DE102004011148B3 - Microphone esp. semiconductor capacitor microphone for use in mobile telephones and the like having space between chip and substrate in pressure communication with space between chip and cover - Google Patents

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Abstract

The microphone has a microphone chip (21) with a membrane structure and a counter-structure (61). These structures form a microphone capacitor whose capacitance is variable dependent on the detected sound. The microphone also has a substrate (11) and a cover (1) with a region which allows sound through. The cover is connected to the substrate such that the microphone chip can be received in the space between the substrate and the cover. A sound insulator surrounds the sound letting region of the cover and is arranged between the chip and the cover. At least one fastening device is provided for fastening the chip to the substrate. This is formed such that a space between the chip and the substrate is in pressure communication with a space between the chip and the cover. Independent claims also cover a method of manufacturing such a microphone.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mikrophon und ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrophons und insbesondere auf Halbleiter-Kondensatormikrophone.The The present invention relates to a microphone and a method for making a microphone, and more particularly to semiconductor capacitor microphones.

Immer häufiger werden in technischen Geräten, vor allem auch in tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops und PDAs, Mikrophone eingesetzt, die eine Umsetzung eines akustischen Signals in ein elektrisches Signal durchführen. Die zunehmende Miniaturisierung der Geräte, wie z. B. Mobiltelefone, Laptops, stellt die Anforderung, daß die Komponenten, wie z. B. die Mikrophone, die dort eingesetzt werden, ebenfalls in ihren Abmessungen reduziert werden, oder der Umsetzung des akustischen Signals in ein elektrisches Signal nachgelagerte Signalverarbeitungseinheiten ebenfalls in der Mikrophoneinrichtung integriert werden. Ein weiterer Treiber einer Systemintegration ist der zunehmende Kostendruck auf die Geräte und die darin enthaltenen Komponenten wie z. B. die Mikrophone.always frequently be in technical devices, especially in portable devices such as cell phones, laptops and PDAs, microphones are used a conversion of an acoustic signal into an electrical signal carry out. The increasing miniaturization of devices such. Mobile phones, laptops, makes the request that the Components, such. For example, the microphones used there also be reduced in their dimensions, or implementation downstream of the acoustic signal into an electrical signal Signal processing units also in the microphone device to get integrated. Another driver of system integration is the increasing cost pressure on the devices and the included therein Components such. B. the microphones.

Zusätzlich stellen die Verbraucher in immer höherem Umfang insbesondere an tragbare Geräte die Anforderung, diese auch bei Outdoor-Aktivitäten einzusetzen, was bedeutet, daß diese und die darin enthaltenen Komponenten besonders gegen Umwelteinflüsse, wie z. B. Feuchtigkeit, Staub etc., geschützt werden müssen. Gleichzeitig führt die zunehmende Verbesserung der Verarbeitung der Sprachsignale in den Mikrophonen nachgelagerten Einrichtungen, wie z. B. digitalen Signalprozessoren, dazu, daß auch die Eigenschaften der Mikrophone verbessert werden sollen, da die Qualität der Sprachübertragung immer weiter zunimmt.Additionally put the consumers in ever higher Scope especially to portable devices the requirement, these too to use in outdoor activities, which means that this and the components contained therein especially against environmental influences, such as z. As moisture, dust, etc., must be protected. simultaneously leads the increasing improvement of the processing of speech signals in the Microphones downstream facilities, such. B. digital signal processors, to that, too the characteristics of the microphones are to be improved, since the quality the voice transmission continues to increase.

Die US 6 178 249 B1 zeigt ein Verfahren, ein mikromechanisches Mikrophon an einem Substrat zu befestigen. Das Mikro phon besteht aus einer Membran und einer Gegenelektrode. Das Mikrophon wird mit Befestigungseinrichtungen an dem Substrat angebracht. Ein Isolationsring wird zwischen dem Mikrophon und dem Substrat angeordnet, wobei die Gegenelektrode, das Substrat und der Isolationsring eine Rückkammer bilden.The US Pat. No. 6,178,249 B1 shows a method to attach a micromechanical microphone to a substrate. The micro phon consists of a membrane and a counter electrode. The microphone is attached to the substrate with fasteners. An isolation ring is placed between the microphone and the substrate, with the counter electrode, the substrate and the isolation ring forming a back chamber.

Die WO 02/45463-A2 zeigt Mikrophone, die in einer Flip-Chip-Montage auf ein Substrat aufgebracht sind, und bei denen der Kleber zum Befestigen der Mikrophonchips gleichzeitig zur Schalltrennung zwischen einem Rückvolumen des Mikrophons und einem Schalleingang bzw. Acoustic Port eingesetzt wird.The WO 02/45463-A2 shows microphones that are in a flip-chip mounting on a substrate are applied, and in which the adhesive for fixing the microphone chips at the same time for sound separation between a back volume of the microphone and a sound input or Acoustic Port is used.

Nachteilig an dieser Vorgehensweise, den Kleber zum Befestigen des ICs gleichzeitig zur Schalltrennung zu verwenden, ist das aufwendige Testen der Anordnung und die kritischen Anforderungen in der Fertigung, daß der Kleber zwischen Chip und Substrat eine schallundurchlässige Barriere bilden soll, und gleichzeitig kein Kleber auf die Membran oder in den Luftspalt zwischen der Membran und der Gegenstruktur gelangen darf, was das Mikrophon sonst sofort zerstören würde.adversely At this procedure, glue the to attach the IC at the same time to use for sound separation, is the complex testing of the arrangement and the critical requirements in manufacturing that the glue to form a soundproof barrier between the chip and the substrate and at the same time no glue on the membrane or in the air gap between the membrane and the counter-structure may reach what the Otherwise destroy the microphone immediately would.

Das Aufbringen des Klebers zwischen Substrat und Mikrophonchip erschwert ferner eine optische Inspektion und ein Testen der Kontakte zwischen Mikrophonchip und Substrat.The Application of the adhesive between substrate and microphone chip difficult an optical inspection and testing of the contacts between Microphone chip and substrate.

Auch ist der für die Montage von Chips üblicherweise eingesetzte Kleber bzw. Underfiller nur ungenügend geeignet, den Schalleingang und das Rückvolumen akustisch voneinander abzudichten, da er nur für das Befestigen eines Chips auf einer Platine gedacht ist.Also is the for the mounting of chips usually used adhesive or Underfiller only insufficiently suitable, the sound input and the back volume to be acoustically sealed from each other as it is only for attaching a chip is intended on a circuit board.

Zusätzlich ist es sehr schwierig, während der Fertigung das Einbringen von Kleber in den Bereich der Membran und der Gegenstruktur zu unterbinden. Die WO 02/45463 A2 lehrt hier den Einsatz eines Schutzrings bzw. Retaining-Rings zwischen dem Bereich, in dem der Kleber aufgebracht wird, und dem Bereich der Membran- und Gegenstruktur.In addition is it is very difficult while the production of the introduction of adhesive in the region of the membrane and to prevent the counter structure. WO 02/45463 A2 teaches here the use of a protective ring or retaining ring between the Area in which the adhesive is applied, and the area of the Membrane and counter structure.

Ferner zeigt die Firma Sonion/Microtronics (www.sonion.com) in einer Application Note mit dem Titel „Introduction of Microphones", überarbeitet am 2. 9. 2002, miniaturisierte Mikrophone.Further shows the company Sonion / Microtronics (www.sonion.com) in an application Note entitled "Introduction of Microphones ", revised on 2. 9. 2002, miniaturized microphones.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrophon, das einfacher zu fertigen und zu testen ist, und ein Verfahren zum Herstellen des Mikrophons zu schaffen.Of the present invention is based on the object, a microphone, which is easier to manufacture and test, and a method for Creating the microphone.

