WO2012004339A1 - Mems-mikrofon und verfahren zur herstellung des mems-mikrofons - Google Patents

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Hans Krüger
Gregor Feiertag
Alois Stelzl
Anton Leidl
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Definitions

  • the present invention relates to a microphone in which a transducer element is enclosed between a support and a cover.
  • the transducer element may be acoustic
  • Signals that enter through a sound inlet convert it into electrical signals.
  • MEMS devices micro-electro-mechanical
  • Component a fluidic connection (eg for gases or liquids) of the covered interior to the outside
  • the MEMS chip can close the sound opening from the inside and thus the entire housing volume as acoustic reference or
  • the electrical contacting of a MEMS chip on a carrier substrate can take place on the underside of the microphone, ie on the side of the MEMS chip, which faces the carrier substrate. External solder connections are then usually performed by means of plated-through holes in the carrier substrate at its bottom. Is also the sound inlet opening the bottom of the microphone so it can be arranged
  • acoustic contact to a test device must be built from two different sides. Alternatively, a single handling of the microphone in functional tests may be necessary.
  • Object of the present invention is therefore to provide a MEMS microphone, which may have a sound inlet opening at any point and which is easy to test. This object is achieved by a microphone having the features of claim 1. Advantageous embodiments and a method for producing the microphone are further provided.
  • the transducer element is for
  • the first sound entry port formed in the carrier is used to test the microphone during manufacture. Thereby, a simple and automated test method is made possible, in which preferably electrical and acoustic contact can be made from the underside of the microphone forth. Thereafter, the first sound inlet opening is closed and it is formed a second sound inlet opening at any point. Accordingly, the microphone according to the invention enables a simple and automated testing and at the same time offers the possibility of arranging the second sound entry opening at any desired location, so that a greater freedom of design is achieved.
  • the first sound inlet opening is closed with a plastic-containing compound.
  • This composition may be a polymer which is preferably applied by a jet printing process. In a jet printing process, a liquid or viscous material is applied in a location-accurate and contactless manner via a nozzle. The process allows small droplets of the plastic-containing
  • the first sound inlet opening can also be closed by selective application (dispensing), in which case thermoplastics and reaction resin compounds, if appropriate, are closed off in mixture with other materials such as fillers,
  • solderable metallization eg. B. a Lochwandaus ⁇ clothes or a ring around the sound inlet opening provided, so a shutter is also possible by applying and melting of solder paste or by a jet pressure of the molten solder.
  • the first sound inlet opening can thus also be closed by solderable material, such as solder paste or molten solder.
  • means for electrical contacting of the transducer element are provided on the side of the transducer element, which faces the carrier.
  • the Trä- ger may have on its side facing the transducer element side connection surfaces for connecting to the transducer element and the transducer element on its side facing away from contact ⁇ pads for connecting to an external circuit environment. Furthermore, pads of the transducer element and the
  • the transducer element can be mounted on the carrier in flip-chip technology and be contacted via bumps with the connection surfaces of the carrier.
  • the cover may then consist, for example, of a cap or a lid.
  • the microphone has at least one further component, wherein the further component is likewise covered by the cover.
  • the further component may be a further chip, in particular an ASIC chip.
  • the transducer element and the ASIC chip may be combined to form a common device on a single chip.
  • a cavity is formed in the transducer element and in the further component.
  • the two cavities may be connected by a channel or otherwise.
  • the cavity in the transducer element is preferably the back volume of the transducer element. By connecting this back volume with another cavity formed in the ASIC chip, the back volume of the transducer element is increased, thus improving the sensitivity of the microphone.
  • the transducer element and the further component of two wafers are formed, each having recesses on one of its flat sides and the flat sides are assembled such that the recesses together form a cavity in composite wafers.
  • One of the two wafers can be produced as a pressed glass or injection-molded wafer in a hot embossing or injection molding process.
  • the recesses of the two wafers can be matched exactly.
  • the assembly of two wafers makes it possible to reduce the process times for the introduction of the cavities and also to minimize the wall thicknesses.
  • the cover of the microphone comprises a cover film and at least one metallization layer. In a method of manufacturing the microphone, a transducer element is mounted on a carrier.
  • a cover is placed over the transducer element and the carrier so as to enclose the transducer element between the cover and the carrier.
  • a first sound entry opening is provided in advance in the carrier or is subsequently generated after the attachment of the cover.
  • the first sound inlet opening is closed by a plastic-containing compound.
  • a plastic-containing compound This may in particular be a polymer or a polymer-containing material which is applied by a jet printing process to the first sound inlet opening and which can also be cured by exposure and / or thermally if necessary. It can also be a molten thermoplastic in the first
  • Sound inlet be injected, which solidifies or cures on cooling.
  • a jet printing process is a targeted process
  • Sealing structure is firmly connected to the cover and thus to the microphone. It can be done by structuring a
  • Polymer layer such as a photoresist layer, by printing or alternatively by sticking or otherwise attaching a prefabricated sealing structure can be generated.
  • the sealing structure provided on the cover, it is possible in a simple manner to install the microphone in any device having a further sound inlet so that the interior of the housing is tightly closed by means of the sealing structure with the aid of the microphone located above the further sound inlet opening, the sound but unhindered by the concentrically arranged second and the further sound inlet opening to the transducer element
  • the sealing structure can be manufactured in this way with minimal dimensions and exactly at the desired location of the microphone. Nevertheless, the microphone can be safely mounted in the housing and fitting exactly relative to the second
  • Sound inlet opening are mounted in the housing of the electrical device.
  • the sealing structure comprises an elastomer. This is for the sealing function of the sealing structure, so for sealing between the microphone and the housing of the electrical device advantageous since the elastomer also unevenness of the housing interior around the second Sound equalization can compensate.
  • An elastomer also makes it possible, if not 100% planparalleler
  • the sealing structure has a foamed structure.
  • the air bubbles integrated in the foamed structure which are preferably under a slight overpressure, also ensure a compressibility and elasticity of the sealing structure, which thus have the same advantages as an elastomer structure.
  • Both elastomer and foamed structure are preferably made with an organic plastic mass
  • thermosets or thermosets may be suitable.
  • Particularly suitable materials are thermosets or thermosets.
  • rubber eg chloroprene or acrylonitrile-butadiene rubber
  • polyurethane e.g. polyurethane or silicone
  • Plastics are also referred to as FIPG (Foamed-In-Place Gasket). It is possible to create the sealing structure directly on the microphone on the cover. This can be the
  • Sealing structure can be applied or dropped in the form of a viscous liquid by means of a dispenser. It is also possible to print the sealing structure,
  • hardened sealing structure harden or actively hardens, for example, at elevated temperature or below
  • thermoplastic sealing structure can also applied in the molten state and cure by cooling.
  • the sealing structure can also be prefabricated in solid form and retrofitted to the MEMS microphone around the first
  • Sound inlet opening mounted and glued in particular.
  • a prefabricated seal can also cover the second sound entry opening if it is sound-permeable or sound-permeable in this area.
  • she can z. B. have a porous structure.
  • one or more holes can be created later.
  • the subsequent opening of the sound inlet opening can be advantageous in the manufacturing processing method of the microphone to the inside of the microphone, z. B. sensitive parts of the transducer element and in particular the MEMS chip to protect against certain processing steps.
  • the shape of the sealing structure can be selected or designed depending on the shape of the respective sound inlet opening. It preferably has a ring-shaped or frame-shaped closed structure, wherein it can be any
  • Sealing structure may be provided, which may be formed in the same manner as the sealing structure to the second sound inlet opening.
