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In Beziehung
stehende Anmeldungen
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldungen Nr. 60/301,736 eingereicht
am 28. Juni 2001 und 60/284,741 eingereicht am 18. April 2001.
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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Kleinmikrofon mit einem Gehäuse, welches
eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen kann und eine Rückplatte mit
einem integrierten Verbindungsabschnitt aufweist, welcher mit der
Elektronik innerhalb des Mikrofons verbindet.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
herkömmliche
Hörhilfe
oder ein Abhörgerät weisen
ein Kleinmikrofon auf, welches akustische Schallwellen empfängt und
die akustischen Schallwellen in ein Audiosignal umwandelt. Das Audiosignal
wird dann verarbeitet (z.B. verstärkt) und zu dem Empfänger der
Hörhilfe
oder des Abhörgeräts geschickt.
Der Empfänger
wandelt das verarbeitete Signal in ein akustisches Signal um, welches
in Richtung des Trommelfells übertragen
wird.
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Derartige
Mikrofone können
in der WO-A-0041432, US-A-4764690, US-A-3775572 und DE-A-4329993
betrachtet werden.
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Da
es wünschenswert
ist, den Empfänger und
das Mikrofon so klein wie möglich
auszugestalten, so dass sie einfach in den Gehörgang des Patienten passen,
gibt es eine Bemühung,
das für
diese Vorrichtungen benötigte
Volumen zu verringern. Zahlreiche elektroakustische Wandler sind
verfügbar, welche eine
quadratische Form aufweisen. Diese quadratische Form führt jedoch
nicht zu einer optimalen Nutzung des Raums und es wird ein größeres Volumen
für den
Wandler benötigt.
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Ferner
gibt es Kleinmikrofone, welche eine zylindrische Form aufweisen.
Obwohl diese zylindrischen Mikrofone die Größe verringern können, geschieht
dies häufig
auf Kosten der Leistungsfähigkeit oder
Herstellfähigkeit.
Zum Beispiel kann es sein, dass die Membran zu klein ist, was eine
Empfindlichkeit verringert, oder dass die Rückplatte nicht proportional
groß zu
der Membran ist, was zu einer Erhöhung einer parasitären Kapazität führt. Weiterhin kann
die Anordnung und das Anbringen der Komponenten innerhalb des zylindrischen
Gehäuses
ziemlich schwierig sein.
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Zusätzlich ist
es häufig
schwierig, eine elektrische Verbindung zwischen der Wandlerbaugruppe und
der Elektronik innerhalb des Mikrofons herzustellen. Typischerweise
wird dies durch Löten
eines dünnen
Drahtes an sowohl die Wandlerbaugruppe als auch die Elektronik durchgeführt.
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Deshalb
gibt es einen Bedarf für
ein Mikrofon, welches eine verbesserte Leistungsfähigkeit
aufweist und effizienter hergestellt und zusammengebaut werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Mikrofon der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das Verfahren nach Anspruch
13.
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Die
obige Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung soll nicht jede
Ausführungsform
oder jeden Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellen. Dies ist
die Aufgabe der Figuren und der detaillierten Beschreibung, welche
folgt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorhergehenden und weiteren Vorteile der Erfindung werden anhand
eines Studiums der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen klar werden.
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1 ist
eine isometrische Schnittansicht des zylindrischen Mikrofons.
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2 ist
eine isometrische Explosionsansicht des Mikrofons der 1.
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3 ist
eine Schnittansicht der Abdeckungsbaugruppe des Mikrofons der 1.
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4 ist
eine Schnittansicht der gedruckten Schaltung, welche innerhalb des
Gehäuses
des Mikrofons der 1 angebracht ist.
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5A und 5B stellen
eine Ansicht von oben und eine Seitenansicht der Rückplatte
dar, bevor sie in das zylindrische Mikrofongehäuse der 1 eingebaut
wird.
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6 stellt
eine alternative Ausführungsform dar,
wo der integrierte Verbindungsdraht der Rückplatte eine Verbindungsdruckkopplung
mit der gedruckten Schaltung bereitstellt.
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7 ist
eine Seitenansicht der elektrischen Verbindung an der gedruckten
Schaltung für
die Ausführungsform
der 6.
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8 ist
eine isometrische Explosionsansicht des Mikrofons der 6 und 7.
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Obwohl
zahlreiche Veränderungen
und alternative Ausführungsformen
für die
Erfindung denkbar sind, werden spezielle Ausführungsformen beispielhaft in
den Zeichnungen gezeigt und im Detail hierin beschrieben. Es sollte
jedoch klar sein, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten
Ausführungsformen
beschränkt
sein soll. Vielmehr sollen alle Veränderungen, Äquivalente und Alternativen von
dem Umfang der Erfindung, wie er von den beigefügten Ansprüchen definiert ist, mit umfasst
sein.