Diese Aufgabe wird durch ein Mikrophon gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.These The object is achieved by a microphone according to claim 1 and a method according to claim 12 solved.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Mikrophon mit folgenden Merkmalen: einem Mikrophonchip mit einer Membranstruktur und einer Gegenstruktur, wobei die Membran- und die Gegenstruktur einen Mikrophonkondensator bilden, dessen Kapazität abhängig von einem erfaßten Schall veränderbar ist; einem Substrat einem Deckel mit einem schalldurchlässigen Bereich, wobei der Deckel mit einem Substrat so verbunden ist, daß in einem Raum zwischen dem Deckel und dem Substrat der Mikrophonchip aufgenommen ist; einer Schalltrennung um den schalldurchlässigen Bereich des Deckels herum, wobei die Schalltrennung zwischen dem Mikrophonchip und dem Deckel angeordnet ist; und mindestens einer Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Mikrophonchips an dem Substrat, wobei die mindestens eine Befestigungseinrichtung so ausgebildet ist, daß ein Raum zwischen dem Mikrophonchip und dem Substrat mit einem Raum zwischen dem Mikrophonchip und dem Deckel druckmäßig kommuniziert.The present invention provides a microphone having the following features: a microphone chip having a membrane structure and a counter-structure, wherein the membrane and the counter-structure form a microphone capacitor whose capacitance is variable depending on a detected sound; a lid having a sound transmissive area, the lid being connected to a substrate such that the microphone chip is received in a space between the lid and the substrate; a sound separation around the sound-transmitting area of the lid, the sound separation being arranged between the microphone chip and the lid; and at least one fastening device for fastening the Mi krophonchips on the substrate, wherein the at least one fastening means is formed so that a space between the microphone chip and the substrate communicates with a space between the microphone chip and the lid in terms of pressure.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Funktionen der Befestigung und der akustischen Trennung auf zwei verschiedenen Seiten des Mikrophonchips implementiert werden, also entkoppelt werden.Of the The present invention is based on the finding that the functions the attachment and the acoustic separation on two different Pages of the microphone chip are implemented, that is decoupled become.

Eine hohe Mikrophonempfindlichkeit wird dadurch erreicht, daß der Mikrophonchip an einem Substrat so befestigt wird, daß ein Raum zwischen Mikrophonchip und dem Substrat mit einem Raum zwischen dem Mikrophonchip und dem Deckel druckmäßig kommuniziert, was sich unmittelbar in einem hohen Rückvolumen niederschlägt.A high microphone sensitivity is achieved by the microphone chip is attached to a substrate so that a space between the microphone chip and the substrate with a space between the microphone chip and the Lid communicates in terms of pressure, which immediately translates into a high back volume.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß dieses Mikrophon einfach zu fertigen ist. Die Entkopplung von Befestigungseinrichtung und akustischer Trennung macht den Einsatz eines Schutzrings gegen das Eindringen von Kleber in den Bereich der Membran- oder der Gegenstruktur obsolet.Of the Advantage of the invention is that this microphone easy to be finished. The decoupling of fastening device and Acoustic separation makes the use of a protective ring against the Penetration of adhesive into the area of the membrane or counterstructure obsolete.

Außerdem ist auf einer der akustischen Trennung gegenüberliegenden Seite die Befestigungsfunktionalität angesiedelt, was den Vorteil mit sich bringt, daß die Befestigungseinrichtung so schalldurchlässig wie möglich ausgelegt werden kann, und somit keine Kompromisse zwischen mechanischer Befestigung und akustischer Trennung einzugehen sind.Besides that is settled on one of the acoustic separation opposite side the attachment functionality, which brings with it the advantage that the fastening device so sound-permeable as possible can be designed, and thus no compromise between mechanical attachment and acoustic separation are.

Die Entkopplung von akustischer Trennung und mechanischer Befestigung erhöht überdies die Langlebigkeit des Mikrophons, da jetzt für die akustische Trennung Materialien eingesetzt werden können, die über lange Zeit hinweg nicht porös werden.The Decoupling of acoustic separation and mechanical fastening also increases the longevity of the microphone, because now for the acoustic separation materials can be used the above not porous for a long time become.

Auch zieht diese Entkopplung von mechanischer Befestigung und akustischer Trennung mehr Flexibilität nach sich, da das Material für die akustische Trennung jetzt anwendungsspezifisch angepasst werden kann. Denkbar ist somit ein sehr strapazierfähiges Material für die Aufnahme sehr lauter Geräusche in dem Mikrophon einzusetzen, während für Geräusche von einer durchschnittlichen Lautstärke beispielsweise ein Kleber eingesetzt werden kann.Also pulls this decoupling from mechanical attachment and acoustic Separation more flexibility in itself, as the material for The acoustic separation can now be adapted to the specific application can. It is therefore conceivable a very durable material for recording very loud noises in the microphone, while for noises from an average volume For example, an adhesive can be used.

Ein weiterer Vorteil der Entkopplung von mechanischer Befestigung und akustischer Trennung ist, daß die mechanischen Befestigungseinrichtungen, wenn sie nicht zugleich zur akustischen Trennung eingesetzt werden leichter zugänglich sind, was das elektrische Testen des Mikrophons erleichtert.One Another advantage of the decoupling of mechanical fastening and Acoustic separation is that the mechanical fasteners, if not at the same time used for acoustic separation are more easily accessible, which facilitates the electrical testing of the microphone.

Die Separierung von mechanischer Befestigung und akustischer Trennung erleichtert auch den Reflow-Lötprozeß, da jetzt beim Erhitzen der mechanischen Befestigung keine Rücksicht auf irgendwelche Materialen zur akustischen Trennung in der Nachbarschaft zu den mechanischen Befestigungseinrichtungen genommen werden braucht.The Separation of mechanical fastening and acoustic separation also facilitates the reflow soldering process, since now when heating the mechanical fastening no consideration on any materials for acoustic separation in the neighborhood needs to be taken to the mechanical fasteners.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings closer explained. Show it:

1 ein Mikrophon gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a microphone according to an embodiment of the present invention;

2 eine Druckkommunikation zwischen einem Raum unter dem Mikrophonchip und einem Raum um den Mikrophonchip herum; 2 a pressure communication between a space under the microphone chip and a space around the microphone chip;

3a einen Mikrophonchip gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3a a microphone chip according to an embodiment of the present invention;

3b eine Ansicht von oben auf den Mikrophonchip eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung; 3b a top view of the microphone chip of an embodiment according to the present invention;

3c eine Ansicht von unten auf den Mikrophonchip gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3c a bottom view of the microphone chip according to the embodiment of the present invention;

4 ein Ausführungsbeispiel eines Chips zur Signalverarbeitung; 4 an embodiment of a chip for signal processing;

5a einen Deckel eines Mikrophons gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5a a lid of a microphone according to an embodiment of the present invention;

5b ein Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 5b a substrate according to an embodiment of the present invention; and

6a bis 6e ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrophons eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 6a to 6e a method of manufacturing a microphone of an embodiment of the present invention.

1 zeigt ein Mikrophon gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es umfaßt einen Deckel 1, ein Substrat 11, einen Mikrophonchip 21, eine Signalverarbei tungseinrichtung 31, eine Schalltrennung 41 und Mikrophonchipbefestigungen 91. In dem Deckel 1 befindet sich eine Ausnehmung 151, die schalldurchlässig ist und als ein Schalleingang 151 bezeichnet wird. Das Substrat 11 umfaßt Kontakte 131, ein Kontaktloch 141 und eine Kleberschicht 161. Der Mikrophonchip 21 besteht aus einem Membranträger 51, einer Gegenstruktur 61, einer Zwischenschicht 71, einer Membranstruktur 81 und einem Membrankontakt 171. Die Signalverarbeitungseinrichtung 31 umfaßt einen Signalverarbeitungschip 101, eine Signalverarbeitungs-Chip-Befestigung 111 und einen Kleber 121. 1 shows a microphone according to an embodiment of the present invention. It includes a lid 1 , a substrate 11 , a microphone chip 21 , a Signalverarbei processing device 31 , a sound separation 41 and microphone chip mounts 91 , In the lid 1 there is a recess 151 which is soundproof and as a sound input 151 referred to as. The substrate 11 includes contacts 131 , a contact hole 141 and an adhesive layer 161 , The microphone chip 21 consists of a membrane carrier 51 , a counter structure 61 , an intermediate layer 71 , a membrane structure 81 and a membrane contact 171 , The signal processing beitungseinrichtung 31 includes a signal processing chip 101 , a signal processing chip attachment 111 and a glue 121 ,

Der Mikrophonchip 21 ist über die Mikrophonchipbefestigungen 91, die hier auch zur elektrischen Kontaktierung eingesetzt werden, an dem Substrat 11 befestigt. Der Signalverarbeitungschip 101 ist über die Signalverarbeitungs-Chip-Befestigungen 111 mit dem Substrat 11 mechanisch und elektrisch verbunden. Die mechanische Verbindung zwischen dem Signalverarbeitungschip 101 und dem Substrat 11 wird durch den Kleber 121 unterstützt. Dieser dient insbesondere der Zuverlässigkeit der Elektronik vor allem gegen Umwelteinflüsse wie Feuchte und Temperatur.The microphone chip 21 is about the microphone chip fixtures 91 , which are also used here for electrical contacting, on the substrate 11 attached. The signal processing chip 101 is about the signal processing chip mounts 111 with the substrate 11 mechanically and electrically connected. The mechanical connection between the signal processing chip 101 and the substrate 11 is through the glue 121 supported. This serves in particular the reliability of the electronics, especially against environmental influences such as humidity and temperature.

