(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部及び上部を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、前記下部と電気的及び機械的に接続された変換素子と、
柔軟性及び圧縮性があり、前記変換素子と前記上部の間に配置され、前記変換素子及び前記上部に密着している可撓性の結合要素と、を備え、
前記結合要素はプラスチックを含み、当該プラスチックの内部には発泡によって気泡が分散されており、  
前記結合要素内の前記気泡は、５０％と９８％の間の体積率を有し、
前記発泡は、前記結合要素が前記変換素子及び前記上部に圧縮されていない状態で気密に密着するよう、まず前記ハウジング内において行われる、
ことを特徴とするマイクロフォン。
【請求項２】
前記上部に音響入口が設けられており、
前記変換素子に音響開口が設けられており、
前記結合要素は、前記音響入口を前記音響開口と接続する音響経路を、前記ハウジングの残りの内部容積に対して密に封止する、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項３】
前記結合要素の前記プラスチックは、以下の中から選択される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロフォン。  
ｃ）軟化温度が１００℃と２２０℃の間にある熱可塑性プラスチック
ｄ）室温での熱膨張係数が３００ｐｐｍ／Ｋ以下である熱硬化性プラスチック
【請求項４】
前記熱可塑性プラスチックは、軟化点Ｔｍを有し、
前記結合要素は、膨張温度Ｔｘにおいてガスを解放する発泡剤を含み、
Ｔｍ＜Ｔｘである、ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロフォン。
【請求項５】
前記上部及び前記下部のうちの１つは、桶状の形状に形成されており、
前記上部は、接着剤によって前記下部の上に接着されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロフォン。
【請求項６】
スプリング要素を備え、前記変換素子は、当該スプリング要素を介して電気的及び機械的に、前記下部と接続されている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロフォン。
【請求項７】
前記変換素子は、前記下部へ向かって下方を向いた接続端子によって、前記スプリング要素の上にはんだ付けされている、ことを特徴とする請求項６に記載のマイクロフォン。
【請求項８】
前記変換素子は、単結晶金属から微細構造化され、一体化されたメンブレン及び後方電極を備えるＭＥＭＳチップであり、
前記変換素子は、前記スプリング要素を備える前記下部と、前記結合要素を備える前記上部との間に、応力が作用しない状態で弾性的に組み付けられている、ことを特徴とする請求項６または７に記載のマイクロフォン。
【請求項９】
前記結合要素の前記熱可塑性プラスチックに含まれる前記発泡剤は、アンモニウム塩、炭酸塩、カルボン酸、無水物、過酸化物及び膨張黒鉛の中から選択される、ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロフォン。
【請求項１０】
マイクロフォンのための変換素子のカプセル封止の方法であって、  
空洞を包囲するハウジングに、上部及び下部が備わっており、  
前記下部の内側にスプリング要素が設けられており、  
前記変換素子は、前記スプリング要素の上に、前記下部と距離を置いてはんだ付けされており、
熱的にガスを解放する発泡剤を含む熱可塑性混合物が、パターン化された態様で、及び／または、既定の量だけ、前記変換素子の上及び／または前記上部の内側に塗布されており、
前記上部は、前記変換素子が前記ハウジングの内部空洞中に閉じ込められるように、前記下部の上に組み付けられており、  
前記変換素子及び前記ハウジングの内部空間の寸法、前記変換素子の前記下部からの距離、及び、前記パターン化された熱可塑性混合物の高さは、前記ハウジングと前記変換素子の間の、前記熱可塑性混合物の上に、ギャップが残されるように設定されており、
全体が、前記熱可塑性混合物が粘性のある状態となる軟化温度Ｔｍまで加熱され、
さらに前記発泡剤の膨張温度Ｔｘまで加熱され、その際、前記発泡剤からガスが解放され、それにより前記粘性のある状態の混合物の膨張がもたらされ、それにより、前記粘性のある状態の膨張した混合物が前記ギャップを閉鎖し、