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Beschreibung
der veranschaulichenden Ausführungsformen
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Bezug
nehmend auf 1 weist ein Mikrofon 10 ein
Gehäuse 12 mit
einer Abdeckbaugruppe 14 an seinem oberen Ende und eine
gedruckte Schaltung (printed circuit board, PCB) 16 an
seinem unteren Ende auf. Obwohl das Gehäuse 12 eine zylindrische
Form aufweist, kann es auch eine mehreckige Form, wie z.B. eine,
die sich einem Zylinder annähert,
aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die axiale
Länge des
Mikrofons 10 näherungsweise
2,5 mm, obwohl die Länge
in Abhängigkeit
von dem von dem Mikrofon 10 geforderten Ausgabeverhalten
unterschiedlich sein kann.
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Die
PCB 16 weist drei Anschlüsse 17 (siehe 2)
auf, welche eine Masse, eine Eingangsstromversorgung und einen Ausgang
für das
verarbeitete elektrische Signal, welches einem Schall entspricht, der
von dem Mikrofon 10 umgewandelt wird, bereitstellen. Der
Schall dringt in den Schallanschluss 18 der Gehäusebaugruppe 14 ein
und trifft auf eine Elektretbaugruppe 19, welche in einem
kurzen Abstand unterhalb des Schallanschlusses 18 angeordnet
ist. Es ist die Elektretbaugruppe 19, welche den Schall
in das elektrische Signal umwandelt.
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Das
Mikrofon 10 weist einen oberen Wulst 20, welcher
sich in Umfangsrichtung um die Innenseite des Gehäuses 12 erstreckt,
auf. Es weist ferner einen unteren Wulst 22 auf, welcher
sich in Umfangsrichtung um die Innenseite des Gehäuses 12 erstreckt.
Die Wülste 20, 22 können durch
umfängliche Vertiefungen 24, 26 (d.h.
eine Einbuchtung) ausgebildet sein, welche an der äußeren Fläche des
Gehäuses 12 angeordnet
sind. Die Wülste 20, 22 müssen nicht
durchgängig
sein, sondern können
mit Unterbrechungen an der Innenfläche des Gehäuses 12 angeordnet
sein. Wie gezeigt, weisen die Wülste 20, 22 eine
gerundete Querschnittsform auf.
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Der
obere Wulst 20 stellt eine Fläche bereit, an welcher ein
Abschnitt der Elektretbaugruppe 19 angeordnet und innerhalb
des Gehäuses 12 angebracht
ist. Wie gezeigt, befindet sich eine Rückplatte 28 der Elektretbaugruppe 19 in
Eingriff mit dem oberen Wulst 20. Der untere Wulst 22 stellt
ebenso eine Fläche
bereit, an welcher die PCB 16 angeordnet und innerhalb
des Gehäuses 12 angebracht
ist. Die Wülste 20, 22 stellen
eine Fläche
bereit, welche typischerweise zwischen 100 und 200 μm in der
radialen Länge
ist (d.h. von der Innenfläche
des Gehäuses 12 nach
Innen gemessen), um die zugeordneten Komponenten zu halten.
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Zusätzlich halten
die Vertiefungen 24, 26 in der Außenfläche des
Gehäuses 12 O-Ringe 30, 32, welche
ermöglichen,
dass das Mikrofon 10 innerhalb einer äußeren Struktur angebracht wird.
Die O-Ringe 30, 32 können aus verschiedenen Materialien
bestehen, wie z.B. ein Silikon oder ein Kautschuk, welche eine lose
mechanische Kopplung mit der äußeren Struktur,
die typischerweise die Abdeckung einer Hörhilfe oder eines Abhörgeräts ist,
ermöglichen.
Somit betrachtet die vorliegende Erfindung ein neuartiges Mikrofon,
welches ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse mit einem ersten Wulst
an einem ersten Ende und einem zweiten Wulst an einem zweiten Ende
umfasst. Eine gedruckte Schaltung ist innerhalb des Gehäuses an
dem ersten Wulst angebracht. Eine Elektretbaugruppe ist innerhalb
des Gehäuses an
dem zweiten Wulst zum Umwandeln eines Schalls in ein elektrisches
Signal angebracht.
