DE102022129889B3

DE102022129889B3 - Electro-acoustic multifunctional module and electro-acoustic communication system

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.

An electro-acoustic multifunctional module (100) is specified which has a module body (1) with a first outside (11) on which an electrical interface (13) is provided and a second outside (12) on which an acoustic interface (14) is provided, wherein the multifunctional module (100) is designed as a single unit that is inseparable during normal operation and is set up so that it has several functionalities, which include at least data transmission and energy transmission and use on a transmitter side and a receiver side include, and one or more functionalities can be selected by an external connection of the electrical interface (13) that can be carried out by a user.
Furthermore, an electro-acoustic communication system (1000) is specified.

Description

Es werden ein elektro-akustisches Multifunktionsmodul und ein elektro-akustisches Kommunikationssystem angegeben.An electro-acoustic multifunctional module and an electro-acoustic communication system are specified.

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.In order to connect electronic components that are located on different sides of a wall, for example for energy or data exchange, it is known to use cables that are passed through holes through the wall. Alternatively, wireless connections are known. For example, a communication technology based on electromagnetic radiation, i.e. a so-called RF connection (RF: radio frequency), can be used, which, however, is only used in the case of an electrically non-conductive or only weakly conductive wall or even an electrically conductive but very thin wall can be used to transfer energy and data from one side of the wall to the other side of the wall. Depending on the thickness of the electrically conductive wall, however, considerable losses must be accepted. For example, so-called RFID tags (RFID: “radio-frequency identification”) or other so-called NFC tags (NFC: “near-field communication”) are known for the use of ID marking, which are, for example, on an external Metal surface can be used.

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.The publication WO 2021 / 197 735 A1 describes a transmission arrangement with a primary piezoelectric transducer and a secondary piezoelectric transducer, by means of which an acoustic signal can be transmitted through a medium. The publication DE 10 2019 124 989 A1 also describes a transmission arrangement for transmitting electrical energy and/or signals, so that electrical energy can be transmitted from the outside into a closed container without having to make holes for cable feedthroughs in the container. The transmission arrangement has a primary piezoelectric transducer and a secondary piezoelectric transducer, between which there is a wall. The publication WO 2022/101 215 A1 describes a so-called ID tag in which a corresponding transponder chip is attached directly to a piezoelectric transducer. To control such piezoelectric transducers, specially adapted additional electrical and electronic components must be made available, which must be interconnected to form complex, multi-part and cost-intensive interconnection arrangements that can only be used individually for the respective intended application. The publication US 2012/0 257 776 A1 describes a mobile phone with electrical and acoustic interfaces. The printed matter DE 10 2018 203 098 B3 and DE 102 97 480 T5 describe methods for producing piezoelectric components. The publication US 5,398,229 A describes the production of electrode structures. The printed matter US 2017/0 363 581 A1 and WO 2014/066 038 A1 describe ultrasonic transmitters.

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.At least one task of certain embodiments is to provide an electro-acoustic multifunctional module. At least another object of certain embodiments is to provide an electro-acoustic communication system.

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.These tasks are solved by subject matter according to the independent patent claims. Advantageous embodiments and further developments of the objects are characterized in the dependent claims and can also be seen from the following description and the drawings.

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.According to at least one embodiment, an electro-acoustic multifunctional module has a module body with a first outside on which an electrical interface is provided and a second outside on which an acoustic interface is provided.

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.The electro-acoustic multifunctional module, which can also be referred to below as a multifunctional module or simply as a module, forms a single unit that is inseparable during normal operation and can therefore also be referred to as a monolithic device. A module is referred to here and below as a device that is provided and installed as a one-piece component within the scope of its usual and intended use. The term module in the present sense therefore does not include devices that are formed from several components that can be connected to one another by a user or that can be easily connected by a user, for example by loosening mechanical connections that can be carried out with conventional tools and by removing soldered connections , can be separated from each other. Accordingly, the module and in particular the module body cannot be disassembled into several parts in a non-destructive manner under normal conditions and is therefore referred to here and below as one-piece. In particular, the one-piece module body can be designed in such a way that it is not possible to access those parts of the module in the module body without destruction that are not accessible from the outside in the normal, intended state of the module.

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.Furthermore, the multifunctional module is set up so that it has several functionalities. The multiple functionalities can include, in particular, data transmission and energy transmission, whereby the module can be used on a transmitter side and also on a receiver side. In particular, one or more functionalities of the module can be selected by an external connection of the electrical interface that can be carried out by a user. In other words, it is possible for a user to use one and the same multifunctional module either on a transmitter or receiver side and to select and put one or more functionalities of the multifunctional module into operation only based on the external interconnection that can be carried out by the user.

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.According to a further embodiment, an electro-acoustic communication system for communication through a wall, i.e. in particular for acoustic data and/or energy transmission through the wall, has at least two electro-acoustic multifunctional modules. The electro-acoustic communication system can also be referred to below as a communication system or simply as a system.

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.The features and embodiments described above and below apply equally to the electro-acoustic multifunctional module and the electro-acoustic communication system with the at least two electro-acoustic multifunctional modules.

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.In particular, the communication system can have at least two identical multifunctional modules, each of which has different functionalities that can be selected by different external circuits of the respective electrical interface. Each of the identical multifunctional modules offers in particular the same collection of different functionalities, which is inherently provided and provided. The functionality required for the individual multifunctional module, which depends on the desired application, is selected through the external interconnection. The communication system thus in particular has at least one first electro-acoustic multi-function module of the at least two electro-acoustic multi-function modules, which is attached to a first side of the wall. In particular, the at least one first multifunctional module with the acoustic interface is attached to the first side of the wall. Furthermore, the communication system has at least one further electro-acoustic multifunctional module of the at least two electro-acoustic multifunctional modules, which is attached to a second side of the wall opposite the first side. In particular, the at least one further multifunctional module with the acoustic interface is attached to the second side of the wall, so that the acoustic interfaces face each other. The at least one first multifunctional module and the at least one further multifunctional module can particularly preferably be attached to the wall directly opposite one another.

