leichtes Aufbringen, z. B. durch Aufbringen mittels Dispensnadeln mit einem Innendurchmesser zwischen 0,09 mm und 0,11 mm zu vereinfachen. Ab einer Übergangstemperatur können sich Bestandteile der ersten Komponente vernetzen, sodass die Viskosität dann einen hinreichend großen Wert annimmt, wenn das heterogene Material die gewünschte Form, insbesondere die gewünschte Höhe, angenommen hat und die akustische Abdichtung über einen breiten Temperaturbereich ohne kritische Spannungen auf die elektrische Verschaltung erreicht wird.
  • Der Träger kann ein Leiterplattenmaterial, z. B. PCB, oder ein keramisches Material umfassen. Der Träger kann dabei aus einer oder mehreren Lagen bestehen. Der Träger kann dielektrische Lagen und dazwischen angeordnete Metallisierungslagen umfassen. In den Metallisierungslagen können Signalleiter und/oder Schaltungselemente, z. B. induktive Elemente oder kapazitive Elemente, ausgebildet sein. Kontaktflächen an der Oberseite oder an der Unterseite des Trägers und im Inneren des Trägers strukturierte Metallisierungen können über Durchkontaktierungen verschaltet sein.
  • Die Kappe kann aus einem Metall bestehen oder zumindest eine metallische Schicht zur Abschirmung umfassen.
  • Insbesondere wenn die Schallöffnung in der Kappe oberhalb des Trägers strukturiert ist und der Kanal zwischen dem oberen Segment der Kappe und dem MEMS-Chip angeordnet ist, wird ein Top-Port-Mikrofon mit guten akustischen Eigenschaften erhalten, bei dem die mechanische Belastung auf die elektrische Verschaltung minimiert und dadurch die Wahrscheinlichkeit eines Defekts beim Herstellen vermindert und die Lebensdauer während des Betriebs erhöht ist.
  • Die angegebenen Materialien für das Ausbilden des Kanals kommen im Wesentlichen ohne Lösungsmittel aus, sodass eine Kontamination vermieden wird.
  • Die beiden Komponenten des heterogenen Materials können so aufeinander abgestimmt sein, dass bereits während der Volumenzunahme eine leichte Verfestigung der ersten Komponente beginnt, welche die Expansion der zweiten Komponente jedoch nicht nennenswert beeinträchtigt.
  • Die derart ausgehärtete akustische Dichtmasse behält eine gewisse Elastizität (E ≥ 100 MPa, vorzugsweise E ≤ 10 MPa) und kann Temperaturschwankungen aufnehmen. Aufgrund der geringen Dichte wird akustische Energie aufgenommen und nicht transmittiert.
  • Die mechanische Kraft, die das aufgeblähte heterogene Material auf Kappe und MEMS-Chip ausübt, ist äußerst gering und u. a. über den Expansionsgrad steuerbar. Der Schubmodul des heterogenen Materials kann kleiner als 1,5 MPa gewählt sein.
  • Die Expansionsrate des heterogenen Materials kann drei oder mehr betragen, wobei die Expansionsrate das Verhältnis der Volumina im aufgeblähten Zustand und im aufgetragenen Zustand ist.
  • Bei Wärme expandierende Elemente für die zweite Komponente sind z. B. aus dem Patent US 3,615,972 bekannt. Geeignete Kugeln sind z. B. die Mikrosphären, die unter dem Markennamen Expancel® vertrieben werden.
  • Entsprechend der Erfindung weist das Matrixmaterial einen thermischen Härtemechanismus auf, der über derjenigen Temperatur aktiviert wird, bei der das Aufblähen der zweiten Komponente einsetzt.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden MEMS-Mikrofons beinhaltet deswegen das Aufbringen des heterogenen Materials ringförmig auf den MEMS-Chip, den Träger und/oder an die Unterseite der Kappe. Anschließend, z. B. nach Zusammenbau von Träger, MEMS-Chip und Kappe, wird das Material durch Erwärmen zur finalen akustischen Abdichtung aufgebläht. Idealerweise erfolgt das derartige Ausbilden des Kanals, nachdem die Kappe fest mit dem Träger verbunden ist.
  • Es ist dabei möglich, dass das Verbindungsmaterial zwischen Kappe und Träger bei einer Temperatur verfestigt wird, die unter der für das Aufblähen des heterogenen Materials benötigten Temperatur liegt.