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Die
Rückplatte 28 weist
einen integrierten Verbindungsdraht 34 auf, welcher die
Elektretbaugruppe 19 mit den elektrischen Komponenten auf
der PCB 16 koppelt. Wie gezeigt, ist der integrierte Verbindungsdraht 34 mit
einem integrierten Schaltkreis 36, welcher auf der PCB 16 angeordnet
ist, gekoppelt. Die Elektretbaugruppe 19, welche die Rückplatte 28 und
eine Membran 33, die in einem bekannten Abstand von der
Rückplatte 28 angeordnet
ist, aufweist, empfängt
den Schall über
den Schallanschluss 18 und wandelt den Schall in ein Rohaudiosignal
um. Der integrierte Schaltkreis 36 verarbeitet (z.B. verstärkt) das
Rohaudiosignal, welches innerhalb der Elektretbaugruppe 19 erzeugt
wurde, in Audiosignale, welche von dem Mikrofon 10 über den
Ausgangsanschluss 17 übertragen
werden. Wie nachfolgend detaillierter erklärt werden wird, führt der
integrierte Verbindungsdraht 34 zu einem einfacheren Zusammenbauverfahren,
da nur ein Ende des integrierten Verbindungsdrahtes 34 an
den elektrischen Komponenten, die auf der PCB 16 angeordnet
sind, angebracht werden muss. Mit anderen Worten ist der integrierte
Verbindungsdraht 34 bereits in e lektrischem Kontakt mit
der Rückplatte 28,
da er „integriert" in der Rückplatte 28 ausgebildet
ist.
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2 offenbart
weitere Details der Elektretbaugruppe 19. Insbesondere
weist die Rückplatte 28 eine
Basisschicht 40, welche typischerweise aus einem Polyimid
(z.B. Kapton) gefertigt ist, und eine geladene Schicht 42 auf.
Die geladene Schicht 42 ist typischerweise ein geladenes
Teflon (z.B. fluoriertes Ethylenpropylen) und weist ferner eine
Metallbeschichtung (z.B. Gold) zum Übertragen von Signalen von
der geladenen Schicht 42 auf. Die geladene Schicht 42 ist
zu der Membran 33 direkt freigelegt und von der Membran 33 durch
einen isolierenden Abstandshalter 44 getrennt. Die Dicke
des isolierenden Abstandshalters 44 bestimmt den Abstand
zwischen der geladenen Schicht 42 der Rückplatte 28 und der
Membran 33. Die Membran 33 kann ein Polyethylenterephthalat
(PET) sein, welches eine Goldschicht aufweist, die zu der geladenen
Schicht 42 der Rückplatte 28 direkt
freigelegt ist. Oder die Membran 33 kann eine rein metallische
Folie sein. Der isolierende Abstandshalter 44 ist typischerweise
ein PET oder ein Polyimid. Die Rückplatte 28 wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf 5A und 5B detaillierter
erörtert
werden. Obwohl die Elektretbaugruppe 19 mit der Rückplatte 28,
die die geladene Schicht 42 (d.h. das Elektretmaterial)
aufweist, beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung in Systemen
verwendbar, wo die Membran 33 die geladene Schicht aufweist
und die Rückplatte
metallisch ist.
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3 stellt
die Abdeckbaugruppe 14 dar, welche als der Träger für die Membran 33 dient,
einen Schutz für
die Membran 33 bereitstellt und den einfallenden Schall
empfängt.
Die Abdeckbaugruppe 14 weist eine Vertiefung 52 auf,
welche in dem mittleren Abschnitt der Abdeckbaugruppe 14 angeordnet ist.
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Der
Schallanschluss 18 ist im Allgemeinen an dem Mittelpunkt
der Vertiefung 52 angeordnet. Obwohl der Schallanschluss 18 als
eine einfache Öffnung
gezeigt ist, kann er auch ein längliches
Rohr, welches zu der Membran 33 führt, aufweisen. Weiterhin kann
die Abdeckbaugruppe 14 mehrere Schallanschlüsse aufweisen.
Die Vertiefung 52 definiert einen inneren Vorsprung 54,
welcher entlang dem kreisförmigen
Umfang der Abdeckbaugruppe 14 angeordnet ist. Die Membran 33 wird
an dem Vorsprung 54 um den Umfang der Abdeckbaugruppe 14 herum
unter Spannung gehalten. Die Membran ist typischerweise durch die
Verwendung eines Klebstoffs an dem Vorsprung 54 befestigt.
Der Klebstoff ist in einer sehr dünnen Schicht vorhanden, so
dass ein elektrischer Kontakt zwischen der Abdeckbaugruppe 14 und
der Membran 33 beibehalten wird. Alternativ kann der Kleber
oder Klebstoff leitfähig
sein, um eine elektrische Verbindung zwischen der Membran 33 und
der Abdeckbaugruppe 14 aufrechtzuerhalten. Da die Abdeckbaugruppe 14 die
Membran 33 aufweist, ist die Membran 33 einfach
in das Gehäuse 12 zu
befördern und
einzubauen.
