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Hintergrund
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Kleine akustische Vorrichtungen, einschließlich akustischer Transducer, kommen in einer Vielzahl von Applikationen, einschließlich Gasflussdetektoren und Strukturfehlerdetektoren für Gebäude, Brücken, Druckrohrleitungen, zum Einsatz. In einigen Applikationen überträgt ein akustischer Transducer nur akustische Signale. In anderen Applikationen empfängt ein akustischer Transducer nur akustische Signale. In noch anderen Applikationen überträgt ein akustischer Transducer akustische Signale und empfängt akustische Signale. Akustische Transducer konvertieren im Allgemeinen empfangene elektrische Signale in akustische Signale, wenn in einem Übertragungsmodus betrieben, und/oder konvertieren empfangene akustische Signale in elektrische Signale, wenn in einem Empfangsmodus betrieben. Insbesondere ist in vielen Vorrichtungen und Applikationen das akustische Signal, welches übertragen und/oder empfangen wird, ein Ultraschallsignal.
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Akustische Transducer werden unter Verwendung einer Vielfalt von verschiedenen Technologien, einschließlich piezoelektrischer Ultraschalltransducer und mikro-elektromechanische System (MEMS)-Transducer, hergestellt. In der Vergangenheit wurden akustische Transducer mit Prozessen hergestellt, bei denen das akustische Transducerelement in ein Metall-, Keramik-, oder Plastikgehäuse platziert wurde und ein Deckel an das Gehäuse (package) gebondet wurde.
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In einer typischen Konfiguration wird ein elektrisches Signal, welches mittels des akustischen Transducers produziert wird, durch einen Leiter oder ein Draht von dem Gehäuse an einen externen Verstärker bereitgestellt, welcher an einer externen Schaltungsplatte, an welcher der gehäuste (packaged) akustische Transducer angeordnet oder verbunden ist, bereitgestellt ist.
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Das elektrische Signal, welches via dem Leiter oder dem Draht von der gehäuste akustischen Transducervorrichtung zu dem externen Verstärker übertragen wird, unterliegt allerdings einem Verlust, einem Rauschen und/oder einer Interferenz aufgrund der Länge der Leiter-Verbindungslänge, wobei all das die Empfangsempfindlichkeit der akustischen Vorrichtung reduzieren kann.
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Was daher benötigt wird, ist eine Anordnung, welche effizienter elektrische Signale zwischen einem akustischen Transducer und einem Verstärker koppeln kann.
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Zusammenfassung
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Eine Vorrichtung weist in einer beispielhaften Ausführungsform auf: einen Leiterrahmen (lead frame) mit einer Apertur in einem zentralen Bereich hiervon; einem Halbleiterchip, welcher auf dem Leiterrahmen montiert ist, und zumindest einen akustischen Transducer enthält, welcher über der Apertur angeordnet ist und konfiguriert ist, um zwischen akustischer Energie und einem elektrischen Signal, insbesondere beispielsweise mit einem geringen Signalverlust, zu konvertieren; ein akustisches Horn, welches integral mit dem Leiterrahmen verbunden ist, wobei sich das Horn von dem Leiterrahmen erstreckt und ein Halsstück (throat), welches neben dem akustischen Transducer positioniert ist, und eine Mundöffnung an einem von dem Halsstück entgegengesetzten Ende des akustischen Horns aufweist; ein Substrat, welches auf einem Basisbereich des akustischen Horns montiert ist; einen Verstärker, welcher auf dem Substrat, insbesondere beispielsweise in großer Nähe zu dem akustischen Transducer, montiert ist und mit dem akustischen Transducer elektrisch verbunden ist; und einen Deckel, welcher zusammen mit dem Basisbereich des Gehäuses konfiguriert ist, eine Kavität zu definieren, wobei der akustische Transducer und der Verstärker innerhalb der Kavität, insbesondere beispielsweise nahe beieinander, positioniert sind.
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Eine Vorrichtung enthält in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform: einen Leiterrahmen mit einer Apertur in einem zentralen Bereich hiervon; zumindest einen akustischen Transducer, welcher auf dem Leiterrahmen über der Apertur montiert ist und konfiguriert ist, um zwischen akustischer Energie und einem elektrischen Signal zu konvertieren; ein Gehäuse, welches mit dem Leiterrahmen verbunden ist, und einen Basisbereich auf einer selben Seite des Leiterrahmens wie der akustische Transducer enthält; einen Verstärker, welcher auf einem Basisbereich des Gehäuses bereitgestellt ist; und einen Deckel, welcher zusammen mit dem Basisbereich des Gehäuses konfiguriert ist, eine Kavität zu definieren, wobei der akustische Transducer und der Verstärker innerhalb der Kavität positioniert sind.