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.During operation, an acoustic wave that is generated by the acoustic interface of one multifunctional module can be detected through the wall by the acoustic interface of the further multifunctional module, with the acoustic wave being conducted through the wall. The communication system thus forms a system that can also be referred to as an ADL (“acoustic data link”). Unidirectional communication or bidirectional communication may be possible here. In unidirectional operation, one of the multi-function modules acts as a transmitter that emits acoustic waves, while the other of the multi-function modules acts as a receiver that detects the acoustic waves. This makes it possible, for example, for energy to be transferred through the wall. Furthermore, for example, data can be transmitted to the receiving multifunctional module. In bidirectional operation, the role of the sending and receiving multifunction module can change. For example, after detecting corresponding acoustic waves that are intended for energy transmission and/or that represent suitable control signals, a first-receiving multifunction module can itself generate acoustic waves in response, which are received by the first-transmitting multifunction module. For example, data can be queried through the wall once or continuously.

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.On each side of the wall, the respective at least one multifunctional module can be connected to electrical and/or electronic components, whereby the respective functionality is selected. For example, the multifunctional modules can also be used to enable communication between the connected components on both sides of the wall.

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.A “wall” is generally referred to here and below as a material that conducts acoustic waves. The wall can particularly preferably be a metal wall. Furthermore, other materials are also possible for the wall that have sufficient structure and strength to conduct acoustic waves. In order to achieve a good acoustic connection of the multifunctional modules to the wall, they can be glued to the wall with the acoustic interface, for example with an epoxy resin-based interface Glue or another adhesive that is not or only slightly elastic when hardened. Furthermore, for example, mounting can also be carried out using a magnet on a metal wall, whereby the magnet can be glued to the acoustic interface of the multifunctional module.

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.Furthermore, it can also be the case that a first plurality of electro-acoustic multifunctional modules are attached to the first side of the wall and a further plurality of multifunctional modules are attached to the second side of the wall. In particular, for each multifunctional module on the first side, a further multifunctional module can be attached to the second side.

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.It is particularly preferred that all multifunctional modules of the communication system are designed the same. In other words, identical multifunctional modules are used on both sides of the wall, so that the multifunctional modules can be used as a universal component on each side of the wall and the communication system can therefore have a simple and cost-effective structure.

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.In particular, the electro-acoustic multifunctional module and the electro-acoustic communication system can be intended and set up to wirelessly operate electronic components such as sensors inside or outside a room surrounded by a wall from the other side and to exchange information and/or energy make possible. For this purpose, on the one hand, a corresponding first electronic component, for example a sensor, can be connected to the at least one first multi-function module, while on the other side, a further electronic component is connected to the at least one further multi-function module, which provides a suitable control for the first electronic component forms. The fact that an electronic component is connected to a multifunctional module can particularly preferably mean that the electronic component is mounted directly on the multifunctional module or that the multifunctional module is mounted directly on the electronic component. In particular, soldering can be used for this. A sensor can, for example, be an active sensor, i.e. a sensor with integrated signal processing and particularly preferably also with a digital interface. Such components can only function if they receive at least a small electrical supply, which can be provided by the interconnected multifunctional module. Furthermore, a sensor can be based on MEMS technology (MEMS: microelectromechanical system).

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.According to a further embodiment, the acoustic interface of the multifunctional module has a piezoelectric component. The piezoelectric component is in particular intended and designed for converting an electrical voltage signal, for example a carrier frequency, into an acoustic wave, particularly preferably with the same signal shape, and vice versa. The piezoelectric component can thus convert an electrical voltage signal into an acoustic wave, which is then emitted by the piezoelectric component, and conversely convert an acoustic wave incident on the piezoelectric component from outside into an electrical voltage. The piezoelectric component is therefore an electro-acoustic transducer.

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.The piezoelectric component can preferably have a lead-free material. Alternatively, the piezoelectric component can also have PZT (lead zirconate titanate), for example. The piezoelectric component is particularly preferably designed in the form of a circular or polygonal disk which is applied to the second outside of the module body. In particular, a height of the piezoelectric component along the arrangement direction of the piezoelectric component on the module body is smaller than a width or a diameter of the piezoelectric component in a direction perpendicular to the arrangement direction.

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.Furthermore, the piezoelectric component can, for example, have electrode layers on at least two areas and preferably on two sides, for example on two opposite sides, which are provided and set up for electrically connecting the piezoelectric component. Particularly preferably, the piezoelectric component can be designed as a disk with an underside facing the module body and an upper side facing away from the module body and opposite the underside, with a first electrode layer being applied to the upper side and a second electrode layer being applied to the underside. The first electrode layer can extend over a side edge of the disk onto the underside, so that electrical contacting of the piezoelectric component is only possible from the underside.

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.According to a further embodiment, the second outside of the module body has a first surface area. The piezoelectric component can occupy a second area on the second outside, which is preferably greater than or equal to 50% or greater than or equal to 60% or greater than or equal to 70% of the first area. This allows the available space on the two The outside can be used efficiently for the acoustic interface. If the piezoelectric component is designed as a circular disk, the disk can preferably have a diameter that essentially corresponds to a side length of the module body or at least 80% or at least 90% of the side length of the module body.

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.According to a further embodiment, at least a region of the part or even the entire part of the second outside, which is free, i.e. not covered, by the piezoelectric component, is covered with a protective layer. The piezoelectric component itself can be free of the protective layer at least on an upper side facing away from the module body. The protective layer can therefore laterally surround the piezoelectric component. Alternatively, a protective layer can also be applied over the piezoelectric component. In this case, a protective layer can be applied over the entire second outside. The protective layer can be, for example, a protective lacquer, for example based on an epoxy resin.

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.According to a further embodiment, the module body is cuboid or designed as a cylinder with a round base or as a prism with a polygonal base. In particular, the module body may have a first main surface, which is formed by the first outside, and a second main surface, which is formed by the second outside, which are connected to one another by side surfaces. The main surfaces preferably each have a larger surface area than each of the side surfaces. This can also mean that a height of the module body perpendicular to the main surfaces is smaller than the side lengths of the main surfaces. For example, the module body is designed as a cuboid with square main surfaces which have side lengths, i.e. a length and a width, which are each greater than or equal to 3 mm or greater than or equal to 4 mm or greater than or equal to 5 mm and less than or equal to 10 mm or less or equal to 7 mm or less than or equal to 5.5 mm and with a height of greater than or equal to 0.5 mm or greater or equal to 1 mm and less than or equal to 3 mm or less than or equal to 2 mm or less than or equal to 1.5 mm are. Particularly preferably, the multifunctional module can have a volume of greater than or equal to 5 mm ³ and less than or equal to 300 mm ³ and can therefore be very compact and have a small design.