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Zusätzlich zu
der Tatsache, dass die Abdeckbaugruppe 14 einen Schutz
für die
Membran 33 bereitstellt, definiert die Vertiefung 52 der
Abdeckbaugruppe 14 ein vorderes Volumen für das Mikrofon 10, welches über der
Membran 33 angeordnet ist. Des Weiteren wird die Breite
des Vorsprungs 54 vorzugsweise minimiert, um zu ermöglichen,
dass sich ein größerer Anteil
des Bereiches der Membran 33 bewegt, wenn er einem Schall
ausgesetzt wird. Ein kleineres vorderes Volumen wird aufgrund einer
Raumeffizienz und Leistung bevorzugt, aber zumindest etwas Volumen
wird benötigt,
um einen Schutz für
die sich bewegende Membran bereitzustellen. In einer Ausführungsform
weist die Membran 33 eine Dicke von näherungsweise 1,5 Mikrometer
und eine Höhe des
vorderen Volumens von näherungsweise
50 Mikrometern auf. Der gesamte Durchmesser der Membran 33 beträgt 2,3 mm
und der wirksame Abschnitt der Membran 33, welcher ohne
Kontakt zu dem ringförmigen
Vorsprung 54 ist, beträgt
näherungsweise 1,9
mm.
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Die
Abdeckbaugruppe 14 ist innerhalb der Innenfläche des
Gehäuses 12 des
Mikrofons 10 eingepasst, wie am besten in 1 gezeigt.
Die Abdeckbaugruppe 14 wird an dem Gehäuse 12 durch eine
Schweißverbindung
an der Stelle gehalten. Um die elektrische Verbindung zu verbessern,
kann das Gehäuse 12 und/oder
die Abdeckbaugruppe 14 mit Nickel, Gold oder Silber beschichtet
werden. Demzufolge gibt es eine elektrische Verbindung zwischen der
Membran 33 und der Abdeckbaugruppe 14 und zwischen
der Abdeckbaugruppe 14 und dem Gehäuse 12.
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Somit
offenbaren 1–3 eine Zusammenbaumethodik
für ein
Mikrofon, welche ein Anordnen einer Rückplatte in einem Gehäuse des
Mikrofons derart aufweist, dass die Rückplatte an einem inneren Wulst
in dem Gehäuse
anliegt. Das Zusammenbauen weist das Anordnen eines Abstandhalteelements
in dem Gehäuse
benachbart zu der Rückplatte
und ein Anbringen einer Endabdeckungsbaugruppe mit einer angebrachten
Membran an dem Gehäuse
auf. Dieser Anbringungsschritt weist ein sandwichartiges Anordnen
des Abstandshalteelements und der Rückplatte zwischen dem inneren
Wulst und der Endabdeckungsbaugruppe auf. Anders ausgedrückt ist
die Erfindung der 1–3 ein Mikrofon zum
Umwandeln von Schall in ein elektrisches Signal. Das Mikrofon weist
ein Gehäuse
mit einer Endabdeckung mit einem Schallanschluss auf. Die Endabdeckung
ist eine von dem Gehäuse
getrennte Komponente. Das Gehäuse
weist einen inneren Wulst nahe der Endabdeckung auf und eine Rückplatte
ist an dem inneren Wulst angeordnet. Die Membran ist direkt an der
Endabdeckung angebracht. Ein Abstandshalter ist zwischen der Rück platte
und der Membran angeordnet. Wenn die Endabdeckung mit der angebrachten
Membran in dem Gehäuse
angebracht wird, werden der Abstandshalter und die Rückplatte
sandwichartig zwischen dem inneren Wulst und der Endabdeckung angeordnet.
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4 ist
ein Querschnitt entlang dem unteren Abschnitt des Mikrofons 10,
welcher das Anbringen der PCB 16 an dem unteren Wulst 22 des
Gehäuses 12 darstellt.
Der integrierte Verbindungsdraht 34 erstreckt sich von
der Rückplatte 28 (1 und 2)
und ist an einer Anschlussfläche 56 in
elektrischer Verbindung mit der PCB 16. Diese elektrische Verbindung
an der Anschlussfläche 56 kann
durch ein leitfähiges
doppelseitiges Klebeband, einem Tropfen eines leitfähigen Klebstoffs,
Heißkleben
oder Löten
hergestellt werden.
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Der
Umfang der PCB 16 weist eine freigelegte Massefläche, welche
in elektrischen Kontakt mit dem Wulst 22 oder dem Gehäuse 12 unmittelbar
benachbart zu dem Wulst 22 ist, auf. Dementsprechend ist
die gleiche Massefläche,
welche für
den integrierten Schaltkreis 36 verwendet wird, auch in
Kontakt mit dem Gehäuse 12.
Wie zuvor unter Bezugnahme auf 3 erwähnt, ist
die Abdeckbaugruppe 14 über eine
Schweißverbindung
mit dem Gehäuse 12 und auch
der Membran 33 in elektrischem Kontakt. Da die Membran 33,
die Abdeckbaugruppe 14, das Gehäuse 12, die PCB 16 und
der integrierte Schaltkreis 36 alle mit der gleichen Masse
verbunden sind, sind das Rohaudiosignal, welches von der Rückplatte 28 erzeugt
wird, und das Audioausgangssignal an dem Ausgangsanschluss 17 auf
die gleiche Masse bezogen.
