Beschreibung
Elektrisches Bauelement, insbesondere Mikrofon mit
nachjustierbarer Empfindlichkeit und Verfahren zum Justieren
Die Empfindlichkeit von MEMS-Mikrofonen wird vom Aufbau und der Aufhängung der Membran mitbestimmt. Aufgrund der geringen Schichtdicke und der komplizierten Aufhängung der Membran treten bei deren Herstellung Fertigungsschwankungen auf, die zu entsprechenden Schwankungen in der Empfindlichkeit der
Mikrofone führen. Eine typische Toleranz liegt im Bereich von +/- 3 dB re V/Pa. Für anspruchsvolle Anwendungen eines
Mikrofons ist dies jedoch ein zu hoher Wert, so dass
Mikrofone für diese Anwendungen einzeln vermessen und nach ihrer Empfindlichkeit selektiert werden müssen. Hohe
Anforderungen werden beispielsweise beim so genannten Beam Forming oder bei Anordnungen zur Lärmreduktion gefordert. Dabei werden zwei und mehr Mikrofone beziehungsweise deren Ausgabesignale verglichen und verarbeitet, so dass eine zu hohe Empfindlichkeitsschwankung zu verfälschten Ergebnissen führt .
Doch auch für normale mobile Handgeräte ist eine niedrigere Toleranz erstrebenswert, da diese die Gesamt-Schwankungs- breite der Empfindlichkeit über den gesamten akustischen Pfad erhöht, indem sich die Schwankungen auf Werte von +/- 5 bis +/- 6 dB aufaddieren. Erstrebenswert wären beispielsweise Empfindlichkeitsschwankungen von +/- 1 dB re V/pa. Eine Möglichkeit, ein Mikrofon mit einer von einem Zielwert abweichenden Empfindlichkeit nachzuj ustieren besteht darin, in das Mikrofron beziehungsweise in den ASIC des Mikrofrons einen OTP-Baustein (OTP = one time programable) zu
integrieren, in den dann später ein Justierwert zur
Nachkorrektur eingespeichert werden kann. Ein solcher
Justierwert wird ermittelt, indem bei einem fertig
produzierten Mikrofon dessen Betriebsparameter getestet werden und aus den Abweichungen ein Justierwert ermittelt und anschließend in den OTP-Baustein eingespeichert wird. Mit Hilfe dieses Justierwerts kann die am Mikrofon anliegende Bias-Spannung oder der Verstärker geregelt werden. Für die Eingabe des Justierwerts in den OTP-Baustein eines analogen Mikrofons sind zwei zusätzliche Kontaktflächen
(Pads) erforderlich, nämlich eine Kontaktfläche für ein
Taktsignal CLK und eine Kontaktfläche für einen Lese- /Schreibzugriff W/R (W/R = Write/Read) . Kontaktflächen für Masse (GND) , Versorgungsspannung (VDD) und Signalausgabe (OUT) existieren bereits als für den normalen Betrieb des Mikrofons notwendige Anschlüsse. Die ersten beiden Anschlüsse davon können zur Programmierung des OTP-Bausteins
mitverwendet werden.
In herkömmlichen miniaturisierten MEMS-Mikrofonen ist die Bauelementunterseite dicht mit Kontaktflächen belegt.