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.In particular, the module body has at least two and preferably exactly two printed circuit boards, also referred to as PCB (“printed circuit board”), which are arranged one above the other and connected to one another by means of an intermediate layer. In particular, the module body has a first circuit board with the first outside on which the electrical interface is provided, and a second circuit board with the second outside on which the acoustic interface is provided. The intermediate layer is arranged between the first and second printed circuit boards, so that the first and second printed circuit boards are connected by means of the intermediate layer and the first and second printed circuit boards and the intermediate layer are stacked on top of one another in a sandwich-like manner. The side of the first circuit board facing away from the intermediate layer is preferably the first outside of the module body, the side of the second circuit board facing away from the intermediate layer is preferably the second outside of the module body.

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.The module body can be manufactured in the form of a composite, also referred to as a panel. For this purpose, a first circuit board assembly is provided which has a plurality of areas which, after later separation, each form a first circuit board of the module body. The areas can be provided with a wiring level, i.e. in particular conductor tracks and assembly areas, and can be equipped with electrical and/or electronic components. After applying a material for the intermediate layer, preferably over a large area, in the form of a plastic material such as a resin, for example an epoxy resin, a second circuit board composite can be applied to the intermediate layer, the second circuit board composite having a plurality of areas which can be separated after a later separation each form a second circuit board of the module body. The areas can in particular have electrode structures, which are described below, which can be formed by metallization. The intermediate layer can form a connecting layer for materially connecting the first circuit board to the second circuit board. By separating, for example sawing, the composite can be divided into a large number of module bodies. As a result, the module body can have traces of the separation process on the side surfaces, for example traces of sawing, grinding and/or polishing processes. The assembly of piezoelectric components can be carried out before or after separation. Furthermore, electrical vias that protrude through the module body can be produced after assembly of the second circuit board assembly on the first circuit board assembly.

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.Furthermore, the electrical interface has a plurality of electrical connection surfaces, which can also be simply referred to below as connection surfaces. The electrical connection surfaces are arranged on the first outside. The connection surfaces can go through Metallizations of the first circuit board can be formed. In particular, the electrical interface has at least a first connection surface, a second connection surface and a third connection surface.

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.Furthermore, the first and second connection surfaces are electrically connected directly to the acoustic interface. In other words, the acoustic interface can be directly controlled or read from externally by externally contacting the first and second connection surfaces. An electrical via can extend from each of the first and second connection surfaces through the module body to the second outside.

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.A first electrode structure and a second electrode structure can be present on the second outside. The first electrode structure can be electrically connected to the first connection surface, for example via an aforementioned electrical via. The second electrode structure can be electrically connected to the second connection surface, for example via another aforementioned electrical via. The first connection area can be electrically connected directly to the first electrode structure and the second connection area can be electrically connected to the second electrode structure via the electrical vias.

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.The piezoelectric component can be attached to the first and second electrode structures and electrically connected. In particular, the piezoelectric component can be soldered onto the first and second electrode structures. Furthermore, the piezoelectric component can be glued to the first and second electrode structures, for example with an electrically conductive adhesive. In particular, a first electrode layer of the piezoelectric component can be attached to the first electrode structure. A second electrode layer of the piezoelectric component can be attached to the second electrode structure. The first and second electrode structures can each have a grid structure and therefore not be formed over the entire surface on areas of the second outside. This allows good freedom of movement and at the same time reliable attachment of the piezoelectric component to the second outside.

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.Furthermore, the third connection surface on the first outside is electrically connected to a wiring level on an inside of the first circuit board opposite the first outside. In other words, a wiring level in the form of conductor tracks and contact points can be formed on the inside of the first circuit board that is opposite the first outside and thus faces the intermediate layer. Furthermore, further connection surfaces on the first outside can be electrically connected to the wiring level. For example, the first connection surface can also be electrically connected to the wiring level. In particular, electrical vias can be provided for connecting connection surfaces to the wiring level, which extend from the first outside to the inside through the first circuit board.

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.The contact points of the wiring level can be provided and set up so that one or more electrical and/or electronic components can be mounted on them. For example, a semiconductor chip in the form of a near-field communication transponder chip can be mounted on the wiring level, i.e. in particular on contact points on the wiring level. In particular, the semiconductor chip can have contact points that are soldered or electrically conductively glued onto the contact areas. The semiconductor chip can be intended and configured to provide at least one or more of the following functionalities: energy harvesting, I ² C interface, memory management, encryption.

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.Furthermore, for example, the first connection surface can be connected to the third connection surface via an inductor. The inductor can be mounted on designated contact points and wired via conductor tracks. Furthermore, further connection surfaces and/or contact points can be connected to one another via further electrical or electronic components such as resistors, inductors and capacitors.

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.The electro-acoustic multifunctional module described here can form a subassembly of the communication system in the form of a monolithic component with an electrical interface and an acoustic interface. The acoustic interface can particularly preferably be formed by the piezoelectric component in the form of a piezoelectric transducer, which is suitably acoustically coupled to one side of a wall, for example by gluing as described above. The electrical interface can particularly preferably be formed by the electrical connection surfaces, which are designed in the form of so-called pads on an electrically insulating material, in particular a plastic material of the circuit board forming the first outside. Such pads are easy to contact by soldering or other electrical connection technology and can thus be connected, for example, to a sensor or one or more other electronic components.

