WO2015161940A1 - MIKROFON MIT VERGRÖßERTEM RÜCKVOLUMEN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG - Google Patents

MIKROFON MIT VERGRÖßERTEM RÜCKVOLUMEN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG Download PDF

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WO2015161940A1
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sound
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bottom plate
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Wolfgang Pahl
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Definitions

  • a so-called bottom port microphone has a housing in which a sound inlet opening is arranged on the underside, ie where external electrical connections of the component are located.
  • the internal components (MEMS, ASIC) in the housing below, i.d.R. that is, arranged on a carrier substrate, resulting in a very simple structure.
  • the carrier substrate may then be a printed circuit board or a multi-layer substrate, each with integrated wiring and interconnection.
  • the sound inlet opening lies on a surface facing away from the outer terminals, in particular the top side of the microphone.
  • the MEMS chip and possibly the ASIC
  • the MEMS chip can then also be arranged in the region of the sound entrance, but then an electrical rewiring from there to the housing bottom must be made, which is technologically complex and critical for component performance ,
  • An alternative is to leave the internal components on the carrier substrate, and instead the incoming sound appropriately through a gap between
  • Redirecting components on the carrier substrate as known for example from DE 10 2011 012295 AI.
  • the MEMS chip is sealed by a foil cover against the carrier substrate, which simultaneously covers and encloses the existing back volume. But this concept does not allow any Extension of the back volume already present in the MEMS chip.
  • the process is also critical to the
  • Gap geometry which can lead to adverse noise and resonances.
  • one is limited with respect to the positioning of the sound entry on the top of the housing.
  • Object of the present invention is therefore to provide a microphone with top arranged sound inlet, which avoids the disadvantages mentioned above. In particular, it is an object to avoid adverse thermo-mechanical stress for the MEMS chip and yet an extended
  • the microphone has a closed, particularly rigid
  • Cavity housing which has at least one bottom plate, a cover and therein an opening for the sound inlet.
  • a MEMS component designed as a microphone transducer and a sound guide element with a sound channel formed therein are arranged adjacent to each other on the bottom plate within the cavity housing and mounted. Inside, more components can be mounted,
  • a partition is also provided which divides the cavity into a forward and a backward volume.
  • the cavity housing can be made with various technologies known per se. It is important that a cavity is preformed in the housing. This is for example
  • a lid encloses and then cover this with a lid. It is also possible to provide a base plate with trough-shaped depression or even a trough-shaped bottom part, in which the components of the microphone can be mounted. Accordingly, the materials used for the housing may be different.
  • any known MEMS component can be used. This is characterized by a membrane having a recess in a e.g. crystalline body spans.
  • the microphone transducer is designed as a condenser microphone in a silicon body, wherein the membrane is an electrode of the capacitor whose movement against a rigid back electrode changes the capacitance of the condenser ⁇ microphone and so a measure of the
  • a sound channel is geometrically defined by a sound guide element and prefabricated as a component.
  • the microphone according to the invention is therefore not dependent on any gaps between components of the microphone, which in known solutions as a sound channel
  • the sound guide element sits on the bottom plate of the
  • the sound guide ⁇ element can therefore be made of different materials. It is possible, for example, this made of metal.
  • a metallic sound guide element has the advantage that it can be mounted together with the microphone converter in a simple manner by soldering.
  • An opening provided within the cavity separation is not part of the housing but is formed separately from the microphone ⁇ components. The separation allows a
  • Sound channel in the sound guide element connects an opening for the sound inlet in the top of the housing with the active side of the microphone transducer.
  • the sound guide element is then preferably designed so that by means of
  • the separation between the forward and rear volumes is formed as a film which at least the
  • Microphone transducer and the sound guide element spans and which rests close to these components close to the bottom plate and seals the components against the back volume.
  • films that are known from the packaging ⁇ technology of electrical components and MEMS devices.
  • the film comprises, for example, a thermoplastic which is thermoformable.
  • thermoplastic which is thermoformable.
  • thermoset or a purely thermally deformable state
  • the back volume is formed between the used as a separation film and the upper housing part. With the film of the microphone transducer and the sound channel are tightly sealed against the bottom plate. In addition, the sound conduction finished with the sound channel tight against the cover in the area of the opening.
  • the microphone transducer itself does not have to seal against the housing, is sealed by the foil used for the separation, and is usually flexible
  • the back volume is thus defined solely by the size of the cavity i cavity housing.
  • the sound guide element - if necessary, plus a cover layer and / or an adhesive layer located thereon - a greater height above the bottom plate than the microphone transducer and can so after closing the cavity housing on the
  • Spans sound guiding element It is also possible to use an additional sealant, e.g. to provide an adhesive or additional film between the release liner over the top of the sound guide member and the housing.
  • This additional sealing means may for example be formed as a sealing ring. This may be prefabricated mounted on the underside of the cover around the opening or on the upper end of the sound guide member around the mouth of the sound channel around.
  • the sound guide element in such a way that forms after closing the cavity housing, a capillary gap between the sound guide element and cover, which allows the capillary forces a safe flow of a liquid-applied sealant, such as a resin, thus ensuring a complete seal.
  • the microphone usually also has an integrated circuit, which is designed, for example, as an ASIC.
  • This circuit controls the function of the microphone transducer and takes over at least in part the signal processing of the electrical signal supplied by the microphone transducer.
  • the integrated circuit is also on the bottom plate mounted and can optionally be arranged below the separation, ie within the pre-volume. However, it is also possible to cover with the separation alone microphone transducer and sound guide element and the integrated circuit next to it within the back volume on the
  • Microphone converter and circuit are electrically connected to the
  • the pads are connected to external electrical contacts on the underside of the bottom plate, via which the microphone can be installed in an external circuit environment, for example in a Audiovor ⁇ direction or a cell phone.
  • On or within the bottom plate can still be provided an electrical interconnection of the components.
  • the cover of the cavity housing is formed as a cap glued or soldered on the bottom plate, under which the cavity of the cavity housing is enclosed.
  • the cap is formed of metal or comprises at least one metal layer. This has the advantage that the microphone transducer and the integrated circuit are electromagnetically shielded from the environment and trouble-free operation of the microphone
  • the sound guide element has at least one plane surface pointing upwards, in which the sound channel opens. Furthermore, the sound guide element has at least one side part, with which it rests on the bottom plate. The sound channel can be largely closed. It is also possible, however, with the sound guide element to perform only one side wall, wherein the opening of the
  • Sound channel can be an acoustically optimized course
  • the sound guide element may be made of metal, ceramic,
  • the latter embodiment has the advantage that the material is compatible with the assembly process and in a simple manner on the bottom with solderable
  • Metallizations can be provided. In the
  • Circuit board technology are also known methods in which geometrically structured three-dimensional body in
  • FIG. 1 shows a microphone according to the invention in a schematic cross section according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a microphone in schematic cross section according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a microphone in schematic cross section according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a microphone converter, a sound guiding element and an integrated circuit in a perspective representation obliquely from above
  • FIG. 5 shows the same arrangement in perspective
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment in schematic form
  • FIG. 1 shows the first embodiment in a schematic cross section through all the components of the microphone.
