DE102022129889B3

DE102022129889B3 - Elektro-akustisches Multifunktionsmodul und elektro-akustisches Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE102022129889B3
Application number: DE102022129889.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Gebhart; Dominik Gürtl
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2023-12-21
Anticipated expiration: 2042-11-12
Also published as: CN120188277A; JP2025541650A; WO2024099800A1

Abstract

Es wird ein elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) angegeben, das einen Modulkörper (1) mit einer ersten Außenseite (11), auf der eine elektrische Schnittstelle (13) vorgesehen ist, und einer zweiten Außenseite (12), auf der eine akustische Schnittstelle (14) vorgesehen ist, aufweist, wobei das Multifunktionsmodul (100) als eine im Normalbetrieb untrennbare einzige Einheit ausgebildet ist und so eingerichtet ist, dass es mehrere Funktionalitäten aufweist, die zumindest eine Datenübertragung und eine Energieübertragung und die Verwendung auf einer Senderseite und einer Empfängerseite beinhalten, und eine oder mehrere Funktionalitäten durch eine von einem Benutzer durchführbare externe Verschaltung der elektrischen Schnittstelle (13) wählbar ist.
Weiterhin wird ein elektro-akustisches Kommunikationssystem (1000) angegeben.

Description

Es werden ein elektro-akustisches Multifunktionsmodul und ein elektro-akustisches Kommunikationssystem angegeben.
Um elektronische Komponenten, die sich auf unterschiedlichen Seiten einer Wand befinden, beispielsweise zum Energie- oder Datenaustausch miteinander zu verbinden, ist es bekannt, Kabel zu verwenden, die durch Bohrungen durch die Wand hindurch geführt werden. Alternativ hierzu sind kabellose Verbindungen bekannt. Beispielsweise kann eine auf elektromagnetischer Strahlung basierende Kommunikationstechnologie, also eine sogenannte RF-Verbindung (RF: Radiofrequenz) verwendet werden, die jedoch nur im Fall einer elektrisch nicht-leitenden oder nur schwach leitenden Wand oder auch einer zwar elektrisch leitendenden, aber sehr dünnen Wand genutzt werden kann, um Energie und Daten von einer Seite der Wand auf die andere Seite der Wand zu übertragen. Je nach Dicke der elektrisch leitenden Wand sind hierbei jedoch erhebliche Verluste in Kauf zu nehmen. Beispielsweise sind für die Anwendung einer ID-Kennzeichnung sogenannte RFID-Tags (RFID: „radio-frequency identification“, Radiofrequenzidentifikation) oder andere sogenannten NFC-Tags (NFC: „near-field communication“, Nahfeldkommunikation) bekannt, die beispielsweise auf einer äußeren Metalloberfläche verwendet werden können.
Die Druckschrift WO 2021 / 197 735 A1 beschreibt eine Übertragungsanordnung mit einem primären piezoelektrischen Wandler und einem sekundären piezoelektrischen Wandler, mittels derer durch ein Medium ein akustisches Signal übertragen werden kann. Die Druckschrift DE 10 2019 124 989 A1 beschreibt ebenfalls eine Übertragungsanordnung zur Übertragung elektrischer Energie und/oder Signale, so dass elektrische Energie von außen in einen abgeschlossenen Behälter übertragen werden kann, ohne dass Löcher für Kabeldurchführungen in den Behälter eingebracht werden müssen. Die Übertragungsanordnung weist einen primären piezoelektrischen Wandler und einen sekundären piezoelektrischen Wandler auf, zwischen denen sich eine Wand befindet. Die Druckschrift WO 2022 / 101 215 A1 beschreibt einen sogenannten ID-Tag, bei dem unmittelbar auf einem piezoelektrischen Wandler ein entsprechender Transponder-Chip befestig ist. Zur Ansteuerung solcher piezoelektrischer Wandler müssen speziell angepasste weitere elektrische und elektronische Komponenten zur Verfügung gestellt werden, die zu nur individuell für die jeweilige beabsichtigte Anwendung nutzbaren, komplexen, mehrteiligen und kostenintensiven Verschaltungsanordnungen zusammengeschaltet werden müssen. Die Druckschrift US 2012/0 257 776 A1 beschreibt ein Mobiltelefon mit elektrischen und akustischen Schnittstellen. Die Druckschriften DE 10 2018 203 098 B3 und DE 102 97 480 T5 beschreiben Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Bauteilen. Die Druckschrift US 5 398 229 A beschreibt die Herstellung von Elektrodenstrukturen. Die Druckschriften US 2017/0 363 581 A1 und WO 2014/066 038 A1 beschreiben Ultraschalltransmitter.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein elektro-akustisches Multifunktionsmodul anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein elektro-akustisches Kommunikationssystem anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein elektro-akustisches Multifunktionsmodul einen Modulkörper mit einer ersten Außenseite, auf der eine elektrische Schnittstelle vorgesehen ist, und einer zweiten Außenseite, auf der eine akustische Schnittstelle vorgesehen ist, auf.
Das elektro-akustische Multifunktionsmodul, das im Folgenden auch kurz als Multifunktionsmodul oder einfach als Modul bezeichnet werden kann, bildet eine im Normalbetrieb untrennbare einzige Einheit und kann somit auch als monolithische Vorrichtung bezeichnet werden. Als Modul wird hier und im Folgenden somit eine Vorrichtung bezeichnet, die im Rahmen ihrer üblichen und vorgesehenen Verwendung als einteilige Komponente bereitgestellt und verbaut wird. Unter den Begriff Modul im vorliegenden Sinne fallen daher keine Vorrichtungen, die aus mehreren Komponenten gebildet werden, die von einem Benutzer miteinander zu verbinden sind oder die von einem Benutzer leicht, also beispielsweise durch mit üblichen Werkzeugen durchführbares Lösen von mechanischen Verbindungen und durch Entfernen von Lötverbindungen, voneinander getrennt werden können. Dementsprechend kann das Modul und insbesondere der Modulkörper unter Normalbedingungen nicht zerstörungsfrei in mehrere Teile zerlegt werden und wird daher hier und im Folgenden als einteilig bezeichnet. Insbesondere kann der einteilige Modulkörper so ausgebildet sein, dass es nicht möglich ist, zerstörungsfrei an solche Teile des Moduls im Modulkörper zu gelangen, die im normalen bestimmungsgemäßen Zustand des Moduls nicht von außen zugänglich sind.
Weiterhin ist das Multifunktionsmodul so eingerichtet, dass es mehrere Funktionalitäten aufweist. Die mehreren Funktionalitäten können insbesondere eine Datenübertragung und eine Energieübertragung beinhalten, wobei das Modul auf einer Senderseite und auch auf einer Empfängerseite verwendet werden kann. Insbesondere können eine oder mehrere Funktionalitäten des Moduls durch eine von einem Benutzer durchführbare externe Verschaltung der elektrischen Schnittstelle wählbar sein. Mit anderen Worten ist es einem Benutzer möglich, ein und dasselbe Multifunktionsmodul wahlweise auf einer Sender- oder Empfängerseite einzusetzen und nur aufgrund der vom Benutzer durchführbaren externen Verschaltung eine oder mehrere Funktionalitäten des Multifunktionsmoduls auszuwählen und in Betrieb zu nehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein elektro-akustisches Kommunikationssystem zur Kommunikation durch eine Wand, also insbesondere zur akustischen Daten- und/oder Energieübertragung durch die Wand, zumindest zwei elektro-akustische Multifunktionsmodule auf. Das elektro-akustische Kommunikationssystem kann im Folgenden auch kurz als Kommunikationssystem oder einfach als System bezeichnet werden.
Die vorab und nachfolgend beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das elektro-akustische Multifunktionsmodul und das elektro-akustische Kommunikationssystem mit den zumindest zwei elektro-akustischen Multifunktionsmodulen.
Insbesondere kann das Kommunikationssystem zumindest zwei baugleiche Multifunktionsmodule aufweisen, die jeweils unterschiedliche Funktionalitäten aufweisen, die durch unterschiedliche externe Verschaltungen der jeweiligen elektrischen Schnittstelle wählbar sind. Jedes der baugleichen Multifunktionsmodule bietet insbesondere dieselbe Sammlung unterschiedlicher Funktionalitäten auf, die inhärent vorgesehen und bereitgestellt wird. Die für das einzelne Multifunktionsmodul benötigte Funktionalität, die von der gewünschten Anwendung abhängig ist, wird durch die externe Verschaltung ausgewählt. Somit weist das Kommunikationssystem insbesondere zumindest ein erstes elektro-akustisches Multifunktionsmodul der zumindest zwei elektro-akustischen Multifunktionsmodule auf, das an einer ersten Seite der Wand angebracht ist. Insbesondere wird das zumindest eine erste Multifunktionsmodul mit der akustischen Schnittstelle an der ersten Seite der Wand angebracht. Weiterhin weist das Kommunikationssystem zumindest ein weiteres elektro-akustisches Multifunktionsmodul der zumindest zwei elektro-akustische Multifunktionsmodule auf, das an einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite der Wand angebracht ist. Insbesondere wird das zumindest eine weitere Multifunktionsmodul mit der akustischen Schnittstelle an der zweiten Seite der Wand angebracht, so dass die akustischen Schnittstellen einander zugewandt sind. Das zumindest eine erste Multifunktionsmodul und das zumindest eine weitere Multifunktionsmodul können besonders bevorzugt einander direkt gegenüber liegend an der Wand angebracht sein.