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.As described above, a first multifunctional module can be attached to, for example, the inner side of a wall and acoustically coupled, while another multifunctional module is appropriately attached and acoustically coupled to the outer side of the wall, if possible opposite the first multifunctional module. Using the electrical interfaces of the multifunctional modules, which are each arranged facing away from the wall, conventional electronic components can be easily connected inside and outside. The multifunctional modules react to acoustic waves that can penetrate the wall. In addition to using suitable piezoelectric components, the multifunctional modules can in particular use suitable signals and protocols to ensure good transmission through the wall. Each of the multifunctional modules can be analog, i.e. with direct contact of a connected electronic component to the piezoelectric component, or digital, i.e. with contact of a connected electronic component to the semiconductor chip arranged in the module body, which, for example, receives signals and protocols as electrical signals from the piezoelectric component or for can provide this. Each of the multifunctional modules can thus function, for example, with an NFC protocol and corresponding signals and can have functions such as a universal ID number and/or energy harvesting for a regulated supply voltage and a test of the current capability of the channel and/or a digital I ² C -Interface with master function and/or memory management with fixed and/or volatile memory and/or offer encryption.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantages, advantageous embodiments and further developments result from the exemplary embodiments described below in connection with the figures.

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.

Show it:

1 a schematic representation of an electro-acoustic multifunctional module according to an exemplary embodiment,
2A until 2M schematic representations of an electro-acoustic multifunctional module according to further exemplary embodiments,
3 a schematic representation of an electro-acoustic communication system according to a further exemplary embodiment,
4 a schematic representation of an electro-acoustic communication system according to a further exemplary embodiment,
5 a schematic representation of an electro-acoustic communication system according to a further exemplary embodiment and
6 a schematic representation of an electro-acoustic communication system according to a further exemplary embodiment.

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 the exemplary embodiments and figures, identical, similar or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals. The elements shown and their size ratios to one another are not to be viewed as true to scale; rather, individual elements, such as layers, components, components and areas, may be shown exaggeratedly large for better display and/or understanding.

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.In 1 an electro-acoustic multifunctional module 100 is shown according to an exemplary embodiment. The multifunctional module 100 has a one-piece module body 1 with a first outside 11 and a second outside 12. An electrical interface 13 is provided on the first outside 11. An acoustic interface 14, which has a piezoelectric component 30, is provided on the second outside 12. The multifunctional module 100 is designed so that it can provide an acoustic output signal at the acoustic interface 14, for example based on an electrical input signal at the electrical interface 13. Simply put, the multifunctional module 100 can convert an electrical signal directly or indirectly into an acoustic signal. Furthermore, the multifunction module 100 is designed so that it can provide an electrical signal in an internal circuit and/or at the electrical interface 13 based on an acoustic input signal at the acoustic interface 14. Simply put, the multifunctional module 100 can convert an acoustic signal directly or indirectly into an electrical signal. The multifunctional module 100 is in particular designed so that it has several functionalities. The multiple functionalities can in particular include data transmission and energy transmission, whereby the multifunctional module 100 can be used both on a transmitter side and on a receiver side of a communication system. In particular, one or more functionalities of the multifunctional module 100 can be selected by an external connection of the electrical interface 13 that can be carried out by a user. Further features and embodiments of the multifunctional module 100 are in connection with 2A until 2M explained.

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.At least two multifunctional modules 100, in particular two identical multifunctional modules 100, can be part of an electro-acoustic Communication system 1000, as in connection with the 3 until 6 is explained in more detail.

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.In connection with the 2A until 2M Further exemplary embodiments for the multifunctional module 100 are shown. In the 2A and 2 B Three-dimensional views of the multifunctional module 100 are shown with a view of the acoustic interface 14 and with a view of the electrical interface 13. In the 2C and 2D schematic sectional views of different variants of the multifunctional module 100 are shown. In the 2E until 2M Further top views, sectional views and schematic drawings of parts of the multifunctional module 100 are shown to explain various aspects and features. The following description applies to all of them 2A until 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.The multifunctional module 100 has, as in the 2A and 2 B can be seen, a compact module body 1, which is preferably cuboid. Alternatively, however, other shapes are also possible, for example a cylindrical shape with a round base or a prism shape with a polygonal base, for example a hexagonal base. Regular polygonal base areas such as a rectangle, square or hexagon can be advantageous if, for example, several multifunctional modules 100 are to be arranged close to each other to save space.

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.The module body 1 has a first main surface, which is formed by the first outside 11 with the electrical interface 13. Furthermore, the module body 1 has a second main surface, which is formed by the second outside 12 with the acoustic interface 14. The two main surfaces are connected to each other by side surfaces. As shown, the main surfaces preferably each have a larger surface area than each of the side surfaces, so that a height of the module body 1 perpendicular to the main surfaces is smaller than the side lengths of the main surfaces. For example, the module body 1 is a cuboid with square main surfaces with side lengths, i.e. a length and a width, of greater than or equal to 3 mm or greater than or equal to 4 mm or greater than or equal to 5 mm and less than or equal to 10 mm or less than or equal to 7 mm or less than or equal to 5.5 mm and with a height of greater than or equal to 0.5 mm or greater or equal to 1 mm and less than or equal to 3 mm or less than or equal to 2 mm or less than or equal to 1.5 mm. Particularly preferably, the multifunctional module 100 can have a volume of greater than or equal to 5 mm ³ and less than or equal to 300 mm ³ and can therefore be very compact and have a small design. In the exemplary embodiment shown, the multifunctional module 100 with the cuboid module body 1 has dimensions of 5.1 mm × 5.1 mm × 1.2 mm (length × width × height).

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.The module body 1 has two circuit boards 15, 16, which are arranged one above the other and are connected to one another by means of an intermediate layer 17, as shown by the dashed lines in the 2A , 2C and 2D is indicated. The module body 1 thus has a first circuit board 15 with the first outside 11 on which the electrical interface 13 is provided, and a second circuit board 16 with the second outside 12 on which the acoustic interface 14 is provided. The first and second circuit boards 15, 16 are connected by means of the intermediate layer 17, so that the first and second circuit boards 15, 16 and the intermediate layer 17 are stacked on top of each other in a sandwich-like manner. The module body 1 is manufactured, as described above in the general part, preferably in the form of a composite. The side of the first circuit board 15 facing away from the intermediate layer 17 is the first outside 11 of the module body 1 and the side of the second circuit board 16 facing away from the intermediate layer 17 is the second outside 12 of the module body 1. The intermediate layer 17 can be made of a plastic material such as a resin , for example with or made of epoxy, and cover electrical and electronic components mounted on the first circuit board 15 completely and preferably without cavities, so that the entire area between the first and second circuit boards 15, 16 is filled and the intermediate layer 17 forms a connecting layer cohesively connecting the first circuit board 15 to the second circuit board 16.