  • FIGS. 1A to IE show different process stages in the production of a MEMS microphone with two sound entry openings
  • FIG. 1F shows a microphone with a sealing structure around the
  • Figure 2 shows a functional test of the MEMS microphones
  • Figures 3A and 3B show a second embodiment of a
  • Figures 4A and 4B show a third embodiment of a
  • Figure 5 shows a MEMS microphone after installation in the only schematically illustrated housing G of an electrical device.
  • FIG. 1A shows a MEMS microphone after mounting a transducer element WE and another component BE on a carrier TR.
  • Transducer element WE has a membrane MEM and a return volume RV.
  • the back volume RV is from a first
  • Limited coverage AD which is applied at wafer level and it covers, for example, a recess in the transducer element and so tightly encloses their volume that it can be used as a back volume.
  • the first cover AD is a foil.
  • a sound inlet opening SOI is arranged in the carrier TR.
  • the cover may also be a rigid cap, which after placement on the carrier a cavity below
  • Such a device may for example be an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), the z. B. amplification or digitizing functions for the microphone and generates a corresponding amplified and / or digitized output.
  • the cap can then be made of metal, ceramic, plastic or
  • the entire free volume enclosed under the cap can act as a back volume.
  • the cover can also follow the contours of transducer element or microphone chip and optionally ASIC and example ⁇ as a cover film AF over the entire transducer element and at least partially also be laminated to the support. It is then applied in such a way on the two chips WE, BE, that they around transducer element and terminates laterally ASIC chip or another component with the carrier and TR from ⁇ seals.
  • a suitable cover is therefore z. B. from a laminatable film which is a thermoplastic film, a film in the B state, or a composite film which may comprise one or more different plastic part layers and optionally a metal foil integrated therein as a partial layer.
  • a particularly dense cover is obtained when such a laminated cover sheet AF is externally provided with a metallic coating in a later step.
  • a metallic coating in a later step.
  • Such can be applied for example by means of vapor deposition, plasma or sputtering and galvanically or electrolessly amplified.
  • With a suitably thick metallic coating it is also possible to produce a mechanically sufficiently stable housing with originally thinly laminated cover foil.
  • the transducer element WE is here contacted via bumps BU electrically to the carrier TR.
  • the carrier TR has on its the transducer element WE side facing pads ANF.
  • the carrier TR On the side facing away from the transducer element WE, the carrier TR has contact pads KP.
  • the contact pads KP and the pad ANF are via through holes DK
  • the further component (BE) is mounted in flip-chip technology by means of bumps (BU) on the carrier.
  • FIG. 1B After the functional tests by sonication by the first sound inlet opening SOI, the first sound inlet opening SOI in the carrier TR is closed.
  • a polymer is applied by a jet printing process in the first sound inlet opening SOI.
  • Used mixture or a layer sequence of metals on the one hand ensure good adhesion to the cover film AF and on the other hand well as a growth layer for later
  • the base metallization GM on the cover AF can be applied over the entire surface before the first
  • Figure IC shows the MEMS microphone after the next step.
  • the basic metallization GM is galvanically reinforced.
  • the reinforcement is made such that a second sound inlet opening S02 is preformed or a surface provided for a second sound inlet opening S02 is excluded from the galvanic reinforcement.
  • a resist structure RS can be generated as local coverage in the region of the later second sound entry opening S02 on the base metallization GM, for example by
  • the galvanic reinforcement of the base metallization GM can be achieved, for example, by electrodeposition of copper as a conductive layer and a further layer as a corrosion protection coating. layer, with the conductive layer and the other
  • FIG. 1D shows the arrangement after the galvanic deposition of the amplifier layer VS and after the removal of the resist structure RS. An opening in the amplifier layer VS is present after the removal of the resist structure RS, where the resist structure RS has prevented a galvanic amplification of the base metallization GM.
  • Figure IE shows the MEMS microphone after its manufacture.
  • a complete opening of the cover for generating the second sound inlet opening S02 is now possible, for example, by laser drilling. Because only a relatively thin metal layer, the basic metallization GM, as well as a
  • CO 2 , YAG or UV lasers are suitable, for example, for opening the base metallization GM in the region of the second sound entry opening S02.
  • the resist structure RS can also be printed, for example with a
  • the resist pattern RS is generated in a lateral extent, which is at least twice the thickness of the subsequent reinforcing layer VS
  • Cover film AF are processed with lower laser intensities to fully open the second sound inlet opening S02 or to pass through all the layers of the cover.
  • the resist structure does not have to be removed, it can also be drilled together with the underlying layers.
  • Häusungsrea can also be done fundamentally different, such as by attaching a preformed cap or a lid over the chip.
  • the decisive factor is the
  • Figure 1F shows an embodiment of a MEMS microphone in which the cavity in the transducer element is closed by a cover AD and thus includes a back volume between the membrane and cover AD, which is essentially defined by the size of the aperture in the transducer element WE.
  • the cover AD can be a first cover directly above the
  • a cover and, if necessary. include a metallic reinforcing layer.
  • the second sound inlet opening S02 provides access to the membrane of the MEMS transducer element WE and is arranged here exactly above the gap between the transducer element and further chip (eg ASIC).
  • a sealing structure DS is arranged around the second sound entry opening S02 above the gap between the two chips.
  • the cover AD may be a conforming cover. However, it is also possible to use a rigid cover, the
  • the first sound inlet opening is not shown in this figure 1F.
  • FIG. 2 shows the test method with which the manufactured MEMS microphones are tested for their functionality.
  • the MIK microphones are produced in parallel from a wafer and then separated into individual microphones.
  • a test apparatus TA is used which has a loudspeaker LS, a sound exit opening SAO and a reference microphone RM.
  • the test apparatus TA can be adjusted with the sound inlet opening S02 of the test microphone MIK such that the sound outlet opening of the test SAO ⁇ apparatus TA and sound entry opening of the microphone are S02 MIK above the other.
  • a camera CAM can be used. Through the sound outlet opening SAO and the sound inlet openings S02 test apparatus TA and microphone MIK are acoustically coupled to each other.
  • test apparatus TA has an electrical contact device EKV, which enables electrical contacting of the microphone MIK.
  • EKV electrical contact device
  • FIG. 3A and Figure 3B show schematically another
  • FIG. 3A shows a microphone according to the invention in a side view.
  • Figure 3B shows a cross-section through the microphone shown in Figure 3A taken along the line B-B '.
  • the transducer element WE and the further component BE are combined to form a single chip CH.
  • the chip CH has an opening which opens into the second sound inlet opening S02.
  • a back volume RV is formed in the transducer element WE.
  • the chip CH shown in FIGS. 3A and 3B is manufactured from a wafer made of semiconductor material, for example from a silicon wafer.
  • component structures BES and a membrane MEM are patterned.
  • the component structures may be, for example, integrated circuits, in particular ASIC structures.
  • recesses RV, HO and one or more channels KA are etched in dry or wet etching processes. The recesses and the
  • Channels are closed with a first cover AD and can be provided on the support with a further cover, the structure and application of which is described in Figures 1A to IE. All production steps of the chip, including the first cover, can be done at wafer level. After separating the chips, their mounting on the carrier and the further coverage with the cover AF.
  • the first cover AD applied at the wafer level may be a foil. This prevents the cover sheet AF can penetrate into the back volume RV. In this way, the reproducibility of an exact return volume RV can be ensured.
  • Figure 3B shows a cross section through the Darge in Figure 3A ⁇ presented microphone along the line BB '.
  • the back volume RV of the transducer element WE is, is connected via the channels KA with a hollow space ⁇ HO, which is formed in the further component BE.
  • the channels KA thereby enclose the second sound inlet opening S02.