Im Betrieb kann eine akustische Welle, die von der akustischen Schnittstelle des einen Multifunktionsmoduls erzeugt wird, durch die Wand hindurch von der akustischen Schnittstelle des weiteren Multifunktionsmoduls detektiert werden, wobei die akustische Welle durch Wand geleitet wird. Das Kommunikationssystem bildet somit ein auch als ADL („acoustic data link“, akustische Datenverbindung) bezeichenbares System. Hierbei kann eine unidirektionale Kommunikation oder eine bidirektionale Kommunikation möglich sein. Im unidirektionalen Betrieb fungiert eines der Multifunktionsmoduls als Sender, der akustische Wellen aussendet, während das andere der Multifunktionsmodule als Empfänger fungiert, das die akustischen Wellen detektiert. Dadurch kann beispielsweise eine Energieübertragung durch die Wand hindurch möglich sein. Weiterhin können beispielsweise dem empfangenden Multifunktionsmodul Daten übermittelt werden. Im bidirektionalen Betrieb kann die Rolle von sendendem und empfangendem Multifunktionsmodul wechseln. Beispielsweise kann ein zuerst empfangendes Multifunktionsmodul nach der Detektion von entsprechenden akustischen Wellen, die zur Energieübertragung vorgesehen sind und/oder die geeignete Steuersignale darstellen, selbst akustische Wellen als Antwort erzeugen, die vom zuerst sendenden Multifunktionsmodul empfangen werden. Beispielsweise können so Daten durch die Wand hindurch einmalig oder fortlaufend abgefragt werden.
Auf jeder Seite der Wand kann das jeweilige zumindest eine Multifunktionsmodul mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen verschaltet sein, wodurch die jeweilige Funktionalität ausgewählt wird. Über die Multifunktionsmodule kann beispielsweise auch eine Kommunikation zwischen den jeweils angeschlossenen Bauelementen auf den beiden Seiten der Wand ermöglicht werden.
Als „Wand“ wird hier und im Folgenden allgemein ein akustische Wellen leitendes Material bezeichnet. Die Wand kann besonders bevorzugt eine Metallwand sein. Weiterhin sind auch andere Materialien für die Wand möglich, die eine ausreichende Struktur und Festigkeit haben, um akustische Wellen zu leiten. Um eine gute akustische Anbindung der Multifunktionsmodule an die Wand zu erreichen, können diese mit der akustischen Schnittstelle beispielsweise an die Wand geklebt sein, beispielsweise mit einem Epoxidharz-basierten Kleber oder auch einem anderen Kleber, der im ausgehärteten Zustand nicht oder nur wenig elastisch ist. Weiterhin kann beispielsweise auch eine Montage mittels eines Magneten an einer Metallwand erfolgen, wobei der Magnet auf der akustischen Schnittstelle des Multifunktionsmoduls aufgeklebt sein kann.
Weiterhin kann es auch sein, dass an der ersten Seite der Wand eine erste Mehrzahl von elektro-akustischen Multifunktionsmodulen und an der zweiten Seite der Wand eine weitere Mehrzahl von Multifunktionsmodulen angebracht ist. Insbesondere kann für jedes Multifunktionsmodul an der ersten Seite ein weiteres Multifunktionsmodul an der zweiten Seite angebracht sein.
Besonders bevorzugt sind alle Multifunktionsmodule des Kommunikationssystems gleich ausgebildet. Mit anderen Worten werden auf beiden Seiten der Wand baugleiche Multifunktionsmodule verwendet, so dass die Multifunktionsmodule als universelle Komponente auf jeder Seite der Wand verwendet werden können und das Kommunikationssystem somit einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen kann.
Insbesondere können das elektro-akustische Multifunktionsmodul und das elektro-akustische Kommunikationssystem dafür vorgesehen und eingerichtet sein, elektronische Bauelemente wie beispielsweise Sensoren innerhalb oder außerhalb eines von einer Wand umgebenen Raums von der anderen Seite her kabellos zu betreiben und einen Informations- und/oder Energieaustausch zu ermöglichen. Dazu kann auf der einen Seite ein entsprechendes erstes elektronisches Bauelement, beispielsweise ein Sensor, mit dem zumindest einen ersten Multifunktionsmodul verschaltet werden, während auf der anderen Seite mit dem zumindest einen weiteren Multifunktionsmodul ein weiteres elektronisches Bauelement verschaltet wird, das eine geeignete Ansteuerung für das erste elektronische Bauelement bildet. Dass ein elektronisches Bauelement mit einem Multifunktionsmodul verschaltet wird, kann besonders bevorzugt bedeuten, dass das elektronische Bauelement direkt auf dem Multifunktionsmodul montiert ist oder das Multifunktionsmodul direkt auf dem elektronischen Bauelement montiert ist. Insbesondere kann hierfür Löten verwendet werden. Ein Sensor kann beispielsweise ein aktiver Sensor sein, also ein Sensor mit einer integrierten Signalverarbeitung und besonders bevorzugt auch mit einer digitalen Schnittstelle. Solche Bauelemente können ihre Funktion nur bieten, wenn sie zumindest eine geringe elektrische Versorgung erhalten, die durch das verschaltete Multifunktionsmodul bereitgestellt werden kann. Weiterhin kann ein Sensor auf MEMS-Technologie (MEMS: Mikroelektromechanisches System) basieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die akustische Schnittstelle des Multifunktionsmoduls ein piezoelektrisches Bauelement auf. Das piezoelektrische Bauelement ist insbesondere zur Umwandlung eines elektrischen Spannungssignals, beispielsweise einer Trägerfrequenz, in eine akustische Welle, besonders bevorzugt mit derselben Signalform, und umgekehrt vorgesehen und ausgebildet. Das piezoelektrische Bauelement kann somit ein elektrisches Spannungssignal in eine akustische Welle umwandeln, die dann vom piezoelektrischen Bauelement abgegeben wird, und umgekehrt eine von außen auf das piezoelektrische Bauelement einfallende akustische Welle wiederum in eine elektrische Spannung umwandeln. Das piezoelektrische Bauelement ist somit ein elektro-akustischer Wandler.
Das piezoelektrische Bauelement kann bevorzugt ein bleifreies Material aufweisen. Alternativ dazu kann das piezoelektrische Bauelement beispielweise auch PZT (Blei-Zirkonat-Titanat) aufweisen. Das piezoelektrische Bauelement ist besonders bevorzugt in Form einer kreisförmigen oder polygonalen Scheibe ausgebildet, die auf der zweiten Außenseite des Modulkörpers aufgebracht ist. Insbesondere ist eine Höhe des piezoelektrischen Bauelements entlang der Anordnungsrichtung des piezoelektrischen Bauelements auf dem Modulkörper geringer als eine Breite oder ein Durchmesser des piezoelektrischen Bauelements in einer Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung.
Weiterhin kann das piezoelektrische Bauelement beispielsweise auf zumindest zwei Bereichen und bevorzugt auf zwei Seiten, etwa auf zwei einander gegen überliegenden Seiten, Elektrodenschichten aufweisen, die zur elektrischen Anbindung des piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und eingerichtet sind. Besonders bevorzugt kann das piezoelektrische Bauelement als Scheibe mit einer dem Modulkörper zugewandten Unterseite und einer vom Modulkörper weggewandten, der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite ausgebildet sein, wobei auf der Oberseite eine erste Elektrodenschicht und auf der Unterseite eine zweite Elektrodenschicht aufgebracht ist. Die erste Elektrodenschicht kann sich über einen Seitenrand der Scheibe auf die Unterseite erstecken, so dass eine elektrische Kontaktierung des piezoelektrischen Bauelements ausschließlich von der Unterseite her möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Außenseite des Modulkörpers einen ersten Flächeninhalt auf. Das piezoelektrische Bauelement kann auf der zweiten Außenseite einen zweiten Flächeninhalt belegen, der bevorzugt größer oder gleich 50% oder größer oder gleich 60% oder größer oder gleich 70% des ersten Flächeninhalts ist. Dadurch kann der verfügbare Platz auf der zweiten Außenseite effizient für die akustische Schnittstelle genutzt werden. Ist das piezoelektrische Bauelement als kreisförmige Scheibe ausgebildet, kann die Scheibe bevorzugt einen Durchmesser aufweisen, der im Wesentlichen einer Seitenlänge des Modulkörpers oder zumindest 80% oder zumindest 90% der Seitenlänge des Modulkörpers entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Bereich des Teils oder auch der gesamte Teil der zweiten Außenseite, der frei, also nicht bedeckt, vom piezoelektrischen Bauelement ist, mit einer Schutzschicht bedeckt. Das piezoelektrische Bauelement selbst kann zumindest auf einer dem Modulkörper abgewandten Oberseite frei von der Schutzschicht sein. Somit kann die Schutzschicht das piezoelektrische Bauelement seitlich umgeben. Alternativ dazu kann auch über dem piezoelektrischen Bauelement eine Schutzschicht aufgebracht sein. In diesem Fall kann über der gesamten zweiten Außenseite eine Schutzschicht aufgebracht sein. Die Schutzschicht kann beispielsweise ein Schutzlack, beispielsweise basierend auf einem Epoxidharz, sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Modulkörper quaderförmig oder auch als Zylinder mit einer runden Grundfläche oder als Prisma mit einer polygonalen Grundfläche ausgebildet. Insbesondere kann der Modulkörper eine erste Hauptoberfläche, die durch die erste Außenseite gebildet wird, und eine zweite Hauptoberfläche, die durch die zweite Außenseite gebildet wird, aufweisen, die durch Seitenflächen miteinander verbunden sind. Bevorzugt weisen die Hauptoberflächen jeweils einen größeren Flächeninhalt als jede der Seitenflächen auf. Das kann auch bedeuten, dass eine Höhe des Modulkörpers senkrecht zu den Hauptoberflächen kleiner als Seitenlängen der Hauptoberflächen ist. Beispielsweise ist der Modulkörper als Quader ausgebildet mit quadratischen Hauptoberflächen, die Seitenlängen, also eine Länge und eine Breite, aufweisen, die jeweils größer oder gleich 3 mm oder größer oder gleich 4 mm oder größer oder gleich 5 mm und kleiner oder gleich 10 mm oder kleiner oder gleich 7 mm oder kleiner oder gleich 5,5 mm und mit einer Höhe von größer oder gleich 0,5 mm oder größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 3 mm oder kleiner oder gleich 2 mm oder kleiner oder gleich 1,5 mm sind. Besonders bevorzugt kann das Multifunktionsmodul ein Volumen von größer oder gleich 5 mm³ und kleiner oder gleich 300 mm³ aufweisen und somit sehr kompakt sein und eine kleine Bauform aufweisen.