Eine von oben kommende Schallwelle tritt durch den Schalleingang 151 in das Innere des Mikrophons ein. Die Schalltrennung 41 stellt die akustische Trennung des aus dem Mikrophonchip 21, dem Deckel 1 und der Schalltrennung 41 gebildeten Raums von dem übrigen aus dem Substrat 11 und dem Deckel 1 gebildeten Raum sicher. Das Rückvolumen des Mikrophons wird damit von den eintretenden Schallwellen isoliert. Bei dem in 1 gezeigten Mikrophon entspricht das Rückvolumen einem Raum, der durch den Deckel 1, das Substrat 11 und den Mikrophonchip 21 gebildet wird und liegt in diesem Ausführungsbeispiel in der Größenordnung des aus dem Deckel 1 und dem Substrat 11 gebildeten Gehäusevolumens.An overhead sound wave passes through the sound input 151 into the inside of the microphone. The sound separation 41 represents the acoustic separation of the microphone chip 21 , the lid 1 and the sound separation 41 formed space from the rest of the substrate 11 and the lid 1 safe space. The back volume of the microphone is thus isolated from the incoming sound waves. At the in 1 shown microphone corresponds to the back volume of a space through the lid 1 , the substrate 11 and the microphone chip 21 is formed and is in this embodiment of the order of the lid 1 and the substrate 11 formed housing volume.

Die Schallwellen passieren die perforierte Gegenstruktur 61, deren Form sich unter einem Einfluß des variierenden Schalldrucks nicht ändert. Die Membranstruktur 81, die mit der Gegenstruktur 61 einen Kondensator bildet, wird hingegen im Gegensatz zu der Gegenstruktur 61 durch den Schalldruck ausgelenkt. Hierdurch ändert sich die Kapazität des aus der Gegenstruktur 61 und der Membranstruktur 81 gebildeten Kondensators. Die Membranstruktur 81 ist über die Zwischenschicht 71 mit dem Membranträger 51 verbunden. Gleichzeitig stellt der Membrankontakt 171 eine leitende Verbindung zwischen der Membranstruktur 81 und einer der Mikrophonchipbefestigungen 91 her. Die Signalverarbeitungseinrichtung 31 fragt über die Kontaktierungen 131 und die Mikrophonchipbefestigungen 91, die elektrisch leitend ausgeführt sind, die Kapazität des aus der Gegenstruktur 61 und der Membranstruktur 81 gebildeten Kondensators ab.The sound waves pass through the perforated counter structure 61 whose shape does not change under the influence of the varying sound pressure. The membrane structure 81 that with the counterstructure 61 forms a capacitor, however, in contrast to the counter-structure 61 deflected by the sound pressure. This changes the capacity of the counterstructure 61 and the membrane structure 81 formed capacitor. The membrane structure 81 is about the interlayer 71 with the membrane carrier 51 connected. At the same time the membrane contact 171 a conductive connection between the membrane structure 81 and one of the microphone chip mounts 91 ago. The signal processing device 31 asks about the contacts 131 and the microphone chip mounts 91 , which are designed to be electrically conductive, the capacity of the counterstructure 61 and the membrane structure 81 formed capacitor from.

In dem Signalverarbeitungschip 101, der ja über die Signalverarbeitungs-Chip-Befestigungen 111 mit den Kontakten 131 auf dem Substrat 11 elektrisch leitend verbunden ist, findet anschließend eine Verarbeitung des Signals statt. Das so erzeugte Signal wird über die Kontaktlöcher 141 in dem Substrat 11 an die auf der dem Mikrophonchip 21 abgewandten Seite des Substrats liegenden Kontakte 131 weitergeleitet. Diese Kontakte 131 sind beispielsweise mit einer Platine mechanisch und leitend verbunden. Hierdurch werden die Signale an dem Mikrophon nachgelagerte Schaltungen, wie z. B. digitale Signalprozessoren in Mobiltelefonen, die beispielsweise ebenfalls auf der Platine montiert sein können, weitergeleitet.In the signal processing chip 101 that's about the signal processing chip mounts 111 with the contacts 131 on the substrate 11 is electrically connected, then takes place a processing of the signal. The signal thus generated is via the contact holes 141 in the substrate 11 to the on the microphone chip 21 remote side of the substrate lying contacts 131 forwarded. These contacts 131 For example, they are mechanically and conductively connected to a circuit board. As a result, the signals to the microphone downstream circuits such. B. digital signal processors in mobile phones, which may for example also be mounted on the board forwarded.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schalltrennung bzw. akustische Trennung so eingestellt, daß sich weniger als 50% der Schallenergie von einem Raum in einen zweiten angrenzenden Raum ausbreitet, wobei sogar ein Wert von weniger als 1% Schallausbreitung erzielt wird. Typischerweise wird die Schalltrennung durch ein Material mit den dargestellten Schalldämpfungseigenschaften bewirkt.at a preferred embodiment the sound separation or acoustic separation adjusted so that less as 50% of the sound energy from one room to a second adjacent room spread, even a value of less than 1% sound propagation is achieved. Typically, the sound separation by a material with the illustrated sound damping properties causes.

In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das Substrat 11 noch weitere Kontaktlöcher und der Mikrophonchip 21 einen Gegenelektrodenkontakt und einen Substratkontakt, was aber in dieser Figur nicht gezeigt ist.In this embodiment, the substrate comprises 11 even more contact holes and the microphone chip 21 a counter electrode contact and a substrate contact, but this is not shown in this figure.

2 erläutert, wie ein in 1 aus dem Mikrophonchip 21, den Mikrophonchipbefestigungen 91 und dem Substrat 11 gebildeter Raum 175, der zur Vereinfachung in dieser Anmeldung auch als Raum zwischen dem Substrat 11 und dem Mikrophonchip 21 bezeichnet ist, mit einem weiteren Raum druckmäßig kommuniziert, der in dieser Anmeldung zur Vereinfachung auch als Raum zwischen dem Mikrophonchip 21 und dem Deckel 1 bezeichnet wird. Dieser weitere Raum zwischen dem Mikrophonchip 21 und dem Deckel 1 ist genaugenommen aus der Schalltrennung 41, dem Mikrophonchip 21, den Mikrophonchipbefestigungen 91, der Signalverarbeitungseinrichtung 31, dem Substrat 11 und dem Deckel 1, in einem Bereich, wo dieser nicht durch die Schalltrennung 41 abgedichtet ist, gebildet. Der Druckaustausch zwischen diesen beiden Räumen wird durch die Druckaustauschströme 181, die beide pfeilförmig dargestellt sind, gezeigt. Dieser Druckaustauschvorgang ist entscheidend dafür, daß damit die Summe der Volumina der beiden Räume das Rückvolumen für das Mikrophon bildet, was sich vorteilhaft auf die Empfindlichkeit des Mikrophons auswirkt. 2 explains how a in 1 from the microphone chip 21 , the microphone chip fixtures 91 and the substrate 11 formed room 175 for convenience in this application also as a space between the substrate 11 and the microphone chip 21 is communicated in terms of pressure with a further space, which in this application also simplifies the space between the microphone chip 21 and the lid 1 referred to as. This extra space between the microphone chip 21 and the lid 1 is strictly speaking from the sound separation 41 , the microphone chip 21 , the microphone chip fixtures 91 , the signal processing device 31 , the substrate 11 and the lid 1 , in an area where this is not due to the sound separation 41 is sealed, formed. The pressure exchange between these two spaces is through the pressure exchange streams 181 , which are both arrow-shaped, shown. This pressure exchange process is crucial to ensure that the sum of the volumes of the two rooms forms the back volume for the microphone, which has an advantageous effect on the sensitivity of the microphone.