Zusätzlich kann auf der Unterseite noch die Schallöffnung und eine Dichtring darum vorgesehen sein, z. B. eine ringförmige Metallisierung um die Schallöffnung herum. Zwei zusätzliche Anschlussflächen für das Ansteuern des OTP-Bausteins würden zu eine nicht unerhebliche Vergrößerung des Mikrofons notwendig machen. Schalttechnische Maßnahmen, die als Alternative zu zusätz¬ lichen Kontaktflächen eine Mehrfachnutzung der vorhandenen Kontaktflächen erlauben würden, stellen aber hohe Anforderungen an den Entwurf des ASIC und führen im schlechtesten
Fall zu einer Verschlechterung der Mikrofoneigenschaften. Bei digitalen Mikrofonen, die von Haus aus mehrere Anschluss¬ flächen aufweisen, ist das Problem zur Ansteuerung von OTP- Bausteinen vernachlässigbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lösung für das oben genannte Problem zur Verfügung zu stellen und insbesondere ein elektrisches Bauelement anzugeben, in dem ein OTP-Baustein integriert sein kann, das aber gegenüber bekannten Bauelementen keine erhöhten Grundfläche benötigt. Insbesondere soll ein justierbares elektrisches Bauelement angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge¬ staltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zum Justieren von Bauelementen sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird ein elektrisches Bauelement angegeben, welches zum Einbau z.B. mittels Einlöten in eine Schaltungsumgebung einen herkömmlichen Footprint aufweist. Dieser weist wie bisher eine gegebene Anzahl von Rasterflächen auf der Oberfläche, auf, in denen Kontaktflächen angeordnet sind, die zu der Verbindung des Bauelements mit der Schaltungsumgebung gedacht ist. Eine Rasterfläche ist dabei die Flächeneinheit, die im
Raster angeordnet ist und entspricht in der Regel der Fläche, die für eine Lötstelle des jeweiligen Bauelements
erforderlich ist oder die in der Regel für das jeweilige Bauelement gewählt wird. Das Raster kann ein künden- oder technologiespezifisches Lotraster sein und einer bestimmten Vorschrift bezüglich Größe und Abstand der Lotstellen
entsprechen .
In einer Ausführung sind alle Rasterflächen gleich groß und das Raster ist regelmäßig. Das Raster kann gleiche Abstände zwischen den Rasterflächen aufweisen, muss aber nicht. Um zusätzliche Kontaktmöglichkeiten zum Ansteuern eines OTP- Bausteins zu schaffen, ist zumindest eine der Kontaktflächen gesplittet. Dies bedeutet, dass trotz gleichbleibendem
Footprint für das Bauelement selbst eine der herkömmlichen Kontaktflächen durch zwei kleinere bzw. kleinflächigere
Kontaktflächen ersetzt ist, die zusammen nicht mehr
Grundfläche aufweisen, als eine herkömmliche Kontaktfläche. Die beiden kleineren Kontaktflächen füllen die entsprechende Rasterfläche aus bilden zusammen eine lötfähige
Metallisierung für eine spätere Lötstelle. Die herkömmlichen Kontaktflächen füllen ebenfalls die entsprechende
Rasterfläche aus. Das Bauelement weist also wie bisher eine der Anzahl der Rasterflächen entsprechende Anzahl von
Lötstellen auf, bzw. Stellen, die für spätere Lötstellen vorgesehen sind.
Wenn ein herkömmlicher Footprint beispielsweise ein Raster von drei herkömmlichen Kontaktflächen aufweist und dann erfindungsgemäß eine dieser herkömmlichen Kontaktflächen gesplittet wird, so stehen vier Kontaktflächen zur Verfügung. Wenn zwei herkömmliche Kontaktflächen gesplittet werden, so stehen in diesem Fall insgesamt fünf Kontaktflächen zur
Verfügung. Da eine gesplittete Kontaktfläche, also zwei kleinflächigere Kontaktflächen, eine Lötstelle besetzen beziehungsweise zusammen eine Lötstelle definieren, werden sie in verlötetem Zustand über das Lot und den Gegenkontakt kurzgeschlossen.
Die Ansteuerung einer programmierbaren Speichereinheit, die erfindungsgemäß im Bauelement vorhanden ist und z.B. als OTP- Baustein ausgelegt ist, gelingt in einer Phase vor dem
Verlöten des Bauelements. Dazu werden die Kontaktflächen beispielsweise über einen Spitzenkontakt mit einem
Programmiergerät verbunden, mit dem dann Daten in die
programmierbare Speichereinheit eingegeben werden können.
Ein solches Bauelement hat den Vorteil, dass der Footprint unverändert ist und beim Anwender keine Anpassung an eine neue Gehäusegröße oder an einen anderen Footprint erforderlich ist. Damit vergrößert sich auch die Grundfläche des Bauelements nicht, welches bereits in miniaturisierter, d. h. mit minimaler Grundfläche ausgestatteter Form vorliegt.