Insbesondere weist der Modulkörper zumindest zwei und bevorzugt genau zwei Leiterplatten, auch als PCB („printed circuit board“) bezeichnet, auf, die übereinander angeordnet und mittels einer Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Insbesondere weist der Modulkörper eine erste Leiterplatte mit der ersten Außenseite, auf der die elektrische Schnittstelle vorgesehen ist, und eine zweite Leiterplatte mit der zweiten Außenseite, auf der die akustische Schnittstelle vorgesehen ist, auf. Zwischen der ersten und zweiten Leiterplatte ist die Zwischenschicht angeordnet, so dass die erste und zweite Leiterplatte mittels der Zwischenschicht verbunden sind und die erste und zweite Leiterplatte und die Zwischenschicht sandwichartig übereinander gestapelt sind. Die von der Zwischenschicht abgewandte Seite der ersten Leiterplatte ist bevorzugt die erste Außenseite des Modulkörpers, die von der Zwischenschicht abgewandte Seite der zweiten Leiterplatte ist bevorzugt die zweite Außenseite des Modulkörpers.
Die Herstellung des Modulkörpers kann in Form eines Verbunds, auch als Nutzen bezeichnet, erfolgen. Hierzu wird ein erster Leiterplattenverbund bereitgestellt, der eine Vielzahl von Bereichen aufweist, die nach einem späteren Vereinzeln jeweils eine erste Leiterplatte des Modulkörpers bilden. Die Bereiche können mit einer Verdrahtungsebene, also insbesondere Leiterbahnen und Montagbereichen, versehen sein sowie mit elektrischen und/oder elektronischen Komponenten bestückt sein. Nach einem, bevorzugt großflächigen, Aufbringen eines Materials für die Zwischenschicht in Form eines Kunststoffmaterials wie etwa eines Harzes, beispielsweise eines Epoxidharzes, kann ein zweiter Leiterplattenverbund auf der Zwischenschicht aufgebracht werden, wobei der zweite Leiterplattenverbund eine Vielzahl von Bereichen aufweist, die nach einem späteren Vereinzeln jeweils eine zweite Leiterplatte des Modulkörpers bilden. Die Bereiche können insbesondere Elektrodenstrukturen, die weiter unten beschreiben sind, aufweisen, die durch Metallisierungen gebildet sein können. Die Zwischenschicht kann eine Verbindungsschicht zum stoffschlüssigen Verbinden der ersten Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte bilden. Durch Vereinzeln, beispielsweise Zersägen, kann der Verbund in eine Vielzahl von Modulkörpern zerteilt werden. Dadurch kann der Modulkörper an den Seitenflächen Spuren des Vereinzelungsprozesses, beispielsweise Spuren von Säge-, Schleif- und/oder Polierprozessen, aufweisen. Die Montage von piezoelektrischen Bauelementen kann vor oder nach dem Vereinzeln durchgeführt werden. Weiterhin können elektrische Vias, die durch den Modulkörper hindurchragen, nach der Montage des zweiten Leiterplattenverbunds auf dem ersten Leiterplattenverbund hergestellt werden.
Weiterhin weist die elektrische Schnittstelle eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussflächen auf, die im Folgenden auch einfach als Anschlussflächen bezeichnet werden können. Die elektrischen Anschlussflächen sind auf der ersten Außenseite angeordnet. Die Anschlussflächen können durch Metallisierungen der ersten Leiterplatte ausgebildet sein. Insbesondere weist die elektrische Schnittstelle zumindest eine erste Anschlussfläche, eine zweite Anschlussfläche und eine dritte Anschlussfläche auf.
Weiterhin sind die erste und zweite Anschlussfläche direkt mit der akustischen Schnittstelle elektrisch verbunden. Mit anderen Worten kann die akustische Schnittstelle durch eine externe Kontaktierung der ersten und zweiten Anschlussfläche von extern direkt angesteuert oder ausgelesen werden. Von jeder der ersten und zweiten Anschlussfläche kann jeweils ein elektrisches Via durch den Modulkörper hindurch zur zweiten Außenseite reichen.
Auf der zweiten Außenseite können eine erste Elektrodenstruktur und ein zweite Elektrodenstruktur vorhanden sein. Die erste Elektrodenstruktur kann mit der ersten Anschlussfläche elektrisch verbunden sein, beispielsweise über ein vorab genanntes elektrisches Via. Die zweite Elektrodenstruktur kann mit der zweiten Anschlussfläche elektrisch verbunden sein, beispielsweise über ein weiteres vorab genanntes elektrisches Via. Über die elektrischen Vias können die erste Anschlussfläche direkt mit der ersten Elektrodenstruktur und die zweite Anschlussfläche direkt mit der zweiten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden sein.
Das piezoelektrische Bauelement kann an der ersten und zweiten Elektrodenstruktur befestigt und elektrisch angeschlossen sein. Insbesondere kann das piezoelektrische Bauelement auf der ersten und zweiten Elektrodenstruktur aufgelötet sein. Weiterhin kann das piezoelektrische Bauelement auf der ersten und zweiten Elektrodenstruktur aufgeklebt sein, beispielsweise mit einem elektrisch leitenden Klebstoff. Insbesondere kann eine erste Elektrodenschicht des piezoelektrischen Bauelements auf der ersten Elektrodenstruktur befestigt sein. Eine zweite Elektrodenschicht des piezoelektrischen Bauelements kann auf der zweiten Elektrodenstruktur befestigt sein. Die erste und zweite Elektrodenstruktur kann jeweils eine Gitterstruktur aufweisen und somit nicht vollflächig auf Bereichen der zweiten Außenseite ausgebildet sein. Dadurch können eine gute Bewegungsfreiheit und gleichzeitig eine zuverlässige Befestigung des piezoelektrischen Bauelements auf der zweiten Außenseite ermöglicht werden.
Weiterhin ist die dritte Anschlussfläche auf der ersten Außenseite mit einer Verdrahtungsebene auf einer der ersten Außenseite gegenüber liegenden Innenseite der ersten Leiterplatte elektrisch verbunden. Mit anderen Worten kann auf der der ersten Außenseite gegenüber liegenden und somit der Zwischenschicht zugewandten Innenseite der ersten Leiterplatte eine Verdrahtungsebene in Form von Leiterbahnen und Kontaktstellen ausgebildet sein. Weiterhin können weitere Anschlussflächen auf der ersten Außenseite mit der Verdrahtungsebene elektrisch verbunden sein. Beispielsweise kann auch die erste Anschlussfläche mit der Verdrahtungsebene elektrisch verbunden sein. Insbesondere können zur Verbindung von Anschlussflächen mit der Verdrahtungsebene elektrische Vias vorgesehen sein, die von der ersten Außenseite zur Innenseite durch die erste Leiterplatte hindurch reichen.
Die Kontaktstellen der Verdrahtungsebene können dafür vorgesehen und eingerichtet sein, dass eine oder mehrere elektrische und/oder elektronische Komponenten auf diesen montiert werden können. Beispielsweise kann auf der Verdrahtungsebene, also insbesondere auf Kontaktstellen der Verdrahtungsebene, ein Halbleiterchip in Form eines Nahfeldkommunikationstransponderchips montiert sein. Insbesondere kann der Halbleiterchip Kontaktstellen aufweisen, die auf den Kontaktbereichen aufgelötet oder elektrisch leitend aufgeklebt sind. Der Halbleiterchip kann dazu vorgesehen und eingerichtet sein, zumindest eine oder mehrere der folgenden Funktionalitäten bereitzustellen: Energie-Harvesting, I²C-Schnittstelle, Speicherverwaltung, Verschlüsselung.