  • a cavity housing is formed of a bottom plate BP and a cap-shaped cover AD, which is mounted on the top of the bottom plate by means of a fastening means BM.
  • terms such as above or below refer to the arrangement in the figure, but nothing about the true spatial arrangement when using the microphone or with respect to its orientation in one
  • the cap-shaped cover AD is glued or soldered, for example. In the latter case are on the bottom plate BP accordingly
  • a microphone transducer for example a MEMS component designed as
  • Condenser microphone a sound guide element SFE and an integrated circuit IC, which is designed as a chip mounted.
  • the microphone transducer MW is mounted so that its membrane ME and thus also have the electrical connections facing down.
  • the sound-conducting element SFE is arranged between the microphone converter MW and the integrated circuit IC.
  • the sound guide element SFE and the microphone converter MW arranged close to each other.
  • Microphone transducer, sound guide element and IC are with a laminating film, which serves as a separation AT between the pre-volume FV and back volume RV, sealed against the bottom plate BP ⁇ .
  • the separation AT is applied after assembly of the three components and laminated, for example, with the aid of pressure and elevated temperature.
  • the sound guide element SFE is a mechanically stable part, which has a sound channel inside.
  • Sound channel has at the top at least one passage DL for the sound entrance and opens down in the direction
  • Microphone converter MW The sound channel does not have to be closed except for the openings but can in the simplest case only consist of one or more side walls which open towards the microphone transducer MW.
  • On the top of the sound guide element SFE is flat and provided with said passage.
  • Microphone converter MW, sound guide element SFE and integrated circuit IC are arranged at any distance from each other, but small enough that at least the remaining gap between sound guide element SFE and microphone converter MW can be spanned by the separating film AT.
  • the sound guide element SFE is dimensioned in its height above the bottom plate BP so that it is firmly clamped after closing the cavity housing between the cover and bottom plate BP, optionally in cooperation with the release liner, a cover layer and optionally a sealant such. an adhesive layer on top of the sound guide element.
  • the microphone converter has a lower height and therefore no through the housing
  • an opening OE is provided for the sound inlet, which is aligned with the passage DL on the upper side of the sound guide element SFE.
  • the sound channel is sealed. Due to the voltage applied to the cover AD sound guide element, the seal can be done by the tightly against de cover AD fitting release film AT or optionally additionally by a sealing agent DM, for example a sealing ring.
  • a sealing agent DM for example a sealing ring.
  • the interior of the cavity housing is separated into a pre-volume FV and a return volume RV.
  • the back volume RV extends between the
  • Cavity volume is connected via the passage DF with the rest of the volume RV and is therefore added to this.
  • the opening OE in the cover AD, the passage DL in the top of the sound guide element FE and the sound channel SK may have the same cross section and are arranged one above the other so that a continuous
  • Sound entry only after the attachment of the cover D to produce for example by drilling, laser or etching.
  • the exact sound transmission ie the path of an acoustic signal from outside the microphone through the opening OE to below the membrane of the microphone transducer MW is indicated in the figure by a dashed line with an arrow. If the sound guide element SFE has a sufficiently high acoustic cross section, no attenuation of the acoustic signal is to be expected despite sound diversion, so that the full functionality of the microphone is ensured. Because the return volume RV according to the invention is increased by the entire space below the cover AD, the microphone a high sensitivity combined with a high sensitivity
  • the invention makes it possible to arrange the sound guide element SFE independently of the arrangement of the integrated circuit IC within the cavity housing, but preferably immediately adjacent to the microphone transducer MW.
  • FIG. 2 shows an arrangement in which the microphone converter MW is arranged between the integrated circuit IC and the sound conducting element SFE.
  • the laminate film used as a partition AT covers the three components mounted in the same way, sound guiding element SFE, microphone transducer MW and integrated circuit IC and closing them tightly against the base plate BP.
  • FIG. 1 A third embodiment is shown in FIG. Here the integrated circuit IC is completely independent of
  • Microphone transducer and sound guide element mounted on the base plate. This can be done after the application of the used as separation AT laminate film, if this is then removed locally at the mounting location of the integrated circuit IC again. It is also possible that used as a separation AT laminate film only via microphone converter MW and
  • FIG. 4 shows a possible geometrical configuration of a sound guiding element SFE on the basis of a perspective view, which shows a view obliquely from above on the
  • the microphone converter MW has a crystalline body, of which the in
  • the sound guiding element SFE is designed as a molded part, which at the top is a planar surface with at least one, for example, two passages DL in the figure.
  • the sound guide ⁇ element SFE has at least two side parts, with which it is mounted on the bottom plate BP.
  • the sound guiding element SFE has a round, oval or otherwise shaped sound channel SK open in the direction of the microphone transducer MW.
  • Figure 5 shows in the perspective view obliquely from below the exact shape of the sound channel, the below the plan top only of the semicircular curved
  • FIG. 5 also shows the Lotbumps LB, on the bottom of microphone transducer, sound guide element and integrated circuit or the chip with the integrated
  • Microphone converter MW and integrated circuit IC serve.
  • the sound guide element SFE requires no electrical
  • Connection but if it is made of metallic material, can be connected to ground potential.
  • any further embodiments are possible in which the sound channel can also be closed tubular and only at the lower end in the direction of the membrane has an opening.
  • a single passage DL or a single passage DL can also be provided.
  • FIG. 6 shows a schematic cross section through an inventive microphone only schematically
  • Base plate BP The pads of the bottom plate BP, on the microphone converter MW and integrated circuit IC
  • a metallic cap can also be electrically connected by means of a via and connected to ground potential, for example, to allow a better electromagnetic shielding of the microphone.
  • the housing design can be made very flexible. For example, if you specify a
  • Microphone transducer so the MEMS component are intervened. Instead, only the simple and inexpensive sound guide element is adjusted. With the sound guide element and optionally an additional sealant DM, which may be a further cover film or an adhesive and / or a cover layer, height tolerances can easily be taken into account without the costly deep drawing tools for a metallic
  • Sound guiding element preferably via at least one transverse web or a side wall, which it against such Stiffening loads.
  • the sound guide element can also be formed in the shape of a bridge arch. Also, a cuboid with one or more communicating holes for the sound channel is possible.
  • a stamping process can be used particularly cost.
  • below the sound entrance opening OE up to the lower edge of the microphone transducer is preferably not less than 0.02 mm 2 , for example at 0.04 mm 2 and advantageously at a cross section of 0.08 mm 2 and more.