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Die
PCB 16 ist mit dem integrierten Schaltkreis 36 gezeigt,
welcher eine Flip-Chip-Ausführungskonfiguration
sein kann. Der integrierte Schaltkreis 36 kann die Rohaudiosignale
von der Rückplatte 28 auf
verschiedene Arten und Weisen verarbeiten. Ferner kann die PCB 16 auch
einen integrierten A/D Wandler aufweisen, um ein digitales Ausgangssignal
an dem Ausgangsanschluss 17 bereitzustellen.
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5A und 5B stellen
die Rückplatte 28 in
einer Ansicht von oben bzw. einer Seitenansicht vor einem Einbau
in das Gehäuse 12 dar.
Die Basisschicht 40 ist die dickste Schicht und umfasst
typischerweise ein polymeres Material, wie z.B. Polyimid. Die geladene
Schicht 42, welche eine Schicht aus geladenem Teflon sein
kann, ist von der Basisschicht 40 durch eine dünne Goldbeschichtung 60, die
sich an einer Oberfläche
der Basisschicht 40 befindet, getrennt. Um die Rückplatte 28 herzustellen, wird
die Goldschicht 60 auf der Basisschicht 40 auf die
geladene Schicht 42 laminiert, welche zu diesem Zeitpunkt „ungeladen" ist. Nach dem Laminieren
wird die geladene Schicht 42 einem Verfahren ausgesetzt,
in welchem sie „geladen" wird. In einer Ausführungsform
besteht die geladene Schicht 42 aus ungefähr 25 Mikrometer
von Teflon, die Goldschicht beträgt
ungefähr
0,09 Mikrometer und die Basisschicht 40 besteht aus ungefähr 125 Mikrometer
Kapton.
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Die
dünne Goldbeschichtung 60 weist
einen erweiterten abschnitt 62 auf, welcher den Signalweg für den integrierten
Verbindungsdraht 34 bereitstellt, welcher von der Rückplatte 28 zu
der PCB 16 führt. Gemäß der Erfindung
wird der erweiterte Goldabschnitt 62 von der Basisschicht 40 getragen.
Der integrierte Verbindungsdraht 34 weist einen im Wesentlichen
rechteckigen Querschnitt auf. Obwohl der integrierte Verbindungsdraht 34 flach
dargestellt ist, kann er leicht in die Form gebogen werden, die
seinem Einbau in dem Gehäuse 12 und
seinem Anbringen an der PCB 16 entgegenkommt.
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Alternativ
kann die geladene Schicht 42 die Goldbeschichtung aufweisen.
In dieser alternativen Ausführungsform
kann die Basisschicht 40 aufhören bevor sie sich in den integrierten
Verbindungsdraht 34 erstreckt und die geladene Schicht 42 kann
sich mit der Goldbeschichtung 60 erstrecken, um als die Hauptstruktur
zu dienen, welche eine Festigkeit für den erweiterten Abschnitt 62 der
Goldbeschichtung 60 bereitstellt.
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Um
die Rückplatte 28 genau
innerhalb des Gehäuses 12 anzuordnen,
weist die Basisschicht 40 mehrere Halteelemente 66 auf,
welche sich radial von dem mittleren Abschnitt der Basisschicht 40 erstrecken.
Die Halteelemente 66 befinden sich im Eingriff mit dem
oberen Wulst 20 in dem Gehäuse 12. Dementsprechend
ist die Rückplatte 28 mit
einer Dreipunktbefestigung innerhalb des Gehäuses 12 versehen.
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Ein
Mikrofon 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung weist weniger Teile auf und ist einfacher zusammenzubauen
als bestehende Mikrofone. Sobald die Rückplatte 28 und der
Abstandshalter 44 an dem oberen Wulst 20 angeordnet
sind, wird die Abdeckbaugruppe 14 innerhalb des Gehäuses 12 eingepasst
und ordnet die Elektretbaugruppe 19 „sandwichartig" an der Stelle an.
Die Abdeckbaugruppe 14 kann dann an dem Gehäuse 12 verschweißt werden. Das
freie Ende 46 (2) des integrierten Verbindungsdrahtes 34 wird
dann elektrisch mit der PCB 16 gekoppelt und die PCB 16 wird
dann an dem unteren Wulst 22 an der Stelle eingepasst.
Der integrierte Verbindungsdraht 34 weist vorzugsweise
eine Länge auf,
welche länger
als eine Länge
des Gehäuses 12 ist,
um dem integrierten Verbindungsdraht 34 zu ermöglichen,
sich durch das Gehäuse 12 zu
erstrecken und an der PCB 16 angebracht zu werden, während die
PCB 16 sich außerhalb
des Gehäuses 12 befindet.