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.A piezoelectric component 30 is mounted as an acoustic interface 14 on the second outside 12 of the module body 1, either before or after a module body composite is separated. The piezoelectric component 30 is an electro-acoustic transducer and has a piezoelectric material 33 on which electrode layers 31, 32 are applied for electrical contacting, as in 2G is indicated in a sectional view. The piezoelectric component 30 preferably has a lead-free material. Alternatively, the piezoelectric component 30 can also have PZT, for example. The piezoelectric component 30 is particularly preferably designed in the form of a circular disk. Alternatively, the piezoelectric component 30 can also be a polygonal disk, for example. In particular, a height of the piezoelectric component 30 along the arrangement direction of the piezoelectric component 30 on the module body 1 is smaller than a width or a diameter of the piezoelectric component ment 30 in a direction perpendicular to the arrangement direction.

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. Like in the 2E and 2F in a top view of the second outside 12 of the second circuit board 16 and in a sectional view through the second circuit board along the in 2E indicated sectional plane EE, the second circuit board 16 on the second outside 12 for mounting and electrical connection of the piezoelectric component 30 has a first electrode structure 61 and a second electrode structure 62, which are formed on areas of the second outside 12. In 2E the position of the piezoelectric component 30 above the electrode structures 61, 62 is indicated by the dashed line. The first and second electrode structures 61, 62, which are particularly preferably formed by metallization of the second circuit board 16, each have a grid structure and are therefore not formed over the entire surface of the intended areas of the second outside 12. As a result, good freedom of movement and at the same time reliable fastening of the piezoelectric component 30 on the second circuit board 16 can be achieved. The first electrode structure 61 is contacted by an electrical via 41, which extends through the module body 1 from the second outside 12 to the first outside 11. The second electrode structure 62 is contacted by a further electrical via 42, which extends through the module body 1 from the second outside 12 to the first outside 11.

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.The piezoelectric component 30 is attached to the first and second electrode structures 61, 62 and electrically connected, as in 2G is indicated. In particular, the piezoelectric component 30 may be soldered or bonded to the first and second electrode structures 61, 62 as shown using a suitable bonding layer 70, which may be formed by a solder or an adhesive. For this purpose, the piezoelectric component 30 has the first electrode layer 31 and the second electrode layer 32, with the first electrode layer 31 of the piezoelectric component 30 being attached to the first electrode structure 61. The second electrode layer 32 of the piezoelectric component 30 is attached to the second electrode structure 62. As in 2G As can be seen, the piezoelectric component 30, designed as a disk, has an underside facing the second circuit board 16 and thus the module body and an upper side facing away from the second circuit board 12 and thus away from the module body and opposite the underside, with the first electrode layer 31 on the upper side and the second electrode layer 32 is applied to the underside. In order to enable the above-described attachment from the underside, the first electrode layer 31 extends over a side edge of the disk onto the underside.

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.Particularly preferably, the piezoelectric component 30 is assembled by means of reflow soldering, by means of an electrically conductive adhesive or also by means of an electrically non-conductive adhesive. In the case of an electrically non-conductive adhesive, the electrode structures 61, 62 and electrode layers 31, 32 arranged one on top of the other are pressed together by shrinkage when the adhesive hardens in such a way that an electrically conductive contact is created.

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.In order to achieve the most efficient possible mode of operation with a compact design at the same time, it is advantageous if the piezoelectric component 30 covers as large a part as possible of the second outside 12. The second outside 12 of the module body 1 can, for example, have a first surface area, while the piezoelectric component 30 on the second outside 12 can occupy a second surface area, which is preferably greater than or equal to 50% or greater than or equal to 60% or particularly preferably greater than or equal to 70 % of the first area is. If the piezoelectric component 30 is designed as a circular disk as shown, the disk can preferably have a diameter that essentially corresponds to a side length of the module body 1 or at least 80% or at least 90% thereof.

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.Furthermore, the part of the second outside 12 that is free, i.e. not covered, by the piezoelectric component 30 is at least partially or completely covered with a protective layer 90, as in the 2A and 2C is recognizable. The piezoelectric component 30 itself can be free of the protective layer 90 on an upper side facing away from the module body 1. Alternatively, the protective layer 90 can be applied over the entire second outside 12 and thus also over the piezoelectric component 30, as in 2D is indicated. Furthermore, it may also be possible for the protective layer 90 to be applied additionally or alternatively over parts of the side surfaces or the entire side surfaces and/or over parts of the first outside 11 or the entire first outside 11 (not shown in each case). The protective layer 90 can in particular be electrically insulating and, for example, have a protective varnish or be a protective varnish. The protective varnish can have or be, for example, an epoxy resin.

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.The module body 1, in particular the first conductor, has the first outside 11 plate 15 of the module body 1, as an electrical interface 13, has a plurality of electrical connection surfaces 21 to 28, as in particular in the 2 B and 2H is recognizable. The electrical connection surfaces 21 to 28 are arranged on the first outside 11 and are particularly preferably designed as metallizations of the first circuit board 15.

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.The electrical interface 13 in particular has a first connection surface 21 and a second connection surface 22, the first connection surface 21 being directly electrically connected via the above-described via 41 through the module body 1 to the first electrode structure 61 on the second outside 12, while the second connection surface 22 is directly electrically connected to the second electrode structure 62 on the second outside 12 via the further electrical via 42 described above through the module body 1, as in FIG 2I shown sectional view through the module body 1 along the in 2H indicated cutting plane HH can be seen. As a result, the acoustic interface 14 can be directly controlled or read from externally by externally contacting the first and second connection surfaces 21, 22, which corresponds to analog operation of the multifunction module 100.