  • the sound guide element for the production of the sound guide element under ⁇ different materials and methods are suitable. It is possible, for example, the sound guide element as a plastic ⁇ injection part, optionally with metallpumble ambiencem
  • Silicon chip in which the corresponding sound channel and the passage are etched, can be used as a sound guide element.
  • the sound guide element can also on the
  • the invention is not limited to the few embodiments shown in the figures. Rather, it is clear that the exact configuration of the cavity housing as described above is not limited to a combination of flat bottom plate and cap-shaped cover, but can also be constructed as a trough-shaped bottom plate and flat lid formed as cover. Accordingly, sub-combinations of the details shown in the individual embodiments are to be regarded as further inventive embodiments, which, however, are not described separately in this combination.
  • AT separation e.g. a foil

Abstract

Für ein Mikrofon mit vergrößertem Rückvolumen wird ein Hohlraumgehäuse vorgeschlagen, das zumindest eine Bodenplatte und eine Abdeckung umfasst, die den Hohlraum definieren und umschließen. Auf der Bodenplatte istein Mikrofonwandler, üblicherweise ein MEMS-Bauteil neben einem Schallführungselement montiert. Mikrofonwandler und Schallführungselement sind mit einer Abtrennung gegen die Bodenplatte abgedichtet und trennen das Frontvolumen von einem Rückvolumen unterhalb der Abdeckung. Das Schallführungselementstellt einen Schallkanal zur Verfügung, der eine Öffnung in der Abdeckung mit dem Vorvolumen verbindet. Das Schallführungselement schließt dicht an die Abdeckung an und dichtet so den Schallkanal gegen das Rückvolumen ab.

Description

Beschreibung
Mikrofon mit vergrößertem Rückvolumen und Verfahren zur
Herstellung
Ein sogenanntes Bottom Port-Mikrofon weist ein Gehäuse auf, bei dem eine Schalleintrittsöffnung auf der Unterseite angeordnet ist, also dort, wo sich auch externe elektrische Anschlüsse des Bauteils befinden. Somit können auch die internen Komponenten (MEMS, ASIC) im Gehäuse unten, i.d.R. also auf einem Trägersubstrat, angeordnet werden, was zu einem sehr einfachen Aufbau führt. Als Trägersubstrat können dann eine Leiterplatte oder ein Mehrlagensubstrat jeweils mit integrierter Verdrahtung und Verschaltung dienen.
Bei einem Top Port-Mikrofon dagegen liegt die Schalleintrittsöffnung auf einer den äußeren Anschlüssen abgewandten Oberfläche, insbesondere der Oberseite des Mikrofons. Zur Nutzung eines möglichst großen akustischen Rückvolumens kann der MEMS-Chip (und ggfs. der ASIC) dann ebenfalls im Bereich des Schalleintritts angeordnet werden, dann jedoch muss eine elektrische Umverdrahtung von dort zur Gehäuseunterseite vorgenommen werden, was technologisch aufwendig und kritisch für die Bauteilperformance ist.
Eine Alternative ist es, die internen Komponenten auf dem Trägersubstrat zu belassen und stattdessen den eintretenden Schall in geeigneter Weise durch einen Spalt zwischen
Bauteilen auf dem Trägersubstrat umzulenken, wie beispiels- weise aus der DE 10 2011 012295 AI bekannt. Dort ist der MEMS Chip durch eine Folienabdeckung gegen das Trägersubstrat abgedichtet, die gleichzeitig auch das vorhandene Rückvolumen abdeckt und einschließt. Dieses Konzept ermöglicht aber keine Erweiterung des im MEMS Chip bereits vorhandenen Rückvolumens .
Das Verfahren ist darüber hinaus kritisch bezüglich der
Spaltgeometrie, die zu nachteiligem Rauschen und Resonanzen führen kann. Daneben ist man bezüglich der Positionierung des Schalleintritts auf der Gehäuseoberseite eingeschränkt.
Aus der EP 2 191 500 Bl ist ein Bauteil bekannt, das diese Nachteile umgeht, dafür allerdings ein äußerst aufwendiges Gehäuse mit interner Schallumleitung erfordert, was hohe Herstellkosten und begrenzte Miniaturisierbarkeit mit sich bringt . Aus der DE 10 2004 011148 B3 ist es bekannt, den MEMS-Chip zwischen dem Trägersubstrat und einer kappenförmigen
Abdeckung zu verspannen. Dadurch müssen weder elektrische noch akustische Signale umgeleitet werden, jedoch wird der äußerst stressempfindliche Chip hier in nachteiliger Weise starr zwischen Gehäuseteilen eingespannt und ist so deren
Maßtoleranzen und thermomechanischen Bewegungen unterworfen. Ein weiterer Nachteil ist, dass das MEMS-interne Volumen hier an das Vorvolumen verloren geht. Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher, ein Mikrofon mit oben angeordneter Schalleintrittsöffnung anzugeben, das die eingangs angeführten Nachteile vermeidet. Insbesondere ist es eine Aufgabe, nachteiligen thermomechanischen Stress für den MEMS Chip zu vermeiden und dennoch ein erweitertes
Rückvolumen zur Verfügung zu stellen. Weiter soll das Gehäuse technologisch einfach gestaltet sein, so dass es kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mikrofon mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des
Mikrofons sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Das Mikrofon weist ein geschlossenes besonders starres
Hohlraumgehäuse auf, welches zumindest eine Bodenplatte, eine Abdeckung und darin eine Öffnung für den Schalleintritt aufweist. Ein als MEMS-Bauteil ausgebildeter Mikrofonwandler und ein Schallführungselement mit einem darin ausgebildeten Schallkanal sind benachbart zueinander auf der Bodenplatte innerhalb des Hohlraumgehäuses angeordnet und montiert. Im Inneren können weitere Komponenten montiert sein,
insbesondere ein ASIC mit einer integrierten Schaltung zur Steuerung der Mikrofonfunktion. Im Inneren des Hohlraums ist außerdem eine Abtrennung vorgesehen, die den Hohlraum in ein Vor- und ein Rückvolumen unterteilt. Der Schallkanal
verbindet die Öffnung in der Abdeckung mit dem Vorvolumen und ist schalldicht gegen das Rückvolumen abgeschlossen.