Die PCB 16 wird an dem unteren Wulst durch Anordnen von
Punkten eines Silber klebstoffs an dem unteren Wulst 22 gehalten.
Um eine dichte Abdichtung sicherzustellen und um die PCB 16 an
der Stelle zu halten, wird dann ein Dichtklebstoff, wie z.B. ein Epotek-Klebstoff an der
PCB 16 angewendet.
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6 stellt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dar, in welcher ein Mikrofon 80 eine Elektretbaugruppe 81 aufweist,
welche eine elektrische Verbindungsdruckkopplung mit einer gedruckten
Schaltung 82 bereitstellt. Obwohl die speziellen Materialien
verändert
werden können,
weist die Elektretbaugruppe 81 vorzugsweise eine Rückplatte
auf, welche aus einer Kaptonschicht 84, einer Teflonschicht 86 und
einer dünnen
(nicht gezeigten) Metallisierungsschicht (z.B. Gold) zwischen der
Kaptonschicht 84 und der Teflonschicht 86 besteht,
wie die, die in den vorhergehenden Ausführungsformen offenbart wurde.
Ein gebogener Bereich 88 bewirkt, dass ein integrierter
Verbindungsdraht 90 sich nach unten von dem flachen Hauptbereich
der Rückplatte, welche
gegenüber
der Membran in der Elektretbaugruppe 81 angeordnet ist,
erstreckt. Da die Kaptonschicht 84 und die Teflonschicht 86 in
einer im Wesentlichen flachen Konfiguration laminiert sind, neigt der
gebogene Bereich 88 dazu, zu bewirken, dass der integrierte
Verbindungsdraht 90 nach oben in Richtung der horizontalen
Position elastisch federt. Dementsprechend befindet sich ein Anschlussende 92 des
integrierten Verbindungsdrahts 90 mit einer Kontaktfläche 94 auf
der gedruckten Schaltung 82 in einer Verbindungsdruckkopplung.
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Die
von dem gebogenen Bereich 88 bereitgestellte Federkraft
kann durch Ändern
der Abmessungen der Kaptonschicht 84 und der Teflonschicht 86 verändert werden.
Z.B. kann die Kaptonschicht 84 in dem gebogenen Bereich 88 verdünnt werden,
um weniger Federkraft in dem integrierten Verbindungsdraht 90 bereitzustellen
und somit weniger Kraft zwischen dem Anschlussende 92 des
integrierten Verbindungsdrahts 90 und der Kontaktfläche 94 bereitzustellen.
Da die Kaptonschicht 84 dicker als die Teflonschicht 86 ist,
ist es die Kaptonschicht 84, welche das meiste der Federkraft
bereitstellt.
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Um
einen geeigneten elektrischen Kontakt zwischen dem Anschlussende 92 des
integrierten Anschlussdrahtes 90 und der Kontaktfläche 94 sicherzustellen,
muss zumindest ein Abschnitt der Endfläche des Endanschlusses 92 einen
freigelegten Abschnitt der Metallisierungsschicht aufweisen, um einen
elektrischen Kontakt mit der Kontaktfläche 94 herzustellen.
Wie in 6 gezeigt, wird die freigelegte metallisierte
Schicht erstellt, indem ein unterer Bereich der Teflonschicht 86 derart
entfernt wird, dass das Anschlussende 92 einen metallisierten
Abschnitt 96 der Kaptonschicht 84 aufweist. Die
Teflonschicht 86 kann an einem dazwischenliegenden Punkt
entland der Länge
des integrierten Verbindungsdrahts 90 enden, aber erstreckt
sich vorzugsweise über
den gebogenen Bereich 88 hinaus, um die Metallisierungsschicht
zu schützen.
Ferner kann die Teflonschicht 96 sich entlang eines wesentlichen
Abschnitts der Länge
des integrierten Verbindungsdrahts 90 erstrecken, um vor
einem Kurzschließen
zu schützen.
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7 stellt
das detaillierte Zusammenwirken zwischen dem metallisierten Abschnitt 96 der
Kaptonschicht 84 und der Kontaktfläche 94 auf der PCB 82 dar.
Im Gegensatz zu 6 ist in 7 die Metallisierungsschicht 98 auf
der Kaptonschicht 84 dargestellt. Da die Rückplatte
durch ein Stanzverfahren von der Kaptonseite hergestellt ist, wird
die Metallisierungsschicht 98 über der Endfläche 100 der
Kaptonschicht 84 verschmiert und weist eine abgerundete
Ecke auf. Dies stellt einen größeren Kontaktbereich
für die
Metallisierungsschicht 98 dar, welche dazu beiträgt, einen
geeigneten elektrischen Kontakt an der Kontaktfläche 94 sicherzustellen.