Der genannte Footprint ist auf der ersten Oberfläche eines Trägers angeordnet und umfasst ein Raster mit einer für die bestimmungsgemäße Funktion des Bauelements erforderlichen Anzahl von Rasterflächen, denen jeweils eine Lötstelle zugeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Trägers und/oder in den Träger integriert ist eine
elektromechanische Komponente sowie eine integrierte
Schaltung angeordnet. Weiter umfasst das Bauelement die genannte programmierbare Speichereinheit, beispielsweise einen OTP-Baustein . Dieser kann als separates Bauteil ausgeführt sein oder ein Teil der integrierten Schaltung sein. Die elektromechanische Komponente und die integrierte
Schaltung sind miteinander und mit den Kontaktflächen
elektrisch leitend verbunden. Die in den Rasterflächen angeordneten Kontaktflächen sind so ausgestaltet, dass eine
Lötstelle jeweils eine Rasterfläche vollständig ausfüllt. Zumindest zwei der Kontaktflächen sind mit kleinerer Fläche als die übrigen Kontaktflächen ausgebildet und teilen sich eine Rasterfläche. Nach dem Verlöten sind diese kleinflächig- eren Kontaktflächen über die Lötstelle kurzgeschlossen.
Durch die Aufteilung der großflächigeren-Kontaktflächen in jeweils zwei kleinere Kontaktflächen gelingt jeweils die Schaffung einer zusätzlichen Kontaktfläche, die zur
einmaligen Programmierung des Bauelements genutzt werden kann. Die weitere, durch das Aufsplitten entstandene
kleinflächige Kontaktfläche dient zur bestimmungsgemäßen Funktion des Bauelements und ist wie bislang mit
entsprechenden Komponenten des Bauelements elektrisch leitend verbunden.
Die zusätzliche kleinflächige Kontaktfläche und die weitere einer bestehenden Bauelementfunktion dienenden Kontaktfläche sind innerhalb derselben Rasterfläche so kombiniert, dass beim Kurzschluss über die gemeinsame Lötstelle sowohl eine
Beeinflussung der programmierbaren Speichereinheit unmöglich ist als auch der Betrieb des Bauelements ungestört bleibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bauelement als Mikrofon ausgebildet, welches ein analoges oder digitales Ausgabesignal liefert. Die integrierte Schaltung, die
Bestandteil des Bauelements ist, regelt die Betriebsabläufe und die Empfindlichkeit des Mikrofons sowie die Stärke des Ausgabesignals. Über die programmierbare Speichereinheit kann nun ein Justierwert für das Mikrofon gespeichert werden. Die programmierbare Speichereinheit stellt der integrierten
Schaltung dann diesen Justierwert zur Verfügung, um einen gewünschten Betriebsparameter entsprechend dem Justierwert
anzupassen. Dieser Betriebsparameter kann die Empfindlichkeit, die Übertragungscharakteristik, der Signal-Rausch- Abstand, die maximale Schalldruckbelastung, bei der das Mikrofon einen gewissen Klirrfaktor aufweist, oder auch ein Betriebsmodus sein, um das Mikrofon für eine gewünschte
Einsatzmöglichkeit zu optimieren.
Ein bekanntes als analoges Mikrofon ausgeführtes Bauelement weist genau drei Rasterflächen und damit drei Lötstellen auf der ersten Oberfläche des Trägers auf. Über diese drei
Lötstellen ist der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauelements möglich .
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist in einem solchen Mikrofon je eine der Lötstellen mit einer Kontaktfläche für Masse, für Versorgungsspannung und für Signalausgabe des Bauelements versehen. Die beiden Rasterflächen mit den
Kontaktflächen für Masse und Versorgungsspannung sind dabei gesplittet und die Kontaktflächen daher kleinflächiger ausgebildet. Sie teilen sich die Rasterfläche mit je einer kleinflächigeren Kontaktfläche für die Eingabe eines
Taktsignals und eine Programmsignaleingabe. Die beiden zusätzlichen Kontaktflächen sind mit der programmierbaren Speichereinheit verbunden.