  • Es ist möglich, dass als Verbindungsmaterial zwischen Kappe und Träger ein Leitklebstoff verwendet wird.
  • Nachfolgend werden zentrale Aspekte des MEMS-Mikrofons und Details von Ausführungsbeispielen anhand der schematischen Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine mögliche relative Anordnung von Kappe, MEMS-Chip, Träger und Kanal,
    Fig. 2:
    das Material des Kanals vor der thermischen Aktivierung,
    Fig. 3:
    die Wirkung des Aufblähens der Elemente der zweiten Komponente,
    Fig. 4:
    die Ausrichtung der Funktionselemente zur Schallöffnung,
    Fig. 5:
    eine mögliche Anordnung einer Auswertschaltung,
    Fig. 6:
    Wärmestromkurven für verschiedene zweite Komponenten mit unterschiedlicher Übergangstemperatur,
    Fig. 7:
    eine Wärmestromkurve eines Silberleitklebers.
  • Figur 1 zeigt eine mögliche Anordnung der Elemente eines MEMS-Mikrofons MM, bei dem eine Kappe KP auf einem Träger TR angeordnet ist und zusammen mit dem Träger TR einen Hohlraum einschließt. Ein vorzugsweise großer Bereich des Hohlraums bildet das Rückvolumen RV, das in Schallrichtung gesehen hinter den Funktionselementen, hier MEMS-Strukturen MS am MEMS-Chip MC angeordnet ist. Akustische Signale können das Mikrofon MM über eine Schallöffnung SO erreichen. Die MEMS-Strukturen MS beinhalten eine steife Rückplatte und eine flexible Membran. Diese beiden Elemente bilden die Elektroden eines Kondensators, dessen Kapazität mit der Frequenz der empfangenen akustischen Signale variiert. Die Schalleintrittsöffnung SO und das Rückvolumen RV sind durch eine akustische Abdichtung AI in Form des Kanals K gebildet. Der Kanal K umfasst dabei das aufgeblähte heterogene Material HM. Figur 1 zeigt die Darstellung eines Schnitts durch ein Mikrofon MM.
  • Der Kanal K umschließt die Schallöffnung SO entlang einer geschlossenen Kurve. Wäre das Rückvolumen RV akustisch an die Schallöffnung SO gekoppelt, wäre das Mikrofon MM akustisch kurzgeschlossen und praktisch kein Signal vorhanden. Durch eine zum Rückvolumen RV gerichtete Auslenkung der Membran der MEMS-Strukturen MS wird das Rückvolumen RV verdichtet und eine Rückstellkraft auf die Membran ist erhöht. Um eine möglichst gute Signalqualität zu erhalten, ist deshalb ein möglichst großes Rückvolumen RV vorteilhaft.
  • Der MEMS-Chip MC ist über Bump-Verbindungen BU mit dem Träger TR verbunden und verschaltet. Thermische Expansion gefährdet die Integrität der elektrischen Verschaltung. Bei konventionellen Top-Port-Mikrofonen besteht deshalb stets die Gefahr, dass eine akustische Abdichtung bei Temperaturänderung die elektrische Verschaltung schädigt oder komplett zerstört.
  • Figur 2 zeigt einen Zwischenschritt während der Herstellung eines entsprechenden Mikrofons. Dabei ist das heterogene Material HM noch in seinem ursprünglichen Zustand, d. h. vor der thermischen Aktivierung. In diesem Zustand kann die Kappe KP fest mit dem Träger TR verbunden werden, ohne thermisch induzierte Spannungen auf die elektrische Verschaltung auszuüben, da die Kappe KP noch nicht mit dem MEMS-Chip verbunden ist.
  • Figur 3 zeigt links eine Menge des heterogenen Materials HM vor der Aktivierung. Auf der rechten Seite ist der Zustand nach der thermischen Aktivierung erfolgt. Die Volumenzunahme beruht im Wesentlichen auf der thermisch induzierten Volumenzunahme der zweiten Komponente in Form der blähbaren Elemente E, hier durch Kugeln KG dargestellt. Das Matrix-Material M behält im Wesentlichen sein Volumen. Nach der Volumenzunahme der Kugeln K kann das Material der Matrix versteift werden, um den finalen Zustand, d. h. die finale Form, im Wesentlichen temperaturunabhängig zu behalten.