Das Hohlraumgehäuse kann mit verschiedenen an sich bekannten Technologien hergestellt sein. Wichtig ist, dass im Gehäuse ein Hohlraum vorgebildet ist. Dies ist beispielsweise
möglich, indem das auf einer flachen Bodenplatte montierte Mikrofon mit einer kappenförmigen Abdeckung abgedeckt wird, so dass es in einem Hohlraum angeordnet ist. Möglich ist es auch, auf der flachen Bodenplatte ein Wandelement
aufzusetzen, welches den späteren Hohlraum seitlich
umschließt und diesen anschließend noch mit einem Deckel abzudecken. Möglich ist es auch, eine Bodenplatte mit wannenförmiger Vertiefung oder überhaupt ein wannenförmiges Bodenteil vorzusehen, in dem die Komponenten des Mikrofons montiert werden können. Dementsprechend können auch die für das Gehäuse verwendeten Materialien unterschiedlich sein.
Als Mikrofonwandler kann ein beliebiges an sich bekanntes MEMS-Bauteil eingesetzt sein. Dieses zeichnet sich durch eine Membran aus, die eine Ausnehmung in einem z.B. kristallinen Körper überspannt.
Vorzugsweise ist der Mikrofonwandler als Kondensatormikrofon in einem Siliziumkörper ausgebildet, bei dem die Membran eine Elektrode des Kondensators darstellt, deren Bewegung gegen eine starre Rückelektrode die Kapazität des Kondensator¬ mikrofons verändert und so eine Messgröße über die
einwirkende akustische Energie zur Verfügung stellt.
Im erfindungsgemäßen Mikrofon ist ein Schallkanal durch ein Schallführungselement geometrisch definiert und als Bauteil vorgefertigt. Das erfindungsgemäße Mikrofon ist daher nicht auf etwaige Zwischenräume zwischen Komponenten des Mikrofons angewiesen, die in bekannten Lösungen als Schallkanal
eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Schallkanal frei und unabhängig von Randbedingungen anderer Prozesse gestaltet und so geometrisch und akustisch optimiert werden kann .
Das Schallführungselement sitzt auf der Bodenplatte des
Gehäuses auf, kann dort aber nahezu beliebig platziert werden. Es ist mechanisch stabil ausgebildet, zusammen mit den Komponenten des Mikrofons montierbar und weist eine mechanisch einfache Konstruktion auf. Das Schallführungs¬ element kann daher aus unterschiedlichsten Materialien gefertigt sein. Möglich ist es beispielsweise dieses aus Metall zu fertigen. Ein metallisches Schallführungselement hat den Vorteil, dass es sich zusammen mit dem Mikrofonwandler in einfacher Weise durch Auflöten montieren lässt.
Eine innerhalb des Hohlraums vorgesehene Abtrennung ist nicht Teil des Gehäuses sondern wird separat über den Mikrofon¬ komponenten ausgebildet. Die Abtrennung ermöglicht eine
Vergrößerung des Rückvolumens . Die Abtrennung vermag
Rückvolumen und Vorvolumen schalldicht zu trennen. Der
Schallkanal im Schallführungselement verbindet eine Öffnung für den Schalleinlass in der Oberseite des Gehäuses mit der aktiven Seite des Mikrofonwandlers. Das Schallführungselement ist dann vorzugsweise so ausgebildet, dass mittels der
Abtrennung eine einfache Abdichtung des Schallkanals zum Rückvolumen erfolgen kann.
In einer Ausführungsform ist die Abtrennung zwischen Vor- und Rückvolumen als Folie ausgebildet, die zumindest den
Mikrofonwandler und das Schallführungselement überspannt und die rund um diese Komponenten dicht an der Bodenplatte anliegt und die Komponenten gegen das Rückvolumen abdichtet. Es können Folien eingesetzt werden, die aus der Verpackungs¬ technologie von elektrischen Bauelementen und von MEMS- Bauelementen bekannt sind. Die Folie umfasst beispielsweise einen Thermoplasten, der thermisch verformbar ist. Möglich ist jedoch auch eine Folie, deren Kunststoff im B-Zustand vorliegt, thermisch verformbar ist und erst nach dem
Aufbringen in einen Duroplasten bzw. einen rein thermisch nicht mehr verformbaren Zustand übergeht.
Das Rückvolumen ist zwischen der als Abtrennung genutzten Folie und dem oberen Gehäuseteil ausgebildet. Mit der Folie sind der Mikrofonwandler und der Schallkanal dicht gegen die Bodenplatte abgedichtet. Zusätzlich ist das Schallführungs- element mit dem Schallkanal dicht gegen die Abdeckung im Bereich der Öffnung abgeschlossen.
Mit der Folie ist eine einfache Abtrennung möglich, die sich in einfacher und bekannter Weise mit Standardverfahren aufbringen lässt. Mit der Abtrennung durch die Folie kann ein Rückvolumen ausgebildet werden, das allein über die Größe des Hohlraums definiert ist, von dem nur noch das Volumen
unterhalb der Abtrennfolie abzuziehen ist. Es ist praktisch durch die geometrischen Abmessungen des Mikrofonwandlers oder sonstiger Komponenten des Mikrofons nicht begrenzt.
Der Mikrofonwandler selbst muss nicht gegen das Gehäuse abdichten, wird durch die zur Abtrennung verwendete Folie abgedichtet und ist aufgrund der in der Regel flexiblen
Folienabtrennung keinem thermomechanischen Stress durch das Hohlraumgehäuse ausgesetzt. Die Abdichtung der Öffnung im Hohlraumgehäuse erfolgt allein gegen das Schallführungs¬ element, welches eine ausreichend mechanisch stabile
Konstruktion aufweist und durch die Abdichtung mit
mechanischem Stress belastet werden kann, ohne die
Eigenschaften des Mikrofons negativ zu beeinflussen. Das Rückvolumen wird also allein durch die Größe des Hohlraums i Hohlraumgehäuse definiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schallführungselement - ggfs. zuzüglich einer darauf befindlichen Deckschicht und/oder einer KlebstoffSchicht - eine größere Höhe über der Bodenplatte auf als der Mikrofonwandler und kann so nach dem Schließen des Hohlraumgehäuses an der
Innenseite der Abdeckung anliegen, während die Oberseite des MEMS Mikrofonwandlers beabstandet zur Innenseite der
Abdeckung bleibt. ist das Schallführungselement so zwischen Bodenplatte und Abdeckung eingespannt, dass der Schallkanal gegen die Öffnung in der Abdeckung allein durch den Andruck abdichtet.
Zur besseren Abdichtung zwischen Schallführungselement und der Abdeckung kann die Abtrennfolie dienen, die ja das
Schallführungselement überspannt. Möglich ist es auch, ein zusätzliches Dichtmittel wie z.B. einen Klebstoff oder eine zusätzliche Folie zwischen der Abtrennfolie über dem oberen Ende des Schallführungselements und dem Gehäuse vorzusehen. Dieses zusätzliche Dichtmittel kann beispielsweise auch als Dichtring ausgebildet sein. Dieser kann vorgefertigt auf der Unterseite der Abdeckung rund um die Öffnung oder auf dem oberen Ende des Schallführungselements um die Mündung des Schallkanals herum angebracht sein.