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Eine Vorrichtung weist in noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform auf: einen Leiterrahmen; ein Gehäuse mit einem Basisbereich, welcher zusammen mit dem Leiterrahmen integriert ist, und einem hervorragenden Bereich, welcher sich von dem Leiterrahmen erstreckt; einen Deckel, welcher zusammen mit dem Basisbereich des Gehäuses konfiguriert ist, eine Kavität zu definieren; und einen akustischen Transducer und einen Verstärker, welche miteinander elektrisch verbunden sind und beide innerhalb der Kavität angeordnet sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beispielhaften Ausführungsformen werden am besten durch die folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den zugehörigen Zeichnungsfiguren gelesen wird. Es wird hervorgehoben, dass die verschiedenen Merkmale nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr mögen die Dimensionen, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, zur klareren Diskussion willkürlich vergrößert oder verkleinert sein. Wo immer anwendbar und praktikabel, beziehen sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterchips (semiconductor die) enthaltend eine akustische Vorrichtung.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterchips enthaltend eine Vielzahl von akustischen Vorrichtungen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Halbleiterchips enthaltend eine Vielzahl von akustischen Vorrichtungen.
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4 zeigt eine geschnittene Draufsicht einer Ausführungsform einer gehäusten akustischen Vorrichtung.
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5 zeigt eine Seitenansicht eines Bereichs einer Ausführungsform einer gehäusten akustischen Vorrichtung.
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6 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer gehäusten akustischen Vorrichtung.
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7A–F illustrieren verschiedene Stufen einer Ausführungsform eines Herstellprozesses einer gehäusten akustischen Vorrichtung.
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8 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer gehäusten akustischen Vorrichtung.
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9 zeigt eine Unteransicht einer Ausführungsform einer gehäusten akustischen Vorrichtung.
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Detaillierte Beschreibung
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In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung und nicht zur Einschränkung beispielhafte Ausführungsformen, welche spezifische Details offenbaren, dargelegt, um ein vollständiges Verständnis einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Dennoch wird es für einen Fachmann, welcher den Vorteil der vorliegenden Offenbarung hatte, offensichtlich sein, dass andere Ausführungsformen gemäß den vorliegenden Lehren, welche von den spezifischen Details, welche hierin offenbart werden, abweichen, innerhalb des Schutzbereichs der anhängenden Ansprüche bleiben. Darüber hinaus mögen Beschreibungen von gut bekannten Apparaten und Verfahren ausgelassen werden, um die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen nicht unklar zu machen. Solche Verfahren und Apparate sind klar innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Lehren.
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Sofern nicht andererseits angemerkt umfasst, wenn eine erste Vorrichtung als verbunden mit einer zweiten Vorrichtung gelten soll, dies Fälle, bei denen eine oder mehrere Zwischenvorrichtungen eingesetzt werden mögen, um die zwei Vorrichtungen miteinander zu verbinden. Wenn jedoch eine erste Vorrichtung als mit einer zweiten Vorrichtung direkt verbunden beschrieben wird, umfasst dies nur Fälle, in denen die Vorrichtungen ohne irgendwelche zwischenliegenden oder intervenierenden Vorrichtungen miteinander verbunden sind. In ähnlicher Weise umfasst, wenn ein Signal als mit einer Vorrichtung gekoppelt beschrieben wird, dies Fälle, wo eine oder mehrere Zwischenvorrichtungen eingesetzt werden mögen, um das Signal an die Vorrichtung zu koppeln. Wenn jedoch ein Signal als direkt mit einer Vorrichtung gekoppelt beschrieben wird, umfasst dies nur Fälle, in denen das Signal direkt an die Vorrichtung gekoppelt ist, ohne irgendwelche zwischenliegenden oder intervenierenden Vorrichtungen. Wie hierin verwendet, bedeutet „ungefähr” innerhalb 10%, und „im Wesentlichen” bedeutet zumindest 75%. Wie hierin verwendet, wenn eine erste Struktur, Material oder Schicht beschrieben wird, eine zweite Struktur, Material oder Schicht abzudecken, schließt dies Fälle, bei denen die erste Struktur, Material oder Schicht im Wesentlichen oder komplett die zweite Struktur, Material oder Schicht einhaust oder umgibt ein.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterchips 100, welcher eine akustische Vorrichtung 110 enthält. Der Halbleiterchip enthält auch erste Elektrodenpads 130, welche mit einer ersten Elektrode der akustischen Vorrichtung 110 verbunden sind, und zweite Elektrodenpads 135, welche mit einer zweiten Elektrode der akustischen Vorrichtung 110 verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die akustische Vorrichtung 110 ein mikro-elektromechanisches System-(MEMS) Akustiktransducer mit einer Diaphragma- oder Membranstruktur. Ein Durchgangsloch 112 ist unter dem Diaphragma der akustischen Vorrichtung 110 bereitgestellt.