Die Empfindlichkeit eines Mikrophons wird durch das Verhältnis aus Kapazitätsänderung zu Schalldruckänderung festgelegt. Wenn das Rückvolumen bei einem Mikrophon abgeschlossen ist, so erzeugt die Membranauslenkung eine Änderung des Rückvolumens und damit eine Änderung des Drucks in dem hinter der Membranstruktur liegenden Raum. Diese Änderung des Drucks wirkt dem originären Schalldruck entgegen und beschränkt die Auslenkung der Membran. Um eine hohe Empfindlichkeit zu erzielen, ist daher die relative Änderung des Drucks in dem Raum hinter der Membran gering zu halten, was wiederum durch eine geringe relative Volumensänderung erreicht werden kann, die durch ein hohes Rückvolumen erzielt werden kann. Bei einem großen Rückvolumen führt eine Volumensänderung um einen bestimmten Betrag zu einer kleineren relativen Volumensänderung als bei einem kleinen Rückvolumen. Daher ist ein hohes Rückvolumen eine Voraussetzung für eine hohe Empfindlichkeit eines Mikrophons.The sensitivity of a microphone is determined by the ratio of capacitance change to sound pressure change. When the back volume of a microphone is completed, the diaphragm displacement creates a change in the back volume and thus a change in pressure in the space behind the membrane structure. This change in pressure counteracts the original sound pressure and limits the deflection of the membrane. To get a high sensitivity too Therefore, the relative change in pressure in the space behind the membrane must be kept low, which in turn can be achieved by a small relative volume change that can be achieved by a high back volume. For a large back volume, a volume change by a certain amount results in a smaller relative volume change than a small back volume. Therefore, a high back volume is a prerequisite for high sensitivity of a microphone.

3a3c zeigen verschiedene Ansichten des Mikrophonchips 21 eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. 3a zeigt den Mikrophonchip 21 im Schnitt diagonal durch 3b. Zu erkennen sind der Membranträger 51, die Gegenstruktur 61, die Zwischenschicht 71, die Membranstruktur 81, die Mikrophonchipbefestigungen 91 und der Membrankontakt 171. Die Gegenstruktur 61 ist relativ zur Membranstruktur 81 starr ausgeführt, so daß eine von unten kommende Schallwelle die Perforierungen in der Gegenstruktur 61 passiert ohne sie auszulenken, und diese Schallwelle nach ihrem Auftreffen auf der Membranstruktur 81 zu einer Auslenkung von dieser führt. Durch die Auslenkung der Membranstruktur 81 ändert sich die elektrische Kapazität zwischen der Gegenstruktur 61 und der Membranstruktur 81. Es wird zwischen Membran- 81 und Gegenelektrode 61 über einen hochohmigen Lastwiderstand, der hier nicht gezeigt ist, eine konstante Spannung angelegt. Damit wird der Kondensator auf konstantem Ladungsniveau gehalten. Ein akustisches Signal führt zur schwingungsmäßigen Auslenkung der Membran 81 und damit zur Kapazitätsänderung. Diese hat eine Wechselspannung zur Folge, welche von dem Mikrophonchip 21 nachgelagerten Schaltungselementen, wie beispielsweise hier der Signalverarbeitungseinrichtung 31, ausgewertet werden kann. 3a - 3c show different views of the microphone chip 21 an embodiment according to the present invention. 3a shows the microphone chip 21 on average diagonal through 3b , Evident are the membrane carrier 51 , the counterstructure 61 , the intermediate layer 71 , the membrane structure 81 , the microphone chip fixtures 91 and the membrane contact 171 , The counterstructure 61 is relative to the membrane structure 81 made rigid, so that a sound wave coming from below the perforations in the counter-structure 61 happens without deflecting it, and this sound wave after hitting the membrane structure 81 leads to a deflection of this. By the deflection of the membrane structure 81 the electrical capacitance between the counterstructure changes 61 and the membrane structure 81 , It is between membrane 81 and counter electrode 61 a constant voltage is applied via a high-impedance load resistor, which is not shown here. This keeps the capacitor at a constant charge level. An acoustic signal leads to the vibrational deflection of the membrane 81 and thus the capacity change. This has an AC voltage result, which of the microphone chip 21 downstream circuit elements, such as here the signal processing device 31 , can be evaluated.

3b zeigt eine Ansicht des Mikrophonchips gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der in 3a von der Seite dargestellt ist, von oben. In dieser Darstellung sind der Membranträger 51, die Mikrophonchipbefesti gungen 91, die Membranstruktur 81 und der Membrankontakt 171 zu erkennen. Der Membrankontakt 171 stellt eine leitende Verbindung zwischen der Membranstruktur 81 und einer Mikrophonchipbefestigung 91 her. Hierdurch kann über die Mikrophonchipbefestigung 91 rechts unten und die Mikrophonchipbefestigung 91 links unten, die mit der Gegenstruktur 61 leitend verbunden ist, bei Anlegen einer Gleichspannung durch den Strom die sich ändernde Kapazität bestimmt werden. Das von den Elektroden isolierte Substrat ist ebenfalls mit einer Befestigung 91 elektrisch verbunden. 3b shows a view of the microphone chip according to an embodiment of the present invention, which in 3a shown from the side, from above. In this illustration, the membrane carrier 51 , the Microchipbefesti conditions 91 , the membrane structure 81 and the membrane contact 171 to recognize. The membrane contact 171 provides a conductive connection between the membrane structure 81 and a microphone chip attachment 91 ago. This can be done via the Mikrochonchipbefestigung 91 bottom right and the microphone chip mounting 91 bottom left, with the counterstructure 61 is conductively connected, when applying a DC voltage through the current, the changing capacitance can be determined. The substrate isolated from the electrodes is also attached 91 electrically connected.

3c zeigt den Mikrophonchip aus 3a von unten. Zu sehen sind die Gegenstruktur 61 mit ihren Perforierungen und der Membranträger 51. Die für das Entfernen einer Opferschicht notwendigen Perforierungen in der Gegenstruktur 61, werden in diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft eingesetzt, um diese Gegenstruktur 61 möglichst schalldurchlässig zu gestalten, so daß der Schall ungehindert auf die Membranstruktur 81 treffen kann. Ein Vorteil dieser Anordnung, bei der der Schall zuerst die Gegenstruktur passiert, bevor er auf die Membranstruktur 81 trifft, ist, daß hierdurch die auslenkbare Membranstruktur 81, die mechanisch sehr empfindlich ist, gegen Umwelteinflüsse von außen, wie z. B. Staub, Schmutz oder Feuchtigkeit, abgeschirmt wird, wobei die Gegenstruktur 61 deutlich steifer als die Membranstruktur 81 ist, was entweder durch deren größere Dicke oder deren höhere Schichtspannung erzielt wird. 3c shows the microphone chip 3a from underneath. You can see the counterstructure 61 with their perforations and the membrane carrier 51 , The necessary for the removal of a sacrificial layer perforations in the counter-structure 61 , are used advantageously in this embodiment, this counter-structure 61 as sound-permeable as possible, so that the sound unhindered on the membrane structure 81 can meet. An advantage of this arrangement, in which the sound first passes through the counter-structure before acting on the membrane structure 81 is that this is the deflectable membrane structure 81 , which is very sensitive mechanically, against environmental influences from the outside, such. As dust, dirt or moisture, is shielded, the counter-structure 61 significantly stiffer than the membrane structure 81 is what is achieved either by their greater thickness or their higher layer stress.

4 zeigt einen Signalverarbeitungschip aus dem Mikrophon gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 1 gezeigt ist. Auf dem Signalverarbeitungschip 101 sind die Signalverarbeitungs-Chip-Befestigungen 111 aufgebracht, die mit den Kontakten 131 auf dem Substrat 11 mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind. Hierdurch ist der Signalverarbeitungschip 101 an dem Substrat 11 befestigt und mit diesem elektrisch leitend verbunden. 4 shows a signal processing chip from the microphone according to an embodiment of the present invention, which in 1 is shown. On the signal processing chip 101 are the signal processing chip mounts 111 upset with the contacts 131 on the substrate 11 mechanically and electrically conductively connected. This is the signal processing chip 101 on the substrate 11 attached and electrically connected to this.