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.The first printed circuit board 15 has further connection surfaces 23 to 28 as an electrical interface 13 on the first outside 11 in addition to the first and second connection surfaces 21, 22. Furthermore, on the inside 18 of the first circuit board 15, which lies opposite the first outside 11 and thus faces the intermediate layer 17, a wiring level 80 is formed in the form of contact points 81 and conductor tracks 82, as in various views of the inside 18 in the 2y , 2K and 2L is recognizable. In 2L The positions of the connection surfaces 21 to 28 on the first outside 11 are also indicated. 2M shows a schematic circuit diagram of the wiring level 80 and the connection surfaces 21 to 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.The contact points 81 of the wiring level 80 can be provided and set up so that one or more electrical and/or electronic components can be mounted on them. In particular, on the wiring level 80, i.e. on contact points 81 provided for this purpose on the wiring level, as in 2K is shown, a semiconductor chip 50 in the form of a near field communication transponder chip mounted by soldering or gluing. The semiconductor chip 50 is designed to provide at least one or more of the following functionalities: energy harvesting, I ² C interface, memory management, encryption. For example, the semiconductor chip 50 may be a chip from the “NTAG” series from NXP Semiconductors. The design of wiring level 80 and the designations in 2L and especially in the circuit diagram in 2M is shown purely as an example of such a semiconductor chip and is not to be understood as limiting.

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.At least one of the connection surfaces 21 to 28 is electrically connected to the wiring level 80 via at least one electrical via 41 to 48. For example, a third connection surface 23 on the first outside 11 is electrically connected to the wiring level 80 on the inside 18 of the first circuit board 15. Furthermore, the first connection surface 21 is also electrically connected to the wiring level 80 via the electrical via 41 described above, which extends through the module body 1. In addition, further connection surfaces on the first outside can be electrically connected to the wiring level via electrical vias. In the exemplary embodiment shown, the connection surfaces 21, 23, 24, 25, 26 and 28 are electrically connected to the wiring level 80 via one of the electrical vias 41, 43, 44, 45, 46 and 48.

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.Furthermore, connection surfaces and contact points can have additional electrical or electronic components such as resistors, inductors and capacitances that are in the 2L and 2M denoted by R1, R2, L1 and C1, are connected to each other. For example, for certain applications the use of the inductor designated L1 between the first and third connection surfaces 21, 23 can be particularly advantageous. By way of example, in conjunction with the shown semiconductor chip 50 of the NTAG series from NXP Semiconductors, which can in particular be from the NTP53x2 series, an inductor with an inductance of 220 nH, a capacitor with a capacity of 100 nF and resistors each with a resistance value of 22 kOhm can be used.

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.By externally connecting the second and third connection surfaces 22, 23, the acoustic interface 14 can be connected to the semiconductor chip 50, so that digital operation of the acoustic interface 14 is possible.

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.The multifunctional module 100 described here is compact and delimited and offers a clearly defined range of functions, which is described below in connection with further features and exemplary embodiments. In particular, due to its structure, the multifunctional module 100 has defined mechanical, electrical and information technology properties that are particularly suitable for electro-acoustic communication tion system 1000 can be used, which can be used in various applications in conjunction with the 3 until 6 is described.

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.As in 3 shown, the electro-acoustic communication system 1000 has at least two described electro-acoustic multifunctional modules 100 for communication through a wall 200, i.e. in particular for acoustic data and/or energy transmission through the wall 200.

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.In particular, the communication system 1000 has at least two identical multifunctional modules 100, which, as described above and below, each have a collection of different functionalities that can be selected by different external circuits of the respective electrical interface. Thus, the communication system 1000 in particular has at least one first electro-acoustic multi-function module 100 of the at least two electro-acoustic multi-function modules 100, which is attached to a first side of the wall 200. In particular, the at least one first multifunctional module 100 with the acoustic interface is attached to the first side of the wall 200. Furthermore, the communication system 1000 has at least one further electro-acoustic multifunctional module 100 of the at least two electro-acoustic multifunctional modules 100, which is attached to a second side of the wall 200 opposite the first side. In particular, the at least one further multifunctional module 100 with the acoustic interface is attached to the second side of the wall 200, so that the acoustic interfaces of the two multifunctional modules 100 face each other. The at least one first multifunctional module 100 and the at least one further multifunctional module 100 can, as shown, particularly preferably be attached directly opposite one another on the wall 200.

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.During operation, an acoustic wave that is generated by the acoustic interface of one multifunctional module 100 can be detected through the wall 200 by the acoustic interface of the further multifunctional module 100, the acoustic wave being conducted through the wall 200. Unidirectional operation or bidirectional operation may be possible here. The wall 200 can particularly preferably be a metal wall. Furthermore, other materials are also possible for the wall that have sufficient structure and strength to conduct acoustic waves. In order to achieve a good acoustic connection of the multifunctional modules 100 to the wall 200, they are, as in 3 can be seen, with the acoustic interface glued to the wall 200, for example by means of a connecting layer 300 with or made of an epoxy resin-based adhesive or another adhesive, which is preferably not or only slightly elastic in the hardened state. Furthermore, for example, each of the multifunctional modules 100 can also be mounted on a metal wall using a magnet, with the magnet being glued to the acoustic interface of the respective multifunctional module 100.

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.As in connection with the 4 until 6 As shown on the basis of some concrete possible applications, the respective at least one multifunctional module is connected to electrical and/or electronic components on each side of the wall, whereby the respective functionality is selected and communication between the electrical and/or electronic components on the two sides of the wall is made possible.

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.Each of the multifunctional modules 100 is provided with all of its components as a one-piece device and is present as a structural unit that cannot be broken down into several parts in a non-destructive manner under normal conditions. This applies in particular to the module body. To build the multifunctional modules, the technology described above, also referred to as “embedded components PCB”, is used, which contains an electronic circuit with the near-field communication transponder chip in a miniaturized design in the one-piece module body. On the top or front side of each of the multifunctional modules 100, i.e. the side that is coupled to the wall and which is formed by the second outside, the acoustic interface is formed by the piezoelectric component as described. On the underside or back of each of the multifunctional modules 100, which faces away from the wall and which is formed by the first outside, are the connection surfaces that form electrical connection pads that provide an electrical connection to further elements in the form of external components such as a sensor, an analog-digital converter and the like. In particular, the multifunctional module 100 offers a variety of different possible uses that are possible without changing the respective internal architecture of the multifunctional module.