  • FIGS. 4A and 4B schematically show a further embodiment of the microphone according to the invention.
  • FIG. 4A shows a microphone according to the invention in a side view.
  • Figure 4B shows a cross section through the microphone shown in Figure 4A taken along the line B-B '.
  • the further component BE and the transducer element WE are likewise combined to form a single chip CH.
  • the chip CH is formed by connecting two wafers WF1, WF2, wherein each wafer WF1, WF2 has recesses on the side facing the opposite wafer WF1, WF2. Now the two wafer WF1, WF2 are assembled so that their out ⁇ be recesses in pairs to form cavities HO supplement.
  • the back volume RV of the transducer element WE is connected via channels KA to a cavity HO in the further component BE.
  • the first wafer WF1 is disposed between the carrier TR and the second wafer WF2.
  • the first wafer WF1 essentially consists of a semiconductor material, for example of silicon.
  • component structures BES and a membrane MEM are structured. Recesses are etched on the upper side of the first wafer WF1.
  • the second wafer WF2 is disposed on the upper side of the first wafer WF1, that is, on the side of the first wafer WF1 facing away from the carrier TR.
  • the second wafer WF2 may consist essentially of a plastic or of glass. It can be molded in a die casting, injection molding or hot stamping process. In this case, be on the bottom of the second wafer, ie, textured recesses on the side, which is the first wafer WFI added ⁇ Wandt. Are the first and the second wafer WFl, WF2 on their flat sides with the
  • At least one of the wafers WF1, WF2 channels KA are structured in the joining area, which join the cavities together in the case of composite wafers WF1, WF2.
  • first connect the two wafers In addition to the production of the microphone at wafer level, it is of course also possible to first connect the two wafers, to singulate the microphones and then mount on the carrier. It is also possible to assemble individual chips from the first wafer and only then with a second chip to connect and cover.
  • the covering of the first and second chip for example by means of a covering film applied over the chip (first and second chip), takes place in all cases on the carrier.
  • Transducer element WE further component BE and second
  • Sound opening S02 can achieve an acoustic performance of the microphone, which corresponds to that of an identical microphone with sound opening down
  • FIG. 5 shows a MEMS microphone after installation in the only schematically illustrated housing G of an electrical device, eg. B. the housing of a mobile device. It is shown that the MEMS microphone via a sealing structure DS, which is attached to the second sound inlet opening S02 on the cover AD of the MEMS microphone, the two sound in ⁇ openings in the housing and MEMS microphone inside or to the housing interior can seal , In this way, the housing interior G1, in which further sensitive electrical or electronic components or components are arranged, is protected against the environmental influences outside the housing G.
  • an electrical device eg. B. the housing of a mobile device.
  • WF1, WF2 first and second wafers respectively

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrofons bei dem - ein Wandlerelement (WE) auf einem Träger (TR) montiert wird; - eine Abdeckung so über dem Wandlerelement (WE) und den Träger (TR) angeordnet wird, dass das Wandlerelement (WE) zwischen der Abdeckung und dem Träger (TR) eingeschlossen wird; - eine erste SchalleintrittsöiEffnung (S01) in dem Träger (TR) erzeugt wird; - ein Funktionstest des Mikrofons durchgeführt wird; - die erste Schalleintrittsöffnung (S01) verschlossen wird; und - bei dem eine zweite Schalleintrittsöffnung (S02) in der Abdeckung erzeugt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein aus dem Verfahren resultierendes Mikrofon, bei dem die erste Schalleintrittsöffnung (S01) vorbereitet, aber verschlossen ist.

Description

Beschreibung
MEMS-Mikrofon und Verfahren zur Herstellung des MEMS- Mikrofons
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrofon, bei dem ein Wandlerelement zwischen einem Träger und einer Abdeckung eingeschlossen ist. Das Wandlerelement kann akustische
Signale, die durch eine Schalleintrittsöffnung eintreten, in elektrische Signale umwandeln.
Aus der US 2009/0001553A1 sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, MEMS-Bauelemente (= micro-electro-mechanische
Systeme) auf einem Träger aufzubringen und mit einer Kappe oder einer anderen Abdeckung abzudecken. Als Sensoren
ausgebildete MEMS-Bauelemente, die für die Funktion des
Bauelements eine fluidische Verbindung (z. B. für Gase oder Flüssigkeiten) des abgedeckten Innenraums nach außen
benötigen, wie beispielsweise Mikrofone oder Drucksensoren, benötigen im Träger oder in der Abdeckung eine Öffnung.
Weit verbreitet sind Mikrofone mit unten liegender, also im Träger vorgesehener Schallöffnung. Der MEMS-Chip kann dabei die Schallöffnung von innen verschließen und somit das gesamte Gehäusevolumen als akustisches Referenz- oder
Rückvolumen nutzen.
Die elektrische Kontaktierung eines MEMS-Chips auf einem Trägersubstrat kann an der Unterseite des Mikrofons erfolgen, d. h. an der Seite des MEMS-Chips, die dem Trägersubstrat zugewandt ist. Externe Lötanschlüsse sind dann in der Regel mittels Durchkontaktierungen im Trägersubstrat an dessen Unterseite geführt. Ist auch die Schalleintrittsöffnung an der Unterseite des Mikrofons angeordnet, so lassen sich
Funktionstests des Mikrofons einfach und effektiv
durchführen, da ein elektrischer und ein akustischer Kontakt zu einer Testeinrichtung von der gleichen Seite her erstellt werden können, was besonders dann von Vorteil ist, wenn eine Vielzahl von Mikrofonen auf einem gemeinsamen Nutzen
hergestellt wird.
Oftmals werden jedoch an die Akustik eines MEMS-Mikrofons Anforderungen gestellt, die eine Schalleintrittsöffnung an einer anderen Stelle verlangen. Insbesondere bei MEMS- Mikrofonen mit Schalleintrittsöffnungen an ungewöhnlicher Stelle besteht das Problem, dass die Funktionstests nunmehr deutlich aufwändiger sind. Ein elektrischer und ein
akustischer Kontakt zu einer Testvorrichtung müssen hier von zwei verschiedenen Seiten aufgebaut werden. Alternativ kann auch eine Einzelhandhabung des Mikrofons in Funktionstests notwendig sein. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein MEMS- Mikrofon anzugeben, welches eine Schalleintrittsöffnung an einer beliebigen Stelle aufweisen kann und welches dabei einfach zu testen ist. Diese Aufgabe wird durch ein Mikrofon mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Verfahren zur Herstellung des Mikrofons sind weiteren
Ansprüchen zu entnehmen. Es wird ein Mikrofon vorgeschlagen, das einen Träger, eine
Abdeckung, ein auf dem Träger montiertes Wandlerelement, das zwischen dem Träger und der Abdeckung eingeschlossen ist, eine erste Schalleintrittsöffnung, die im Träger vorbereitet, aber verschlossen ist, und eine zweite Schalleintrittsöffnung in der Abdeckung aufweist. Das Wandlerelement ist zum
Beispiel als Mikrofonchip, insbesondere als MEMS Mikrofonchip ausgebildet .