前記軟化温度Ｔｍより低い温度まで再冷却され、それにより、前記膨張した混合物が硬化して強固な結合要素を形成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
スプリング接点として金属製の板バネまたは渦巻きバネが設けられ、その第１の端部は前記下部に固定され、前記バネは、真っ直ぐにまたは曲げられた状態で延び、前記下部の表面に平行に距離を隔てて延びるセグメントを備え、それにより、その第２の端部は前記下部と距離を置いて配置され、
前記上部は音響入口を備え、前記変換素子は音響開口を備え、
前記熱可塑性混合物は、パターン化された態様で、前記上部の前記音響入口の周囲に、及び／または、前記変換素子の前記音響開口の周囲に、塗布され、
前記変換素子は、前記音響入口から前記音響開口まで延びる音響経路を、前記ハウジングの残りの内部容積に対して封止する、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記熱可塑性混合物中の発泡剤の量は、膨張の後に２〜１０倍の率の厚さの増加が生じるように設定される、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱可塑性混合物の層厚は、前記率での厚さの膨張の際に、５０〜５００μｍのギャップが閉鎖され得るように設定される、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上部と下部は接着剤によって接合されており、
前記熱可塑性混合物の前記軟化温度Ｔｍ及び前記膨張温度Ｔｘは、２つの温度が、許容される周囲温度より高く、前記接着剤の硬化温度より高い一方で、前記はんだの融点よりも低くなるように選択される、ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記下部は、上方を向いたスプリング要素を備え、  
前記下部は、下面上に配置された外部電極を備え、前記マイクロフォンは、当該外部電極を介して電気的に接続されることができ、
前記スプリング要素の前記第２の端部は、中立位置において前記下部に対して距離を有し、
前記変換素子は、前記スプリング要素の前記第２の端部の上にはんだ付けされている、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォン、及び、マイクロフォンの製造方法に関する。ここではとりわけ、特にＭＥＭＳ構造におけるコンデンサーマイクロフォンが関連し得る。
【背景技術】
【０００２】
そのようなマイクロフォンは、パッケージの中にカプセル封止される必要のある変換素子を備えている。そのようなマイクロフォンにおいて良好な録音品質を可能とするためには、可能な限り大きな後方ボリュームが必要である。なぜなら、大きな後方ボリュームによって、圧力変動の記録のためのマイクロフォンの感度が改善されるからである。さらに、このマイクロフォンにおいては、内部の電気配線のためのコストは低く保たれねばならず、また、変換素子は機械的応力から保護されなければならない。  
【０００３】
マイクロフォンは、「トップポート」の形態で製作され得る。その際、音響入口及び外部接続端子は、ハウジングまたはパッケージの反対側の面に設けられる。１つの変形例において、ＭＥＭＳチップがパッケージの上面の音響開口に配置されるが、このことは、複雑な内部の組立技術及び接続技術をもたらす。代替的に、上面の入口から下面のＭＥＭＳチップへの音響ガイドが組み込まれ得るが、これも同様に、構造上、大きなコストを伴ってのみ実現可能である。
【０００４】
特許文献１から、マイクロフォンチップが蓋及び音響シールを用いてカプセル封止されたマイクロフォンが知られている。このマイクロフォンチップは、さらに、硬い固定具を介して基板の上に固定されている。このマイクロフォンにおいては、蓋とマイクロフォンチップの間においても、マイクロフォンチップと基板の間においても、強固な機械的結合が生じる。これらの結合は、マイクロフォンチップの機能を損なう可能性があり、さらに、システムの温度依存挙動をもたらす可能性がある。
【０００５】
別のマイクロフォンが、特許文献２から知られている。このマイクロフォンにおいては、マイクロフォンチップがスプリングを介して基板の上に固定され、マイクロフォンチップをマイクロフォンフォンハウジングの上部の内壁に押し付けており、その際、マイクロフォンフォンハウジングの上部に配置された音響開口の封止が実現されている。
【０００６】