Möglich ist es jedoch auch, das Schallführungselement
nachträglich nach dem Verschließen des Hohlraumgehäuses durch gezieltes Einbringen einer Dichtmasse abzudichten. Dazu ist es möglich, das Schallführungselement so auszubilden, dass sich nach dem Schließen des Hohlraumgehäuses ein kapillarer Spalt zwischen Schallführungselement und Abdeckung ausbildet, der durch die Kapillarkräfte ein sicheres Verlaufen einer flüssig applizierten Dichtmasse, beispielsweise eines Harzes ermöglicht und so eine vollständige Dichtung gewährleistet.
Das Mikrofon weist üblicherweise noch einen integrierten Schaltkreis auf, der beispielsweise als ASIC ausgebildet ist. Dieser Schaltkreis steuert die Funktion des Mikrofonwandlers und übernimmt zumindest zum Teil die Signalverarbeitung des vom Mikrofonwandler gelieferten elektrischen Signals. Der integrierte Schaltkreis ist ebenfalls auf der Bodenplatte montiert und kann wahlweise unterhalb der Abtrennung, also innerhalb des Vorvolumens angeordnet sein. Möglich ist es jedoch auch, mit der Abtrennung allein Mikrofonwandler und Schallführungselement zu überdecken und den integrierten Schaltkreis daneben innerhalb des Rückvolumens auf der
Bodenplatte anzuordnen.
Mikrofonwandler und Schaltkreis sind elektrisch mit der
Bodenplatte verbunden, die dazu entsprechende Anschluss- flächen aufweist. Die Anschlussflächen sind mit elektrischen Außenkontakten auf der Unterseite der Bodenplatte verbunden, über die das Mikrofon in eine äußere Schaltungsumgebung eingebaut werden kann, beispielsweise in eine Audiovor¬ richtung oder ein Handy. Auf oder innerhalb der Bodenplatte kann noch eine elektrische Verschaltung der Komponenten vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die Abdeckung des Hohlraumgehäuses als eine auf der Bodenplatte aufgeklebte oder aufgelötete Kappe ausgebildet, unter der der Hohlraum des Hohlraumgehäuses eingeschlossen ist. Vorzugsweise ist die Kappe aus Metall ausgebildet oder umfasst zumindest eine Metallschicht. Dies hat den Vorteil, dass der Mikrofonwandler und der integrierte Schaltkreis elektromagnetisch gegen die Umgebung abgeschirmt sind und einen störungsfreien Betrieb des Mikrofons
gewährleisten .
In einer Ausführung weist das Schallführungselement zumindest eine nach oben weisende plane Oberfläche auf, in der der Schallkanal mündet. Weiterhin weist das Schallführungselement zumindest ein Seitenteil auf, mit dem es auf der Bodenplatte aufsitzt. Der Schallkanal kann weitgehend geschlossen sein. Möglich ist es jedoch auch, das Schallführungselement mit nur einer Seitenwand auszuführen, wobei die Öffnung des
Schallkanals in Richtung Mikrofonwandler weist, um eine optimale Führung des Schalls hin zur Membran auf der
Unterseite des Mikrofonwandlers zu ermöglichen. Der
Schallkanal kann einen akustisch optimierten Verlauf
aufweisen und besitzt einen ausreichend großen
Mindestquerschnitt, um zu hohe akustische Dämpfung zu
vermeiden . Das Schallführungselement kann aus Metall, Keramik,
metallisiertem Kunststoff oder einem Leiterplattenmaterial gefertigt sein. Die letztgenannte Ausführung hat den Vorteil, dass das Material mit dem Montageprozess kompatibel ist und in einfacher Weise auf der Unterseite mit lötbaren
Metallisierungen versehen werden kann. In der
Leiterplattentechnologie sind auch Verfahren bekannt, in dem geometrisch strukturierte dreidimensionale Körper in
kostengünstigen Verfahren herstellbar sind. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu aus¬ geführt. Den Figuren sind daher weder absolute noch relative Maßangaben entnehmbar. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrofon im schematischen Querschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 zeigt ein Mikrofon im schematischen Querschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 3 zeigt ein Mikrofon im schematischen Querschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 zeigt einen Mikrofonwandler, ein Schallführungs- element und einen integrierten Schaltkreis in perspektivischer Darstellung von schräg oben,
Figur 5 zeigt dieselbe Anordnung in perspektivischer
Darstellung von schräg unten,
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel im schematischen
Querschnitt mit einer möglichen Verschaltung in der
Bodenplatte . Figur 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel im schematischen Querschnitt durch sämtliche Komponenten des Mikrofons. Ein Hohlraumgehäuse wird gebildet aus einer Bodenplatte BP und einer kappenförmig ausgebildeten Abdeckung AD, die mit Hilfe eines Befestigungsmittels BM auf der Oberseite der Boden- platte montiert ist. Im Folgenden beziehen sich Begriffe wie oben oder unten auf die Anordnung in der Figur, die aber nichts über die wahren räumlichen Anordnung beim Einsatz des Mikrofons oder bezüglich seiner Ausrichtung in einer
Schaltungsumgebung aussagen. Die kappenförmige Abdeckung AD ist beispielsweise aufgeklebt oder aufgelötet. Im letzten Fall sind dazu auf der Bodenplatte BP entsprechend
metallisierte Flächen vorgesehen.
Auf der Oberseite der Bodenplatte sind ein Mikrofonwandler, beispielsweise ein als MEMS Bauteil ausgebildetes
Kondensatormikrofon, ein Schallführungselement SFE und eine integrierte Schaltung IC, die als Chip ausgebildet ist, montiert. Zur Montage der drei Komponenten ist vorzugsweise die gleiche Technologie eingesetzt, hier zum Beispiel eine Flipchip-Anordnung über Lotbumps LB. Der Mikrofonwandler MW ist dabei so montiert, dass seine Membran ME und damit auch die elektrischen Anschlüsse nach unten weisen. Im darge- stellten Ausführungsbeispiel ist das Schallführungselement SFE zwischen dem Mikrofonwandler MW und der integrierten Schaltung IC angeordnet. Vorzugsweise aber nicht zwingend sind in dieser Ausführung das Schallführungselement SFE und der Mikrofonwandler MW einander nahe benachbart angeordnet.
Mikrofonwandler, Schallführungselement und IC sind mit einer Laminierfolie, die als Abtrennung AT zwischen Vorvolumen FV und Rückvolumen RV dient, gegen die Bodenplatte BP abge¬ dichtet. Die Abtrennung AT ist nach der Montage der drei Komponenten aufgebracht und beispielsweise unter Zuhilfenahme von Druck und erhöhter Temperatur auflaminiert .