Die erste Schalleintrittsöffnung, die im Träger ausgebildet ist, wird während der Herstellung zum Testen des Mikrofons verwendet. Dadurch wird ein einfaches und automatisiertes Testverfahren ermöglicht, bei dem vorzugsweise elektrische und akustische Kontaktierung von der Unterseite des Mikrofons her vorgenommen werden kann. Danach wird die erste Schalleintrittsöffnung verschlossen und es wird eine zweite Schalleintrittsöffnung an einer beliebigen Stelle ausgebildet. Dementsprechend ermöglicht das erfindungsgemäße Mikrofon ein einfaches und automatisiertes Testen und bietet gleichzeitig die Möglichkeit, die zweite Schalleintrittsöffnung an einer beliebigen Stelle anzuordnen, sodass eine größere Designfreiheit erreicht wird. In einer Ausführung ist die erste Schalleintrittsöffnung mit einer kunststoffhaltigen Masse verschlossen. Bei dieser Masse kann es sich um ein Polymer handeln, das vorzugsweise durch ein Jetdruckverfahren aufgetragen wird. Bei einem Jetdruckverfahren wird ein flüssiges oder zähflüssiges Material über eine Düse ortsgenau und kontaktlos aufgebracht. Das Verfahren ermöglicht es, kleine Tröpfchen des kunststoffhaltigen
Materials gezielt auf die erste Schalleintrittsöffnung „aufzuschießen" und diese so zu verschließen.. Alternativ kann die erste Schalleintrittsöffnung auch durch selektives Aufbringen (Dispensen) verschlossen werden. Hierbei sind Thermoplaste und Reaktionsharzmassen, gegebenenfalls in Mischung mit anderen Materialien wie Füllstoffen,
geeignet .
Wird im Bereich der ersten Schalleintrittsöffnung eine geeignete lötbare Metallisierung, z. B. eine Lochwandaus¬ kleidung oder ein Ring um die Schalleintrittsöffnung, vorgesehen, so ist ein Verschluss auch durch Aufbringen und Aufschmelzen von Lotpaste oder durch einen Jetdruck des geschmolzenen Lots möglich. Die erste Schalleintrittsöffnung kann somit auch durch lötbares Material, wie etwa Lotpaste oder geschmolzenes Lot, verschlossen werden.
Es ist ferner auch möglich, die erste Schalleintrittsöffnung mit einem Formteil in der Art eines Stöpsels oder Aufklebers zu verschließen.
In einer Ausführung sind Mittel zur elektrischen Kontaktier- ung des Wandlerelements auf der Seite des Wandlerelements vorgesehen, die dem Träger zugewandt ist. Dazu kann der Trä- ger auf seiner dem Wandlerelement zugewandten Seite Anschlussflächen zum Verbinden mit dem Wandlerelement aufweisen und auf seiner dem Wandlerelement abgewandten Seite Kontakt¬ pads zum Verbinden mit einer äußeren Schaltungsumgebung. Ferner können Anschlussflächen des Wandlerelements und die
Kontaktpads des Trägers elektrisch über Durchkontaktierungen durch den Trager und/oder das Wandlerelement verbunden sein. Das Wandlerelement kann in Flip-Chip-Technik auf dem Träger montiert sein und über Bumps mit den Anschlussflächen des Trägers kontaktiert sein.
Es ist aber auch möglich, das Wandlerelement konventionell mit Chipkleber zu befestigen und die elektrischen Verbin- düngen mit Bonddrähten herzustellen. Die Abdeckung kann dann beispielsweise aus einer Kappe oder einem Deckel bestehen.
In einer Ausführung weist das Mikrofon zumindest ein weiteres Bauelement auf, wobei das weitere Bauelement ebenfalls von der Abdeckung bedeckt ist. Bei dem weiteren Bauelement kann es sich um einen weiteren Chip, insbesondere einen ASIC-Chip handeln. Alternativ können das Wandlerelement und der ASIC- Chip zu einem gemeinsamen Bauelement auf einem einzigen Chip kombiniert sein.
In einer Ausführung sind in dem Wandlerelement und in dem weiteren Bauelement jeweils ein Hohlraum ausgebildet. Die beiden Hohlräume können über einen Kanal oder anderweitig miteinander verbunden sein. Bei dem Hohlraum in dem Wandlerelement handelt es sich vorzugsweise um das Rückvolumen des Wandlerelements. Durch die Verbindung dieses Rückvolumens mit einem weiteren Hohlraum, der in dem ASIC-Chip ausgebildet ist, wird das Rückvolumen des Wandlerelements vergrößert und somit die Empfindlichkeit des Mikrofons verbessert.
In einer Ausführung werden das Wandlerelement und das weitere Bauelement aus zwei Wafern gebildet, die jeweils auf einer ihrer Flachseiten Ausnehmungen aufweisen und deren Flachseiten derart zusammengesetzt werden, dass die Ausnehmungen bei zusammengesetzten Wafern zusammen einen Hohlraum ausbilden. Einer der beiden Wafer kann dabei als Pressglas- oder Spritzgusswafer in einem Heißpräge- bzw. Spritzgussverfahren hergestellt werden. Die Ausnehmungen der beiden Wafer können genau aufeinander angepasst werden. Das Zusammensetzen von zwei Wafern erlaubt es, die Prozesszeiten für das Einbringen der Kavitäten zu reduzieren und ferner die Wanddicken zu minimieren . In einer Ausführung umfasst die Abdeckung des Mikrofons eine Abdeckfolie und zumindest eine Metallisierungsschicht. In einem Verfahren zur Herstellung des Mikrofons wird ein Wandlerelement auf einem Träger montiert. Anschließend wird eine Abdeckung so über das Wandlerelement und den Träger angeordnet, dass das Wandlerelement zwischen Abdeckung und Träger eingeschlossen wird. Eine erste Schalleintrittsöffnung wird vorab in dem Träger vorgesehen oder wird nachträglich nach dem Anbringen der Abdeckung erzeugt. Nun wird ein
Funktionstest des Mikrofons durchgeführt. Anschließend wird die erste Schalleintrittsöffnung verschlossen und eine zweite Schalleintrittsöffnung wird in der Abdeckung erzeugt. Hierbei können das Verschließen der ersten Schalleintrittsöffnung und das Erzeugen der zweiten Schalleintrittsöffnung in beliebiger Reihenfolge erfolgen.
Die erste Schalleintrittsöffnung wird durch eine kunststoff- haltige Masse verschlossen. Dabei kann es sich insbesondere um ein Polymer bzw. ein polymer-haltiges Material handeln, das durch ein Jetdruckverfahren auf die erste Schalleintrittsöffnung aufgebracht wird und das ferner bei Bedarf durch Belichtung und/oder thermisch ausgehärtet werden kann. Es kann auch ein geschmolzener Thermoplast in die erste
Schalleintrittsöffnung eingespritzt werden, der beim Abkühlen erstarrt bzw. aushärtet.