実際には、上述した２つの解決策は、一連の問題を引き起こす。第一に、ＭＥＭＳチップは上部と下部の間に交互に挟み込まれているが、これは、機械的応力を通じてその特性に影響を及ぼす。これは、軟性接着剤の使用もしくはスプリングとして形成された接触部材によって生じ得る。別の困難が、チップの厚み及び組み付け、パッケージの内部空間の高さ、並びに、パッケージの上部と下部の間の接続ギャップの高さの許容差に存在し、これらは全て、ＭＥＭＳチップと上部もしくはキャップとの間のギャップの不確定性をもたらす。さらに、あらゆる状況において音響入口通路の周囲の封止が実現される一方で、接続媒体の経路がＭＥＭＳキャビティ内に至るまで閉め出されるよう、接続媒体の量を定めることは、非常に困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許発明第１０２００４０１１１４８号明細書
【特許文献２】米国特許第８２１８７９４明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上述した短所のうち少なくとも一つを克服する、改善されたマイクロフォンを提供することである。本発明の別の課題は、そのようなマイクロフォンの製造方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの課題は、請求項１によるマイクロフォンを通じて、もしくは、第２の独立請求項による方法を通じて、解決される。
【００１０】
下部と上部を含む２つの部分から成るハウジング内で組み立てられたマイクロフォンが提示される。ハウジングの内部には、変換素子、即ちマイクロフォンのアクティブな部分が配置され、電気的及び機械的に下部と接続されている。  
【００１１】
変換素子と上部との音響的な結合のために、変換素子と上部の間に結合要素が配置されており、当該結合要素は、変換素子にも上部の内面にも密着している。結合要素は、可撓性があり、特に比較的小さなヤング率を有する柔軟性のあるものとして形成されている。結合要素は、発泡により生じた自由気泡またはカプセル封止された気泡が内部に分散されたプラスチックを含んでいる。プラスチック中の気泡の量は、結合要素内で５０％と９８％の間の体積率を有するように設定されている。その際、結合要素は、主としてクローズドセルの泡構造を備えている。結合要素の発泡もしくは気泡の生成は、結合要素が変換素子及び上部に圧縮されていない状態で気密に密着するよう、まずハウジング内において行われる。
【００１２】
本発明による結合要素は、閉じ込められた気泡によって圧縮性及び小さなヤング率を備え、その結果、それのみによって結合要素の特定の柔軟性が獲得される。気泡の体積率が高く選択されるほど、結合要素はより軟らかく、より圧縮性のあるものとなる。  
【００１３】
結合要素のプラスチックが過度に軟らかいポリマーである場合、それは室温で１０００ｐｐｍ／Ｋより大きな線膨張係数を有し得る。したがって、プラスチックの機械的特性は、好ましくは、室温での発泡状態におけるプラスチックの熱膨張係数が３００ｐｐｍ／Ｋ以下となるように選択される。
【００１４】
結合要素のプラスチックは、内部に気泡が分散された、ａ）またはｂ）から選択されるプラスチックを含み得る。
ａ）軟化温度が１００℃と２２０℃の間にある熱可塑性プラスチック  
ｂ）室温での熱膨張係数が３００ｐｐｍ／Ｋ以下である熱硬化性プラスチック
【００１５】
結合要素のプラスチックは、一実施例によれば、熱可塑性プラスチックである。これにより、プラスチックが軟化点を備えるという利点が得られる。これによって、また、熱可塑性プラスチックの溶融の後に初めて気泡が解放されることが可能となり、その際、プラスチックは膨張可能である。熱可塑性プラスチックの膨張によって、変換素子と上部の間のギャップが確実に閉鎖される。結合要素は、変換素子と上部の間の良好な封止を形成する。  
【００１６】
しかしながら、結合要素は、熱硬化性プラスチックからも形成され得る。その硬化温度（所与の熱硬化性において）が膨張温度よりも高い場合、解放された気泡は、結合要素のプラスチックマトリックスの中に確実に閉じ込められる。プラスチックが他の硬化メカニズムを有する場合、それは膨張の後に温度に依存することなく硬化し得る。
【００１７】
一実施形態においては、上部に音響入口が、変換器に音響開口が、設けられている。その際、結合要素は、マイクロフォンのための音響経路を形成するために用いられる。音響経路は、上部の音響入口を変換素子の音響開口と接続し、その際、結合要素は、音響経路をハウジングの残りの内部容積に対して密に封止する。このようにして、ハウジングの残りの内部容積をマイクロフォンの後方ボリュームとして用いることができる。なぜなら、使用されたフリップチップアッセンブリによって、当該内部容積が変換素子のアクティブな面と隣接するからである。  