Nach dem Verlöten des Bauelements werden die gesplitteten Kontaktflächen über die Lötstelle verbunden, so dass auch die Kontaktflächen für Versorgungsspannung und Programmsignaleingabe verbunden sind und außerdem auch die Kontaktflächen für Masse und Taktsignal. Da die Kontaktfläche für das
Taktsignal über die Masse-Kontaktfläche kurzgeschlossen ist und an der Programmsignaleingabe eine konstante Versorgungs¬ spannung anliegt, ist im Betrieb des Bauelements ein
Überschreiben der programmierbaren Speichereinheit durch betriebsbedingte Parameter beziehungsweise durch die im
Betrieb anliegenden Spannungen und Signale nicht möglich. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die programmierbare Speichereinheit als Flash-Speicher ausgebildet. Ein solcher lässt sich mit einem ausreichend hohen Signalpegel beschreiben und stellt dann bei niedrigeren Spannungen einen ROM-Speicher (Read Only Memory) dar, in dem der Justierwert abgespeichert werden kann. Die programmierbare
Speichereinheit kann jedoch auch in anderen Technologien ausgeführt sein, die für die Verwendung von OTP-Bausteinen eingesetzt werden können. Möglich sind z. B. PLAs
( Programmable Logic Array) , FPGAs (Field Programmable Gate Array) oder auch Microcontroller. Wenn die programmierbare Speichereinheit ein OTP-Baustein ist, hat dies den Vorteil, dass der programmierte beziehungsweise gespeicherte Wert nicht ohne Weiteres geändert werden kann, so dass eine unbeabsichtigte Änderung ausgeschlossen ist.
Ein ebenfalls erfindungsgemäßes Verfahren zum Justieren eines Betriebsparameters in einem Bauelement mit elektromechani- scher Komponente und Steuerschaltung umfasst folgende
Schritte :
Es werden fertig hergestellte Bauelemente vorbereitet, beispielsweise eine Serie von Bauelementen aus einer
Produktionscharge . Bei jedem einzelnen Bauelement wird nun zumindest ein
Betriebsparameter bestimmt.
Anschließend wird der bestimmte Parameter mit einem vorgege¬ benen Sollwert oder einem vorgegebenen Sollwertbereich verglichen . Sofern eine Abweichung erkannt wird, wird ein entsprechender Justierwert zum Nachregeln dieses abweichenden Betriebspara¬ meters ermittelt und dem jeweiligen abweichenden Bauelement zugeordnet .
Anschließend wird der ermittelte Justierwert des Bauelements mit abweichendem Betriebsparameter in dessen programmierbare Speichereinheit eingegeben und dort abgespeichert. Zur
Eingabe des Justierwerts werden die Kontaktflächen des
Bauelements genutzt.
Die Steuerschaltung, die den bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauelements regelt oder steuert, kann nun auf diesen Justier¬ wert innerhalb der programmierbaren Schaltung zugreifen und damit den Betriebsparameter wieder dem Sollwert oder dem Sollwertbereich anpassen. Auf diese Weise gelingt es, in einer Serie von Bauelementen mit weit voneinander abweichenden Betriebsparametern diese Betriebsparameter für jedes Bauelement einzeln auf einen gewünschten Sollwert oder Sollwertbereich nachzuj ustieren, wobei als Ergebnis Bauelemente erhalten werden, die eine nur enge Toleranz aufweisen.
Die programmierbare Speichereinheit ist ein Langzeitspeicher, der auch ohne zusätzliche Energieversorgung den einmal eingegebenen Justierwert speichert, so dass das Bauelement auch ohne Energieversorgung den gewünschten Betriebsparameter aufweist. Nach der Eingabe des Justierwerts kann das
Bauelement daher eine beliebige Zeit gelagert werden, bevor
es in eine Schaltungsumgebung eingebaut wird, um dort ihren bestimmungsgemäßen Betrieb aufzunehmen.
Zum Einbau des Bauelements in eine Schaltungsumgebung wird zumindest eine für die Eingabe verwendeten Kontaktfläche über die Lötstelle mit einer anderen Kontaktfläche kurzge¬ schlossen, so dass eine weitere Programmierung nach dem
Verlöten nicht mehr möglich ist. Da die für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauelements erforderlichen Kontaktflächen so über die Rasterflächen verteilt sind, dass jede auch nach dem Verlöten angesprochen werden kann, ist ein bestimmungsgemäßer Betrieb störungsfrei möglich. Nicht mehr ansprechbar sind die Kontaktflächen, die zur Programmierung bzw. zur Eingabe des Justierwertes in die programmierbare Speichereinrichtung genutzt wurden, da sie mit anderen kleinflächigen Kontaktflächen kurzgeschlossen sind . In einem bevorzugten Verfahren sind die Lötstellen für das
Bauelement in einem gleichmäßigen Raster angeordnet und alle etwa gleich groß. Jede Lötstelle füllt dabei eine Raster¬ fläche vorzugsweise komplett aus. Jeweils zwei der
Kontaktflächen weisen eine Grundfläche auf, die kleiner ist als die jeweilige Rasterfläche, und teilen sich eine
Lötstelle .