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8 stellt
eine Explosionsansicht des Mikrofons 80 der 6 und 7 dar
und weist Details der zahlreichen Komponenten auf. Das Mirkofon 80 weist
die gleichen Arten von Komponenten wie die vorherige Ausführungsform
auf. Ein Ende des Gehäuses 112 weist
die PCB 82 mit den drei Anschlüssen 117 auf. Die
PCB 82 liegt an einem unteren Wulst 122 in dem
Gehäuse 112 an.
Das andere Ende des Gehäuses 112 nimmt
die Elektretbaugruppe 81 auf. Die Elektretbaugruppe 81 weist
die Rückplatte
mit ihrem integrierten Verbindungsdraht 90, eine Membran 133 und
einen Abstandshalter 144 auf. Die Endabdeckung 114,
welche mehrere Öffnungen 118 zum
Aufnehmen des Schalls aufweist, ordnet die Elektretbaugruppe 81 sandwichartig
an dem oberen Wulst 120 des Gehäuses 112 an.
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In
einem bevorzugten Herstellungsverfahren wird die Elektretbaugruppe 81 an
der Stelle in dem Gehäuse 112 eingesetzt,
wobei der integrierte Verbindungsdraht 90 derart in die
Position nach unten gebogen ist, dass ein Innenwinkel zwischen dem
integrierten Verbindungsdraht 90 und der Rückplatte kleiner
als 90° ist,
wie in 8 gezeigt. Dann wird die gedruckte Schaltung 82 nach
innen bewegt, um an dem unteren Wulst 122 anzuliegen. Während dieses Schritts
wird die gedruckte Schaltung 82 in einer Position platziert,
welche das Anschlussende 92 des integrierten Verbindungsdrahtes 90 zu
der Kontaktfläche 94 ausrichtet.
Die Bewegung der gedruckten Schaltung 82 nach innen drückt das
Anschlussende 92 in eine Verbindungsdruckkopplung mit der
Kontaktfläche 94.
Ferner kann ein Tropfen von leitfähigem Epoxydharz auf die Kontaktfläche 94 auf
der gedruckten Schaltung 82 aufgetragen werden, um eine zuverlässigere
Langzeitverbindung sicherzustellen, die für ei nige Betriebsumgebungen
benötigt
werden kann. Der Abstandshalter 144 und die Abdeckung 114,
welche die angebrachte Membran 133 einschließen, drängen die
Rückplatte
gegen den oberen Wulst 120.
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In
der Anordnung der 6–8 ist die Anzahl
der Schritte, welche bei dem Zusammenbauvorgang notwendig sind,
verringert. Ferner ist die Anzahl der Komponenten, welche für einen
Zusammenbau benötigt
werden, minimiert, da es möglich
ist, kein leitfähiges
Band und keinen leitfähigen
Klebstoff zu verwenden. Somit weist die Erfindung der 6–8 ein
Verfahren eines Zusammenbauens eines Mikrofons auf, welche ein Bereitstellen
einer Elektretbaugruppe, ein Bereitstellen einer gedruckten Schaltung
und ein elektrisches Verbinden der Elektretbaugruppe und der gedruckten
Schaltung über
eine Verbindungsdruckkopplung, die ein Löten oder eine Klebeverbindung
vermeidet, umfasst.
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Diese
Methodik eines Zusammenbauens eines Mirkofons kann ferner als ein
Bereitstellen einer Rückplatte,
die einen integrierten Verbindungsdraht aufweist, ein Anbringen
der Rückplatte
innerhalb eines Mikrofongehäuses
und ein elektrisches Verbinden des integrierten Verbindungsdrahtes
mit einer elektrischen Kontaktfläche über eine
elastische Federkraft in dem integrierten Verbindungsdraht ausgedrückt werden.
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Die
Rückplatte
für die
Ausführungsformen der 1–8 können steif
sein, aber können auch
verhältnismäßig elastisch
sein, um eine Vibrationsunempfindlichkeit bereitzustellen. Wenn
die Rückplatte
steif ist, bewegt sich die Membran relativ zu der Rückplatte,
wenn sie äußeren Vibrationen ausgesetzt
wird. Diese durch Vibrationen hervorgerufene Bewegung der Membran
erzeugt ein Signal, welches einem Schalldruck von näherungs weise 50–70 dB SPL
pro 9,8 m/s2 (pro 1 g) entspricht. Die Vibrationsempfindlichkeit
bezogen auf die akustische Empfindlichkeit ist eine Funktion der
wirksamen Masse der Membran geteilt durch die Membranfläche. Diese
wirksame Masse ist der Anteil der physikalischen Masse, der sich
tatsächlich
aufgrund einer Vibration und/oder einem Schall bewegt. Dieser Anteil hängt nur
von der Membranform ab. Für
eine bestimmte Form wird die Vibrationsempfindlichkeit der Membran
durch die Membrandicke und die Massendichte des Membranmaterials
bestimmt. Somit wird üblicherweise
eine Verringerung der Vibrationsempfindlichkeit durch Auswählen einer
dünneren
Dicke oder einer geringeren Masse der Membran erreicht. Für eine herkömmlich verwendete
1,5 Mikrometer dicke Membran, welche aus Mylar gefertigt ist, wäre die eingabebezogene
Vibrationsempfindlichkeit für eine
kreisförmige
Membran näherungsweise
63 dB SPL.