【００１８】
このとき、前方ボリュームが、音響経路内において、変換素子の中央部分であるメンブレンの上方に形成される。プラスチックの発泡によって、軟化した（熱可塑性の）、または、まだ粘性のある未硬化の（熱硬化性の）プラスチックの内部における気泡の解放によって形成される結合要素により、音響経路は、変換素子と上部の間の異なるギャップ高さをもたらす製造公差の結果として封止の問題が生じることなく、または、上部と下部の結合によるハウジングの閉鎖の際の封止が変換素子に過度に強い圧縮を及ぼすことなく、より簡易な方法によって封止され得る。  
【００１９】
熱可塑性プラスチックは、軟化点Ｔｍを有し、当該軟化点Ｔｍ以上で、固体のプラスチックは、加熱によって粘性のある状態へと遷移する。  
【００２０】
熱硬化性プラスチックは、硬化温度より高い温度で、網目状に結合した、したがって硬い状態へと遷移する。
【００２１】
さらに、結合要素は、プラスチックの他に、膨張温度Ｔｘにおいてガスを解放する発泡剤を含むプラスチック混合物を備える。軟化点及び膨張温度は、好ましくは、膨張温度が軟化温度よりも高くなるように選択される。結合要素として熱可塑性プラスチックを用いる場合、硬化温度は膨張温度よりも高い。このようにして、プラスチックの内部に分散された発泡剤からの気泡の解放の後に、軟化したプラスチックの粘性が膨張に対して小さな力しか及ぼさないことが保証される。しかしながら同時に、好ましくは、軟化した、または、未硬化の状態における粘性は、プラスチック素材の過度に強い流動を招くことがないよう、十分に高く調整される。このようにして、既に軟らかい、または、まだ粘性のあるプラスチックが変換器の音響開口に侵入したり、メンブレンの上に流れたりしないことが保証され得る。後者は、マイクロフォンの故障を意味するであろう。  
【００２２】
軟化及び膨張の際にも構造的にかなり安定な熱可塑性プラスチックは、音響経路の幾何学的形状が再現可能に製造され得ることを保証する。同じことが、未硬化の熱可塑性プラスチックを用いる場合にも当てはまる。
【００２３】
上部及び下部から中空ハウジングが形成され得るよう、これら２つのハウジング部分のうち少なくとも１つは、桶状の形状に形成されている。上部及び下部は、好ましくは接着剤によって接合され、当該接着剤は同時に、ハウジングを閉鎖する。
【００２４】
間に空間が配置された平坦な上部及び下部から成る構造もまた可能である。接続媒体としては、はんだも用いることができる。  
【００２５】
一実施形態において、変換素子は、スプリング要素を介して電気的及び機械的に下部と接続されている。スプリング要素によって、変換素子の弾性の、もしくは、弾力的な別の実装が可能となり、これにより、実装及びハウジングの閉鎖による機械的な力の過度に強い影響が回避される。  
【００２６】
スプリング要素は、最大発生伸長力によって、気泡の解放の際の熱可塑性プラスチック混合物にまだ十分な力で対抗するようなバネ定数を備え得る。熱可塑性プラスチックの膨張及び再冷却の後、プラスチックは硬化し、弾性の結合要素を形成する。その熱機械的特性は、ヤング率、即ち結合要素の圧縮に抵抗する力が、スプリング要素のバネ定数と近似的に等しくなるように調整され得る。しかしながら、スプリング要素及び結合要素の互いに異なるヤング率を組み合わせることも可能である。
【００２７】
スプリング要素は、好ましくは微細構造化によって形成され、下部の上に固定された第１の端部を備え、下部の表面まで斜めに延び、あるいは他の方法では表面から離れる方向へ折り曲げられあるいは導かれ、下部の上方に間隔をもって配置された第２の段部を備えている。スプリング要素は、板バネまたは渦巻きバネとして形成され得る。それらは、ある角度をなして互いに接続された、曲がった、あるいは、真っ直ぐなセグメントを備え得る。好ましくは、スプリング要素は、下部に固定された第１のセグメントが、最終的に、それと平行に延び下部から隔てられた別のセグメントへ移行するように折り曲げられている。
【００２８】
変換素子は、このとき、スプリング要素の第２の端部の上に載置され、好ましくははんだ付けによって、これと接続される。
【００２９】
その際、張力によって変換素子上に鉛直に作用する力も、横方向の歪によって生じる剪断力も、弾性的に弱められる。
【００３０】