In einer Ausführungsform ist die elektromechanische
Komponente ein analoges miniaturisiertes Mikrofon mit
integriertem Verstärker und weist eine Membran auf, die Teil eines Kondensators ist. Hier gelingt mit dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren und dem dazu gehörigen erfindungsgemäßen Bauelement die Nachjustierung der Empfindlichkeit des
Mikrofons. Der ermittelte Justierwert ist so bestimmt, dass mit seiner Hilfe entweder die Verstärkung des vom Mikrofon ausgegebenen Ausgangssignals oder alternativ eine an den Kondensator angelegte Bias-Spannung variiert wird, um die Empfindlichkeit auf den Sollwert oder den Sollwertbereich zu j ustieren .
In einer weiteren Ausführungsform ist die elektromechanische Komponente ein digitales miniaturisiertes Mikrofon
ausgebildet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt, so dass ihnen weder absolute noch relative
Maßangaben zu entnehmen sind. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite eines Mikrofons mit den Kontaktflächen im Stand der Technik,
Figur 2 zeigt dieselbe Draufsicht für ein erfindungsgemäßes Mikrofon, Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes auf einem Schaltungsträger montiertes Mikrofon .
Ein analoges MEMS-Mikrofon ist auf einem Träger TR montiert, der auf einer ersten Oberfläche, im Folgenden als Unterseite bezeichnet, drei in einem regelmäßigen Raster angeordnete gleich große Kontaktflächen CAN aufweist. Eine erste
Kontaktfläche VDD dient der Versorgung mit einer
Versorgungsspannung, eine zweite Kontaktfläche GND ist für den Masseanschluss vorgesehen und eine dritte Kontaktfläche OUT ist für das Ausgabesignal des Mikrofons gedacht. Ebenfalls auf der Unterseite des Trägers TR ist eine
Schallöffnung SO hin zum elektroakustischen Wandler,
insbesondere zu einem MEMS-Kondensator-Mikrofon angeordnet.
Im Abstand zu den Kontaktflächen CAN ist auf der Unterseite eine ringförmige Metallisierung RM angeordnet, die zum
Verlöten mit einer ebenfalls ringförmigen Anschlussfläche auf einem Schaltungsträger gedacht ist, um so den akustischen Kanal abzudichten. Wie aus der Figur klar erkenntlich, ist die Unterseite des Trägers TR flächenoptimiert und bietet zumindest im
vorgegebenen Raster keinen Platz für eine weitere
Kontaktfläche CAN. Auf der Oberseite des Trägers TR, naturgemäß in der Figur nicht darstellbar, ist als elektromechanische Komponente das genannte MEMS-Kondensator-Mikrofon, als integrierte Schaltung IC ein ASIC-Baustein vorgesehen, der einen als programmierbare Speicherschaltung ausgebildeten Bereich aufweist.
Figur 2 zeigt die Draufsicht auf die Unterseite eines
erfindungsgemäßen Mikrofons. Bei prinzipiell gleicher
Flächenaufteilung und zur Verfügung stehender Grundfläche des Trägers TR sind hier die ersten beiden Kontaktflächen CAS gesplittet, so dass hier insgesamt fünf Kontaktflächen zur Verfügung stehen, davon vier mit annähernd halb so großer Kontaktfläche wie bisher und in Figur 1 dargestellt. Je zwei Kontaktflächen mit kleinerer Grundfläche CAS füllen dabei die
Rasterfläche beziehungsweise den Platz aus, den im bekannten Mikrofon die größere Kontaktfläche eingenommen hat. Die aufgeteilten Kontaktflächen sind jedoch elektrisch
voneinander getrennt. Die neu geschaffenen kleineren
Kontaktflächen CAS sind dabei für eine Programmsignaleingabe W/R vorgesehen, die auch ein Schreib-Lese-Zugriff sein kann. Eine weitere neu geschaffene Kontaktfläche ist für das
Taktsignal CLK vorgesehen. Über die zwei gesplitteten Kontaktflächen, also die vier Kontaktflächen mit reduzierter Grundfläche ist eine
Programmierung der programmierbaren Speichereinheit, welche ein OTP-Baustein sein kann, möglich. Während des
Programmierens kann die elektrische Verbindung zu den nun kleineren Kontaktflächen mittels Spitzen-Kontakten
vorgenommen werden.