Nach dem Erzeugen der Abtrennung z.B. durch Laminieren wird oberhalb der Membran ME eine Durchführung DF in der
Abtrennfolie AT erzeugt, so dass die Membran mit dem
Rückvolumen RF direkt unterhalb der Abdeckung AD in
Verbindung steht.
Das Schallführungselement SFE ist ein mechanisch stabiles Teil, welches im Inneren einen Schallkanal aufweist. Der
Schallkanal weist oben zumindest einen Durchlass DL für den Schalleintritt auf und öffnet sich unten in Richtung
Mikrofonwandler MW. Der Schallkanal muss dazu nicht bis auf die Öffnungen geschlossen sein sondern kann im einfachsten Fall auch nur aus einer oder mehreren Seitenwänden bestehen, die sich hin zum Mikrofonwandler MW öffnen. Auf der Oberseite ist das Schallführungselements SFE plan ausgebildet und mit dem genannten Durchlass versehen. Mikrofonwandler MW, Schallführungselement SFE und integrierte Schaltung IC sind in einem beliebigen Abstand zueinander angeordnet, der jedoch klein genug ist, dass zumindest der verbleibende Spalte zwischen Schallführungselement SFE und Mikrofonwandler MW von der Abtrennfolie AT überspannt werden kann .
Das Schallführungselement SFE ist in seiner Höhe über der Bodenplatte BP so bemessen, dass es nach dem Schließen des Hohlraumgehäuses fest zwischen Abdeckung und Bodenplatte BP eingespannt ist, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit der Abtrennfolie, einer Deckschicht sowie gegebenenfalls einem Dichtmittel wie z.B. einer KlebstoffSchicht auf der Oberseite des Schallführungselements. Der Mikrofonwandler weist eine geringere Höhe auf und daher durch das Gehäuse keiner
mechanischen Belastung ausgesetzt. In der Abdeckung AD ist eine Öffnung OE für den Schalleinlass vorgesehen, die mit dem Durchlass DL auf der Oberseite des Schallführungselementes SFE fluchtet.
Gegen das Rückvolumen RV ist der Schallkanal abgedichtet. Aufgrund des an der Abdeckung AD anliegenden Schallführungselementes kann die Abdichtung durch die dicht an de Abdeckung AD anliegende Abtrennfolie AT oder gegebenenfalls zusätzlich durch ein Dichtmittel DM, beispielsweise einem Dichtungsring, erfolgen.
Auf diese Weise ist das Innere des Hohlraumgehäuses in ein Vorvolumen FV und ein Rückvolumen RV getrennt. Der
Schallkanal im Inneren des Schallführungselements SFE, die Zwischenräume zwischen Mikrofonwandler, Schallführungselement und integrierte Schaltung IC sowie unterhalb der Komponenten zwischen den Lotbumps kann zum Vorvolumen FV dazugerechnet werden. Das Rückvolumen RV erstreckt sich zwischen der
Abdeckung AD und der Abtrennfolie AT. Das innerhalb des
Mikrofonwandlers MW über dessen Membran vorgebildete
Hohlraumvolumen ist über die Durchführung DF mit dem übrigen Rückvolumen RV verbunden und wird diesem daher dazugerechnet.
Die Öffnung OE in der Abdeckung AD, der Durchlass DL in der Oberseite des Schallführungselements FE und der Schallkanal SK können den gleichen Querschnitt aufweisen und sind so übereinander angeordnet, dass sich ein durchgängiger
Schallkanal ergibt.
Bei der Herstellung des Mikrofons ist es möglich, die
Abtrennfolie AT oberhalb der Mündung des Schallkanals am
Schallführungselement SFE zu belassen und die Öffnung für den
Schalleintritt erst nach dem Aufsetzen der Abdeckung D zu erzeugen, beispielsweise mittels Bohren, Lasern oder Ätzen.
Dabei ist es auch möglich, die Öffnung OE in der Abdeckung AD sowie gegebenenfalls entsprechende Öffnungen in Deckschicht und Dichtmittel zusammen mit dem Durchlass DL zu erzeugen, beispielsweise durch Laserbohren.
Die genaue Schallführung, also der Weg eines akustischen Signals von außerhalb des Mikrofons durch die Öffnung OE hin bis unter die Membran des Mikrofonwandlers MW ist in der Figur durch eine gestrichelte Linie mit Pfeil gekennzeichnet. Weist das Schallführungselement SFE einen ausreichend hohen akustischen Querschnitt auf, so ist trotz Schallumleitung keine Dämpfung des akustischen Signals zu erwarten, so dass die volle Funktionsfähigkeit des Mikrofons gewährleistet ist. Weil das Rückvolumens RV erfindungsgemäß um den gesamten Raum unterhalb der Abdeckung AD erhöht ist, weist das Mikrofon eine hohe Empfindlichkeit in Verbindung mit einem hohem
Signal-Rauschabstand auf.
Die Erfindung ermöglicht es, das Schallführungselement SFE unabhängig von der Anordnung der integrierten Schaltung IC innerhalb des Hohlraumgehäuses anzuordnen, vorzugsweise jedoch unmittelbar benachbart zum Mikrofonwandler MW. Figur 2 zeigt eine Anordnung, bei der der Mikrofonwandler MW zwischen der integrierten Schaltung IC und dem Schallführungselement SFE angeordnet ist. Auch hier überdeckt die als Abtrennung AT genutzte Laminatfolie die drei in gleicher Weise montierten Komponenten Schallführungselement SFE, Mikrofonwandler MW und integrierte Schaltung IC und schließt diese dicht gegen die Bodenplatte BP ab.
Eine dritte Ausführungsform ist in Figur 3 dargestellt. Hier ist die integrierte Schaltung IC völlig unabhängig von
Mikrofonwandler und Schallführungselement auf der Bodenplatte montiert. Dies kann nach dem Aufbringen der als Abtrennung AT genutzten Laminatfolie erfolgen, wenn diese danach lokal am Montageort der integrierten Schaltung IC wieder entfernt wird. Es ist auch möglich, die als Abtrennung AT genutzte Laminatfolie nur über Mikrofonwandler MW und
Schallführungselement SFE zu ziehen und rund um diese beiden Komponenten mit der Oberfläche der Bodenplatte BP
abzudichten. Die integrierte Schaltung IC verbleibt frei von der Abtrennung AT. Möglich ist es auch, die Abtrennung AT über der integrierten Schaltung IC wieder zu entfernen. Wie die drei dargestellten Ausführungsformen zeigen, ist es mit der Erfindung möglich, die Schalleintrittsöffnung OE durch die Abdeckung AD über einen weiten Bereich innerhalb des Hohlraumgehäuses zu verschieben und damit praktisch frei zu wählen. Es ist dabei lediglich die räumliche Nähe zum Mikrofonwandler MW zu beachten, die die möglichen Positionen ein wenig einschränkt. Figur 4 zeigt eine mögliche geometrische Ausgestaltung eines Schallführungselements SFE anhand einer perspektivischen Darstellung, die einen Blick von schräg oben auf die
Anordnung aus Mikrofonwandler MW, Schallführungselement SFE und integrierter Schaltung IC darstellt. Der Mikrofonwandler MW weist einen kristallinen Körper auf, von dem die im
Inneren oberhalb der Membran ME ausgebildete Ausnehmung mit der Durchführung DF dargestellt ist.