したがって、結果的に、全体として少なくとも４つの様々な実施形態Ａ〜Ｄが得られる。
Ａ．結合要素は熱可塑性プラスチックであり、変換素子の下部への接続はスプリング要素である。これにより、結合要素は特別なバネ特性を有する必要がないという利点が得られる。
Ｂ．結合要素は熱可塑性プラスチックであり、変換素子の下部への接続はスプリング要素を用いることなく行われる。このとき、軟化温度を超えるごとに、応力が取り除かれ得る。したがって、ここでも、Ａと同様に、結合要素は特別なバネ特性を有する必要がない。  
Ｃ．結合要素は熱硬化性プラスチックであり、変換素子の下部への接続はスプリング要素を含む。したがって、ここでも、結合要素は特別なバネ特性を有する必要がない。  
Ｄ．結合要素は熱硬化性プラスチックであり、変換素子の下部への接続はスプリング要素を含まない。ここでは、確かに、上部と下部の間の変換素子に張力が作用する虞がある。しかしながら、所与の気泡率を通じて、通常は十分なバネ特性が得られる。
【００３１】
変換素子自体は、好ましくは単結晶金属から微細構造化されたＭＥＭＳチップであり、一体化されたメンブレン及び後方電極を備えている。メンブレンは、変換素子の可動部分であり、本発明による構造を通じて最小化される張力に対して敏感に反応する。変換特性は、剛性電極と可動電極の間の圧力に依存する容量の結果として得られる。
【００３２】
結合要素の熱可塑性プラスチックは、有利な軟化温度を備えるように選択される。発泡剤は、好ましくは、熱可塑性プラスチックの中に均一に分散され、好ましくは、形成される気泡の大きさを最小に保つため、固体であり微細に形成されている。その際、発泡剤は、ガス中で分解された塩であり得る。発泡剤は、揮発性物質をも解放し得る。発泡剤は、乳化された粘性のある相であり得る。
【００３３】
例示的にかつ非限定的に、アンモニウム塩、炭酸塩、カルボン酸、無水物、過酸化物または膨張黒鉛が挙げられる。膨張黒鉛は、さらに、解放された気泡が、完全に黒鉛構造内で結合された状態で維持されるという利点を有している。それによって、粘性が低く軟化した熱可塑性の混合物から気泡が湧き上がる可能性、あるいは、形成された比較的小さな気泡が比較的大きな気泡へ、したがって結合要素内の空洞へと一体化することが回避される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】第１の方法オプションによる様々な方法ステップを示す図である。
【図１Ｂ】第１の方法オプションによる様々な方法ステップを示す図である。
【図１Ｃ】第１の方法オプションによる様々な方法ステップを示す図である。
【図２Ａ】第２の方法オプションによる様々な方法ステップを示す図である。
【図２Ｂ】第２の方法オプションによる様々な方法ステップを示す図である。
【図２Ｃ】第２の方法オプションによる様々な方法ステップを示す図である。
【図３】別の実施形態によるマイクロフォンを示す図である。
【図４】さらに別の実施形態によるマイクロフォンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下において、本発明が、実施例及びそれに付随する図面に基づいて詳細に説明される。図面は、概略的にのみノンスケールで作成されている。それらは、本発明によるマイクロフォンの製造における、もしくは、マイクロフォンの製造過程中の変換素子のカプセル封止における、断面を示している。
【００３６】
図１Ａは、ハウジングの閉鎖直前のマイクロフォンの部品を示している。図示された実施例において、下部ＢＴは平坦に形成されており、例えばセラミックスのプレートを含んでいる。下部ＢＴは、さらに多層構造を備えることができ、当該構造における各層の間には導電路がパターンレイアウトされ、これらの導電路は、マイクロフォン部品（複数）の接続のための、もしくは、マイクロフォン部品（複数）を下部ＢＴの下面上の外部接点ＡＫと接続するための、少なくとも１つのさらなる配線レベルを実現する。  
【００３７】
変換素子ＷＥ自体は、平坦な金属接点の上で、あるいは、ビアの上部出口の上で直接的に、下部ＢＴの上にはんだ付けされている。  
【００３８】
はんだ付け箇所によって生成される電気的及び機械的な接続を通じて、メンブレンＭＭ及び後方電極ＲＥが、下部ＢＴ、及び、さらに外部接点ＡＫまたは図中に示されていないハウジング内部の別のチップ部品と接続されている。  
【００３９】
第２のハウジング部分、ここでは上部ＯＴは、キャップ状に形成されており、例えば深絞りされた金属キャップから成っている。しかしながら、他の材料を含むこともでき、あるいは、多層に形成することもできる。上部ＯＴの表面上には、１つまたは複数の開口の形態で設けられた音響入口ＳＥがある。  