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Nur zum Zwecke der Illustration hat in einer Ausführungsform der Halbleiterchip 100 Dimensionen von ungefähr 2 mm auf jeder Seite, das Diaphragma der akustischen Vorrichtung 110 hat einen Durchmesser von 540–743 μm und das Durchgangsloch 112 hat einen Durchmesser von 410–613 μm.
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Während des Betriebs mag die akustische Vorrichtung 110 in einigen Ausführungsformen als ein übertragender akustischer Transducer operieren, um ein elektrisches Signal zu empfangen und um daraus ein entsprechendes akustisches Signal oder eine Welle, welche(s) übertragen wird, zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen mag die akustische Vorrichtung 110 als empfangender akustischer Transducer operieren, um ein akustisches Signal oder eine Welle zu empfangen und um daraus ein entsprechendes elektrisches Signal, welches empfangen wird, zu produzieren. In noch einer anderen Ausführungsform mag die akustische Vorrichtung als übertragender akustischer Transducer und als empfangender akustischer Transducer operieren.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterchips 200 enthaltend eine Vielzahl an akustischen Vorrichtungen 210. Der Halbleiterchip enthält auch erste Elektrodenpads 230, welche mit ersten Elektroden der akustischen Vorrichtungen 210 verbunden sind, und zweite Elektrodenpads 235, welche mit zweiten Elektroden der akustischen Vorrichtungen 210 verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die akustischen Vorrichtungen 210 MEMS Akustiktransducer, wobei jeder eine Diaphragma oder Membranstruktur hat. Durchgangslöcher 220 werden unter den Diaphragmen der akustischen Vorrichtungen 210 bereitgestellt.
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Nur zur Illustrationszwecken hat ein Halbleiterchip 200 in einer Ausführungsform Dimensionen von ungefähr 2 mm auf jeder Seite, jeder der Diaphragmen der akustischen Vorrichtungen 210 hat einen Durchmesser von 525–779 μm und das Durchgangsloch 112 hat einen Durchmesser von 395–649 μm.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Halbleiterchips 300, welcher eine Vielzahl von akustischen Vorrichtungen 310 enthält. Der Halbleiterchip enthält auch erste Elektrodenpads 330, welche mit ersten Elektroden von akustischen Vorrichtungen 310 verbunden sind, und zweite Elektrodenpads 335, welche mit zweiten Elektroden von akustischen Vorrichtungen 310 verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die akustischen Vorrichtungen 310 MEMS Akustiktransducer, wobei jeder eine Diaphragma- oder Membranstruktur hat. Durchgangslöcher 312 sind unter den Diaphragmen der akustischen Vorrichtungen 310 bereitgestellt.
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Nur zu Illustrationszwecken hat in einer Ausführungsform der Halbleiterchip 300 Dimensionen von ungefähr 2 mm auf jeder Seite, jeder der Diaphragmen der akustischen Vorrichtungen 310 hat einen Durchmesser von 525–779 μm und das Durchgangsloch 112 hat einen Durchmesser von 395–649 μm.
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4 zeigt eine geschnittene Draufsicht und 5 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Bereichs einer Ausführungsform einer gehäusten akustischen Vorrichtung 400. Die gehäuste akustische Vorrichtung 400 enthält ein Gehäuse 410, auf welchem ein Substrat 420 montiert ist, und eine Vielzahl von Anschluss-Leitern (terminal leads) 430.