Ein Jetdruckverfahren ist ein Verfahren zum gezielten
kontaktlosen Aufbringen eines flüssigen oder zähflüssigen
Materials. Es ermöglicht es, kleine Tröpfchen des kunststoff- haltigen Materials gezielt auf die erste Schalleintritts¬ öffnung „aufzuschießen". Ferner kann eine Dichtstruktur rund um die zweite Schalleintrittsöffnung auf die Abdeckung aufgebracht sein. Die
Dichtstruktur ist fest mit der Abdeckung und damit mit dem Mikrofon verbunden. Sie kann durch Strukturieren einer
Polymerschicht, beispielsweise einer Fotolackschicht, durch Aufdrucken oder alternativ durch Aufkleben oder sonstiges Befestigen einer vorgefertigten Dichtstruktur erzeugt werden. Mit Hilfe der auf der Abdeckung vorhanden Dichtstruktur ist es in einfacher Weise möglich, das Mikrofon in ein beliebiges Gerät, das eine weitere Schalleintrittsöffnung aufweist, so einzubauen, dass das Gehäuseinnere mit Hilfe des über der weiteren Schalleintrittsöffnung sitzenden Mikrofons mittels der Dichtstruktur dicht verschlossen ist, der Schall aber ungehindert durch die konzentrisch angeordnete zweite und die weitere Schalleintrittsöffnung bis zum Wandlerelement
eindringen kann. Insbesondere ist es möglich, die Herstellung der
Dichtstruktur in den Fertigungsprozess des Mikrofons zu integrieren. Die Dichtstruktur kann auf diese Weise mit minimalen Abmessungen und exakt an der gewünschten Stelle des Mikrofons gefertigt werden. Dennoch kann das Mikrofon sicher im Gehäuse montiert und passgenau relativ zur zweiten
Schalleintrittsöffnung im Gehäuse des elektrischen Geräts montiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Dichtstruktur ein Elastomer. Dies ist für die Abdichtfunktion der Dichtstruktur, also zur Abdichtung zwischen Mikrofon und Gehäuse des elektrischen Geräts von Vorteil, da das Elastomer auch Unebenheiten des Gehäuseinneren rund um die zweite Schalleintrittsöffnung ausgleichen kann. Ein Elastomer ermöglicht es auch, bei nicht 100 %-ig planparalleler
Anordnung von Mikrofon und Gerätegehäuse dennoch die
erforderliche Dichtigkeit herzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Dichtstruktur eine aufgeschäumte Struktur auf. Auch die in der aufgeschäumten Struktur integrierten Luftblasen, die vorzugsweise unter einem leichten Überdruck stehen, sorgen für eine Kompressi- bilität und Elastizität der Dichtstruktur, die somit die gleichen Vorteile wie eine Elastomerstruktur aufweisen.
Sowohl Elastomer als auch aufgeschäumte Struktur werden vorzugsweise mit einer organischen Kunststoffmasse
realisiert. Auch sehr weiche Thermo- oder Duroplaste können geeignet sein. Besonders geeignete Materialien sind
beispielsweise Kautschuk (z. B. Chloropren- oder Acrylnitril- Butadien-Kautschuk) , Polyurethan oder Silikon, die in
kompakter Struktur als Elastomer oder auch in aufgeschäumter Struktur und damit in besonders kompressibler Version
herstellbar sind. Dichtstrukturen aus aufgeschäumten
Kunststoffen werden auch als FIPG (Foamed-In-Place Gasket) bezeichnet . Es ist möglich, die Dichtstruktur direkt auf dem Mikrofon also auf der Abdeckung zu erzeugen. Dazu kann die
Dichtstruktur in Form einer viskosen Flüssigkeit mittels einem Dispensers appliziert oder aufgetropft werden. Möglich ist es auch, die Dichtstruktur aufzudrucken,
beispielsweise mittels Sieb-, Schablonen- oder Stempeldruck. Nach dem Aufbringen lässt man die als viskose Masse
aufgebrachte Dichtstruktur aushärten oder härtet sie aktiv aus, beispielsweise bei erhöhter Temperatur oder unter
Einwirkung von UV-Strahlung.
Eine aus Thermoplast gefertigte Dichtstruktur kann auch im aufgeschmolzenen Zustand aufgebracht und durch Abkühlen aushärten . Die Dichtstruktur kann auch in fester Form vorgefertigt und nachträglich auf das MEMS-Mikrofon rund um die erste
Schalleintrittsöffnung montiert und insbesondere aufgeklebt werden. Eine vorgefertigte Dichtung kann auch die zweite Schalleintrittsöffnung bedecken, wenn sie in diesem Bereich schalldurchlässig ist oder schalldurchlässig gemacht wird. Dazu kann sie z. B. eine poröse Struktur aufweisen. Auch können ein oder mehrere Löcher nachträglich erzeugt werden. Das nachträgliche Öffnen der Schalleintrittsöffnung kann beim Herstellungs- Bearbeitungsverfahren des Mikrofons von Vorteil sein, um das Innere des Mikrofons, z. B. empfindliche Teile des Wandlerelements und insbesondere des MEMS-Chips vor bestimmten Bearbeitungsschritten zu schützen.
Die Form der Dichtstruktur kann abhängig von der Form der jeweiligen Schalleintrittsöffnung gewählt oder gestaltet werden. Sie weist vorzugsweise eine ring- oder rahmenförmig geschlossene Struktur auf, wobei sie eine beliebige
Umrisslinie annehmen kann. Auch um die erste Schalleintrittsöffnung kann eine
Dichtstruktur vorgesehen werden, die in gleicher Weise wie die Dichtstruktur um die zweite Schalleintrittsöffnung ausgebildet sein kann. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt, sodass den Figuren weder absolute noch relative Maßangaben entnehmbar sind.
Figuren 1A bis IE zeigen verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung eines MEMS-Mikrofons mit zwei Schalleintrittsöffnungen,
Figuren 1F zeigt ein Mikrofon mit einer Dichtstruktur um die
Schalleintrittsöffnung, Figur 2 zeigt einen Funktionstest der MEMS-Mikrofone,
Figur 3A und 3B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines
MEMS-Mikrofons, Figur 4A und 4B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines
MEMS-Mikrofons,
Figur 5 zeigt ein MEMS-Mikrofon nach dem Einbau in das nur schematisch dargestellte Gehäuse G eines elektrischen Geräts.
Die Figuren 1A bis IE zeigen verschiedene Verfahrensstufen der Herstellung eines MEMS-Mikrofons . Figur 1A zeigt ein MEMS-Mikrofon nach der Montage eines Wandlerelements WE und eines weiteren Bauelements BE auf einem Träger TR. Das
Wandlerelement WE weist eine Membran MEM auf und ein Rück- volumen RV. Das Rückvolumen RV wird von einer ersten
Abdeckung AD begrenzt, die auf Waferlevel aufgebracht wird und dabei zum Beispiel eine Ausnehmung im Wandlerelement überdeckt und so deren Volumen dicht einschließt, dass es als Rückvolumen genutzt werden kann. Bei der ersten Abdeckung AD handelt es sich z.B. um eine Folie. In dem Träger TR ist eine Schalleintrittsöffnung SOI angeordnet.
Die Abdeckung kann auch eine starre Kappe sein, die nach dem Aufsetzen auf den Träger einen Hohlraum unter sich
einschließt, in der der Mikrofonchip und gegebenenfalls weitere dem Mikrofon und dessen Funktion zugeordneter
Bauelemente angeordnet werden können. Ein solches Bauelement kann beispielsweise ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit) sein, der z. B. Verstärkungs- oder Digitalisierungs- funktionen für das Mikrofon übernimmt und einen entsprechen- den verstärkten und/oder digitalisierten Output erzeugt. Die Kappe kann dann aus Metall, Keramik, Kunststoff oder
beliebigen Kombinationen dieser Werkstoffe ausgebildet sein. Das gesamte unter der Kappe eingeschlossene freie Volumen kann als Rückvolumen wirken.
Die Abdeckung kann auch den Konturen von Wandlerelement bzw. Mikrofonchip und gegebenenfalls ASIC folgen und beispiels¬ weise als Abdeckfolie AF über das gesamte Wandlerelement und zumindest teilweise auch auf den Träger auflaminiert werden. Sie ist dann über den beiden Chips WE, BE derart aufgebracht, dass sie seitlich rund um Wandlerelement und ASIC Chip bzw. weiteres Bauelement mit dem Träger TR abschließt und ab¬ dichtet. Eine dafür geeignete Abdeckung besteht daher z. B. aus einer laminierfähigen Folie, die eine thermoplastische Folie, eine Folie im B-Zustand, oder eine Composite-Folie ist, die eine oder mehrere unterschiedliche Teilschichten aus Kunststoff und gegebenenfalls eine als Teilschicht darin integrierte Metallfolie umfassen kann. Eine besonders dichte Abdeckung wird erhalten, wenn eine solche auflaminierte Abdeckfolie AF in einem späteren Schritt äußerlich mit einem metallischen Überzug versehen wird. Ein solcher kann beispielsweise mittels Aufdampf- , Plasma- oder Sputterverfahren aufgebracht und galvanisch oder stromlos verstärkt werden. Mit einem entsprechend dicken metallischen Überzug kann auch mit ursprünglich dünner auflaminierter Abdeckfolie ein mechanisch ausreichend stabiles Gehäuse erzeugt werden.