Möglich ist es jedoch auch, das erfindungsgemäße Mikrofon zum Eingeben des Justierwerts in eine geeignete Vorrichtung mit Federkontakten einzuspannen. Nach der Kontaktierung sämtlicher Kontaktflächen erfolgt im erfindungsgemäßen Justierverfahren ein Bestimmen von Betriebsparametern, insbesondere die Bestimmung der Empfindlichkeit des Mikrofons. Dazu dienen die Kontaktflächen VDD für Versorgungsspannungen, GND für Masse und OUT für Signalausgabe. Die Ermittlung der Empfind¬ lichkeit kann für verschiedene Frequenzen und für verschie¬ dene Signalstärken durchgeführt werden. Dem entsprechend kann der Justierwert auch ein umfangreiches Set von Justierwerten darstellen, die den unterschiedlichen Betriebssituationen des Mikrofons gerecht werden.
Je nach Art und Weise, wie das Nachjustieren des Betriebs¬ parameters mit Hilfe des Justierwertes vorgenommen wird, wird
der Justierwert aus den Abweichungen von einem Sollwert oder von einem Sollwertbereich ermittelt. Nach Einprogrammieren des Justierwerts in die programmierbare Speicherschaltung, bei der ein Festwertspeicher beschrieben wird, wird das
Mikrofon von den Kontakten der Mess- und Programmierstation getrennt und ist nun einsatzbereit. Der gespeicherte
Justierwert wird vom Bauelement über einen längeren Zeitraum von vielen Jahren gespeichert und damit über die gesamte Lebensdauer des Mikrofons, ohne dass es dazu einer externen Stromversorgung bedarf.
Figur 3 zeigt im schematischen Querschnitt ein auf einen Schaltungsträger PCB montiertes Bauelement BE, welches hier als Mikrofon ausgebildet ist. Die Montage des Bauelements BE erfolgt über Lötverbindungen, beispielsweise Lotbumps SB. Dabei werden die Kontaktflächen CA auf der Unterseite des Trägers TR über Lötverbindungen mit entsprechenden
Anschlussflächen KF auf der Oberseite des Schaltungsträgers PCB verbunden. Weiterhin wird die ringförmige Metallisierung MR auf der Unterseite des Trägers TR mit einer ebenfalls ringförmigen Metallisierung auf der Oberseite des Schaltungsträgers PCB durch einen Lötring SR verbunden. Die gegenseitige Ausrichtung von Schaltungsträger PCB und Bauelement BE erfolgt so, dass die Schallöffnung SO im Träger TR über einem entsprechenden Schallloch im Schaltungsträger zentriert ist. Der Schallkanal reicht dann von unten durch das
Schallloch im Schaltungsträger PCB durch die ringförmige Abdichtung SR, die Schallöffnung SO im Träger TR bis hin zum Mikrofon EMC, das hier als MEMS-Bauelement mit unten
angeordneter Membran dargestellt ist. Das MEMS-Bauelement ist mittels Flipchip-Bauweise auf der Oberseite des Trägers TR befestigt .
Zwischen den Kontaktflächen auf der Unterseite des Trägers TR und den Anschlussflächen KF auf der Oberseite des Schaltungs¬ trägers PCB wird der elektrische Kontakt über drei Lötstellen SB hergestellt, die beispielsweise als Lotbumps ausgebildet sind. Jede Lötstelle füllt dabei eine Rasterfläche
vollständig aus und schließt dabei jeweils zwei aufgeteilte beziehungsweise gesplittete Kontaktflächen CAS kurz. Über die drei Lötstellen wird das Bauelement BE angeschlossen, wobei eine Lötstelle OUT der Signalausgabe dient. In der Figur 3 ist der links dargestellte Lotkontakt SB entsprechend der Schnittlinie AA in Figur 2 durch die kleinflächigen
beziehungsweise gesplitteten Kontaktflächen für GND und CLK geführt . Der in Figur 3 dargestellte Aufbau des Mikrofons zeigt weiterhin die integrierte Schaltung IC, welche als
Halbleiterbaustein auf der Oberfläche des Trägers montiert ist, hier beispielsweise ebenfalls als Flipchip-Anordnung. Die integrierte Schaltung IC umfasst dabei die programmier- bare Speichereinheit, die hier einen Teil der integrierten Schaltung darstellt.
