Mikrofon-Fertigung: Vom Wafer zum fertigen MEMS-Mikrofon

Mikrofone sind allgegenwärtig: Telefon, Hörgerät, PA-Anlage, Studio, Funk, Megafon, Rundfunk. Trotz täglicher Nutzung bleibt ihre komplexe Fertigung oft im Verborgenen. Ein Blick hinter die Kulissen.

1. Wafer-Fertigung (Front-End)

Ein Wafer (Scheibe) ist ein dünner Einkristall (meist Silizium), Substrat für mikromechanische Strukturen. Fertigungsschritte: Dotierung, Ionenimplantation, Sägen, Kantenbearbeitung, Polieren, Lasergravur – viele fotolithografische Zyklen erzeugen die MEMS-Strukturen (Membran, Backplate, ASV).

2. Wafer-Test (Electrical Die Sort)

Vor dem Sägen werden alle Dies auf Funktion geprüft: Wafer Prober kontaktiert jedes Die, Testmuster prüfen Parameter. Verfahren: WFT (Wafer Final Test), EDS (Electronic Die Sort), CP (Circuit Probe). Defekte Dies werden markiert (Inkless Mapping).

3. Gehäuse & Backend (Packaging)

3.1 SMT (Surface Mount Technology)

Bestückung von bleifreien/kurzbeinigen Bauteilen (SMD) auf PCB via Reflow-Lötung. Schritte: Lotpastendruck, Bestücken, Reflow, Nachbestückung, Reinigen.

3.2 Klebetechnik (Adhesive Bonding)

Fügen homogener/heterogener Substrate mit Klebstoffen (z. B. SU-8, BCB – bewährt für MEMS). Aushärtung erzeugt festen Verbund.

3.3 Bonding (Chip-Level)

3.3.1 Die Attach

Chip (Die) auf Substrat (Leadframe, PCB, Keramik) kleben. Raumtemperatur-härtender Epoxidharz-Kleber – hohe Festigkeit auf Metall, Keramik, Glas, Hartkunststoff.

3.3.2 Wire Bonding

Feindrähte (Au, Cu) per Thermosonic Bonding (Hitze, Druck, Ultraschall) auf Substrat/Chip verbinden → elektrische Verbindung. Drei Hauptverfahren: Thermokompression, Ultraschall, Thermosonic (Kombination).

3.3.3 3D-Mikroskopie

Prüfung auf Risse, Dellen, Drahtbogenhöhe, Ball-Qualität – 100 % Kontrolle kritischer Parameter.

3.3.4 Verguss (Molding / Encapsulation)

EMC (Epoxy Molding Compound) schützt die Bond-Drähte vor Umwelt. Ablauf: Leadframe in Formwerkzeug, EMC-Granulat in Zentraleinlass, Schmelze fließt in Kavitäten, Chip-Ummantelung, Aushärtung unter Druck.

3.3.5 Lasermarkierung

Dauerhafte Markierung (Typ, Chargencode, Pin-1) durch Materialabtrag/Farbänderung per Laser.

3.3.6 Post Mold Cure (Nachhärtung)

Tempern nach Raumtemperatur-Aushärtung: Beschleunigt Vernetzung, richtet Polymerketten aus → bessere mechanische/thermische Stabilität.

3.4 Depaneling (Nuten/Trennen)

Mehrfach-PCB-Panels (Multiblocks) werden in Einzelschaltungen getrennt (Fräsen, Lasern, Stanzen) – erhöht Durchsatz in SMT-Linie.

3.5 Endtest (Mikrofon-spezifisch)

Prüfgrößen: Frequenzgang (On-/Off-Axis), Empfindlichkeit, Klirrfaktor, SNR, Hörbare Artefakte, Richtcharakteristik, Polardiagramm, Polarität.

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Quellen: Wafer, Depaneling