Das Wandlerelement WE ist hier über Bumps BU elektrisch mit dem Träger TR kontaktiert. Der Träger TR weist auf seiner dem Wandlerelement WE zugewandten Seite Anschlussflächen ANF auf. Auf der dem Wandlerelement WE abgewandten Seite weist der Träger TR Kontaktpads KP auf. Die Kontaktpads KP und die Anschlussfläche ANF sind über Durchkontaktierungen DK
miteinander verbunden. Dementsprechend befinden sich nun die elektrischen
Kontaktierungen und der akustische Zugang des Mikrofons auf der Unterseite des Trägers TR. Funktionstests können nunmehr einfach und automatisiert durchgeführt werden. Auch das weitere Bauelement (BE) ist in Flip-Chip-Technik mittels Bumps (BU) auf dem Träger montiert.
Figur 1B: Nach den Funktionstests durch Beschallung durch die erste Schalleintrittsöffnung SOI wird die erste Schallein- trittsöffnung SOI in dem Träger TR verschlossen. Dazu wird ein Polymer durch ein Jetdruckverfahren in der ersten Schalleintrittsöffnung SOI aufgebracht. Anschließend wird das Polymer ausgehärtet, z. B. durch Belichtung und/oder
thermisch .
Anschließend wird zur Herstellung der weiter oben bereits angedeuteten Metallisierung auf der Abdeckfolie AF eine
Grundmetallisierung GM ganzflächig aufgebracht,
beispielsweise durch eine Plasmaabscheidung oder durch
Sputtern. Dazu wird ein Metall wie z. B. Ti oder eine
Mischung oder eine Schichtenfolge von Metallen verwendet, die zum Einen gute Haftung auf der Abdeckfolie AF gewährleisten und zum Anderen gut als Wachstumsschicht zum späteren
galvanischen Verstärken der Grundmetallisierung GM geeignet sind . Alternativ kann die Grundmetallisierung GM auf der Abdeckfolie AF ganzflächig aufgebracht werden bevor die erste
Schalleintrittsöffnung SOI in dem Träger TR, wie oben
beschrieben, verschlossen wird. Figur IC zeigt das MEMS-Mikrofon nach dem nächsten Schritt. Die Grundmetallisierung GM wird galvanisch verstärkt. Vorzugsweise wird die Verstärkung so vorgenommen, dass eine zweite Schalleintrittsöffnung S02 vorgebildet wird bzw. eine für eine zweite Schalleintrittsöffnung S02 vorgesehene Fläche von der galvanischen Verstärkung ausgenommen wird. Dazu kann eine Resist-Struktur RS als lokale Abdeckung im Bereich der späteren zweiten Schalleintrittsöffnung S02 auf der Grundmetallisierung GM erzeugt werden, beispielsweise durch
Strukturierung einer Fotolackschicht.
Die galvanische Verstärkung der Grundmetallisierung GM kann beispielsweise durch galvanische Abscheidung von Kupfer als Leitschicht und einer weiteren Schicht als Korrosionsschutz- schicht erfolgen, wobei die Leitschicht und die weitere
Schicht zusammen eine Verstärkerschicht VS ausbilden. Bei¬ spielsweise werden ca. 50 μιη Cu und einige μιη Nickel nach¬ einander galvanisch über der Grundmetallisierung GM erzeugt. Figur 1D zeigt die Anordnung nach dem galvanischen Abscheiden der Verstärkerschicht VS und nach dem Entfernen der Resist- Struktur RS. Eine Öffnung in der Verstärkerschicht VS befindet sich nach dem Entfernen der Resist-Struktur RS da, wo die Resist-Struktur RS eine galvanische Verstärkung der Grundmetallisierung GM verhindert hat.
Figur IE zeigt das MEMS-Mikrofon nach seiner Herstellung. Eine vollständige Durchbrechung der Abdeckung zur Erzeugung der zweiten Schalleintrittsöffnung S02 gelingt nun bei- spielsweise durch Laserbohren. Da nur eine relativ dünne Metallschicht, die Grundmetallisierung GM, sowie eine
vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Abdeckfolie AF zu durchbrechen ist, gelingt dies mit relativ geringen
Intensitäten und in kontrollierter Weise, sodass eine
Beschädigung unterhalb der zweiten Schalleintrittsöffnung S02 gelegener Komponenten des MEMS-Mikrofons bzw. der Oberfläche des Trägers des MEMS Mikrofons erfolgreich verhindert werden kann. Zum Öffnen der Grundmetallisierung GM im Bereich der zweiten Schalleintrittsöffnung S02 sind beispielsweise CO2-, YAG- oder UV-Laser geeignet.
In einer Variante des Verfahrens kann die Resist-Struktur RS auch aufgedruckt werden, beispielsweise mit einem
Jetdruckverfahren. Vorzugsweise wird die Resist-Struktur RS in einer lateralen Ausdehnung erzeugt, die mindestens der doppelten Dicke der späteren Verstärkungsschicht VS
entspricht. Auf diese Weise wird ein Überwachsen der Resist- Struktur RS bei der galvanischen Abscheidung vermieden. Nach dem Durchbrechen der Grundmetallisierung GM kann die
Abdeckfolie AF mit niedrigeren Laserintensitäten bearbeitet werden, um die zweite Schalleintrittsöffnung S02 vollständig zu öffnen bzw. durch alle Schichten der Abdeckung hindurch zu führen. Die Resiststruktur muss dabei nicht entfernt werden, sie kann auch gemeinsam mit den darunter liegenden Schichten durchbohrt werden.
Alternativ kann auf die Resiststruktur RS verzichtet werden. Setzt man etwa bei einem Laserbohrprozess eine Endpunkt- detektion - z. B. durch Plasma-Spektralanalyse - ein, so kann die zweite Schalleintrittsöffnung durch die volle Metallisierungsdicke gebohrt werden, ohne dass unzulässige Beschädi¬ gungen darunter liegender Teile in Kauf genommen werden müssen.
Ferner kann der Häusungsprozess auch grundsätzlich anders erfolgen, etwa durch Befestigung einer vorgeformten Kappe oder eines Deckels über dem Chip. Entscheidend ist die
Ausgestaltung der ersten Schalleintrittsöffnung SOI auf der Bauteilkontaktseite des Trägers, der Wiederverschluss der ersten Schalleintrittsöffnung SOI und das Erstellen der zweiten Schalleintrittsöffnung S02 nach dem Funktionstest. Figur 1F zeigt eine Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons , bei dem der Hohlraum im Wandlerelement durch eine Abdeckung AD verschlossen ist und so ein Rückvolumen zwischen Membran und Abdeckung AD einschließt, das im Wesentlichen durch die Größe der Durchbrechung im Wandlerelement WE definiert ist. Die Abdeckung AD kann eine erste Abdeckung direkt über dem
Rückvolumen, eine Abdeckfolie und ggfs. eine metallische Verstärkungsschicht umfassen. Die zweite Schalleintrittsöffnung S02 stellt in dieser Ausführung einen Zugang zur Membran des MEMS Wandlerelements WE dar und ist hier genau über dem Spalt zwischen Wandlerelement und weiterem Chip (z.B. ASIC) angeordnet. Eine Dichtstruktur DS ist rund um die zweite Schalleintrittsöffnung S02 über dem Spalt zwischen den beiden Chips angeordnet. Die Abdeckung AD kann eine konform aufliegende Abdeckung sein. Möglich ist es jedoch auch, eine starre Abdeckung zu verwenden, die
vorgefertigt ist und auf den Träger TR so aufgesetzt wird, dass sie Mikrofonchip und weiteres Bauelement BE überdeckt.