Der elektromechanische Wandler EMC ist beispielsweise aus kristallinem Silizium gefertigt. Integrierte Schaltung IC und elektromechanischer Wandler EMC sind vorzugsweise benachbart angeordnet und mit einer gemeinsamen Abdeckung CV von oben gegen den Träger TR und damit auch gegen schädliche
Umgebungseinflüsse abgedichtet. Die Abdeckung CV kann eine konform aufliegende beziehungs¬ weise als zumindest eine Schicht aufgebrachte Abdeckung sein, die auch mehrschichtig ausgestaltet sein kann. Eine solche Abdeckung kann beispielsweise eine flexible Kunststofffolie
umfassen, die gegebenenfalls mittels einer anorganischen Schicht, insbesondere einer Metallschicht verstärkt ist. Die Metallschicht kann darüber hinaus als elektromagnetische Abschirmung dienen. Die Abdeckung kann aber auch eine
vorgeformte starre Abdeckung sein, beispielsweise eine
Metallkappe. Möglich ist es jedoch auch, dass auf dem Träger eine wannenförmige Vertiefung ausgebildet ist, innerhalb der der elektromechanische Wandler EMC angeordnet ist. Die Wanne kann auch durch eine den elektromechanischen Wandler EMC umschließende Rahmenstruktur auf dem Träger ausgebildet sein. Die Abdeckung kann dann wie ein Deckel die Wanne verschließen und kann dazu plan ausgebildet sein.
Integrierte Schaltung und elektromechanischer Wandler EMC sind elektrisch miteinander verbunden, wobei die Verbindung über eine integrierte Verschaltung innerhalb des Trägers TR vorgenommen sein kann. Möglich ist es auch, integrierte
Schaltung und elektromechanischen Wandler EMC über
Leiterbahnen zu verschalten, die auf der Oberfläche des
Trägers TR geführt sind. Auch eine direkte Verbindung der integrierten Verschaltung und des elektromechanischen
Wandlers EMC mittels Drähten ist möglich.
Die Volumina zwischen elektromechanischem Wandler EMC und Träger sowie das Volumen zwischen der integrierten Schaltung IC und dem Träger TR können miteinander verbunden sein. Das Volumen oberhalb der Membran und der Abdeckung CV stellt das Rückvolumen des elektromechanischen Wandlers dar.
Neben einer Anwendung der Erfindung für ein MEMS-Mikrofon ist die Erfindung für weitere elektromechanische Sensoren
geeignet, die aufgrund ihrer Miniaturisierung einen
optimierten und nur schwierig zu verkleinernden Footprint
aufweisen. Elektromechanische Komponenten sind insbesondere von Fertigungsschwankungen betroffen, so dass mit der
Erfindung eine einfache Möglichkeit besteht, innerhalb einer Fertigungscharge auftretende Schwankungen der Betriebs- parameter nachzuj ustieren und so Bauelemente mit einheit¬ lichen Betriebsparametern beziehungsweise mit nur geringen Fertigungstoleranzen zu erhalten. Erfindungsgemäß kann dies erfolgen, ohne die Grundfläche der Bauelemente zu erhöhen und ohne das Design für den Anwender zu verändern.
Die Erfindung ist auch nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere kann ein Bauelement eine größere Anzahl von Kontaktflächen aufweisen, ebenso können die Kontaktflächen anders als dargestellt über einen Träger verteilt sein oder eine andere Form aufweisen. Auf der Unterseite des Trägers können auch ausschließlich Kontaktflächen vorgesehen sein, wobei dann im Falle eines Mikrofons beispielsweise eine nach oben weisende Schallöff¬ nung vorgesehen ist, die keiner Öffnung im Träger TR mehr bedarf.
Bezugs zeichenliste
BE Elektrisches Bauelement
TR Träger
OF1 erste Oberfläche
Raster mit Anzahl Rasterflächen
CAN,S Kontaktflächen
EMC elektromechanische Komponente
IC integrierte Schaltung
SB Lötstellen
CAS kleinflächigere Kontaktflächen, teilen sich eine
Rasterfläche
PCB Schaltungsträger
SO Schallöffnung
CV Abdeckung
RM Ringförmige Metallisierung für
SR Lotrahmen
KF Anschlussflächen auf PCB
M Membran