5a zeigt den Deckel 1 des in 1 dargestellten Mikrophons gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen ist die Ausnehmung 151 in dem Deckel 1, die schalldurchlässig ist und durch die eine von oben kommende Schallwelle in das Innere des Deckels 1 hinein eintritt. 5a shows the lid 1 of in 1 represented microphone according to an embodiment of the present invention. To recognize the recess 151 in the lid 1 , which is sound permeable and through the sound coming from above into the interior of the lid 1 enters.

In 5b ist eine detaillierte Darstellung des Substrats 11 gezeigt. Die Figur zeigt die Substratschicht 12, die Kontakte 131, einen Signalverarbeitungs-Chip-Kontakt 131a, einen Platinenkontakt 131b und das Kontaktloch 141. Der Signalverarbeitungschip 101 ist ja mit einer der Signalverarbeitungs-Chip-Befestigungen 111 an dem Signalverarbeitungs-Chip-Kontakt 131a festgemacht. Gleichzeitig besteht mit diesem Signalverarbeitungs-Chip-Kontakt 131a eine elektrisch leitende Verbindung. Der Signalverarbeitungs-Chip-Kontakt 131a ist über das Kontaktloch 141 mit dem Platinenkontakt 131b leitend verbunden. Dieser Platinenkontakt 131b ist wiederum mit einer Platine (nicht gezeigt) elektrisch und mechanisch verbunden. Hierdurch können dem Mikrophon nachgelagerte Schaltungselemente die elektrischen Signale aus diesem, die ja von dem Signalverarbeitungschip 101 geliefert werden, auswerten.In 5b is a detailed representation of the substrate 11 shown. The figure shows the substrate layer 12 , The contacts 131 , a signal processing chip contact 131 , a board contact 131b and the contact hole 141 , The signal processing chip 101 is yes with one of the signal processing chip mounts 111 at the signal processing chip contact 131 fixed. At the same time there is this signal processing chip contact 131 an electrically conductive connection. The signal processing chip contact 131 is over the contact hole 141 with the board contact 131b conductively connected. This board contact 131b in turn is electrically and mechanically connected to a board (not shown). This allows the microphone downstream circuit elements, the electrical signals from this, yes from the signal processing chip 101 be delivered, evaluate.

6a6e zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrophons gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6a zeigt einen ersten Schritt, ein Bereitstellen des Mikrophonchips 21, an dem bereits die Mikrophonchipbefestigungen 91 aufgebracht sind, und ein Bereitstellen des Signalverarbeitungschips 101, an dem die Signalverarbeitungs-Chip-Befestigungen 111 aufgebracht sind. Beide Chips können nun beispielsweise mit einem SMD-Bestückungsautomaten von der Rückseite gegriffen werden und auf dem Substrat positioniert werden. Selbstverständlich ist jede andere manuelle oder maschinelle Positionierung der Chips 21, 101 auf dem Substrat 11 möglich. Eine daraus entstehende Anordnung ist in 6b gezeigt. 6a - 6e show a method of manufacturing a microphone according to an embodiment Example of the present invention. 6a shows a first step, providing the microphone chip 21 , on which already the Microchipchipbefestigungen 91 are applied, and providing the signal processing chip 101 to which the signal processing chip mounts 111 are applied. Both chips can now be gripped, for example with an SMD placement machine from the back and positioned on the substrate. Of course, any other manual or mechanical positioning of the chips 21 . 101 on the substrate 11 possible. An ensuing arrangement is in 6b shown.

Anschließend wird ein Reflow-Lötprozeß durchgeführt, so daß die Befestigungseinrichtungen 91, 111 mit den Kontakten 131 des Substrats 11 mechanisch und elektrisch verbunden sind. Danach wird eine Anbindung des Signalverarbeitungschips 101 bzw. der Signalverarbeitungs-Chip-Befestigungen 111 an das Substrat 11 durch ein Anbringen des Klebers bzw. Underfillers 121 in dem Raum zwischen dem Signalverarbeitungschip 101 und dem Substrat 11 und in einem gewissen Bereich um diesen Raum herum verstärkt. Der Kontakt zwischen dem Signalverarbeitungschip 101 und dem Substrat 11 ist nun beispielsweise gegen mechanische und Feuchte-Beanspruchung geschützt. Eine so entstandene Anordnung ist in 6c dargestellt.Subsequently, a reflow soldering process is performed, so that the fastening devices 91 . 111 with the contacts 131 of the substrate 11 mechanically and electrically connected. Thereafter, a connection of the signal processing chip 101 or the signal processing chip mounts 111 to the substrate 11 by attaching the adhesive or underfiller 121 in the space between the signal processing chip 101 and the substrate 11 and reinforced in a certain area around this room. The contact between the signal processing chip 101 and the substrate 11 is now protected, for example against mechanical and moisture stress. Such a resulting arrangement is in 6c shown.

Danach wird auf dem Membranträger 51 des Mikrophonchips 21 die Schalldichtung 41 aufgebracht, wobei die Schallabdichtung auch alternativ auf der Innenseite des Deckels 1 aufgebracht werden kann. Die Schallabdichtung 41 kann dabei entweder als Dichtering bzw. Dichtelippe oder auch in Form eines ausgehärteten Klebers vorzugsweise Silikonkleber ausgeführt sein. Die Schallabdichtung 41 sollte eine ausreichende mechanische Entkopplung zwischen Mikrophonchip 21 und Deckel 1 sicherstellen. In einem weiteren Fertigungsschritt wird die Kleberschicht 161 auf dem Substrat 11 aufgebracht. Die so entstandene Anordnung ist in 6d dargestellt.After that, on the membrane carrier 51 of the microphone chip 21 the sound seal 41 applied, wherein the soundproofing also alternatively on the inside of the lid 1 can be applied. The soundproofing 41 can be performed either as a sealing ring or sealing lip or in the form of a cured adhesive preferably silicone adhesive. The soundproofing 41 should provide sufficient mechanical decoupling between the microphone chip 21 and lid 1 to ensure. In a further manufacturing step, the adhesive layer 161 on the substrate 11 applied. The resulting arrangement is in 6d shown.

Anschließend wird der Deckel 1 auf der Kleberschicht 161, die ja dedizierte Bereiche des Substrats 11 bedeckt, angebracht. Der so entstandene Aufbau ist in 6e dargestellt.Subsequently, the lid 1 on the adhesive layer 161 , which are dedicated areas of the substrate 11 covered, attached. The resulting structure is in 6e shown.

Hierdurch entstehen in einem Gehäuseinneren, eines aus Deckel 1 und Substrat 11 gebildeten Gehäuses, zwei voneinander akustisch getrennte Räume. Ein erster Raum um den Schalleingang 151 herum, der durch den Deckel 1, die Schalltrennung 41 und den Mikrophonchip 21 begrenzt wird. Ein zweiter Raum des Gehäuseinneren umfaßt den Raum, der aus dem Mikrophonchip 21, der Schalltrennung 41, dem Deckel 1, dem Substrat 11 und der Signalverarbeitungseinrichtung 31, die sich ja aus dem Sig nalverarbeitungschip 101, den Signalverarbeitungs-Chip-Befestigungen 111 und dem Kleber 121 zusammensetzt, gebildet wird. Beide Räume sind akustisch voneinander getrennt.This results in a housing interior, one from the lid 1 and substrate 11 formed housing, two acoustically separated spaces. A first room around the sound entrance 151 around, through the lid 1 , the sound separation 41 and the microphone chip 21 is limited. A second compartment of the housing interior includes the space that extends from the microphone chip 21 , the sound separation 41 , the lid 1 , the substrate 11 and the signal processing device 31 , which indeed come from the signal processing chip 101 , the signal processing chip mounts 111 and the glue 121 is formed. Both rooms are acoustically separated.

In obigen Ausführungsbeispielen ist die Schalltrennung 41 ringförmig gezeigt und kann deshalb auch als Sealing-Ring bezeichnet werden. Es sind andere geometrische Abmessungen der Schalltrennung 41 möglich, solange diese zwischen dem Deckel 1 und dem Mikrophonchip 21 angebracht ist und bei einer akustischen Trennung von dem ersten Raum um den Schalleingang 151 herum, und dem zweiten Raum mitwirkt.In the above embodiments, the sound separation 41 shown annular and can therefore also be referred to as a sealing ring. There are other geometric dimensions of sound separation 41 possible, as long as this between the lid 1 and the microphone chip 21 is attached and at an acoustic separation from the first room to the sound input 151 around, and the second room is involved.