Weiterhin kann beispielsweise die erste Anschlussfläche über einen Induktor mit der dritten Anschlussfläche verbunden sein. Der Induktor kann auf dafür vorgesehenen Kontaktstellen montiert und über Leiterbahnen verdrahtet sein. Weiterhin können weitere Anschlussflächen und/oder Kontaktstellen über weitere elektrische oder elektronische Komponenten wie beispielsweise Widerstände, Induktoren und Kapazitäten, mit einander verbunden sein.
Das hier beschriebene elektro-akustische Multifunktionsmodul kann eine Unterbaugruppe des Kommunikationssystems in Form einer monolithischen Komponente mit einer elektrischen Schnittstelle und einer akustischen Schnittstelle bilden. Die akustische Schnittstelle kann besonders bevorzugt durch das piezoelektrische Bauelement in Form eines piezoelektrischen Wandlers gebildet werden, der an eine Seite einer Wand geeignet akustisch angekoppelt wird, beispielsweise wie oben beschreiben durch Kleben. Die elektrische Schnittstelle kann besonders bevorzugt durch die elektrischen Anschlussflächen gebildet werden, die in Form von sogenannten Pads auf einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial der die erste Außenseite bildenden Leiterplatte, ausgebildet sind. Solche Pads sind durch Löten oder durch eine andere elektrische Verbindungstechnologie einfach zu kontaktieren und können so beispielsweise mit einem Sensor oder einer oder mehreren anderen Elektronik-Komponenten verbunden werden.
Wie oben beschrieben kann ein erstes Multifunktionsmodul an einer beispielsweise inneren Seite einer Wand angebracht und akustisch angekoppelt werden, während ein anderes Multifunktionsmodul entsprechend an der äußeren Seite der Wand, möglichst dem ersten Multifunktionsmodul gegenüberliegend, angebracht und akustisch angekoppelt wird. Mittels der elektrischen Schnittstellen der Multifunktionsmodule, die jeweils von der Wand weggerichtet angeordnet sind, können auf einfache Weise innen und außen konventionelle Elektronik-Komponenten angeschlossen werden. Die Multifunktionsmodule bewirken eine Umsetzung auf akustische Wellen, die die Wand durchdringen können. Die Multifunktionsmodule können neben der Verwendung geeigneter piezoelektrischer Bauelemente insbesondere geeignete Signale und Protokolle verwenden, um eine gute Übertragung durch die Wand zu gewährleisten. Jedes der Multifunktionsmodule kann analog, also mit direktem Kontakt einer angeschlossenen Elektronik-Komponente zum piezoelektrischen Bauelement, oder digital, also mit Kontakt einer angeschlossenen Elektronik-Komponente zum im Modulkörper angeordneten Halbleiterchip, der beispielsweise Signale und Protokolle als elektrische Signale vom piezoelektrischen Bauelement erhalten oder für dieses bereitstellen kann, betrieben werden. Jedes der Multifunktionsmodule kann somit beispielsweise mit einem NFC-Protokoll und entsprechenden Signalen funktionieren und kann als Funktionen beispielsweise eine universelle ID-Nummer und/oder Energie-Harvesting für eine geregelte Versorgungsspannung und einen Test der Stromfähigkeit des Kanals und/oder eine digitale I²C-Schnittstelle mit Master-Funktion und/oder eine Speicherverwaltung mit festem und/oder flüchtigem Speicher und/oder eine Verschlüsselung anbieten.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines elektro-akustischen Multifunktionsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2A bis 2M schematische Darstellungen eines elektro-akustischen Multifunktionsmoduls gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
3 eine schematische Darstellung eines elektro-akustischen Kommunikationssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung eines elektro-akustischen Kommunikationssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung eines elektro-akustischen Kommunikationssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
6 eine schematische Darstellung eines elektro-akustischen Kommunikationssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In 1 ist ein elektro-akustisches Multifunktionsmodul 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Multifunktionsmodul 100 weist einen einteiligen Modulkörper 1 mit einer ersten Außenseite 11 und einer zweiten Außenseite 12 auf. Auf der ersten Außenseite 11 ist eine elektrische Schnittstelle 13 vorgesehen. Auf der zweiten Außenseite 12 ist eine akustische Schnittstelle 14 vorgesehen, die ein piezoelektrisches Bauelement 30 aufweist. Das Multifunktionsmodul 100 ist so ausgebildet, dass es beispielsweise aufgrund eines elektrischen Eingangssignals an der elektrischen Schnittstelle 13 ein akustisches Ausgangssignal an der akustischen Schnittstelle 14 bereitstellen kann. Einfach gesprochen kann das Multifunktionsmodul 100 ein elektrisches Signal direkt oder indirekt in ein akustisches Signal wandeln. Weiterhin ist das Multifunktionsmodul 100 so ausgebildet, dass es aufgrund eines akustischen Eingangssignals an der akustischen Schnittstelle 14 in ein elektrisches Signal in einem internen Schaltkreis und/oder an der elektrischen Schnittstelle 13 bereitstellen kann. Einfach gesprochen kann das Multifunktionsmodul 100 ein akustisches Signal direkt oder indirekt in ein elektrisches Signal wandeln. Das Multifunktionsmodul 100 ist insbesondere so ausgebildet, dass es mehrere Funktionalitäten aufweist. Die mehreren Funktionalitäten können insbesondere eine Datenübertragung und eine Energieübertragung beinhalten, wobei das Multifunktionsmodul 100 sowohl auf einer Senderseite als auch auf einer Empfängerseite eines Kommunikationssystems verwendet werden kann. Insbesondere können eine oder mehrere Funktionalitäten des Multifunktionsmoduls 100 durch eine von einem Benutzer durchführbare externe Verschaltung der elektrischen Schnittstelle 13 wählbar sein. Weitere Merkmale und Ausführungsbeispiele des Multifunktionsmoduls 100 sind in Verbindung mit den 2A bis 2M erläutert.
Zumindest zwei Multifunktionsmodule 100, also insbesondere zwei gleiche Multifunktionsmodule 100, können Teil eines elektro-akustischen Kommunikationssystems 1000 sein, wie in Verbindung mit den 3 bis 6 näher erläutert ist.
In Verbindung mit den 2A bis 2M sind weitere Ausführungsbeispiele für das Multifunktionsmodul 100 gezeigt. In den 2A und 2B sind hierzu dreidimensionale Ansichten des Multifunktionsmoduls 100 mit Blick auf die akustische Schnittstelle 14 und mit Blick auf die elektrische Schnittstelle 13 gezeigt. In den 2C und 2D sind schematische Schnittdarstellen von verschiedenen Varianten des Multifunktionsmoduls 100 gezeigt. In den 2E bis 2M sind weitere Draufsichten, Schnittdarstellungen und Schemazeichnungen von Teilen des Multifunktionsmoduls 100 zur Erläuterung verschiedener Aspekte und Merkmale gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf alle 2A bis 2M.
Das Multifunktionsmodul 100 weist, wie in den 2A und 2B erkennbar ist, einen kompakten Modulkörper 1 auf, der bevorzugt quaderförmig ist. Alternativ hierzu sind jedoch auch andere Formen möglich, beispielsweise eine Zylinderform mit einer runden Grundfläche oder eine Prismenform mit einer polygonalen Grundfläche, beispielsweise einer sechseckigen Grundfläche. Regelmäßige mehreckige Grundflächen wie ein Rechteck, Quadrat oder Sechseck können vorteilhaft sein, wenn beispielsweise mehrere Multifunktionsmodule 100 raumsparend nah nebeneinander angeordnet werden sollen.
Der Modulkörper 1 weist eine erste Hauptoberfläche auf, die durch die erste Außenseite 11 mit der elektrischen Schnittstelle 13 gebildet wird. Weiterhin weist der Modulkörper 1 eine zweite Hauptoberfläche auf, die durch die zweite Außenseite 12 mit der akustischen Schnittstelle 14 gebildet wird. Die beiden Hauptoberflächen sind durch Seitenflächen miteinander verbunden. Bevorzugt weisen die Hauptoberflächen wie gezeigt jeweils einen größeren Flächeninhalt als jede der Seitenflächen auf, so dass eine Höhe des Modulkörpers 1 senkrecht zu den Hauptoberflächen kleiner als die Seitenlängen der Hauptoberflächen ist. Beispielsweise ist der Modulkörper 1 als Quader mit quadratischen Hauptoberflächen mit Seitenlängen, also einer Länge und einer Breite, von größer oder gleich 3 mm oder größer oder gleich 4 mm oder größer oder gleich 5 mm und kleiner oder gleich 10 mm oder kleiner oder gleich 7 mm oder kleiner oder gleich 5,5 mm und mit einer Höhe von größer oder gleich 0,5 mm oder größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 3 mm oder kleiner oder gleich 2 mm oder kleiner oder gleich 1,5 mm ausgebildet. Besonders bevorzugt kann das Multifunktionsmodul 100 ein Volumen von größer oder gleich 5 mm³ und kleiner oder gleich 300 mm³ aufweisen und somit sehr kompakt sein und eine kleine Bauform aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Multifunktionsmodul 100 mit dem quaderförmigen Modulkörper 1 Abmessung von 5,1 mm × 5,1 mm × 1,2 mm (Länge × Breite × Höhe) auf.