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 particular, each of the multifunctional modules 100 has the piezoelectric transducer in the form of the piezoelectric component, which is well suited for electro-acoustic conversion in a certain frequency range. Particularly preferably, this can be a frequency range of greater than or equal to 9 MHz and less than or equal to 15 MHz, in which, for example, the usual frequency for near-field communication is 13.56 MHz lies. Direct or indirect electrical contact from outside to the piezoelectric component is possible via the electrical interface. You can access the multifunctional module 100 on one side, for example, as in 4 is indicated on the left side of the wall, connect an electronic component 400 such as an NFC reader with a suitable matching network. For example, if the reader supports the ISO/IEC15693 standard or another equivalent standard, acoustic transmission of power and data through a wall 200 such as a metal wall is possible.

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.In 4 In particular, the function of an acoustic ID tag is made possible. For this inherent feature, each of the multifunction modules 100 offers an electrical circuit in the form of the semiconductor chip, which is a transponder and which can be formed, for example, by an integrated circuit (IC: "integrated circuit") of the NTAG series from NXP Semiconductors. As described above, it is possible to connect such a circuit at the input to the piezoelectric component via the electrical interface. Will one such, in 4 Multifunction module 100 shown on the right side of the wall is addressed with a suitable protocol and signals, then it responds in the protocol and reveals its universal ID number. Without further external wiring, the unique ID number of the transponder formed by the semiconductor chip can be read out via the acoustic channel if all the necessary general conditions are met, for example the semiconductor chip receives sufficient voltage amplitude for its function. For example, the multifunctional module 100 can be on the right side of the wall 200 in 4 In addition to the function of an acoustic ID tag, for example, it also fulfills the function of a non-volatile data memory, which can be read out by the part of the communication system 1000 arranged to the left of the wall 200. In the cases mentioned, the electrical connection surfaces and/or other parts of the module can be covered with an insulating protective layer 91 as mentioned above, as in 4 is indicated.

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. In particular, it can be on the control side, i.e. in 4 on the left side of the wall, it may be possible that only those electrical connection surfaces are used that are connected to the piezoelectric component, i.e. the first and second connection surfaces. In this case, for example, external electronics, for example a so-called reader as described, can be connected to the piezoelectric component as an electrical-acoustic transducer.

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.Even multifunctional modules in which the semiconductor chip was produced incorrectly would be suitable for this, as long as the function of the acoustic interface is correct, which can result in an increase in the production yield. Another transponder or another circuit can also be connected to the electrical interface. Furthermore, an external matching network can also be connected and, if necessary, connected to the second input of the integrated transponder circuit via the first connection surface. This can, for example, lead to an improvement in efficiency through a larger and possibly more expensive matching network.

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.The integrated transponder circuit in the form of the wiring level with the semiconductor chip with the piezoelectric component can be made possible, as described above, for example by establishing an electrical connection between the third connection surface and the piezoelectric component, which is done by electrically connecting the second and third connection surfaces. This is possible directly through external wiring by short-circuiting the second and third connection surfaces with one another, or by adding further elements in the connection between the second and third connection surfaces, which are suitable for impedance matching, for example. If the integrated semiconductor chip is connected to the piezoelectric component in this way, functions such as energy harvesting and a digital interface are available. In this case, it can also be advantageous for some applications, for example, if the remaining connection surfaces of the electrical interface of the multifunction module on the control side are not connected to one another, but are used according to their function of the transponder.

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.In 5 A corresponding application example is indicated. Here, in the manner of a “modular system,” other components 401 in the form of circuits and/or electronic components, for example MEMS components and/or sensors, can be connected electrically and/or mechanically to the electrical interface and thus to the multifunctional module 100, as in 5 is indicated on the right side of the wall.

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.For example, about the in 2M Terminal surfaces 24 and 28 designated “GND” and “VCC” have harvested electrical power available if the general conditions are selected appropriately. Any electrical consumer can be connected to these connection surfaces, with lower power consumption is the current that can be made available via the acoustic signal transmission through the wall and the semiconductor chip. This output can be controlled by commands from the previously described reader, which is as previously mentioned in 5 connected to the multifunction module 100 on the left side of the wall can be switched on and off. For example, with the semiconductor chip described above, three different regulated voltages can be made available, namely 1.8 V, 2.4 V and 3.0 V, and the current carrying capacity can be tested before activation.

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.For example, if the connected electronic component requires higher power, two or more multifunctional modules 100 can also be connected in parallel, if necessary taking circuitry measures into account. As in 6 is indicated, the communication system 1000 can accordingly have a first plurality of electro-acoustic multifunctional modules 100 on the first side of the wall 200 and a further plurality of multifunctional modules 100 on the second side of the wall 200, which are connected in parallel and connected to an electronic component 401 such as connected to a sensor. Preferably, for each multifunctional module 100 on the first side, a further multifunctional module 100 can be attached to the second side. Particularly preferably, all multifunctional modules 100 of the communication system 1000 are designed the same. In other words, identical multifunctional modules 100 are used on each side of the wall 200, so that the multifunctional modules 100 can be used as a universal component on each side of the wall and the communication system 1000 can therefore have a simple and cost-effective structure. In addition to the possibility of connecting several multifunctional modules 100 in parallel with regard to energy harvesting in order to increase the available power, the transmission security can be increased by a corresponding number of multifunctional modules 100 per side of the wall 200.

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.A digital interface according to the I ² C specification with master function is available in addition to the in 2M Connection areas 24 and 28 designated “GND” and “VCC” are available via connection areas 25 and 26 designated “SDA” and “SCL”. It can, for example, in the communication system of 5 , via the reader connected to the left side of the wall in the multifunction module 100 connected to it or, via the acoustic signal transmission through the wall 200, in the multifunction module 100 on the right side of the wall 200 and are used to provide digital bidirectional communication to any to accommodate component 401 electrically connected to the multifunction module 100 on the right side of the wall. The so-called “pull-up resistors” required for this are in the form of those in the 2L and 2M Resistors marked R1 and R2 are already present in the multifunction module 100. A so-called “event detection” functionality is also provided by the semiconductor chip, for which external pull-up resistors can also be connected.