Rechts neben dem Mikrofonwandler MW ist das Schallführungs- element SFE als Formteil ausgebildet, welches oben eine plane Oberfläche mit mindestens einem, in der Figur beispielsweise mit zwei Durchlässen DL ausgebildet ist. Das Schallführungs¬ element SFE weist zumindest zwei Seitenteile auf, mit denen es auf der Bodenplatte BP montiert ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Schallführungselement SFE einen in Richtung Mikrofonwandler MW geöffneten runden, ovalen oder anderweitig geformten Schallkanal SK auf.
Figur 5 zeigt in der perspektivischen Ansicht von schräg unten die genaue Ausformung des Schallkanals, der unterhalb der planen Oberseite nur von dem halbrund gebogenen
Seitenteil in die vom Mikrofonwandler MW weg weisende
Richtung abgegrenzt ist, in der in der gezeigten Anordnung die integrierte Schaltung IC angeordnet ist. Die Anordnung der integrierten Schaltung IC kann jedoch auch an beliebiger anderer Stelle erfolgen und ist hier nur beispielhaft rechts neben dem Schallführungselement SFE. Figur 5 zeigt noch die Lotbumps LB, die auf der Unterseite von Mikrofonwandler, Schallführungselement und integrierter Schaltung beziehungsweise dem Chip mit der integrierten
Schaltung angeordnet sind und sowohl zur mechanischen
Befestigung als auch zur elektrischen Kontaktierung von
Mikrofonwandler MW und integrierter Schaltung IC dienen. Das Schallführungselement SFE bedarf keiner elektrischen
Anbindung, kann aber, sofern es aus metallischem Werkstoff gefertigt ist, mit Massepotenzial verbunden werden.
Neben der dargestellten Ausformung des Schallführungselementes SFE sind beliebig weitere Ausgestaltungen möglich, in denen der Schallkanal auch rohrförmig geschlossen sein kann und lediglich am unteren Ende in Richtung Membran eine Öffnung aufweist. Auf der Oberseite des Schallführungs¬ elements kann ein einziger Durchlass DL oder auch eine
Vielzahl von im Querschnitt kleineren Durchlässen DL
angeordnet sein. Damit ist es möglich, zum einen den
Schallkanal vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln zu schützen und zum anderen die akustische Impedanz bereits an dieser Stelle einzustellen.
Figur 6 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts durch ein erfindungsgemäßes Mikrofon eine nur schematisch
dargestellte integrierte Verschaltung innerhalb der
Bodenplatte BP. Die Anschlussflächen der Bodenplatte BP, auf die Mikrofonwandler MW und integrierte Schaltung IC
aufgelötet sind, sind über Durchkontaktierungen mit zumindest einer Verschaltungsebene VE im Inneren der Bodenplatte BP verbunden. Weitere Durchkontaktierungen DK verbinden die Verschaltungsebene VE mit Außenkontakten AK auf der
Unterseite der Bodenplatte BP. Zusätzlich zeigt die Figur wie die Abdeckung AD, beispielsweise eine metallische Kappe ebenfalls mit Hilfe einer Durchkontaktierung elektrisch angeschlossen und beispielsweise mit Massepotenzial zu verbunden werden kann, um eine bessere elektromagnetische Abschirmung des Mikrofons zu ermöglichen.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem Einsatz des Schall¬ führungselements das Gehäusedesign sehr flexibel gestaltet werden kann. So muss beispielsweise bei Vorgabe einer
geänderten Höhe des Hohlraumgehäuses, beispielsweise der Höhe der Abdeckkappe AD nicht in komplexen Fertigungsprozess des
Mikrofonwandlers, also des MEMS-Bauteils eingegriffen werden. Stattdessen wird lediglich das einfache und kostengünstige Schallführungselement angepasst. Mit dem Schallführungselement und optional einem zusätzlichen Dichtmittel DM, welches eine weitere Abdeckfolie oder ein Klebstoff und/oder eine Deckschicht sein kann, können auch leicht Höhentoleranzen berücksichtigt werden, ohne die kostspieligen Tiefziehwerkzeuge für eine metallische
Abdeckung AD ändern zu müssen. Auch lässt sich die Öffnung für den Schalleintritt problemlos verlegen, ohne hohe
Werkzeugkosten für modifizierte Spritzgussgehäuse zu
verursachen . Vorteilhaft ist auch, dass mechanischer und thermomecha- nischer Stress zwischen der Abdeckung und der Bodenplatte nicht auf den sensiblen MEMS-Chip einwirkt, sondern vom robusten und nicht zuverlässigkeitsrelevanten
Schallführungselement aufgenommen wird.
Zur höheren mechanischen Stabilität verfügt das
Schallführungselement vorzugsweise über wenigstens einen Quersteg oder eine Seitenwand, die es gegen solche Belastungen versteifen. Bei geeigneter Wahl von Material und bei geeigneter Formgebung kann das Schallführungselement auch in der Gestalt eines Brückenbogens ausgebildet werden. Auch ein Quader mit einem oder mehreren kommunizierenden Bohrungen für den Schallkanal ist möglich.
Zur Herstellung des Schallführungskanals, welcher
vorzugsweise gradlinig durch das Schallführungselement geführt wird, kann besonders kostengünstig ein Stanzprozess eingesetzt werden.
Ein vorteilhafter Querschnitt des akustischen Kanals
unterhalb der Schalleintrittsöffnung OE bis hin zur unteren Kante des Mikrofonwandlers liegt vorzugsweise nicht unter 0,02 mm2, beispielsweise bei 0,04 mm2 und vorteilhaft bei einem Querschnitt von 0,08 mm2 und mehr.
Zur Herstellung des Schallführungselements sind unter¬ schiedliche Werkstoffe und Verfahren geeignet. Möglich ist zum Beispiel, das Schallführungselement als Kunststoff¬ spritzteil, gegebenenfalls mit metallpartikelhaltigem
Kunststoff herzustellen. Auch 3D-Druck und Herstellung als Sinterteil sind möglich. Auch ein strukturierter
Siliziumchip, in dem der entsprechende Schallkanal und der Durchlass eingeätzt sind, kann als Schallführungselement verwendet werden. Um sich Metallisierungen zum Auflöten eines nicht aus Metall bestehenden Schallführungselements zu ersparen, kann das Schallführungselement auch auf der
Bodenplatte aufgeklebt werden.