Auch die Gegenstruktur 61 und die Membranstruktur 81 des Mikrophonchips 21 sind kreisrund ausgeführt in den obigen Ausführungsbeispielen und können jede beliebige geometrische Form aufweisen.Also the counter structure 61 and the membrane structure 81 of the microphone chip 21 are circular in the above embodiments and may have any geometric shape.

Die Zahl der Befestigungen 91 des Mikrophonchips 21 in obigen Ausführungsbeispielen beträgt vier, jedoch ist jede beliebige Zahl größer zwei denkbar, solange der Raum unter dem Mikrophonchip mit dem übrigen Gehäuseinneren druckmäßig kommunizieren kann. Aus Stabilitätsgründen ist die Anzahl der Befestigungseinrichtungen vorteilhafterweise mindestens drei. Für eine Kontaktierung werden zwei leitfähige Befestigungen benötigt. Sollte die Befestigung 91 rein mechanische Funktion haben, was in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines montierten Mikrophons der vorliegenden Erfindung implementiert sein könnte, so wäre auch nur eine Befestigung möglich. In diesem Fall könnten die elektrische Anbindung des Mikrophonchips 21 an das Substrat 11 auch über Bonddrähte oder andere Leiterbahnelemente erfolgen. Auch die Anzahl der Befestigungen 111 des Signalverarbeitungschips am Substrat 11 kann beliebig groß gewählt werden.The number of fixtures 91 of the microphone chip 21 in the above embodiments is four, but any number greater than two is conceivable as long as the space under the microphone chip with the rest of the housing inside can communicate pressure. For stability reasons, the number of fastening devices is advantageously at least three. For contacting two conductive fasteners are needed. Should the attachment 91 have purely mechanical function, which could be implemented in another embodiment of a mounted microphone of the present invention, so only a mounting would be possible. In this case, the electrical connection of the microphone chip could 21 to the substrate 11 also via bonding wires or other conductor track elements. Also the number of fixtures 111 the signal processing chip on the substrate 11 can be chosen arbitrarily large.

Der als Kleber eingesetzte Underfiller 121 kann ein beliebiges Material sein, das die mechanische Verbindung zwischen dem Signalverarbeitungschip 101 und dem Substrat 11 unter stützt. Obige Ausführungsbeispiele nutzen einen Kleber, um die Schalltrennung 41 an dem Deckel 1 zu erzeugen. Alternativ gibt es andere Möglichkeiten, die Schalltrennung 41 an dem Deckel 1 oder auf dem Mikrophonchip 21 anzubringen, wie z. B. eine Erhebung in dem Deckel 1 oder ein Gummiring oder eine Gummilippe.The underfiller used as glue 121 can be any material that controls the mechanical connection between the signal processing chip 101 and the substrate 11 supports. The above embodiments use an adhesive to the sound separation 41 on the lid 1 to create. Alternatively, there are other ways of sound separation 41 on the lid 1 or on the microphone chip 21 to install, such. B. a survey in the lid 1 or a rubber ring or a rubber lip.

Die Befestigungen 91, 101 sind vorzugsweise als Solder-Bumps ausgeführt, jedoch sind auch andere Verbindungen aus metallischem oder nichtmetallischem Material denkbar, solange diese eine mechanische und leitende Verbindung herstellen.The fortifications 91 . 101 are preferably designed as a solder bumps, but other compounds of metallic or non-metallic material are conceivable as long as they produce a mechanical and conductive connection.

Der in obigen Ausführungsbeispielen eingesetzte Fertigungsschritt des Reflow-Lötens kann auch durch einen beliebigen anderen Fertigungsschritt, der eine mechanische Anbindung des Mikrophonchips 21 und des Signalverarbeitungschips 101 an das Substrat 11 sicherstellt, ersetzt werden.The manufacturing step of the reflow soldering used in the above embodiments may also be performed by any other manufacturing step, which is a mechanical connection of the microphone chip 21 and the signal processing chip 101 to the substrate 11 makes sure to be replaced.

Obige Ausführungsbeispiele zeigen, wie beispielsweise Silizium-Mikrophone, die insbesondere für mobile Anwendungen in SMD-Gehäusen aufgebaut werden sollen, ausgeführt sein können. Dabei sind akustische, mechanische und elektrische Randbedingungen einzuhalten. Gleichzeitig soll das Bauteil so klein wie möglich sein, insbesondere flach, und mindestens eine Temperatur von 260°C aushalten. Die obigen Ausführungsbeispiele kombinieren die Flip-Chip-Montage mittels Solder-Bumps 91, 111 auf PCB-Substrate mit einem Rückvolumen, das ausreichende Empfindlichkeit ermöglicht. Hierzu ist kein Underfiller 121 um den Mikrophonchip 21 angebracht, so daß der Chip 21 wie auf Solder-Bump-Säulen 91 offen auf dem Substrat 11 steht. Die akustische Abdichtung findet dagegen an dem Schalloch 151 des Deckels 1 statt. Hiermit können geringste Bauhöhen erzielt werden. Machbar sind z. B. Höhen von 1 mm, und laterale Abmessungen, z. B. 4 mm auf 3 mm, wobei beispielsweise ein Rückvolumen von ca. 2 mm3 erreicht wird, was eine vierfach höhere Empfindlichkeit gegenüber einem Ausführungs beispiel eines Mikrophons gemäß dem Stand der Technik ermöglicht.The above exemplary embodiments show how, for example, silicon microphones, which are to be constructed in particular for mobile applications in SMD packages, can be implemented. In this case, acoustic, mechanical and electrical boundary conditions must be observed. At the same time, the component should be as small as possible, in particular flat, and withstand at least a temperature of 260 ° C. The above embodiments combine the flip-chip mounting by means of solder bumps 91 . 111 on PCB substrates with a back volume that allows sufficient sensitivity. There is no underfiller for this 121 around the microphone chip 21 attached so that the chip 21 like on Solder-Bump columns 91 open on the substrate 11 stands. The acoustic seal, however, takes place at the soundhole 151 of the lid 1 instead of. Hereby lowest construction heights can be achieved. Are feasible z. B. heights of 1 mm, and lateral dimensions, z. B. 4 mm to 3 mm, for example, a back volume of about 2 mm 3 is achieved, which allows a fourfold higher sensitivity to an execution example of a microphone according to the prior art.

Außerdem kann ein Bauteil, das nach obigen Ausführungsbeispielen gefertigt worden ist, die volle Temperaturfestigkeit gewährleisten. Besonders hervorzuheben ist auch die Schallankopplung in den obigen Ausführungsbeispielen. In obigen Ausführungsbeispielen besteht das Mikrophon aus dem Mikrophonchip 21, dem Chip zur Signalverarbeitung 101, der als Amplifierchip 101 ausgeführt ist, aus dem Substrat 11 und aus dem Deckel 1. Auf dem Mikrophonchip 21 sind Befestigungseinrichtungen 91 aufgebracht, die häufig als Solder-Bumps 91 ausgeführt sind. Häufig sind diese direkt auf den Pads des Chips 21 aufgebracht. Das Substrat 11 kann zweiseitig metallisiert, wie z. B. bei einem FR4-Laminat oder Keramik, sein und die Anschlüsse 131 zum Mikrophon können mittels Durchkontaktierungen 141 auf die Unterseite geführt werden, auf der die Lötpads 131 des Mikrophons sitzen. Der Deckel 1 kann als Plastik-Molding ausgeführt sein, oder als Metalltiefziehteil ebenfalls aus Laminat bzw. Keramik hergestellt sein. Seine innere Höhe entspricht einer Summe aus der Dicke des Mikrophonchips 21, der Höhe der Bumps 91 und der Höhe der Schalltrennung 41, die häufig als Sealing-Ring ausgeführt ist. Ein Schalloch 151, das als Schalleingang dient, ist an der Position des Mikrophons 21 angebracht. Somit können mit einem derartigen Aufbau Leichtbauteile mit einer Höhe von z. B. nur 1,1 mm hergestellt werden.In addition, a component manufactured according to the above embodiments can ensure full temperature resistance. Particularly noteworthy is the sound coupling in the above embodiments. In the above embodiments, the microphone consists of the microphone chip 21 , the chip for signal processing 101 that as an amplifier chip 101 is executed, from the substrate 11 and from the lid 1 , On the microphone chip 21 are fastening devices 91 Applied, often as a solder bump 91 are executed. Often these are directly on the pads of the chip 21 applied. The substrate 11 can be metallized on two sides, such. As with a FR4 laminate or ceramic, and the connections 131 to the microphone can by means of vias 141 be led to the bottom on which the solder pads 131 of the microphone. The lid 1 can be designed as a plastic molding, or as a metal deep-drawn part also be made of laminate or ceramic. Its inner height corresponds to a sum of the thickness of the microphone chip 21 , the height of the bumps 91 and the amount of sound separation 41 which is often used as a sealing ring. A soundhole 151 , which serves as the sound input, is at the position of the microphone 21 appropriate. Thus, with such a structure lightweight components with a height of z. B. only 1.1 mm are produced.