【００４０】
下部ＢＴの表面上には、接着剤層ＫＬがパターンレイアウトされており、その上には上部ＯＴの下縁ＵＫが載置され得る。
【００４１】
さらに、変換素子ＷＥの上面上のみ、上部ＯＴの内面上のみ、または、上部の内面上及び変換素子の上面上の両方には、熱可塑性のプラスチック混合物ＫＳがパターンレイアウトされている。当該プラスチック混合物ＫＳは、変換素子上で音響開口ＳＯを、上部ＯＴ上で音響入口ＳＥを、または、両者を環状に取り囲むように、パターン化されている。  
【００４２】
これにより、上部は、その下縁ＵＫによって、接着剤層ＫＬの上に載置され、接合される。接着剤は、好ましくは、硬化して熱硬化性プラスチックとなり、熱的に安定な接着剤接合ＫＶを形成する。ここで熱硬化が行われる限り、その際中に温度が膨張温度Ｔｘより低く維持されると有利である。
【００４３】
上部と下部の載置及び接続の後、音響入口ＳＥ及び音響開口ＳＯは、好ましくは互いに同心に配置される。音響入口ＳＥは、音響開口ＳＯ内において偏心して配置されてもよい。プラスチックが互いに向かう合う２つの表面上に設けられる限り、熱可塑性プラスチック上の２つの構造は直接的に対峙することになる。図１Ｂは、この方法ステップにおける配置を示している。
【００４４】
次の方法ステップにおいて、配置の全体が、まず熱可塑性プラスチックの軟化温度Ｔｍまで、続いてさらに熱可塑性プラスチック素材中に微分散された発泡剤の膨張温度Ｔｘまで、加熱される。膨張温度に到達またはこれを超えると、発泡剤からガスまたは揮発性化合物が解放されて熱可塑性プラスチック混合物が膨張するが、当該混合物は、溶融後における粘性の構造ゆえに、膨張に対してわずかな力で抗するのみである。その際、体積の増大によってプラスチックＫＳは、さほどの力を変換素子に及ぼすことなくギャップＳＰの橋渡しをする。
【００４５】
次のステップにおいて、デバイス全体が、熱可塑性プラスチックの軟化温度Ｔｍより低い温度まで再冷却される。その際、結合要素ＶＥもしくは熱可塑性プラスチックが再び硬化して、気泡を強固にかつ不動に封じ込め、同時に結合要素ＶＥとして機能する弾性で圧縮性のある封止部が形成される。
【００４６】
膨張によって、プラスチックの冷却及び再硬化の後に形成される結合要素ＶＥが、上部ＯＴの内面及び変換素子ＷＥの上面の両面に密着し、それによって変換素子の周囲への音響結合が形成される。パターンレイアウトされたプラスチック素材ＫＳが、音響開口ＳＯ、音響入口ＳＥ、または、これらの両方を、既に環状に取り囲んでいることにより、結合要素もこれら２つの開口を環状に取り囲むことになり、上部及び変換素子の周囲全体を封止する。図１Ｃは、この方法ステップにおけるデバイスを示している。
【００４７】
ここでは、マイクロフォンの外部から音響入口ＳＥ及び結合要素ＶＥを経てマイクロフォンの音響開口に至る明確な音響経路が形成され、結合要素によってハウジングの残りの内部容積が封止されている。上部ＯＴと変換素子のメンブレンＭＭの間に前方ボリュームが定義される一方で、後方ボリュームＢＶは、上部ＯＴと下部ＢＴ（変換素子を除く）の間の塞がれていない残りのボリューム全体によって形成される。調整可能な後方ボリュームＢＶは、マイクロフォンが十分なダイナミクスと感度をもって動作し得るよう、比較的高く選択され得る。
【００４８】
図２Ａは、第２のカプセル封止オプションによるカプセル封止における方法ステップを示している。ここでは、変換素子ＷＥがスプリング要素（複数）の上に載置され、これとはんだ付けされている。スプリング要素は、下部ＢＴの上面の上にパターンレイアウトされている。スプリング要素ＦＥは、その一方の端部において下部の上に固定され、他方の端部において下部と僅かな間隔をもって配置されている。変換素子は、はんだ付けされた後、下部に対してしなやかに実装されている。ここでも、上部は下部と接合されてもよく、それにより、中空ハウジングの内部ボリュームが密閉される。  
【００４９】
図２Ｂは、熱可塑性プラスチックの軟化温度及び発泡剤の膨張温度を超える温度への加熱の後の配置を示している。これにより、パターンレイアウトされたプラスチック混合物の体積の膨張が引き起こされる。膨張によって、変換素子ＷＥの上面と上部ＯＴの下面との間に形成されたギャップが、膨張したプラスチック混合物によって完全に閉塞される。環状のパターンレイアウトによって結合要素の形成が可能となり、当該結合要素は、その全周に沿って変換素子及び上部に密着し、それによりシールリングの機能を果たすことができる。