Der Modulkörper 1 weist zwei Leiterplatten 15, 16 auf, die übereinander angeordnet und mittels einer Zwischenschicht 17 miteinander verbunden sind, wie durch die gestrichelten Linien in den 2A, 2C und 2D angedeutet ist. Somit weist der Modulkörper 1 eine erste Leiterplatte 15 mit der ersten Außenseite 11, auf der die elektrische Schnittstelle 13 vorgesehen ist, und eine zweite Leiterplatte 16 mit der zweiten Außenseite 12, auf der die akustische Schnittstelle 14 vorgesehen ist, auf. Die erste und zweite Leiterplatte 15, 16 sind mittels der Zwischenschicht 17 verbunden, so dass die erste und zweite Leiterplatte 15, 16 und die Zwischenschicht 17 sandwichartig übereinander gestapelt sind. Die Herstellung des Modulkörpers 1 erfolgt, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben, bevorzugt in Form eines Verbunds. Die von der Zwischenschicht 17 abgewandte Seite der ersten Leiterplatte 15 ist die erste Außenseite 11 des Modulkörpers 1 und die von der Zwischenschicht 17 abgewandte Seite der zweiten Leiterplatte 16 ist die zweite Außenseite 12 des Modulkörpers 1. Die Zwischenschicht 17 kann aus einem Kunststoffmaterial wie einem Harz, beispielsweise mit oder aus Epoxid, gebildet sein und auf der ersten Leiterplatte 15 montierte elektrische und elektronische Komponenten vollständig und bevorzugt ohne Hohlräume bedecken, so dass der gesamte Bereich zwischen der ersten und zweiten Leiterplatte 15, 16 gefüllt ist und die Zwischenschicht 17 eine Verbindungsschicht zum stoffschlüssigen Verbinden der ersten Leiterplatte 15 mit der zweiten Leiterplatte 16 bildet.
Auf die zweite Außenseite 12 des Modulkörpers 1 wird, entweder vor oder nach einem Vereinzeln eines Modulkörperverbunds, als akustische Schnittstelle 14 ein piezoelektrisches Bauelement 30 montiert. Das piezoelektrische Bauelement 30 ist ein elektro-akustischer Wandler und weist ein piezoelektrisches Material 33 auf, auf dem Elektrodenschichten 31, 32 zur elektrischen Kontaktierung aufgebracht sind, wie in 2G in einer Schnittdarstellung angedeutet ist. Bevorzugt weist das piezoelektrische Bauelement 30 ein bleifreies Material auf. Alternativ dazu kann das piezoelektrische Bauelement 30 beispielweise auch PZT aufweisen. Das piezoelektrische Bauelement 30 ist besonders bevorzugt in Form einer kreisförmigen Scheibe ausgebildet. Alternativ kann das piezoelektrische Bauelement 30 auch beispielsweise eine polygonale Scheibe sein. Insbesondere ist eine Höhe des piezoelektrischen Bauelements 30 entlang der Anordnungsrichtung des piezoelektrischen Bauelements 30 auf dem Modulkörper 1 geringer als eine Breite oder ein Durchmesser des piezoelektrischen Bauelements 30 in einer Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung.
Wie in den 2E und 2F in einer Draufsicht auf die zweite Außenseite 12 der zweiten Leiterplatte 16 und in einer Schnittdarstellung durch die zweite Leiterplatte entlang der in 2E angedeuteten Schnittebene EE gezeigt ist, weist die zweite Leiterplatte 16 auf der zweiten Außenseite 12 zur Montage und zum elektrischen Anschluss des piezoelektrischen Bauelements 30 eine erste Elektrodenstruktur 61 und ein zweite Elektrodenstruktur 62 auf, die auf Bereichen der zweiten Außenseite 12 ausgebildet sind. In 2E wird durch die gestrichelte Linie noch die Position des piezoelektrischen Bauelements 30 über den Elektrodenstrukturen 61, 62 angedeutet. Die erste und zweite Elektrodenstruktur 61, 62, die besonders bevorzugt durch Metallisierungen der zweiten Leiterplatte 16 gebildet werden, weisen jeweils eine Gitterstruktur auf und sind somit nicht vollflächig auf den vorgesehenen Bereichen der zweiten Außenseite 12 ausgebildet. Dadurch können eine gute Bewegungsfreiheit und zugleich eine zuverlässige Befestigung des piezoelektrischen Bauelements 30 auf der zweiten Leiterplatte 16 erreicht werden. Die erste Elektrodenstruktur 61 ist durch ein elektrisches Via 41 kontaktiert, das durch den Modulkörper 1 von der zweiten Außenseite 12 bis zur ersten Außenseite 11 hindurchreicht. Die zweite Elektrodenstruktur 62 ist durch ein weiteres elektrisches Via 42 kontaktiert, das durch den Modulkörper 1 von der zweiten Außenseite 12 bis zur ersten Außenseite 11 hindurchreicht.
Das piezoelektrische Bauelement 30 wird an der ersten und zweiten Elektrodenstruktur 61, 62 befestigt und elektrisch angeschlossen, wie in 2G angedeutet ist. Insbesondere kann das piezoelektrische Bauelement 30 auf der ersten und zweiten Elektrodenstruktur 61, 62 wie gezeigt unter Verwendung einer geeigneten Verbindungsschicht 70, die durch ein Lot oder einen Klebstoff gebildet sein kann, aufgelötet oder aufgeklebt. Hierzu weist das piezoelektrische Bauelement 30 die erste Elektrodenschicht 31 und die zweite Elektrodenschicht 32 auf, wobei die erste Elektrodenschicht 31 des piezoelektrischen Bauelements 30 auf der ersten Elektrodenstruktur 61 befestigt ist. Die zweite Elektrodenschicht 32 des piezoelektrischen Bauelements 30 ist auf der zweiten Elektrodenstruktur 62 befestigt. Wie in 2G erkennbar ist, weist das als Scheibe ausgebildete piezoelektrische Bauelement 30 eine der zweite Leiterplatte 16 und damit dem Modulkörper zugewandte Unterseite und eine von der zweite Leiterplatte 12 und damit vom Modulkörper weggewandte, der Unterseite gegenüber liegenden Oberseite auf, wobei auf der Oberseite die erste Elektrodenschicht 31 und auf der Unterseite die zweite Elektrodenschicht 32 aufgebracht ist. Die erste Elektrodenschicht 31 erstreckt sich, um die vorab beschriebene Befestigung von der Unterseite her zu ermöglichen, über einen Seitenrand der Scheibe auf die Unterseite.
Besonders bevorzugt erfolgt die Montage des piezoelektrischen Bauelements 30 mittels Reflow-Lötens, mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffs oder auch mittels eines elektrisch nicht-leitenden Klebstoffs. Im Fall eines elektrisch nicht-leitenden Klebstoffs werden die jeweils aufeinander angeordneten Elektrodenstrukturen 61, 62 und Elektrodenschichten 31, 32 durch Schrumpfen beim Aushärten des Klebstoffs derart aneinander gepresst, dass ein elektrisch leitender Kontakt entsteht.
Um eine möglichst effiziente Wirkungsweise bei einer gleichzeitig kompakten Bauform zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn das piezoelektrische Bauelement 30 einen möglichst großen Teil der zweiten Außenseite 12 bedeckt. Die zweite Außenseite 12 des Modulkörpers 1 kann beispielsweise einen ersten Flächeninhalt aufweisen, während das piezoelektrische Bauelement 30 auf der zweiten Außenseite 12 einen zweiten Flächeninhalt belegen kann, der bevorzugt größer oder gleich 50% oder größer oder gleich 60% oder besonders bevorzugt größer oder gleich 70% des ersten Flächeninhalts ist. Ist das piezoelektrische Bauelement 30 wie gezeigt als kreisförmige Scheibe ausgebildet, kann die Scheibe bevorzugt einen Durchmesser aufweisen, der im Wesentlichen einer Seitenlänge des Modulkörpers 1 oder zumindest 80% oder zumindest 90% davon entspricht.
Weiterhin ist der Teil der zweiten Außenseite 12, der frei, also nicht bedeckt, vom piezoelektrischen Bauelement 30 ist, zumindest teilweise oder ganz mit einer Schutzschicht 90 bedeckt, wie in den 2A und 2C erkennbar ist. Das piezoelektrische Bauelement 30 selbst kann dabei auf einer dem Modulkörper 1 abgewandten Oberseite frei von der Schutzschicht 90 sein. Alternativ dazu kann über der gesamten zweiten Außenseite 12 und damit auch über dem piezoelektrischen Bauelement 30 die Schutzschicht 90 aufgebracht sein, wie in 2D angedeutet ist. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Schutzschicht 90 zusätzlich oder alternativ über Teilen der Seitenflächen oder den gesamten Seitenflächen und/oder über Teilen der ersten Außenseite 11 oder der gesamten ersten Außenseite 11 aufgebracht ist (jeweils nicht gezeigt). Die Schutzschicht 90 kann insbesondere elektrisch isolierend sein und beispielsweise einen Schutzlack aufweisen oder ein Schutzlack sein. Der Schutzlack kann beispielsweise ein Epoxidharz aufweisen oder sein.
Auf der ersten Außenseite 11 weist der Modulkörper 1, also insbesondere die erste Leiterplatte 15 des Modulkörpers 1, als elektrische Schnittstelle 13 eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussflächen 21 bis 28 auf, wie insbesondere in den 2B und 2H erkennbar ist. Die elektrischen Anschlussflächen 21 bis 28 sind auf der ersten Außenseite 11 angeordnet und besonders bevorzugt als Metallisierungen der ersten Leiterplatte 15 ausgebildet.