Die erste Schalleintrittsöffnung ist in dieser Figur 1F nicht dargestellt .
Figur 2 zeigt das Testverfahren, mit dem die gefertigten MEMS-Mikrofone auf ihre Funktionsfähigkeit getestet werden. Die Mikrofone MIK werden parallel aus einem Wafer gefertigt und anschließend in einzelne Mikrofone vereinzelt. Für den Funktionstest wird eine Testapparatur TA verwendet, die einen Lautsprecher LS, eine Schallaustrittsöffnung SAO und ein Referenzmikrofon RM aufweist. Die Testapparatur TA wird über der Schalleintrittsöffnung S02 des zu testenden Mikrofons MIK derart justiert, dass Schallaustrittsöffnung SAO der Test¬ apparatur TA und Schalleintrittsöffnung S02 des Mikrofons MIK übereinander liegen. Für die Feinj ustierung kann eine Kamera CAM eingesetzt werden. Durch die Schallaustrittsöffnung SAO und die Schalleintrittsöffnungen S02 sind Testapparatur TA und Mikrofon MIK akustisch miteinander gekoppelt.
Ferner weist die Testapparatur TA eine elektrische Kontakt- Vorrichtung EKV auf, die eine elektrische Kontaktierung des Mikrofons MIK ermöglicht. Durch eine Relativbewegung der Testapparatur TA und der auf einem Band BA angeordneten Mikrofone MIK zueinander können mehrere Mikrofone MIK
nacheinander getestet werden.
Figur 3A und Figur 3B zeigen schematisch eine weitere
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrofons. Figur 3A zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrofon in einer Seitenansicht. Figur 3B zeigt einen Querschnitt durch das in Figur 3A dargestellte Mikrofons entlang der Linie B-B' . Bei dem in den Figuren 3A und 3B gezeigten Mikrofon sind das Wandlerelement WE und das weitere Bauelement BE zu einem einzigen Chip CH zusammengefasst . Der Chip CH weist eine Öffnung auf, die in die zweite Schalleintrittsöffnung S02 mündet. In dem Wandlerelement WE ist ein Rückvolumen RV ausgebildet.
Der in den Figuren 3A und 3B dargestellte Chip CH wird aus einem Wafer aus Halbleitermaterial, beispielsweise aus einem Siliziumwafer, gefertigt. Auf der dem Träger TR zugewandten Unterseite des Chips werden Bauelementstrukturen BES sowie eine Membran MEM strukturiert. Bei den Bauelementstrukturen kann es sich beispielsweise um integrierte Schaltungen, insbesondere ASIC-Strukturen handeln. Auf der vom Träger TR abgewandten Oberseite des Chips CH sind in Trocken- oder Nassätzverfahren Ausnehmungen RV, HO und ein oder mehrere Kanäle KA geätzt. Die Ausnehmungen und die
Kanäle sind mit einer ersten Abdeckung AD verschlossen und können auf dem Träger mit einer weiteren Abdeckung versehen werden, deren Struktur und Aufbringung in den Figuren 1A bis IE beschrieben ist. Alle Fertigungsschritte des Chips inklusive erster Abdeckung können auf Waferlevel erfolgen. Nach dem Vereinzeln der Chips erfolgt deren Montage auf dem Träger und die weitere Abdeckung mit der Abdeckfolie AF.
Die erste Abdeckung AD, die auf Waferebene aufgebracht wird, kann eine Folie sein. Diese verhindert, dass die Abdeckfolie AF in das Rückvolumen RV eindringen kann. Auf diese Weise kann die Reproduzierbarkeit eines exakten Rückvolumens RV gewährleistet werden. Figur 3B zeigt einen Querschnitt durch das in Figur 3A darge¬ stellte Mikrofons entlang der Linie B-B' . Das Rückvolumen RV des Wandlerelements WE ist über die Kanäle KA mit einem Hohl¬ raum HO, der in dem weiteren Bauelement BE ausgebildet ist, verbunden ist. Die Kanäle KA umschließen dabei die zweite Schalleintrittsöffnung S02.
Figur 4A und Figur 4B zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrofons. Figur 4A zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrofon in einer Seitenansicht. Figur 4B zeigt einen Querschnitt durch das in Figur 4A dargestellte Mikrofons entlang der Linie B-B' .
Hier sind das weitere Bauelement BE und das Wandlerelement WE ebenfalls zu einem einzigen Chip CH zusammengefasst . Der Chip CH wird durch Verbinden zweier Wafer WF1, WF2 gebildet, wobei jeder Wafer WF1, WF2 auf der dem gegenüberliegenden Wafer WF1, WF2 zugewandten Seite Ausnehmungen aufweist. Nun werden die beiden Wafer WF1, WF2 so zusammengesetzt, dass ihre Aus¬ nehmungen sich paarweise zu Hohlräumen HO ergänzen. Wiederum ist das Rückvolumen RV des Wandlerelements WE über Kanäle KA mit einem Hohlraum HO im weiteren Bauelement BE verbunden. Der erste Wafer WFl ist zwischen dem Träger TR und dem zweiten Wafer WF2 angeordnet. Der erste Wafer WFl besteht im Wesentlichen aus einem Halbleitermaterial, beispielsweise aus Silizium. Auf der Unterseite des ersten Wafers WFl, die dem Träger TR zugewandt ist, sind Bauelementstrukturen BES und eine Membran MEM strukturiert. Auf der Oberseite des ersten Wafers WFl sind Ausnehmungen eingeätzt. Nach dem
Zusammensetzten der beiden Wafer WFl, WF2 bilden diese
Ausnehmungen einen Teil des Rückvolumens RV, HO des
Wandlerelements WE .
Der zweite Wafer WF2 ist auf der Oberseite des ersten Wafers WFl angeordnet, d. h. auf der Seite des ersten Wafers WFl, die dem Träger TR abgewandt ist. Der zweite Wafer WF2 kann im Wesentlichen aus einem Kunststoff oder aus Glas bestehen. Er kann in einem Druckguss-, Spritzguss- oder Heißprägeverfahren geformt werden. Dabei werden auf der Unterseite des zweiten Wafers, d. h. auf der Seite, die dem ersten Wafer WFl zuge¬ wandt ist, Ausnehmungen strukturiert. Werden der erste und der zweite Wafer WFl, WF2 an ihren Flachseiten mit den
Fügeflächen zusammengesetzt, so bilden die Ausnehmungen im ersten und im zweiten Wafer Hohlräume HO, RV aus, die als Rückvolumen des Wandlerelements WE dienen. Ferner werden in der Fügefläche mindestens eines der Wafer WFl, WF2 Kanäle KA strukturiert, die bei zusammengesetzten Wafern WFl, WF2 die Hohlräume miteinander verbinden.
Neben der Fertigung des Mikrofons auf Waferlevel ist es natürlich auch möglich, zuerst die beiden Wafer zu verbinden, die Mikrofone zu vereinzeln und dann auf den Träger zu montieren. Ebenfalls möglich ist es, aus dem ersten Wafer vereinzelte Chips zu montieren und erst danach mit einem zweiten Chip zu verbinden und abzudecken. Die Abdeckung von erstem und zweiten Chip z.B. mittels einer über dem Chip (erster und zweiter Chip) aufgebrachten Abdeckfolie erfolgt in allen Fällen auf dem Träger.