【００５０】
図２Ｂには、さらに、熱可塑性プラスチックの膨張によって変換素子に作用する力が、スプリング要素の弾力を上回ることができ、その際、その第２の端部は下部プレートに対して押し付けられることが示されている。しかしながら、この圧縮された状態においても、スプリング要素は、接線方向の力を受容することができる。
【００５１】
図２Ｂは、本発明によってカプセル封止されたマイクロフォンの、可能な最終段階を示している。しかしながら、特定の待機時間の後にスプリング要素の緊張を緩和することも可能であり、この場合、スプリング要素は再びその最初の状態に戻るよう変形する。その際、まだ軟らかく粘性のあるプラスチック混合物は横方向へ逸れ、スプリング要素の圧力に対応して、その鉛直方向の広がりが減少する。
【００５２】
図２Ｃは、再硬化した熱可塑性プラスチック混合物から形成された結合要素ＶＥ、及び、再度緊張を緩和されたスプリング要素を備える配置を示している。さらに、図２Ｃは、例示的に、ハウジングの内部に配置された別の要素、例えばＡＳＩＣチップの形態の集積回路ＩＣを示している。これは、同様に、例えばバンプを介して下部の上にはんだ付けされ得る。しかしながら、要素ＩＣを接着し、ボンディングワイヤを介して下部上の対応する接点に接続することも可能である。
【００５３】
それに対して、変換素子ＷＥは、単独で、スプリング要素を介して電気的及び機械的に下部ＢＴと接続されている。  
【００５４】
下部の下面におけるデバイスの外部接点は、マイクロフォンを周囲の回路と接続するために用いられる。要素ＩＣの変換素子ＷＥとの配線は、下部の内部の配線レベルを介して行うことができ、それによって、要素ＩＣの接続端子のそれぞれが別々に外方へ導かれ、外部においてはじめて変換素子の接続端子と接続される場合と比較して、必要な外部接点の数が少なくなる。
【００５５】
本発明による方法によって、上部と下部の間及び変換素子と上部の間の２つの接続工程が、時間及び温度に関して分離されているという利点がもたらされる。結合要素によるギャップの封止は、下部上に上部を首尾よく組み付けた後に始めて実現される。２つの工程は、熱的にも分離されている。なぜなら、弾性のプラスチック混合物の膨張は、それ以前の他の部品の組み付けの際にはまだ超えてはならない温度において初めて実現されるからである。上部と下部の間の接着剤の硬化のための選択された硬化温度Ｔｃは、したがって、熱可塑性プラスチックの軟化温度より低く、かつ、変換素子ＷＥ及び場合によっては他の素子ＥＣを下部の上にはんだ付けするのに用いられるはんだバンプの融点より低い温度となる。  
【００５６】
それによって、２つのハウジング部分を互いに接合している接着剤接合ＫＶの接着剤の硬化と、結合要素による封止とが、時間的に及び熱的に互いに明確に境界付けられていることが保証され得る。２つの工程は、互いに独立して、最適化及び実施され得る。    
【００５７】
解放された気泡によって泡構造が生じ、当該泡構造は、再硬化された結合要素ＶＥ内にわずかな応力を発生させるのみである。熱可塑性プラスチックが、接合工程及び発泡の間、軟らかくしたがって粘性のある状態にあることにより、膨張を通じて上部及び変換素子に対して鉛直方向に作用する圧力が、さらなる待機時間において再び緩和することがあり得る。なぜなら、粘性のある素材は横方向へ逸れ得るからである。熱可塑性プラスチック混合物の体積の増大を通じて、変換素子と上部の間のギャップの安定した耐久性のある封止が実現される。変換素子にはわずかな力しか伝達されず、スプリング要素を用いる場合にも、当該スプリング要素は再びその中立位置へ戻ることができる。とりわけ、はんだ接合自体が、後の再溶融において許容できない変形を被ることはない。なぜなら、熱可塑性プラスチックは、常に、より早く軟化し、圧力を回避し、緩和の後に再び硬化するからである。
【００５８】
粘性のある状態のプラスチック素材から気泡が流出し、あるいは、合体することを阻止するために、固形のまたはカプセルに入れられた発泡剤が好ましい。特に好ましいのは、いわゆる膨張黒鉛である。この膨張黒鉛においては、結晶面間に揮発性化合物が蓄えられており、この揮発性化合物が加熱された際に結晶面を引き離すことにより、膨張黒鉛が数百倍に膨張することになる。この理由から、プラスチック混合物中において必要とされるこの発泡剤の比率は、比較的小さい。  
【００５９】