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Wie in 5 gezeigt, sind die Anschluss-Leiter 430 integral mit einem Leiterrahmen 510 verbunden, auf welchem Halbleiterchip 200 montiert ist, der ein oder mehrere (z. B. drei) akustische Transducer hat. Natürlich könnten in anderen Ausführungsformen andere Halbleiterchips, zum Beispiel Halbleiterchips 100 oder 300, mit einer unterschiedlichen Anzahl und/oder Konfigurationen von akustischen Transducern anstatt dem Halbleiterchip 200 eingesetzt werden. Wie in 5 gezeigt, enthält der Leiterrahmen 510 eine hindurchgehende Apertur 520, welche in einer zentralen Region des Leiterrahmens 510 lokalisiert ist. Der Halbleiterchip 200 ist über der Apertur 520 angeordnet, um die Kommunikation von akustischen Wellen oder Signalen zwischen dem (den) akustischen Transducer(n) des Halbleiterchips 200 und der Umgebung der gehäusten akustischen Vorrichtung 400 zu erleichtern. In einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip 200 an den Leiterrahmen 510 mittels eines Haftmittels 530, wie einem Epoxid, befestigt.
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Der Leiterrahmen 510 ist aus einem elektrisch leitendem Material gebildet, wie z. B. verschiedene Metalle und Metalllegierungen, einschließlich zum Beispiel Kupfer, Nickel, Aluminium, Messing, Kupfer/Zink-Legierungen und ähnliches oder eine Kombination hiervon. Das Material mag geätzt sein, um separate Leiter und Anschluss-Leiter 430, wie auch andere Merkmale wie die Apertur 520 und Pads 435, zu bilden. Der Leiterrahmen 510 mag zum Beispiel auch zum Drahtbonden plattiert sein, um unter Verwendung eines optimierten Plattierungsmaterials, wie Nickel und/oder Gold, eine Gold- oder Aluminium Drahtbonden-Befestigung zu erlauben.
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Gehäuse 410 enthält ferner einen Basisbereich 415, auf welchem das Substrat 420 montiert ist. Der Basisbereich 415 des Gehäuses 410 hat eine Apertur 417 dort hindurch in dem Gebiet, wo der Halbleiterchip 200 auf dem Leiterrahmen 510 montiert ist.
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Gehäuse 410 ist aus einem nicht-leitenden Material gebildet, wie zum Beispiel verschiedene Kunststoffe oder Polymere, einschließlich beispielsweise Flüssigkristallpolymer (LCP), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyphthalamid (PPA) und Ähnliches enthalten.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält das Gehäuse 410 ein akustisches Horn (nicht gezeigt in 4 und 5) an einer dem Halbleiterchip 200 entgegengesetzten Seite des Leiterrahmens 510 zum Koppeln akustischer Wellen zwischen der Umgebungsluftatmosphäre und dem/den akustischen Transducer(n) des Halbleiterchips 200. Weitere Beschreibung eines solchen akustischen Horns wird unten Bezug nehmend auf 6 bereitgestellt.
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Substrat 420 ist auf Basisbereich 415 des Gehäuses 410 montiert, zum Beispiel mittels eines Haftmittels 540, wie einem Epoxid. In der illustrierten Ausführungsform ist das Substrat 420 eine gedruckte Leiterplatte. Vorteilhafterweise mag das Substrat 420 ein Keramik- oder Aluminiumoxidkeramiksubstrat mit elektrisch leitenden Pads und Linien sein, welche darauf gebildet sind, zum Beispiel mittels eines Dickfilmdruckmetallisationsprozesses.
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Substrat 420 hat auf sich montiert einen Verstärker, welcher ein Operationsverstärker sein mag. In der illustrierten Ausführungsform enthält der Verstärker eine integrierte Schaltkreisvorrichtung 422 mit aktiven Elementen und eine oder mehrere externe Komponenten 424 (z. B. Widerstand(ständen), Kondensator(en), usw.) zum Einstellen von zumindest einem Operationsparameter (z. B. Verstärkung, Bandbreite, usw.) des Verstärkers und/oder zum Filtern einer oder mehrerer Versorgungsspannungen, welche dem Verstärker bereitgestellt wird/werden. In einem illustrierten Beispiel ist die integrierte Schaltkreisvorrichtung 424 ein gehäuster Halbleiterchip mit Leitern, welche mit Metalllinien auf dem Substrat 420 verbunden sind. Wie auch immer, in anderen Ausführungsformen mag die integrierte Schaltkreisvorrichtung 420 einen ungehäusten Halbleiterchip aufweisen. In einigen Ausführungsformen mag der/die Parameter-Einstellwiderstand(stände)/Kondensator(en) innerhalb des Halbleiterchips inkorporiert sein.