Es zeigt sich, dass mit der beschriebenen Anordnung von
Wandlerelement WE, weiterem Bauelement BE und zweiter
Schallöffnung S02 eine akustische Performance des Mikrofons erreichen kann, die derjenigen eines identischen Mikrofons mit Schallöffnung nach unten entspricht
Figur 5 zeigt ein MEMS-Mikrofon nach dem Einbau in das nur schematisch dargestellte Gehäuse G eines elektrischen Geräts, z. B. das Gehäuse eines Mobilfunkgeräts. Es ist gezeigt, dass das MEMS-Mikrofon über eine Dichtstruktur DS , die um die zweite Schalleinstrittsöffnung S02 auf der Abdeckung AD des MEMS-Mikrofons befestigt ist, die beiden Schalleinstritts¬ öffnungen in Gehäuse und MEMS Mikrofon nach innen bzw. zum Gehäuseinneren hin abdichten kann. Auf diese Weise ist das Gehäuseinnere Gl, in dem weitere empfindliche elektrische oder elektronische Komponenten oder Bauelemente angeordnet sind, gegen die Umwelteinflüsse außerhalb des Gehäuses G geschützt .
Bezugs zeichenliste
WE Wandlerelement
BE weiteres Bauelement
TR Träger
MEM Membran
RV Rückvolumen
501 erste Schalleintrittsöffnung AF Abdeckfolie
BU Bump
ANF Anschlussfläche
KP Kontaktpad
DK Durchkontaktierung
GM Grundmetallisierung
502 zweite Schalleintrittsöffnung RS Resist-Struktur
VS Verstärker-Schicht
MIK Mikrofon
TA Testapparatur
LS Lautsprecher
SAO Schallaustrittsöffnung
RM Referenzmikrofon
CAM Kamera
EKV elektrische Kontaktvorrichtung
BA Band
CH Chip
KA Kanal
HO Hohlraum
WF1, WF2 erster bzw. zweiter Wafer
BES Bauelementstrukturen
AD erste Abdeckung
G Gehäuse
Gl Gehäuseinneres

Claims

Patentansprüche
1. Mikrofon
- mit einem Träger (TR) ,
- mit einem auf dem Träger (TR) montierten
Wandlerelement (WE) ,
- mit einer Abdeckung, wobei das Wandlerelement (WE) zwischen dem Träger (TR) und der Abdeckung
eingeschlossen ist,
- mit einer ersten Schalleintrittsöffnung (SOI), die im Träger (TR) vorbereitet aber verschlossen ist, und
- mit einer zweiten Schalleintrittsöffnung (S02) in der Abdeckung .
2. Mikrofon gemäß Anspruch 1,
bei dem die erste Schalleintrittsöffnung (SOI) mit einer kunststoffhaltigen Masse verschlossen ist.
3. Mikrofon gemäß Anspruch 1,
bei dem die erste Schalleintrittsöffnung (SOI) mit Lot verschlossen ist.
4. Mikrofon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem um die zweite Schalleintrittsöffnung herum eine Dichtstruktur (DS) auf die Abdeckung aufgebracht ist.
5. Mikrofon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem der Träger (TR) auf seiner dem Wandlerelement (WE) zugewandten Seite Anschlussflächen (ANF) aufweist, bei dem der Träger (TR) auf seiner dem Wandlerelement (WE) abgewandten Seite Kontaktpads (KP) aufweist, bei dem der Träger (TR) Durchkontaktierungen (DK) aufweist, die die Anschlussflächen (ANF) elektrisch mit den Kontaktpads (KP) kontaktieren,
bei dem das Wandlerelement (WE) in Flip-Chip Technik auf dem Träger (TR) montiert ist, und
bei dem das Wandlerelement (WE) über Bumps (BU) mit den Anschlussflächen (ANF) kontaktiert ist.
Mikrofon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem das Wandlerelement (WA) über Bonddrähte mit dem
Träger (TR) elektrisch kontaktiert ist.
Mikrofon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem zumindest ein weiteres Bauelement (BE) auf dem Träger oder dem Wandlerelement aufgebracht ist, wobei das Bauelement (BE) unter der Abdeckung angeordnet oder von dieser bedeckt wird.
Mikrofon gemäß Anspruch 7,
bei dem in dem Wandlerelement (WE) und in dem weiteren Bauelement (BE) je ein Hohlraum (RV, HO) ausgebildet ist, und
bei dem die beiden Hohlräume (RV, HO) über einen Kanal (KA) miteinander verbunden sind.
Mikrofon gemäß Anspruch 7 oder 8,
bei dem das Wandlerelement (WE) und das weitere
Bauelement (BE) in zwei Wafern (WF1, WF2) ausgebildet werden, die jeweils auf einer ihrer Flachseiten eine Ausnehmung aufweisen, und bei dem die Flachseiten im Mikrofon derart zusammengesetzt sind, dass die
Ausnehmungen zusammen einen verbundenen Hohlraum (HO) ausbilden . Mikrofon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem die Abdeckung eine Abdeckfolie und eine
Metallisierungsschicht umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Mikrofons nach einem der Ansprüche 1-10,
bei dem ein Wandlerelement (WE) auf einem Träger (TR) montiert wird,
bei dem eine Abdeckung so über dem Wandlerelement (WE) und den Träger (TR) angeordnet wird, dass das
Wandlerelement (WE) zwischen der Abdeckung und dem
Träger (TR) eingeschlossen wird,
bei dem eine erste Schalleintrittsöffnung (SOI) in dem Träger (TR) erzeugt wird,
bei dem ein Funktionstest des Mikrofons durchgeführt wird,
bei dem die erste Schalleintrittsöffnung (SOI)
verschlossen wird,
bei dem eine zweite Schalleintrittsöffnung (S02) in der Abdeckung erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11,
bei dem die erste Schalleintrittsöffnung (SOI) durch eine kunststoffhaltige Masse oder durch Lot verschlossen wird .
Verfahren gemäß Anspruch 12,
bei dem die erste Schalleintrittsöffnung (SOI) dadurch verschlossen wird, dass ein Polymer-haltiges Material in einem Jetdruckverfahren auf die erste
Schalleintrittsöffnung (SOI) aufgebracht und durch
Belichtung und/oder thermisch ausgehärtet wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11-13,
bei dem vor dem Aufbringen der Abdeckung ein weiteres Bauelement (BE) auf dem Träger (TR) montiert wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11-14,
bei dem eine Folie (AF) über das Wandlerelement (WE) auf den Träger (TR) auflaminiert wird. 16. Verfahren gemäß Anspruch 15,
bei dem eine Metallisierungsschicht (GM, VS) über der Folie (AF) aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16,
bei dem die Metallisierungsschicht eine
Grundmetallisierung (GM) und eine Verstärkerschicht (VS) umfasst, wobei die Grundmetallisierung (GM) ganzflächig auf die Abdeckung (AD) aufgebracht wird, und bei dem die Verstärkerschicht (VS) durch Metallabscheidung so aufge¬ bracht wird, dass im Bereich der späteren zweiten
Schalleintrittsöffnung (S02) ein Abscheiden der
Verstärkerschicht (VS) verhindert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16 und 17,
bei dem im Bereich der späteren zweiten Schalleintrittsöffnung (S02) eine Resiststruktur (RS) aufgebracht wird, die ein Abscheiden der Verstärkerschicht (VS) in diesem Bereich verhindert. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-18,
bei dem die zweite Schalleintrittsöffnung (S02) durch ein Laserbohrverfahren erzeugt wird.
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