  • Figur 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform, bei der die MEMS-Strukturen MS nicht wie in Figur 1 gezeigt dem Träger TR zugewandt, sondern der Kappe KP zugewandt sind. Dadurch trägt das Volumen innerhalb des MEMS-Chips auch zum Rückvolumen RV bei, wodurch das Rückvolumen RV vergrößert ist. Ein Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass zusätzliche elektrische Leitungen von der Oberseite des Chips zum Träger notwendig sind. Dazu können im Chip Durchkontaktierungen DK strukturiert sein.
  • Figur 4 zeigt ferner die Möglichkeit, das Mikrofon über externe Anschlüsse EA mit einer externen Schaltungsumgebung verschaltbar zu machen. Die externen Anschlüsse EA können Anschlusspads an der Unterseite des Trägers und zusätzliche Bump-Verbindungen umfassen.
  • Figur 5 zeigt ferner die Möglichkeit, eine Auswertschaltung AS in Form eines zusätzlichen Chips vorzusehen. Die Auswertschaltung kann dabei auf dem Träger TR angeordnet sein. Über Durchkontaktierungen DK und strukturierte Signalleiter in einer Metallisierungslage ML können Chip und Auswertschaltung AS verschaltet sein. Über analoge Durchkontaktierungen können Chip und/oder Auswertschaltung auch mit externen Kontakten an der Unterseite des Trägers verschaltet sein.
  • Figur 6 zeigt Wärmestromkurven unterschiedlicher zweiter Komponenten. Wärmestromkurven geben dabei Aufschluss über exotherme oder endotherme Prozesse innerhalb eines Materials und zeigen die entsprechende Temperaturabhängigkeit. In einer möglichen Version für das Material der zweiten Komponente findet ein endothermer Prozess bei etwa 125 °C (untere Kurve) statt. Die mittlere Kurve zeigt einen Prozess, der zwischen 130 °C und 150 °C stattfindet. Die obere Kurve zeigt einen Übergang bei etwa 175 °C.
  • Je nachdem, welche Materialien für die zweite Komponente gewählt werden, z. B. unterschiedliche Kohlenwasserstoffe mit unterschiedlichen Phasenübergangstemperaturen, können unterschiedliche Temperaturen, bei denen der Blähvorgang einsetzt, ausgewählt werden.
  • Figur 7 zeigt die Wärmestromkurve WSK für einen silberhaltigen Leitkleber, mit dem die Kappe auf dem Träger befestigt werden kann. In dem Temperaturbereich um etwa 150 °C findet eine exotherme Reaktion statt, bei der sich der Kleber verfestigt.
  • Die Übergangstemperaturen der Bläh-Komponente (vgl. Figur 6) und des Verbindungsmittels zwischen Kappe und Träger (vgl. Figur 7) können so gewählt werden, dass die akustische Isolation im Wesentlichen nach der Befestigung der Kappe auf dem Träger stattfindet und das Befestigen der Kappe auf dem Träger die elektrischen Verbindungen damit nicht beeinträchtigt.
  • Das MEMS-Mikrofon und das Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Mikrofons sind durch die gezeigten technischen Merkmale und Ausführungsformen nicht beschränkt. Mikrofone, die zusätzliche Schaltungselemente und/oder Befestigungselemente umfassen, und Verfahren, die zusätzliche Herstellungsschritte umfassen, fallen ebenso unter den durch die folgenden Ansprüche definierten Schutzbereich.