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Bonddrähte 440 verbinden elektrisch und operativ den Verstärker mit dem/den akustischen Transducer(n) des Halbleiterchips 200 direkt und/oder über Zwischenverbindungen mit Pads 435 des Leiterrahmens 510. Ebenso verbinden die Bonddrähte 440 den Verstärker mit einer oder mehrerer Versorgungsspannungen, einschließlich Erde, welche über Anschluss-Leiters 440 bereitgestellt werden. Solche Verbindungen mögen via einem oder mehrerer Pads 435 hergestellt werden.
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Wie in 5 gezeigt enthält die gehäuste akustische Vorrichtung 400 ferner einen Deckel oder eine Kappe 550. Der Deckel 550 ist an dem kombinierten Leiterrahmen 510 und Gehäuse 410 befestigt. Der Deckel 550 mag zum Beispiel vorher unter Verwendung eines Formgebungsprozesses (moulding process) gebildet werden. Wie in 5 gezeigt, passt der Deckel 550 über den Leiterrahmen 510 und das Gehäuse 410 und definiert zusammen mit dem Basisbereich 415 des Gehäuses 410 eine Kavität 560. Der Halbleiterchip 200, welcher seinen/seine akustischen Transducer enthält, und der Verstärker, welcher integrierte Schaltkreisvorrichtung 422 enthält, sind beide innerhalb der Kavität 560 angeordnet. Anschluss-Leiter 430 erstrecken sich von der Umhüllung, welche mittels des Leiterrahmens 510, des Deckels 550 und des Basisbereichs 415 des Gehäuses 410 gebildet ist, um einen elektrischen Kontakt zwischen externen Schaltungen und dem Verstärker und/oder akustischen Transducer(n) der gehäusten akustischen Vorrichtung 400 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform ist der Deckel 550 an dem Basisbereich 415 des Gehäuses 410 mechanisch befestigt, zum Beispiel mittels Einpressens (press fitting). Alternativ oder zusätzlich mag der Deckel 550 an dem Basisbereich 415 des Gehäuses 410 zum Beispiel unter Verwendung eines Epoxid-Haftmittels befestigt sein, um ein hermetisch abgedichtetes Umfeld zu erzeugen. Natürlich mögen andere Befestigungsmittel, wie Löten, Klemmen und Ähnliches, inkorporiert werden, ohne den Bereich der vorliegenden Lehren zu verlassen.
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6 zeigt eine seitliche Schnittansicht der gehäusten akustischen Vorrichtung 400. Wie in 6 gesehen werden kann, enthält das Gehäuse 410 ein akustisches Horn 610, welches an einer der Halbleitervorrichtung 220 und Kavität 560 gegenüberliegenden Seite des Leiterrahmens 510 angeordnet ist.
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Allgemein mögen Hörner zum Verstärken der akustischen Signale verwendet werden, um diese lauter zu machen, wie zum Beispiel bei der Inkorporierung von Hörnern in verschiedenen Musikinstrumenten und frühen Hörhilfen indiziert. Hörner mögen auch verwendet werden, um Strahlungsmuster von akustischen Emittern zu manipulieren, im Allgemeinen als Strahlformung oder Strahlformgebung bezeichnet, um somit eine Dispersion der akustischen Signale zu beeinflussen. Zusätzlich mögen die Hörner eine Impedanzanpassung bereitstellen, um einen akustischen Transducer kompatibler mit dem Medium, durch welches die akustischen Signale laufen, zu machen.
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In der anschaulich dargestellten Ausführungsform ist das Horn 610 integral mit dem Gehäuse 410, welches den Basisbereich 415, welcher an eine erste Seite (z. B. Unterseite) des Leiterrahmens 510 anstößt, und einen hervorragenden Bereich enthält, welcher sich von dem Basisbereich 415 entlang einer Mittelachse in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu dem Leiterrahmen 510 erstreckt. In einer repräsentativen Ausführungsform ist das Gehäuse 410, welches das akustische Horn 610 enthält, aus Kunststoff geformt, welcher an den Leiterrahmen 510 transfergepresst ist, wie unten diskutiert.