ガスの解放のための初期温度（膨張温度）は、ガス化する成分の適切な選択を通じて、およそ１５０〜３００℃の範囲に選定することができる。このようにして、マイクロフォンの異なる材料の必要とされる温度挙動もしくは温度特性を、互いに調和させることが可能である。
【００６０】
典型的には、上部と変換素子の間の封止すべきギャップの高さは、およそ５０〜５００μｍである。このギャップは、熱可塑性プラスチックの一面または二面に設けられたそれぞれおよそ５〜２００μｍの厚さ（膨張前）の構造によって橋渡しされることが可能であり、その際、厚さ方向の膨張率は１：２〜１：１０が適当である。しかしながら、厚さ方向の膨張率を、およそ１：５０まで調整することも可能である。  
【００６１】
下部は、既に述べたとおり、多層構造を備えることができ、それに応じて多層の回路を含むことができる。この一層または多層の下部の層の材料は、有機またはセラミックスベースのものである。上部は、ポリマー、セラミックス、または、特に金属から構成され得る。  
【００６２】
図３は、発泡の際に、結合要素ＶＥのプラスチック素材が音響入口ＳＥ内へ侵入することを阻止できるマイクロフォンの実施形態を示している。そのために、上部ＯＴは、音響入口ＳＥの全周にわたって、内方へ引き入れられた、あるいは、下方へ引き下げられた縁部を備えている。そのために、上部は、例えば金属から形成されることができ、内方または下方へ湾曲した打ち抜きバリ部ＳＧを備えている。このバリ部は、上部の製造の際、対応する打ち抜き工具またはエンボス工具によって、例えば１枚の板から容易に製造され得る。  
【００６３】
その結果、結合要素ＶＥのプラスチック素材の発泡の際の横方向への広がりは、内方へ向かって音響入口ＳＥまでに制限される。  
【００６４】
図４は、発泡の際に結合要素ＶＥのプラスチック素材が音響入口ＳＥ内へ侵入することを同様に阻止できるマイクロフォンの別の実施形態を示している。そのために、上部の音響入口ＳＥの全周にわたって、環状の管ＲＳが一体に形成され、あるいは、さもなければ例えば接着もしくははんだ付けにより固定されている。環状の管ＲＳは、上部ＯＴと同一の材料から形成することができ、あるいは、他の材料を含むことができる。環状の管ＲＳは、音響入口ＳＥと面一で終わることができ、あるいは、既に示したように、音響入口ＳＥよりもやや大きい内径を有することもできる。これにより、管を設ける際のより大きな許容差が可能となる。
【００６５】
図３及び４による２つの実施形態において、打ち抜きバリＳＧまたは環状の管の高さは、上部ＯＴの下面と変換素子ＷＥの上面との間に設けられた若しくは残されたギャップよりも小さく、それにより、それぞれの要素ＳＧまたはＲＳは、マイクロフォンの製造及び機能に対してさらなる影響を持たない。
【００６６】
本発明は、少数の実施例に基づいてのみ記述されており、したがって具体的な例に限定されない。変換素子と上部との間の本発明により達成される封止は、特定の材料に限定されず、熱可塑性プラスチック素材、即ち熱可塑性プラスチック及びその中に含まれている発泡剤の特性のみにより決定される。必要な温度は、特定の範囲で変えることができ、要件もしくは全加工工程に対して最適化され得る。その結果、良好な温度安定性と高いダイナミクスを備えた密にカプセル封止されたマイクロフォンが得られる。
【符号の説明】
【００６７】
ＡＫ  マイクロフォンの外部接点
ＢＴ  下部  
ＢＶ  後方ボリューム
ＦＥ  スプリング要素  
ＦＶ  前方ボリューム
ＨＲ  ハウジング内部の空洞
ＫＬ  パターンレイアウトされた接着剤層
ＫＳ  パターンレイアウトされた熱可塑性混合物
ＫＶ  上部と下部の間の接着剤接合
ＭＭ  メンブレン
ＯＴ  上部
ＲＥ  後方電極
ＲＳ  環状の管
ＳＥ  上部の音響入口
ＳＧ  打ち抜きバリ部
ＳＫ  音響経路
ＳＯ  変換器の音響開口
ＳＰ  ハウジングと変換素子の間のギャップ  
Ｔｍ  熱可塑性混合物の軟化温度
Ｔｘ  発泡剤の膨張温度
ＵＫ  上部の下縁
ＶＥ  発泡した熱可塑性プラスチック、発泡剤及び閉じ込められた気泡から成る弾性の結合要素  
ＷＥ  ハウジング内の変換素子
【図１Ａ】
0006558559.tif 000002
【図１Ｂ】
0006558559.tif 000003
【図１Ｃ】
0006558559.tif 000004
【図２Ａ】
0006558559.tif 000005
【図２Ｂ】
0006558559.tif 000006
【図２Ｃ】
0006558559.tif 000007
【図３】
0006558559.tif 000008
【図４】
0006558559.tif 000009