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Wenn
die steife Rückplatte
durch eine flexible Rückplatte
ersetzt wird, dann wird sich auch die flexible Rückplatte aufgrund äußerer Vibrationen
bewegen. Für
geringe Frequenzen (d.h. unterhalb der Resonanzfrequenz der Rückplatte)
ist diese Bewegung der flexiblen Rückplatte ausgestaltet, um in
Phase mit der Bewegung der Membran zu sein. Durch Wählen der
geeigneten Steifigkeit und Masse der Rückplatte kann die Amplitude
der Rückplattenvibration der
Amplitude der Membranvibration entsprechen und das von der Vibration
bewirkte Ausgangssignal kann kompensiert werden. Da die Rückplatte
viel dicker und schwerer als die Membran gestaltet ist, ist ferner
die akustische Nachgiebigkeit der Rückplatte viel höher als
die akustische Nachgiebigkeit der Membran. Somit ist der Einfluss
der flexiblen Rückplatte
auf die akustische Empfindlichkeit des Mikrofons verhältnismäßig gering.
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Z.B.
weist eine Polyimidrückplatte
mit einer Dicke von näherungsweise
125 Mikrometern und einer wie in 1–8 gezeigten
Form eine Steifheit auf, die typischerweise um ungefähr zwei
Größenordnungen
größer als
die der Membran ist. Die hohe Steifheit verhindert, dass sich die
Rückplatte
aufgrund des Schalls bewegt. Die wirksame Masse der Rückplatte
ist in diesem Beispiel näherungsweise
50 mal höher
als die wirksame Membranmasse und somit wird die Vibrationsempfindlichkeit
um 6 dB verringert. Durch Hinzufügen
von etwas zusätzlicher
Masse zu der Rückplatte
z.B. mittels eines kleinen Gewichts, welches auf ihre Rückseite
geklebt wird, kann das Produkt aus Rückplattenmasse und -nachgiebigkeit
auf die Membranmasse und -nachgiebigkeit angepasst werden und eine
weitere Verringerung der Vibrationsempfindlichkeit erreicht werden.
Das zusätzliche
Gewicht kann auch hinzugefügt
werden, indem die Rückplatte
ausgestaltet wird, zusätzliche Mengen
des Materials, welches für
die Rückplatte verwendet
wird, an einer vorbestimmten Stelle aufzuweisen.
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Somit
zieht die vorliegende Erfindung das Verfahren zum Reduzieren der
Vibrationsempfindlichkeit eines Mikrofons in Betracht. Das Mikrofon weist
eine Elektretbaugruppe, welche eine Membran aufweist, die in Abhängigkeit
von akustischen Eingangssignalen beweglich ist, und eine Rückplatte, welche
gegenüber
der Membran liegt, auf. Das Verfahren weist ein Hinzufügen einer
ausgewählten Menge
eines Materials zu der Rückplatte
auf, um die Rückplatte
bei einer Vibration beweglich zu machen, ohne eine akustische Empfindlichkeit
der Elektretbaugruppe wesentlich zu verändern. Alternativ kann dieses
neuartige Verfahren als ein derartiges Auswählen einer Konfiguration der
Rückplatte
ausgedrückt
werden, dass ein Produkt einer wirksamen Masse und einer Nachgiebigkeit
der Rückplatte
im Wesentlichen einem Produkt einer wirksamen Masse und einer Nachgiebigkeit
der Membran entspricht. Das neuartige Mikrofon, welches diese Verringerung der
Vibrationsempfindlichkeit aufweist, umfasst eine Elektretbaugruppe
mit einer Membran, die in Abhängigkeit
von akustischen Eingangssignalen beweglich ist, und eine Rückplatte,
welche der Membran gegenüberliegt.
Die Rückplatte
weist eine ausgewählte Menge
eines Materials an einer vorbestimmten Stelle auf, um die Rückplatte
bei Betriebsvibrationen, welche von dem Mikrofon erfahren werden,
beweglich zu gestalten.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere
spezielle Ausführungsformen
beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass viele Änderungen
daran durchgeführt
werden können,
ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Z.B.
kann die PCB 16 oder 82 ein kleines Loch in ihr
aufweisen, um zu erreichen, dass das Mikrofon 10 als ein
Richtmikrofon arbeitet. Jede dieser Ausführungsformen und offensichtliche
Abweichungen davon werden als unter den Umfang der beanspruchten
Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, fallend betrachtet.