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In der anschaulich dargestellten Ausführungsform hat das akustische Horn 610 eine allgemein hyperbolische oder exponentielle Querschnittsform, so dass eine innere Dimension des akustischen Horns 610 sich nach außen von einer inneren Öffnung oder einem Halsstück 612 zu einer aufgeweiteten oder aufgebördelten äußeren Apertur oder Mund 614 erstreckt. Zum Beispiel mag das Halsstück 612 kreisförmig mit einem Durchmesser von ungefähr 2 mm sein und der Mund 614 mag ebenfalls kreisförmig mit einem Durchmesser von ungefähr 8 mm sein. Jedoch mögen die Größen und Formen des akustischen Horns 610 und dem zugehörigen Halsstück 612 und Mund 614, sowie die entsprechenden Konfigurationen des Basisbereichs 415 und dem hervorragenden Bereich, variieren, um einmalige Vorteile für beliebige besondere Situation bereitzustellen oder um anwendungsspezifische Designanforderungen von verschiedenen Implementierungen zu treffen, wie es für einen Fachmann offensichtlich sein würde. Zum Beispiel mag die Querschnittsform des hervorragenden Bereichs im Wesentlichen konisch, rohrförmig, rechteckig oder trapezoidförmig sein, ohne den Bereich der vorliegenden Lehren zu verlassen.
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Das akustische Horn 610 mag in der Form geformt sein, wie zum Beispiel in 6 abgebildet, unter Verwendung von Transferpressen (transfer molding) oder anderen Formgebungstechniken, um unterschiedliche Umgebungs- und Betriebskonditionen zu unterstützen.
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Vorteilhafterweise enthält der Halbleiterchip 200 einen akustischen Transducer mit einem angehängtem Bereich oder einer Membran. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Membran durch einen rückgeätzten Bereich des Halbleiterchips 200 hindurch einer Umgebung der gehäusten akustischen Vorrichtung 400 und der Apertur 520 in dem Leiterrahmen 510 ausgesetzt, welche im Wesentlichen mit dem Halsstück 612 des akustischen Horns 610 ausgerichtet sind. Der rückgeätzte Bereich mag in einem Substrat des Halbleiterchips 200, welches verschiedene Materialtypen wie Glas, Saphir, Aluminiumoxid oder Ähnliches, oder irgendein Halbleitermaterial, wie Silizium, Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) oder Ähnliches enthalten mag, mittels maschineller Bearbeitung oder mittels chemischer Ätzung des Substrats unter Verwendung von Fotolithographie, obwohl verschiedene alternative Techniken inkorporiert sein mögen, geformt sein. Aufgrund der Ausbildung auf dem Boden des Leiterrahmens 510 stellt in einer Ausführungsform das akustische Horn 610 einen optimierten niedrigen akustischen Verlust bereit, basierend auf der Montage des Halbleiterchips 200 durch den rückgeätzten Bereich und die Apertur 520.
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Wie oben angegeben mag der akustische Transducer zum Beispiel ein MEMS-Transducer zum Konvertieren elektronischer Signale in akustische Signale (z. B. Ultraschallsignale) und/oder zum Konvertieren akustischer Signale in elektrische Signale sein. In einer Ausführungsform mag der akustische Transducer eine dünnfilmpiezoelektrische Vorrichtung sein und mag eine gestapelte Struktur aus einer unteren Elektrode, einem piezoelektrischen Film und einer oberen Elektrode enthalten. Der piezoelektrische Film kann aus einem Material, wie Aluminiumnitrid, Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) oder einem anderen Film, welcher kompatibel mit Halbleiterprozessen ist, ausgebildet werden. In einer anderen Ausführungsform mag der akustische Transducer ein piezoelektrisches Kristall enthalten. Die unteren und oberen Elektroden mögen aus einem Metall, welches kompatibel mit Halbleiterprozessen ist, wie Molybdän, Wolfram, Aluminium oder eine Kombination daraus, ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform bedeckt ein Schutznetz oder eine Abdeckschirm 616 den Mund 614 des akustischen Horns 610. Vorteilhafterweise mag die Blende 616 ein Muster an Aperturen (nicht gezeigt) zum Kommunizieren von akustischen Signalen zwischen dem/den akustischen Transducer(n) des Halbleiterchips 200 und der Umgebung der gehäusten akustischen Vorrichtung 400 enthalten. Zum Beispiel mögen jede der Aperturen der Blende 616 wesentlich kleiner als die Größe der Apertur 520 in dem Leiterrahmen 510 sein. Schirm 616 mag ein akustisch transparentes festes Material enthalten, um akustischen Signalen ein Verlassen aus und/oder ein Eintreten in die Apertur 520 zu erlauben, aber limitiert Fremdkörper, Schadstoffe und/oder Feuchtigkeit, die in die Apertur eindringen können. In einer Ausführungsform ist der Schirm 616 direkt in dem Mund 612 des hervorragenden Bereichs des akustischen Horns 610 positioniert. Schirm 616 mag nach dem Zusammenbau der gehäusten akustischen Vorrichtung 400, einschließlich der Befestigung des Deckels 515, angebracht werden.