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.The multifunctional module described here can serve as a central element in a modular system for building communication systems with acoustic energy and/or data transmission. Different sensors can be connected via the general-purpose electrical interface. These can also follow the small design of the multifunctional module. In this way, a range of possible sensor functions is obtained based on a single type of communication module in the form of the multifunctional module described here. This makes it possible to produce a large number of identical components without having to adapt them to later use during production.

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.The features and exemplary embodiments described in connection with the figures can be combined with one another according to further exemplary embodiments, even if not all combinations are explicitly described. Furthermore, the exemplary embodiments described in connection with the figures can alternatively or additionally have further features according to the description in the general part.

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.The invention is not limited to these by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: ModulkörperModule body
1111: erste Außenseitefirst outside
1212: zweite Außenseitesecond outside
1313: elektrische Schnittstelleelectrical interface
1414: akustische Schnittstelleacoustic interface
15, 1615, 16: LeiterplatteCircuit board
1717: ZwischenschichtInterlayer
1818: Innenseiteinside
21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 2821, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28: AnschlussflächeConnection surface
3030: piezoelektrisches Bauelementpiezoelectric component
31, 3231, 32: Elektrodenschichtelectrode layer
3333: piezoelektrisches Materialpiezoelectric material
41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 4841, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48: ViaVia
5050: HalbleiterchipSemiconductor chip
61, 6261, 62: ElektrodenstrukturElectrode structure
7070: VerbindungsschichtConnection layer
8080: VerdrahtungsebeneWiring level
8181: KontaktstelleContact point
8282: LeiterbahnConductor track
90, 9190, 91: Schutzschichtprotective layer
100100: elektro-akustisches Multifunktionsmodulelectro-acoustic multifunctional module
200200: WandWall
300300: VerbindungsschichtConnection layer
400, 401400, 401: Komponentecomponent
10001000: elektro-akustisches Kommunikationssystemelectro-acoustic communication system
C1C1: Kondensatorcapacitor
L1L1: Induktorinductor
R1, R2R1, R2: WiderstandResistance

Claims

Electro-acoustic multifunctional module (100), comprising a module body (1) with a first outside (11) on which an electrical interface (13) is provided and a second outside (12) on which an acoustic interface (14) is provided, where - the multifunctional module (100) is designed as a single unit that is inseparable during normal operation and is set up in such a way that it has several functionalities, which include at least data transmission and energy transmission and use on a transmitter side and a receiver side, and one or more functionalities an external connection of the electrical interface (13) that can be carried out by a user can be selected, - the module body (1) has a first circuit board (15) with the first outside (11) and a second circuit board (16) with the second outside (12), the first and second circuit boards (15, 16) being arranged via an intermediate circuit board Intermediate layer (17) are connected to each other, - the electrical interface (13) has a plurality of electrical connection surfaces (21 to 28) with at least a first connection surface (21), a second connection surface (22) and a third connection surface (23), - the first and second connection surfaces (21, 22) are electrically connected directly to the acoustic interface (14), - The third connection surface (23) is electrically connected to a wiring level (80) on an inside (18) of the first circuit board (15) opposite the first outside (11).

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to the previous claim, wherein the electro-acoustic multifunctional module (100) has a volume of greater than or equal to 5 mm ³ and less than or equal to 300 mm ³ .

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to one of the preceding claims, wherein a semiconductor chip (50) in the form of a near-field communication transponder chip is mounted on the wiring level (80) and arranged in the intermediate layer (17).

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to the previous claim, wherein the semiconductor chip (50) is designed to provide at least one or more of the following functionalities: - energy harvesting - I ² C interface - memory management - encryption

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to one of the preceding claims, wherein the first connection surface (21) is electrically connected to the wiring level (80).

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to one of the preceding claims, wherein the first connection area (21) is connected to the third connection area (23) via an inductor (L1) on the wiring level.

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to one of the preceding claims, wherein an electrical via (41, 42) extends from each of the first and second connection surfaces (21, 22) through the module body (1) to the second outside (12).

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to one of the preceding claims, wherein the acoustic interface (14) has a piezoelectric component (30) which is attached to the module body (1).

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to the previous claim, wherein a first electrode structure (61) and a second electrode structure (62) are present on the second outside (12) and the piezoelectric component (30) on the first and second electrode structures (61 , 62) is attached and electrically connected.

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to the preceding claim, wherein the piezoelectric component (30) is soldered or glued onto the first and second electrode structures (61, 62).

Electro-acoustic multifunctional module (100). Claim 9 or 10 , wherein the first electrode structure (61) is electrically connected to the first connection surface (21) and the second electrode structure (62) to the second connection surface (42).

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to one of the Claims 8 until 11 , wherein the part of the second outside (12) that is free of the piezoelectric component (30) is at least partially covered with a protective layer (90).

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to the previous claim, wherein a protective layer (90) is applied over the entire second outside (12).

Electro-acoustic multifunctional module (100) according to one of the Claims 8 until 13 , wherein the second outside (12) has a first surface area and the piezoelectric component (30) on the second outside (12) occupies a second surface area which is greater than or equal to 50% of the first surface area.

Electro-acoustic communication system (1000) for acoustic data and/or energy transmission through a wall (200). - at least two electro-acoustic multifunctional modules (100) according to one of the preceding claims, - wherein at least a first electro-acoustic multifunctional module (100) of the at least two electro-acoustic multifunctional modules (100) is attached to a first side of the wall (200) and - At least one further electro-acoustic multifunctional module (100) of the at least two electro-acoustic multifunctional modules (100) is attached to a second side of the wall (200) opposite the first side.

Electro-acoustic communication system (1000) according to the preceding claim, wherein on the first side of the wall (200) a first plurality of electro-acoustic multifunctional modules (100) and on the second side of the wall (200) a further plurality of electro-acoustic Multifunctional modules (100) are attached.

Electro-acoustic communication system (1000) according to one of the two previous claims, wherein all electro-acoustic multifunctional modules (100) of the communication system (1000) are designed the same.