In obigen Ausführungsbeispielen ist die Membran 81 vom Innenraum des Gehäuses her frei zugänglich, wodurch das gesamte Gehäusevolumen als akustisches Rückvolumen dient. Die akustische Isolation nach außen übernimmt die Schalltrennung 41 zwischen Deckel 1 und Mikrophonunterseite, die der Oberseite des Membranträgers 51 entspricht.In the above embodiments, the membrane is 81 freely accessible from the interior of the housing, whereby the entire housing volume serves as an acoustic back volume. The acoustic isolation to the outside takes over the sound separation 41 between lids 1 and microphone base, which is the top of the membrane carrier 51 equivalent.

Ein Prozeßablauf für die Herstellung eines Mikrophons in obigen Ausführungsbeispielen könnte folgendermaßen aussehen: Beide Chips, sowohl der Mikrophonchip 21 als auch der Signalverarbeitungschip 101, werden mit Solder-Bumps 91, 111 versehen. Mittels SMD-Bestückungsautomaten können sie von der Rückseite gegriffen werden und auf dem Substrat positioniert werden. Anschließend findet ein Reflow-Lötprozeß statt. Nur der Signalverarbeitungschip 101 wird mittels Underfiller 121 geschützt. Der Mikrophonchip 21 bleibt typischerweise z. B. auf vier Bumps 91 wie auf Säulen stehen. Anschließend wird ein Kleber für den Deckel 1 auf dem Substrat 11 und für die akustische Abdichtung 41 auf der Rückseite des Mikrophonchips 21 rund um das Schalloch 151 angebracht oder dispensed. Der Kleber sollte ausreichende mechanische Entkopplung zwischen Mikrophon 21 und Deckel 1 gewährleisten, was z. B. ein Silikonkleber ermöglicht. Der Deckel 1 wird nun aufgesetzt und dichtet über den Rand und das Schalloch 151 herum das Mikrophon 2l in dem Volumen ab. Abschließend wird der Kleber ausgehärtet.A process flow for making a microphone in the above embodiments could be as follows: Both chips, both the microphone chip 21 as well as the signal processing chip 101 , be with solder bumps 91 . 111 Mistake. Using SMD placement machines, they can be gripped from the back and positioned on the substrate. Subsequently, a reflow soldering process takes place. Only the signal processing chip 101 becomes by underfiller 121 protected. The microphone chip 21 typically stays z. B. on four bumps 91 like standing on pillars. Subsequently, an adhesive for the lid 1 on the substrate 11 and for the acoustic seal 41 on the back of the microphone chip 21 around the soundhole 151 attached or dispensed. The glue should have sufficient mechanical decoupling between microphone 21 and lid 1 ensure what z. B. allows a silicone adhesive. The lid 1 is now put on and seals over the edge and the sound hole 151 around the microphone 2l in the volume. Finally, the adhesive is cured.

Die akustische Abdichtung 41 wurde in diesem Verfahren mittels Kleber realisiert. Es ist aber auch denkbar, einen Gummiring oder eine Gummilippe in dem Deckel 1 vorzusehen, der beim Aufkleben auf dem Mikrophonchip 21 aufsitzt. Obige Ausführungsbeispiele zeigen ein unidirektionales Mikrophon, das Schall aus allen Richtungen gleich empfindlich empfangen kann. Genauso gut könnte aber mit dieser Aufbautechnologie ein Richtmikrophon erzeugt werden. Dann sollte das Substrat 11 mit einem strömungsgedämpften Schalloch versehen werden, so daß es eine Phasenverschiebung gibt, so daß Schall aus der Richtung des Deckels 1 ungedämpft empfangen wird, und Schall, der aus der entgegengesetzten Richtung kommt, unterdrückt wird.The acoustic seal 41 was realized in this process by means of adhesive. But it is also conceivable, a rubber ring or a rubber lip in the lid 1 to be provided when sticking to the microphone chip 21 seated. The above embodiments show a unidirectional microphone that can receive sound equally sensitively from all directions. But just as well could be produced with this construction technology a directional microphone. Then the substrate should be 11 be provided with a flow-damped sound hole, so that there is a phase shift, so that sound from the direction of the lid 1 is received unattenuated, and sound coming from the opposite direction is suppressed.

Das strömungsgedämpfte Schalloch ist vorzugsweise ein Loch in dem Substrat mit einer Querschnittsfläche, die kleiner als die Fläche des Lochs in dem Deckel ist und vorzugsweise kleiner als 50% der Querschnittsfläche des Lochs im Deckel ist. Das strömungsgedämpfte Loch kann einen beliebigen Quer schnitt haben, also von beliebiger Größe sein, wenn es mit einem Dämpfungselement versehen ist, so dass die akustische Dämpfung des Lochs im Deckel 50% kleiner ist als die akustische Dämpfung des Lochs im Substrat.The flow-damped soundhole is preferably a hole in the substrate having a cross-sectional area smaller than the area the hole in the lid is, and preferably less than 50% of the cross-sectional area of the Hole in the lid is. The flow-damped hole can have any cross-section, so be of any size, if it is with a damping element is provided so that the acoustic attenuation of the hole in the lid is 50% smaller than the acoustic attenuation of the hole in the substrate.

11
Deckelcover
1111
Substratsubstratum
1212
Substratschichtsubstrate layer
2121
Mikrophonchipmicrophone chip
3131
SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
4141
Schalltrennungsound isolation
5151
Membranträgermembrane support
6161
Gegenstrukturcounter-structure
7171
Zwischenschichtinterlayer
8181
Membranstrukturmembrane structure
9191
MikrophonchipbefestigungMicrophone chip mounting
101101
SignalverarbeitungschipSignal processing chip
111111
Signalverarbeitungs-Chip-BefestigungSignal processing chip mounting
121121
KleberGlue
131131
KontaktContact
131a131
Signalverarbeitungs-Chip-KontaktSignal processing chip contact
131b131b
Platinenkontaktplatinum contact
141141
Kontaktlochcontact hole
151151
Schalleingangsound input
161161
Kleberschichtadhesive layer
171171
Membrankontaktmembrane contact
181181
Druckaustausch-StrömePressure exchange currents

Claims (12)