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7A–F illustrieren verschiedene Stufen einer Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen der gehäusten akustischen Vorrichtung 400.
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7A zeigt einen Leiterrahmen 510, welcher elektrische Leiters 430 und die Apertur 520 enthält, welche in einer Zentralregion hiervon bereitgestellt ist. Wie oben diskutiert mag Leiterrahmen 510 zum Beispiel zum Drahtbonden plattiert sein, unter Verwendung eines optimierten Plattierungsmaterials, wie Nickel und/oder Gold, um eine Gold- oder Aluminium-Drahtbond-Befestigung zu erlauben.
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7B zeigt ein nächstes Zwischenprodukt, bei dem das Gehäuse 410 an dem Leiterrahmen 510 befestigt wurde.
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In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Formgebungsoperation auf dem Leiterrahmen 510 durchgeführt. Die Formgebungsoperation enthält das Platzieren des Leiterrahmens 510 in einer vorher gefertigten Transferform, um die Form des Gehäuses 410, einschließlich zum Beispiel des Basisbereichs 415 und des akustischen Horns 610, zu definieren. Ein Polymer, z. B. LCP, PBT, PP oder PPA, wird dann zum Beispiel transfergepresst, um den Leiterrahmen 510 einzukapseln und um gleichzeitig das Gehäuse 410, zum Beispiel einschließlich des akustischen Horns 610, zu bilden. Das Polymer ist typischerweise ein Festkörper bei Raumtemperatur und wird bevor es in die Form transferiert wird geschmolzen. Die Gestalt des akustischen Horns 610 ist durch die Gestalt der bearbeiteten Transferform definiert. Der gekühlte (nach dem Schmelzen) geformte Kunststoff wird die Hornform innerhalb der Transferform annehmen. Dementsprechend ist das Gehäuse 410, einschließlich beispielsweise des akustischen Kunststoffhorn 610, wie in 6 gezeigt, während der Formgebungsoperation integral gebildet, um den umgebenden Leiterrahmen 510 zu umgeben.
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7C zeigt ein nächstes Zwischenprodukt, bei dem der Halbleiterchip 200 einschließlich des/der akustischen Transducer(s) auf dem Leiterrahmen 510 über der Apertur 520 montiert ist, zum Beispiel mittels einer Klebeverbindung.
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7D zeigt ein nächstes Zwischenprodukt, bei dem das Substrat 420, welches den Verstärker (z. B. ein Operationsverstärker) enthält, auf dem Basisbereich 415 des Gehäuses 410 befestigt ist, zum Beispiel mittels einer Klebeverbindung.
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7E zeigt ein nächstes Zwischenprodukt, bei dem eine oder mehrere Bonddrähte 440 angebracht werden, um Verbindungen zwischen dem Verstärker und/oder dem/den akustischen Transducer(n) des Halbleiterchips 220 und/oder den Pads 435 des Leiterrahmens 510 bereitzustellen.
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7F zeigt ein nächstes Zwischenprodukt, wo der Deckel 550 an dem Gehäuse 410 und dem Leiterrahmen 510 angebracht wurde.
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Obwohl nicht spezifisch in 7A–F gezeigt, werden in einem Schritt irgendwo in dem Herstellprozess die Anschluss-Leiters 430 von einer tragenden Leiterrahmenstruktur getrennt.
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8 zeigt eine Seitenansicht einer finalen gehäusten akustischen Vorrichtung 400.
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9 zeigt eine Unteransicht der finalen gehäusten akustischen Vorrichtung 400.
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Während beispielhafte Ausführungsformen hierin offenbart sind, kann der Fachmann abschätzen, dass viele Variationen, welche mit den vorliegenden Lehren übereinstimmen, möglich sind, welche innerhalb des Schutzbereichs der anhängigen Ansprüche verbleiben. Die Ausführungsformen sind daher nicht einschränkend, ausgenommen innerhalb des Schutzbereichs der anhängigen Ansprüche.