Bevorzugt ist es, für das Schallführungselement SFE ein Ein- oder Mehrlagenpanel aus einer keramischen HTCC- oder LTCC- oder organischen Laminatplatte einzusetzen, bei denen alle benötigten Details in großformatigem Vielfachnutzen
kostengünstig durch großflächige Prozesse hergestellt werden können. Im Nutzen können tausender solcher Elemente parallel prozessiert und anschließend vereinzelt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die wenigen in den Figuren dargestellten Ausführungen beschränkt. Vielmehr ist klar, dass die genaue Ausgestaltung des Hohlraumgehäuses wie eingangs beschrieben nicht auf eine Kombination aus flacher Boden- platte und kappenförmiger Abdeckung beschränkt ist, sondern auch als wannenförmige Bodenplatte und flacher als Deckel ausgebildete Abdeckung aufgebaut sein kann. Dementsprechend sind auch Unterkombinationen der in den einzelnen Ausführungsformen dargestellten Details als weitere erfindungs- gemäße Ausgestaltungen anzusehen, die jedoch nicht gesondert in dieser Kombination beschrieben sind.
Begriffs- und Bezugszeichenliste
Hohlraumgehäuse mit
BP Bodenplatte,
AD Abdeckung (Kappe oder Deckel) mit
OE Öffnung für Schalleintritt
MW Mikrofonwandler mit
ME Membran
SFE Schallführungselement mit
SK Schallkanal
AT Abtrennung, z.B. eine Folie, trennt
FV Vorvolumen und
RV Rückvolumen
DF Durchführung (in Folie über Membran)
DM Dichtmittel (zwischen Schallführungselement und Abdeckung)
IC Schaltkreis
DL Durchlass an Oberseite des
Schallführungselernents
AK Außenkontakte
DG Abdichtung
LB Lotbumps
VE Verschaltungsebene
DK Durchkontaktierung
BM Befestigungsmittel

Claims

Patentansprüche
1. Mikrofon
mit einem geschlossenen Hohlraumgehäuse, das eine Bodenplatte, eine Abdeckung und darin eine Öffnung für den Schalleintritt aufweist
mit einem als MEMS Bauteil ausgebildeten
Mikrofonwandler und einem Schallführungselement mit einem darin ausgebildeten Schallkanal, die beide benachbart zueinander auf der Bodenplatte innerhalb des Hohlraumgehäuses angeordnet sind
mit einer Abtrennung, die das Innere des
Hohlraumgehäuses in ein Vor- und ein Rückvolumen unterteilt
bei dem der Schallkanal die Öffnung mit dem
Vorvolumen verbindet und schalldicht gegen das Rückvolumen abgeschlossen ist.
2. Mikrofon nach Anspruch 1,
bei dem die Abtrennung als Folie ausgebildet ist, die zumindest den Mikrofonwandler und das
Schallführungselement überspannt und die gegen die Bodenplatte abdichtet,
bei dem in der Folie oberhalb des Mikrofonwandlers eine Durchführung freigelassen ist, die das
Rückvolumen innerhalb des Holraumgehäuses mit einem im MEMS Mikrofonwandler oberhalb einer Membran vorgebildeten Volumen verbindet
bei dem das Schallführungselement mit dem Schallkanal dicht gegen die Abdeckung rund um die Öffnung abschließt . Mikrofon nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem das Schallführungselement zusammen mit einer gegebenenfalls vorhandenen Deckschicht und/oder einer KlebstoffSchicht eine größere Höhe über der
Bodenplatte aufweist als der Mikrofonwandler und so nach dem Schließen des Holraumgehäuses an der
Innenseite der Abdeckung anliegen kann, während die Oberseite des MEMS Mikrofonwandlers beabstandet zur Innenseite der Abdeckung bleibt.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
bei dem das Schallführungselement zusammen mit dem Mikrofonwandler in der gleichen Technologie auf der Bodenplatte montiert ist und
bei dem zur Abdichtung zwischen dem
Schallführungselement und der Abdeckung die Folie und gegebenenfalls ein weiteres Dichtmittel dienen. Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 - 4,
bei dem auf der Bodenplatte noch ein integrierter Schaltkreis (IC) montiert ist, der wahlweise
unterhalb der Abtrennung und daher innerhalb des Vorvolumens, oder im Rückvolumen angeordnet ist.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 - 5,
bei dem die Abdeckung als eine auf der Bodenplatte aufgeklebte oder gelötete Kappe ausgebildet ist, unter der der Hohlraum des Hohlraumgehäuses
eingeschlossen ist.
Mikrofon nach Anspruch 6,
bei dem die Kappe aus Metall besteht oder zumindest ein Metallschicht umfasst.
8. Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem das Schallführungselement zumindest eine nach oben weisende plane Oberfläche mit einem Durchlass für den Schallkanal und ein Seitenteil aufweist, mit dem es auf der Bodenplatte aufsitzt.
9. Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 - 8,
bei dem das Schallführungselement aus Metall, Keramik oder einem Leiterplattenmaterial gefertigt ist.
10. Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 - 9,
bei dem die Bodenplatte Anschlussflächen für den Mikrofonwandler und die integrierte Schaltung
aufweist
bei dem die Anschlussflächen elektrisch leitend mit Außenkontakten auf der Unterseite der Bodenplatte verbunden sind.
11. Verfahren zur Herstellung eines Mikrofons mit
vergrößertem Rückvolumen,
bei dem auf eine Bodenplatte eines Hohlraumgehäuses einander nahe benachbart ein Mikrofonwandler und ein Schallführungselement mit einem Schallkanal montiert werden,
bei dem der Mikrofonwandler und das
Schallführungselement mit einer Folie überdeckt werden, die gegen die Bodenplatte abdichtet,
bei dem eine Durchführung durch die Folie über dem Mikrofonwandler und ein Durchlass durch die Folie an der oberen Mündung des Schallkanals auf der Oberseite des Schallführungselements vorgesehen werden, bei dem das Hohlraumgehäuses durch Aufsetzen einer Abdeckung auf die Bodenplatte geschlossen wird, wobei das Schallführungselement die Abdeckung über der Bodenplatte abstützt,
wobei eine Öffnung in der Abdeckung nach dem
Aufsetzen mit der oberen Mündung des Schallkanals abschließt und die untere Öffnung des Schallkanals mit einem Vorvolumen unter der Folie verbunden ist, wobei eine Membran an der Unterseite des
Mikrofonwandlers mit dem Vorvolumen verbunden ist, wobei das Vorvolumen durch die Folie von dem zwischen Abdeckung und Folie eingeschlossenen Rückvolumen getrennt wird.
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