Die elektrische Schnittstelle 13 weist insbesondere eine erste Anschlussfläche 21 und eine zweite Anschlussfläche 22 auf, wobei die erste Anschlussfläche 21 über das vorab beschriebene Via 41 durch den Modulkörper 1 hindurch mit der ersten Elektrodenstruktur 61 auf der zweiten Außenseite 12 direkt elektrisch verbunden ist, während die zweite Anschlussfläche 22 über das vorab beschriebene weitere elektrische Via 42 durch den Modulkörper 1 hindurch mit der zweiten Elektrodenstruktur 62 auf der zweiten Außenseite 12 direkt elektrisch verbunden ist, wie in der in 2I gezeigten Schnittdarstellung durch den Modulkörper 1 entlang der in 2H angedeuteten Schnittebene HH erkennbar ist. Dadurch kann die akustische Schnittstelle 14 durch eine externe Kontaktierung der ersten und zweiten Anschlussfläche 21, 22 von extern direkt angesteuert oder ausgelesen werden, was einem analogen Betrieb des Multifunktionsmoduls 100 entspricht.
Die erste Leiterplatte 15 weist als elektrische Schnittstelle 13 auf der ersten Außenseite 11 zusätzlich zur ersten und zweiten Anschlussfläche 21, 22 weitere Anschlussflächen 23 bis 28 auf. Weiterhin ist auf der der ersten Außenseite 11 gegenüber liegenden und somit der Zwischenschicht 17 zugewandten Innenseite 18 der ersten Leiterplatte 15 eine Verdrahtungsebene 80 in Form von Kontaktstellen 81 und Leiterbahnen 82 ausgebildet, wie in verschiedenen Aufsichten auf die Innenseite 18 in den 2J, 2K und 2L erkennbar ist. In 2L sind weiterhin noch die Positionen der Anschlussflächen 21 bis 28 auf der ersten Außenseite 11 angedeutet. 2M zeigt ein schematisches Schaltbild der Verdrahtungsebene 80 und den Anschlussflächen 21 bis 28.
Die Kontaktstellen 81 der Verdrahtungsebene 80 können dafür vorgesehen und eingerichtet sein, dass eine oder mehrere elektrische und/oder elektronische Komponenten auf diesen montiert werden können. Insbesondere ist auf der Verdrahtungsebene 80, also auf dafür vorgesehenen Kontaktstellen 81 der Verdrahtungsebene, wie in 2K gezeigt ist, ein Halbleiterchip 50 in Form eines Nahfeldkommunikationstransponderchips durch Löten oder Kleben montiert. Der Halbleiterchip 50 ist dazu eingerichtet, zumindest eine oder mehrere der folgenden Funktionalitäten bereitzustellen: Energie-Harvesting, I²C-Schnittstelle, Speicherverwaltung, Verschlüsselung. Beispielsweise kann es sich bei dem Halbleiterchip 50 um einen Chip der „NTAG“-Reihe von NXP Semiconductors handeln. Die Ausführung der Verdrahtungsebene 80 sowie die Bezeichnungen in 2L und insbesondere im Schaltbild in 2M ist rein beispielhaft für einen solchen Halbleiterchip gezeigt und nicht beschränkend zu verstehen.
Zumindest eine der Anschlussflächen 21 bis 28 ist über zumindest ein elektrisches Via 41 bis 48 mit der Verdrahtungsebene 80 elektrisch verbunden. Beispielsweise ist eine dritte Anschlussfläche 23 auf der ersten Außenseite 11 mit der Verdrahtungsebene 80 auf der Innenseite 18 der ersten Leiterplatte 15 elektrisch verbunden. Weiterhin ist auch die erste Anschlussfläche 21 über das vorab beschriebe elektrische Via 41, das sich durch den Modulkörper 1 hindurch erstreckt, mit der Verdrahtungsebene 80 elektrisch verbunden. Darüber hinaus können weitere Anschlussflächen auf der ersten Außenseite über elektrische Vias mit der Verdrahtungsebene elektrisch verbunden sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Anschlussflächen 21, 23, 24, 25, 26 und 28 über jeweils eines der elektrischen Vias 41, 43, 44, 45, 46 und 48 mit der Verdrahtungsebene 80 elektrisch verbunden.
Weiterhin können Anschlussflächen und Kontaktstellen über weitere elektrische oder elektronische Komponenten wie beispielsweise Widerstände, Induktoren und Kapazitäten, die in den 2L und 2M mit R1, R2, L1 und C1 bezeichnet sind, mit einander verbunden. Beispielsweise kann für bestimmte Anwendungen der Einsatz des mit L1 bezeichneten Induktors zwischen der ersten und dritten Anschlussfläche 21, 23 besonders vorteilhaft sein. Beispielhaft können in Verbindung mit dem gezeigten Halbleiterchip 50 der NTAG-Serie von NXP Semiconductors, der insbesondere aus der NTP53x2-Baureihe sein kann, ein Induktor mit einer Induktivität von 220 nH, ein Kondensator mit einer Kapazität von 100 nF und Widerstände mit jeweils einem Widerstandswert von 22 kOhm verwendet werden.
Durch eine externe Verschaltung der zweiten und dritten Anschlussfläche 22, 23 kann die akustische Schnittstelle 14 mit dem Halbleiterchip 50 verbunden werden, so dass ein digitaler Betrieb der akustischen Schnittstelle 14 möglich ist.
Das hier beschriebene Multifunktionsmodul 100 ist kompakt und abgegrenzt und bietet einen klar definierten Funktionsumfang, der im Folgenden in Verbindung mit weiteren Merkmalen und Ausführungsbeispielen beschrieben wird. Insbesondere weist das Multifunktionsmodul 100 aufgrund seines Aufbaus definierte mechanische, elektrische und informationstechnische Eigenschaften auf, die insbesondere für ein elektro-akustisches Kommunikationssystem 1000 genutzt werden können, das in verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten in Verbindung mit den 3 bis 6 beschrieben ist.
Wie in 3 gezeigt, weist das elektro-akustische Kommunikationssystem 1000 zur Kommunikation durch eine Wand 200, also insbesondere zur akustischen Daten- und/oder Energieübertragung durch die Wand 200, zumindest zwei beschriebene elektro-akustische Multifunktionsmodule 100 auf.
Insbesondere weist das Kommunikationssystem 1000 zumindest zwei baugleiche Multifunktionsmodule 100 auf, die wie vorab und im Folgenden beschrieben jeweils eine Sammlung unterschiedlicher Funktionalitäten aufweisen, die durch unterschiedliche externe Verschaltungen der jeweiligen elektrischen Schnittstelle wählbar sind. Somit weist das Kommunikationssystem 1000 insbesondere zumindest ein erstes elektro-akustisches Multifunktionsmodul 100 der zumindest zwei elektro-akustische Multifunktionsmodule 100 auf, das an einer ersten Seite der Wand 200 angebracht ist. Insbesondere wird das zumindest eine erste Multifunktionsmodul 100 mit der akustischen Schnittstelle an der ersten Seite der Wand 200 angebracht. Weiterhin weist das Kommunikationssystem 1000 zumindest ein weiteres elektro-akustisches Multifunktionsmodul 100 der zumindest zwei elektro-akustische Multifunktionsmodule 100 auf, das an einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite der Wand 200 angebracht ist. Insbesondere wird das zumindest eine weitere Multifunktionsmodul 100 mit der akustischen Schnittstelle an der zweiten Seite der Wand 200 angebracht, so dass die akustischen Schnittstellen der beiden Multifunktionsmodule 100 einander zugewandt sind. Das zumindest eine erste Multifunktionsmodul 100 und das zumindest eine weitere Multifunktionsmodul 100 können wie gezeigt besonders bevorzugt einander direkt gegenüber liegend an der Wand 200 angebracht sein.
Im Betrieb kann eine akustische Welle, die von der akustischen Schnittstelle des einen Multifunktionsmoduls 100 erzeugt wird, durch die Wand 200 hindurch von der akustischen Schnittstelle des weiteren Multifunktionsmoduls 100 detektiert werden, wobei die akustische Welle durch die Wand 200 geleitet wird. Hierbei kann ein unidirektionaler Betrieb oder ein bidirektionaler Betrieb möglich sein. Die Wand 200 kann besonders bevorzugt eine Metallwand sein. Weiterhin sind auch andere Materialien für die Wand möglich, die eine ausreichende Struktur und Festigkeit haben, um akustische Wellen zu leiten. Um eine gute akustische Anbindung der Multifunktionsmodule 100 an die Wand 200 zu erreichen, sind diese, wie in 3 erkennbar ist, mit der akustischen Schnittstelle an die Wand 200 geklebt, beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht 300 mit oder aus einem Epoxidharz-basierten Kleber oder auch einem anderen Kleber, der im ausgehärteten Zustand bevorzugt nicht oder nur wenig elastisch ist. Weiterhin kann beispielsweise auch eine Montage jedes der Multifunktionsmodule 100 mittels eines Magneten an einer Metallwand erfolgen, wobei der Magnet auf der akustischen Schnittstelle des jeweiligen Multifunktionsmoduls 100 aufgeklebt ist.