    • Bezugszeichenliste
    • AI:
    akustische Isolation
    AS:
    Auswertschaltung
    BU:
    Bump-Verbindung
    DK:
    Durchkontaktierung
    DM:
    dielektrisches Material einer dielektrischen Lage
    E:
    in der Matrix eingebettete Elemente der zweiten Komponente
    EA:
    externe Anschlüsse
    HM:
    heterogenes Material
    K:
    Kanal
    KP:
    Kappe
    KG:
    Kugel, eine mögliche Form der eingebetteten Elemente
    M:
    Matrix der ersten Komponente
    MC:
    MEMS-Chip
    ML:
    Metallisierungslage
    MM:
    MEMS-Mikrofon
    MS:
    MEMS-Strukturen
    RV:
    Rückvolumen
    SO:
    Schallöffnung
    TR:
    Träger
    VM:
    Verbindungsmaterial zwischen Kappe und Träger
    WSK:
    Wärmestromkurve

Claims (9)

  1. MEMS-Mikrofon (MM), umfassend
    - einen Träger (TR),
    - eine Kappe (KP) auf dem Träger (TR), die einen Hohlraum zumindest teilweise umschließt,
    - einen MEMS-Chip (MC) im Hohlraum,
    - eine Schallöffnung (SO) in der Kappe (KP),
    - ein Rückvolumen (RV),
    - einen Kanal (K), der die Schallöffnung (SO) mit dem MEMS-Chip (MC) verbindet und vom Rückvolumen (RV) akustisch isoliert,
    wobei
    - der Kanal (K) ein heterogenes Material (HM) umfasst, das aus zumindest zwei unterschiedlichen Komponenten mit unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften besteht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das heterogene Material (HM) eine erste Komponente als Matrix (M) und eine zweite Komponente mit in der Matrix eingebetteten Elementen (KG) umfasst,
    - die erste Komponente ein thermoplastisches Material, ein Elastomer und/oder ein Silicongel umfasst,
    - die zweite Komponente Polymerkugeln (KG) umfasst,
    - das Matrixmaterial (M) einen thermischen Härtemechanismus aufweist, der über derjenigen Temperatur, bei der das Aufblähen der zweiten Komponente aktiviert wird, aktiviert wird.
  2. MEMS-Mikrofon nach dem vorherigen Anspruch, wobei
    - der MEMS-Chip (MC) über eine elektrisch leitende Verbindung (BU) mit dem Träger (TR) verschaltet und mechanisch verbunden ist und
    - der MEMS-Chip (MC) zwischen dem Kanal (K) und dem Träger (TR) angeordnet ist.
  3. MEMS-Mikrofon nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften der ersten und zweiten Komponente ein unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten beinhalten.
  4. MEMS-Mikrofon nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das heterogene Material ein nicht lineares thermisches Ausdehnungsverhalten aufweist.
  5. MEMS-Mikrofon nach dem vorherigen Anspruch, wobei die zweite Komponente ein nicht lineares thermisches Ausdehnungsverhalten aufweist.
  6. MEMS-Mikrofon nach dem vorherigen Anspruch, wobei das heterogene Material ein nicht reversibles thermisches Ausdehnungsverhalten hat.
  7. Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Mikrofons (MM), wobei das Mikrofon umfasst:
    - einen Träger (TR),
    - eine Kappe (KP) auf dem Träger (TR), die einen Hohlraum zumindest teilweise umschließt,
    - einen MEMS-Chip (MC) im Hohlraum,
    - eine Schallöffnung (SO) in der Kappe (KP),
    - ein Rückvolumen (RV),
    - einen Kanal (K), der die Schallöffnung (SO) mit dem MEMS-Chip (MC) verbindet und vom Rückvolumen (RV) akustisch isoliert,
    wobei
    - der Kanal (K) ein heterogenes Material (HM) umfasst, das aus zumindest zwei unterschiedlichen Komponenten mit unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften besteht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das heterogene Material (HM) eine erste Komponente als Matrix (M) und eine zweite Komponente mit in der Matrix eingebetteten Elementen (KG) umfasst,
    - die erste Komponente ein thermoplastisches Material, ein Elastomer und/oder ein Silicongel umfasst,
    - die zweite Komponente Polymerkugeln (KG) umfasst,
    - das Matrixmaterial (M) einen thermischen Härtemechanismus aufweist, der über derjenigen Temperatur, bei der das Aufblähen der zweiten Komponente aktiviert wird, aktiviert wird, und
    wobei
    - das heterogene Material (HM) ringförmig auf den MEMS-Chip (MC) und/oder an die Unterseite der Kappe (KP) aufgebracht wird und
    - das Material (HM) nach Zusammenbau von Träger (TR), MEMS-Chip (MC) und Kappe (KP) durch Erwärmen zu einer akustischen Abdichtung (AI) aufgebläht wird.
  8. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
    ein Verbindungsmaterial (VM) zwischen Kappe (KP) und Träger (TR) bei einer Temperatur verfestigt wird, die unter der für das Aufblähen des heterogenen Materials (HM) benötigten Temperatur liegt.
  9. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
    als Verbindungsmaterial (VM) zwischen Kappe (KP) und Träger (TR) ein Leitklebstoff verwendet wird.
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