Mikrophon mit folgenden Merkmalen: einem Mikrophonchip (21) mit einer Membranstruktur (81) und einer Gegenstruktur (61), wobei die Membran- (81) und die Gegenstruktur (61) einen Mikrophonkondensator bilden, dessen Kapazität abhängig von einem erfaßten Schall veränderbar ist; einem Substrat (11); einem Deckel (1) mit einem schalldurchlässigen Bereich (151), wobei der Deckel (1) mit dem Substrat (11) so verbunden ist, daß in einem Raum zwischen dem Deckel (1) und dem Substrat (11) der Mikrophonchip (21) aufgenommen ist; einer Schalltrennung (41) um den schalldurchlässigen Bereich (151) des Deckels (1) herum, wobei die Schalltrennung (41) zwischen dem Mikrophonchip (21) und dem Deckel (1) angeordnet ist; und mindestens einer Befestigungseinrichtung (91) zum Befestigen des Mikrophonchips (21) an dem Substrat (11), wobei die mindestens eine Befestigungseinrichtung (91) so ausgebildet ist, daß ein Raum zwischen dem Mikrophonchip (21) und dem Substrat (11) mit einem Raum zwischen dem Mikrophonchip (21) und dem Deckel (1) druckmäßig kommuniziert.Microphone comprising: a microphone chip ( 21 ) with a membrane structure ( 81 ) and a counterstructure ( 61 ), wherein the membrane ( 81 ) and the counterstructure ( 61 ) form a microphone capacitor whose capacity is variable depending on a detected sound; a substrate ( 11 ); a lid ( 1 ) with a sound-transmitting area ( 151 ), the lid ( 1 ) with the substrate ( 11 ) is connected so that in a space between the lid ( 1 ) and the substrate ( 11 ) the microphone chip ( 21 ) is included; a sound separation ( 41 ) around the sound-transmitting area ( 151 ) of the lid ( 1 ), the sound separation ( 41 ) between the microphone chip ( 21 ) and the lid ( 1 ) is arranged; and at least one fastening device ( 91 ) for attaching the microphone chip ( 21 ) on the substrate ( 11 ), wherein the at least one fastening device ( 91 ) is formed so that a space between the microphone chip ( 21 ) and the substrate ( 11 ) with a space between the microphone chip ( 21 ) and the lid ( 1 ) communicates in terms of pressure. Mikrophon gemäß Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Befestigungseinrichtung (91) einen Solder-Bump aufweist.Microphone according to Claim 1, in which the at least one fastening device ( 91 ) has a solder bump. Mikrophon gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Substrat (11) Leiterstrukturen (131) zum Kontaktieren des Mikrophonkondensators aufweist.Microphone according to one of Claims 1 or 2, in which the substrate ( 11 ) Ladder structures ( 131 ) for contacting the microphone capacitor. Mikrophon gemäß Anspruch 3, bei dem die Befestigungseinrichtungen (91) Solder-Bumps aufweisen und mit den Leiter strukturen (131) auf dem Substrat (11) verbunden sind, um eine leitende Verbindung zwischen dem Substrat (11) und dem Mikrophonchip (21) herzustellen.Microphone according to Claim 3, in which the fastening devices ( 91 ) Have solder bumps and structures with the conductors ( 131 ) on the substrate ( 11 ) are connected to a conductive connection between the substrate ( 11 ) and the microphone chip ( 21 ). Mikrophon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem auf dem Substrat (11) innerhalb des Raums zwischen dem Deckel (1) und dem Substrat (11) ein weiterer Signalverarbeitungschip (101) zur Verarbeitung von von dem Kondensatormikrophon erzeugten Signalen befestigt ist.Microphone according to one of Claims 1 to 4, in which on the substrate ( 11 ) within the space between the lid ( 1 ) and the substrate ( 11 ) another signal processing chip ( 101 ) is mounted for processing signals generated by the condenser microphone. Mikrophon gemäß Anspruch 5, bei dem ein Kleber (121) eine mechanische Verbindung zwischen dem Substrat (11) und dem Signalverarbeitungschip (101) herstellt.Microphone according to Claim 5, in which an adhesive ( 121 ) a mechanical connection between the substrate ( 11 ) and the signal processing chip ( 101 ). Mikrophon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Elastizitätsmodul eines Materials der Schalltrennung (41) 0,1 % bis 10 % des Elastizitätsmoduls eines in dem Deckel (1) verwendeten Materials beträgt.Microphone according to one of Claims 1 to 6, in which a modulus of elasticity of a sound separation material ( 41 ) 0.1% to 10% of the elastic modulus of one in the lid ( 1 ) used material. Mikrophon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Mikrophonchip (21) und das Substrat (11) ausschließlich über eine Mehrzahl von Solder-Bumps (91) als Befestigungseinrichtungen zusammen verbunden sind, wobei die Mehrzahl an Solder-Bumps (91) so dimensioniert ist, daß mindestens zwei Solder-Bumps (91) voneinander beabstandet sind.Microphone according to one of Claims 1 to 7, in which the microphone chip ( 21 ) and the substrate ( 11 ) exclusively through a plurality of solder bumps ( 91 ) are connected together as fastening devices, wherein the plurality of solder bumps ( 91 ) is dimensioned so that at least two solder bumps ( 91 ) are spaced from each other. Mikrophon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Mikrophonchip (21) durch die mindestens eine Befestigungseinrichtung (91) an dem Substrat (11) befestigt ist, so daß die Gegenstruktur (61) dem schalldurchlässigen Bereich (151) des Deckels (1) gegenüberliegend ist.Microphone according to one of Claims 1 to 8, in which the microphone chip ( 21 ) by the at least one fastening device ( 91 ) on the substrate ( 11 ), so that the counter-structure ( 61 ) the sound-transmitting area ( 151 ) of the lid ( 1 ) is opposite. Mikrophon gemäß Anspruch 8, bei dem die Gegenstruktur (61) einen schalldurchlässigen Bereich umfaßt.Microphone according to Claim 8, in which the counterstructure ( 61 ) comprises a sound-transmitting area. Mikrophon gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das einen ersten Raum umfaßt, der durch den Mikrophonchip (21), die Schalltrennung (41), den Deckel (1) und die Membranstruktur (81) gebildet ist, und das einen zweiten Raum aufweist, der durch den Deckel (1), das Substrat (11), die Schalltrennung (41) und den Mikrophonchip (21) gebildet wird, wobei der erste Raum von dem zweiten Raum akustisch getrennt ist.A microphone according to any one of claims 1 to 9, comprising a first space passing through the microphone chip ( 21 ), the sound separation ( 41 ), the lid ( 1 ) and the membrane structure ( 81 ) is formed, and having a second space through the lid ( 1 ), the substrate ( 11 ), the sound separation ( 41 ) and the microphone chip ( 21 ), the first space being acoustically separated from the second space. Verfahren zur Herstellung eines Mikrophons, das folgende Schritte umfaßt: Bereitstellen eines Substrats (11) mit Leiterstrukturen (131) zum Kontaktieren eines Mikrophonkondensators; Bereitstellen eines Mikrophonchips (21), der eine Membranstruktur (81) und eine Gegenstruktur (61) aufweist, wobei die Membran- (81) und die Gegenstruktur (61) einen Mikrophonkondensator bilden, dessen Kapazität abhängig vom erfaßten Schall veränderbar ist; Befestigen des Mikrophonchips (21) an dem Substrat (11), wobei die Befestigung (91) so ausgebildet ist, daß ein Raum zwischen dem Mikrophonchip (21) und dem Substrat (11) mit einem Raum zwischen dem Mikrophonchip (21) und einem in einem späteren Schritt auf dem Substrat (11) aufgebrachten Deckel (1) druckmäßig kommuniziert; Anordnen einer Schalltrennung (41) auf einer dem Substrat (11) abgewandten Oberfläche des Mikrophonchips (21); und Aufbringen des Deckels (1) mit einem schalldurchlässigen Bereich (151) auf dem Substrat (11), so daß der Deckel (1) mit dem Substrat (11) so verbunden ist, daß in einem Raum zwischen dem Deckel (1) und dem Substrat (11) der Mikrophonchip (21) aufgenommen ist, und die Schalltrennung (41) um den schalldurchlässigen Bereich (151) des Deckels (1) herum zwischen dem Mikrophonchip (21) und dem Deckel (1) angeordnet ist.Method for producing a microphone, comprising the following steps: providing a substrate ( 11 ) with ladder structures ( 131 ) for contacting a microphone capacitor; Providing a microphone chip ( 21 ), which has a membrane structure ( 81 ) and a counterstructure ( 61 ), wherein the membrane ( 81 ) and the counterstructure ( 61 ) form a microphone capacitor whose capacity is variable depending on the detected sound; Attaching the microphone chip ( 21 ) on the substrate ( 11 ), whereby the attachment ( 91 ) is formed so that a space between the microphone chip ( 21 ) and the substrate ( 11 ) with a space between the microphone chip ( 21 ) and one in a later step on the substrate ( 11 ) applied lid ( 1 ) communicates in terms of pressure; Arranging a sound separation ( 41 ) on a substrate ( 11 ) facing away from the surface of the microphone chip ( 21 ); and applying the lid ( 1 ) with a sound-transmitting area ( 151 ) on the substrate ( 11 ), so that the lid ( 1 ) with the substrate ( 11 ) is connected so that in a space between the lid ( 1 ) and the substrate ( 11 ) the microphone chip ( 21 ), and the sound separation ( 41 ) around the sound-transmitting area ( 151 ) of the lid ( 1 ) around between the microphone chip ( 21 ) and the lid ( 1 ) is arranged.
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