Wie in Verbindung mit den 4 bis 6 anhand einiger konkreter Anwendungsmöglichkeiten gezeigt ist, sind auf jeder Seite der Wand das jeweilige zumindest eine Multifunktionsmodul mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen verschaltet, wodurch die jeweilige Funktionalität ausgewählt wird und eine Kommunikation zwischen den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen auf den beiden Seiten der Wand ermöglicht wird.
Jedes der Multifunktionsmodule 100 wird mit all seinen Komponenten als einteilige Vorrichtung bereitgestellt und liegt als bauliche Einheit vor, die unter Normalbedingungen nicht zerstörungsfrei in mehrere Teile zerlegt werden. Dies gilt insbesondere auch für den Modulkörper. Zum Aufbau der Multifunktionsmodule wird die oben beschriebene auch als „embedded components PCB“ bezeichenbare Technik genutzt, die eine elektronische Schaltung mit dem Nahfeldkommunikationstransponderchip in miniaturisierter Bauform im einteiligen Modulkörper enthält. An der Oberseite oder Vorderseite jedes der Multifunktionsmodule 100, also der Seite, die an die Wand angekoppelt ist und die durch die zweite Außenseite gebildet wird, wird die akustische Schnittstelle wie beschrieben durch das piezoelektrische Bauelement gebildet. An der Unterseite oder Rückseite jedes der Multifunktionsmodule 100, die von der Wand weggewandt ist und die durch die erste Außenseite gebildet wird, befinden sich die Anschlussflächen, die elektrische Anschluss-Pads bilden, die eine elektrische Anbindung weiterer Elemente in Form von externen Komponenten wie beispielsweise einem Sensor, einem Analog-Digital-Konverter und dergleichen ermöglichen. Insbesondere bietet die Multifunktionsmodule 100 eine Vielzahl unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten, die ohne Änderung der jeweiligen internen Architektur der Multifunktionsmodule möglich sind.
Insbesondere weist jedes der Multifunktionsmodule 100 den piezoelektrischen Wandler in Form des piezoelektrischen Bauelements auf, das zur elektro-akustischen Wandlung in einem bestimmten Frequenzbereich gut geeignet ist. Besonders bevorzugt kann es sich hierbei um einen Frequenzbereich von größer oder gleich 9 MHz und kleiner oder gleich 15 MHz handeln, in dem beispielsweise die für Nahfeldkommunikation übliche Frequenz 13,56 MHz liegt. Ein direkter oder indirekter elektrischer Kontakt von außen zum piezoelektrischen Bauelement ist über die elektrische Schnittstelle möglich. Man kann an das Multifunktionsmodul 100 auf einer Seite beispielsweise, wie in 4 auf der linken Seite der Wand angedeutet ist, eine elektronische Komponente 400 wie einen NFC-Reader mit geeignetem Anpass-Netzwerk anschließen. Wenn der Reader beispielsweise den Standard ISO/IEC15693 oder einen anderen entsprechenden Standard unterstützt, ist eine akustische Übertragung von Energie und Daten durch eine Wand 200 wie beispielsweise eine Metallwand möglich.
In 4 wird insbesondere die Funktion eines akustischen ID-Tags ermöglicht. Für dieses inhärente Merkmal bietet jedes der Multifunktionsmodule 100 einen elektrischen Schaltkreis in Form des Halbleiterchips, der ein Transponder ist und der beispielsweise durch einen Integrierten Schaltkreis (IC: „integrated circuit“) der NTAG-Baureihe von NXP Semiconductors gebildet werden kann. Über die elektrische Schnittstelle ist es wie oben beschrieben möglich, einen solchen Schaltkreis am Eingang mit dem piezoelektrischen Bauelement zu verbinden. Wird ein solches, in 4 auf der rechten Seite der Wand gezeigtes Multifunktionsmodul 100 mit geeignetem Protokoll und geeigneten Signalen angesprochen, dann antwortet es im Protokoll und gibt seine universelle ID-Nummer preis. Ohne weitere externe Beschaltung ist somit die eindeutige ID-Nummer des durch den Halbleiterchip gebildeten Transponders über den akustischen Kanal auslesbar, wenn alle nötigen Rahmenbedingungen erfüllt sind, beispielsweise der Halbleiterchip ausreichend Spannungsamplitude für seine Funktion erhält. Beispielsweise kann das Multifunktionsmodul 100 auf der rechten Seite der Wand 200 in 4 neben der Funktion eines akustischen ID-Tags beispielsweise auch die eines nicht-flüchtigen Datenspeichers erfüllen, der durch den links von der Wand 200 angeordneten Teil des Kommunikationssystems 1000 ausgelesen werden kann. In den genannten Fällen können die elektrischen Anschlussflächen und/oder andere Teile des Moduls wie weiter oben erwähnt mit einer isolierenden Schutzschicht 91 überzogen werden, wie in 4 angedeutet ist.
Insbesondere kann es auf der Ansteuerseite, also in 4 auf der linken Seite der Wand, möglich sein, dass nur diejenigen elektrischen Anschlussflächen genutzt werden, die mit dem piezoelektrischen Bauelement verbunden sind, also die erste und zweite Anschlussfläche. In diesem Fall lässt sich beispielsweise eine externe Elektronik, beispielsweise wie beschrieben ein sogenannter Reader, mit dem piezoelektrischen Bauelement als elektrisch-akustischem Wandler verbinden.
Hierfür wären sogar Multifunktionsmodule geeignet, bei denen der Halbleiterchip fehlerhaft produziert wurde, solange nur die Funktion der akustischen Schnittstelle in Ordnung ist, woraus sich eine Erhöhung des Produktions-Yields ergeben kann. Es können auch ein anderer Transponder oder eine andere Schaltung an die elektrische Schnittstelle angeschlossen werden. Weiterhin kann auch ein externes Anpass-Netzwerk angeschlossen werden und bei Bedarf über die erste Anschlussfläche mit dem zweiten Eingang der integrierten Transponder-Schaltung verbunden werden. Dies kann beispielsweise zur Verbesserung des Wirkungsgrades durch ein größeres und gegebenenfalls teureres Anpass-Netzwerk führen.
Die integrierte Transponder-Schaltung in Form der Verdrahtungsebene mit dem Halbleiterchip mit dem piezoelektrischen Bauelement kann wie oben beschrieben beispielsweise durch das Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der dritten Anschlussfläche und dem piezoelektrischen Bauelement ermöglicht werden, was durch elektrisches Verbinden der zweiten und dritten Anschlussflächen erfolgt. Dies ist durch eine externe Beschaltung direkt möglich, indem die zweite und dritte Anschlussfläche miteinander kurzgeschlossen werden, oder auch durch Hinzufügen weiterer Elemente in der Verbindung zwischen der zweiten und dritten Anschlussfläche, die beispielsweise für eine Impedanz-Anpassung geeignet sind. Wird auf derartige Weise der integrierte Halbleiterchip an das piezoelektrische Bauelement angeschlossen, so stehen beispielsweise Funktionen wie Energie-Harvesting und eine digitale Schnittstelle zur Verfügung. In diesem Fall kann es für einige Anwendungen beispielsweise auch vorteilhaft sein, wenn die übrigen Anschlussflächen der elektrischen Schnittstelle des Multifunktionsmoduls auf der Ansteuerseite nicht miteinander verbunden werden, sondern gemäß ihrer Funktion des Transponders verwendet werden.
In 5 ist ein entsprechendes Anwendungsbeispiel angedeutet. Hierbei können in der Art eines „Baukastensystems“ andere Komponenten 401 in Form von Schaltungen und/oder Elektronikbausteinen, beispielsweise MEMS-Bauelementen und/oder Sensoren, mit der elektrischen Schnittstelle und damit mit dem Multifunktionsmodul 100 elektrisch und/oder mechanisch verbunden werden, wie in 5 auf der rechten Seite der Wand angedeutet ist.
Beispielsweise ist über die in 2M mit „GND“ und „VCC“ bezeichneten Anschlussflächen 24 und 28 eine geharvestete elektrische Leistung verfügbar, wenn die Rahmenbedingungen geeignet gewählt werden. An diese Anschlussflächen kann somit ein beliebiger elektrischer Verbraucher angeschlossen werden, dessen Stromverbrauch kleiner ist als der Strom, der über die akustische Signalübertragung durch die Wand und den Halbleiterchip zur Verfügung gestellt werden kann. Dieser Ausgang kann durch Steuerung durch Kommandos des vorab beschriebenen Readers, der wie vorab erwähnt in 5 auf der linken Seite der Wand an das Multifunktionsmodul 100 angeschlossen ist, ein- und ausgeschaltet werden. Beispielsweise können mit dem vorab beschriebenen Halbleiterchip drei unterschiedliche geregelte Spannungen zur Verfügung gestellt werden, nämlich 1,8 V, 2,4 V und 3,0 V, und es kann die Stromtragfähigkeit vor dem Freischalten getestet werden.
Beispielsweise bei höherem Strombedarf der angeschlossenen Elektronikkomponente können auch zwei oder mehrere Multifunktionsmodule 100 parallel geschaltet werden, gegebenenfalls unter Beachtung schaltungstechnischer Maßnahmen. Wie in 6 angedeutet ist, kann das Kommunikationssystem 1000 entsprechend an der ersten Seite der Wand 200 eine erste Mehrzahl von elektro-akustischen Multifunktionsmodulen 100 und an der zweiten Seite der Wand 200 eine weitere Mehrzahl von Multifunktionsmodulen 100 aufweisen, die parallel geschaltet und an einer Elektronikkomponente 401 wie beispielsweise einem Sensor angeschlossen sind. Bevorzugt kann für jedes Multifunktionsmodul 100 an der ersten Seite ein weiteres Multifunktionsmodul 100 an der zweiten Seite angebracht sein. Besonders bevorzugt sind alle Multifunktionsmodule 100 des Kommunikationssystems 1000 gleich ausgebildet. Mit anderen Worten werden auf jeder Seite der Wand 200 baugleiche Multifunktionsmodule 100 verwendet, so dass die Multifunktionsmodule 100 als universelle Komponente auf jeder Seite der Wand verwendet werden können und das Kommunikationssystem 1000 somit einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen kann. Neben der Möglichkeit, mehrere Multifunktionsmodule 100 hinsichtlich Energie-Harvesting parallel zu schalten, um den verfügbaren Strom zu erhöhen, kann durch eine entsprechende Mehrzahl von Multifunktionsmodulen 100 pro Seite der Wand 200 die Übertragungssicherheit erhöht werden.
Eine digitale Schnittstelle nach I²C-Spezifikation mit Master-Funktion steht zusätzlich zu den in 2M mit „GND“ und „VCC“ bezeichneten Anschlussflächen 24 und 28 über die mit „SDA“ und „SCL“ bezeichneten Anschlussflächen 25 und 26 zur Verfügung. Sie kann, beispielsweise beim Kommunikationssystem der 5, über den auf der linken Seite der Wand angeschlossenen Reader im mit diesem verbundenen Multifunktionsmodul 100 oder, über die akustische Signalübertragung durch die Wand 200, im Multifunktionsmodul 100 auf der rechten Seite der Wand 200 konfiguriert werden und dazu dienen, digitale bidirektionale Kommunikation zu einer beliebigen am Multifunktionsmodul 100 auf der rechten Seite der Wand elektrisch angeschlossenen Komponente 401 aufzunehmen. Die hierfür erforderlichen sogenannten „Pull-Up-Widerstände“ sind in Form der in den 2L und 2M mit R1 und R2 gekennzeichneten Widerstände schon im Multifunktionsmodul 100 vorhanden. Eine sogenannte „event detection“-Funktionalität wird durch den Halbleiterchip ebenfalls bereitgestellt, wobei hierfür auch externe Pull-Up-Widerstände angeschlossen werden können.
Das hier beschriebene Multifunktionsmodul kann als zentrales Element in einem Baukastensystem zum Aufbau von Kommunikationssystemen mit akustischer Energie- und/oder Datenübertragung dienen. Unterschiedliche Sensoren können über die allgemein verwendbare elektrische Schnittstelle angeschlossen werden. Diese können auch der kleinen Bauform des Multifunktionsmoduls folgen. Auf diese Weise erhält man eine Palette möglicher Sensor-Funktionen auf Basis eines einzigen Typs von Kommunikationsmodul in Form des hier beschriebenen Multifunktionsmoduls. Dadurch ist es möglich, eine große Stückzahl baugleicher Komponenten zu produzieren, ohne diese bereits bei der Herstellung an die spätere Verwendung anpassen zu müssen.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Modulkörper
11: erste Außenseite
12: zweite Außenseite
13: elektrische Schnittstelle
14: akustische Schnittstelle
15, 16: Leiterplatte
17: Zwischenschicht
18: Innenseite
21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28: Anschlussfläche
30: piezoelektrisches Bauelement
31, 32: Elektrodenschicht
33: piezoelektrisches Material
41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48: Via
50: Halbleiterchip
61, 62: Elektrodenstruktur
70: Verbindungsschicht
80: Verdrahtungsebene
81: Kontaktstelle
82: Leiterbahn
90, 91: Schutzschicht
100: elektro-akustisches Multifunktionsmodul
200: Wand
300: Verbindungsschicht
400, 401: Komponente
1000: elektro-akustisches Kommunikationssystem
C1: Kondensator
L1: Induktor
R1, R2: Widerstand

Claims

Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100), aufweisend einen Modulkörper (1) mit einer ersten Außenseite (11), auf der eine elektrische Schnittstelle (13) vorgesehen ist, und einer zweiten Außenseite (12), auf der eine akustische Schnittstelle (14) vorgesehen ist, wobei - das Multifunktionsmodul (100) als eine im Normalbetrieb untrennbare einzige Einheit ausgebildet ist und so eingerichtet ist, dass es mehrere Funktionalitäten aufweist, die zumindest eine Datenübertragung und eine Energieübertragung und die Verwendung auf einer Senderseite und einer Empfängerseite beinhalten, und eine oder mehrere Funktionalitäten durch eine von einem Benutzer durchführbare externe Verschaltung der elektrischen Schnittstelle (13) wählbar ist, - der Modulkörper (1) eine erste Leiterplatte (15) mit der ersten Außenseite (11) und eine zweite Leiterplatte (16) mit der zweiten Außenseite (12) aufweist, wobei die erste und zweite Leiterplatte (15, 16) über eine dazwischen angeordnete Zwischenschicht (17) miteinander verbunden sind, - die elektrische Schnittstelle (13) eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussflächen (21 bis 28) mit zumindest einer ersten Anschlussfläche (21), einer zweiten Anschlussfläche (22) und einer dritten Anschlussfläche (23) aufweist, - die erste und zweite Anschlussfläche (21, 22) direkt mit der akustischen Schnittstelle (14) elektrisch verbunden sind, - die dritte Anschlussfläche (23) mit einer Verdrahtungsebene (80) auf einer der ersten Außenseite (11) gegenüberliegenden Innenseite (18) der ersten Leiterplatte (15) elektrisch verbunden ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das elektro-akustische Multifunktionsmodul (100) ein Volumen von größer oder gleich 5 mm³ und kleiner oder gleich 300 mm³ aufweist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der Verdrahtungsebene (80) ein Halbleiterchip (50) in Form eines Nahfeldkommunikationstransponderchips montiert und in der Zwischenschicht (17) angeordnet ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Halbleiterchip (50) dazu eingerichtet ist, zumindest eine oder mehrere der folgenden Funktionalitäten bereitzustellen: - Energie-Harvesting - I²C-Schnittstelle - Speicherverwaltung - Verschlüsselung
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Anschlussfläche (21) mit der Verdrahtungsebene (80) elektrisch verbunden ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Anschlussfläche (21) mit der dritten Anschlussfläche (23) über einen Induktor (L1) auf der Verdrahtungsebene verbunden ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei von jeder der ersten und zweiten Anschlussfläche (21, 22) jeweils ein elektrisches Via (41, 42) durch den Modulkörper (1) hindurch zur zweiten Außenseite (12) reicht.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die akustische Schnittstelle (14) ein piezoelektrisches Bauelement (30) aufweist, das auf dem Modulkörper (1) befestigt ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei auf der zweiten Außenseite (12) eine erste Elektrodenstruktur (61) und ein zweite Elektrodenstruktur (62) vorhanden sind und das piezoelektrische Bauelement (30) an der ersten und zweiten Elektrodenstruktur (61, 62) befestigt und elektrisch angeschlossen ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das piezoelektrische Bauelement (30) auf der ersten und zweiten Elektrodenstruktur (61, 62) aufgelötet oder aufgeklebt ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste Elektrodenstruktur (61) mit der ersten Anschlussfläche (21) und die zweite Elektrodenstruktur (62) mit der zweiten Anschlussfläche (42) elektrisch verbunden sind.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Teil der zweiten Außenseite (12), der frei vom piezoelektrischen Bauelement (30) ist, zumindest teilweise mit einer Schutzschicht (90) bedeckt ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei über der gesamten zweiten Außenseite (12) eine Schutzschicht (90) aufgebracht ist.
Elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die zweite Außenseite (12) einen ersten Flächeninhalt aufweist und das piezoelektrische Bauelement (30) auf der zweiten Außenseite (12) einen zweiten Flächeninhalt belegt, der größer oder gleich 50% des ersten Flächeninhalts ist.
Elektro-akustisches Kommunikationssystem (1000) zur akustischen Daten- und/oder Energieübertragung durch eine Wand (200), aufweisend - zumindest zwei elektro-akustische Multifunktionsmodule (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, - wobei zumindest ein erstes elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) der zumindest zwei elektro-akustische Multifunktionsmodule (100) an einer ersten Seite der Wand (200) angebracht ist und - zumindest ein weiteres elektro-akustisches Multifunktionsmodul (100) der zumindest zwei elektro-akustische Multifunktionsmodule (100) an einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite der Wand (200) angebracht ist.
Elektro-akustisches Kommunikationssystem (1000) nach dem vorherigen Anspruch, wobei an der ersten Seite der Wand (200) eine erste Mehrzahl von elektro-akustischen Multifunktionsmodulen (100) und an der zweiten Seite der Wand (200) eine weitere Mehrzahl von elektro-akustischen Multifunktionsmodulen (100) angebracht ist.
Elektro-akustisches Kommunikationssystem (1000) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei alle elektro-akustischen Multifunktionsmodule (100) des Kommunikationssystems (1000) gleich ausgebildet sind.