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Aufbau des bionisches Ohrs: In das bionische Hörmodul ist eine breite Palette komplexer Elektronik integriert, die dazu dient, das Hörerlebnis unterwegs zu verbessern.
Die EPC-Technologie schafft nicht nur eine effiziente Miniaturisierung bei gleichzeitiger Leistungserhöhung, sondern verringert den Einsatz von Kupfer und anderen Materialien signifikant.
Die EPC-Technik ermöglicht das Einbetten von Halbleitern und weiteren elektronischen Bauelementen in Leiterplatten mit konventionellen Fertigungsschritten.
Ein 2.5D-Demonstrator von AT&S mit unterschiedlich tiefen Kavitäten und die dazu passende Stufenschablone von Christian Koenen.
Die Mikrocontroller-Familie STM32 benötigt wenig Strom und ist mit 32-Bit-Cortex-M- CPUs ausgestattet.

Während AT&S seine ECP- und 2.5-Leiterplatten offeriert, ist Soundchip für seine Wearable-Sound-Technologie bekannt. Der Halbleiterhersteller STMicroelectronics hat für das bionische Hörmodul seine MEMS-Sensoren und -Mikroaktoren beigesteuert. Angeschlossen an ein Audiogerät, erzeugt dieses Modul ein beeindruckendes Wearable-Hörerlebnis, das vom Träger und der eingebauten Softwareintelligenz am Ohr gesteuert wird. Die Abmessungen des Moduls eignen sich deshalb ideal für die Komfort- und Größenrestriktionen des Im-Ohr-Betriebs, und es besteht Kompatibilität zur Mehrzahl der existierenden Im-Ohr-Audiogeräte. Das bionische Hörmodul wird voraussichtlich bis zum zweiten Quartal 2015 zur Bemusterung für die Kunden verfügbar sein.

Mit dem bionischen Hörmodul ausgestattete Audiogeräte wie MP3-Player oder Smartphones geben den Benutzern die Möglichkeit, ihre Ohren auf elektronischem Weg für Umgebungsgeräusche zu ‚öffnen‘ oder zu ‘schließen‘. Sogar die Verstärkung von Umgebungsgeräuschen mit programmierten Audiosignalen eines angeschlossenen intelligenten Geräts ist möglich. Diese Fähigkeit kann den Benutzer einerseits umfassend vor zu lauten Umgebungsgeräuschen schützen und das Ohr andererseits für Unterhaltungen mit anderen Menschen öffnen, ohne das Gerät aus dem Ohr zu entnehmen, Unbehagen oder Okklusionen zu verspüren oder im schlimmsten Fall von schmerzhaft lautem Lärm geplagt zu werden.

Komplexe Elektronik

In das bionische Hörmodul ist eine breite Palette komplexer Elektronik integriert, die dazu dient, das Hörerlebnis unterwegs zu verbessern. Unter anderem mit Head-Tracking und anderen Sensortechniken wurden Features realisiert, zu denen unter anderem Augmented-Audio-Führungen und die biometrische Überwachung gehören. Ermöglicht werden die Multi-Mode-Audiofähigkeiten des bionischen Hörmoduls durch die von Soundchip entwickelte HD-PA-Technik. Deren Implementierung in ein kompaktes Format ist mittels der Soundstrate-Technologie möglich, die die effiziente Kombination von Elektronik-, Akustik- und Übertragungsfunktionen in einer gemeinsamen, kompakten mechanischen Struktur erlaubt.

Zu den Halbleiter-Bauelementen im bionischen Hörmodul gehören sowohl die aktuellen Motion- und Audio-MEMS-Komponenten als auch die für ihren geringen Stromverbrauch bekannten Mikrocontroller der STM32-Familie von STMicroelectronics. Die STM32-Mikrocontroller-Familie wartet mit einem mehr als 500 Versionen umfassenden Portfolio mit 32-Bit-Cortex-M-Core von ARM auf. Zudem sorgt eine HD-PA-konforme Audio-Engine für die latenzfreie Klangverarbeitung.

Eingebettet in Leiterplatten

Das „Gehäuse“ des bionischen Hörmoduls basiert auf der Embedded-Component-Packaging- (ECP) und der 2.5D-Leiterplattentechnik von AT&S. Die Einbettung hat sich laut AT&S als gültige Konkurrenz zu traditionellen Verpackungstechnologien für wichtige Applikationen erwiesen, vor allem weil sie nicht unerhebliche Vorteile hinsichtlich der Miniaturisierung, Integration, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit bietet. Die Einbett-Technik benutzt Leiterplatten-Herstellungsprozesse für die 3D-Integration aktiver und passive Elemente, um SiPs zu erschaffen. Akustische und elektroakustische Komponenten sowie passive und aktive elektronische Bauelemente lassen sich hiermit mit unerreichter Effizienz integrieren.

Parallel dazu kommt auch die so genannte 2.5D-Technik zum Einsatz: Darunter sind Leiterplatten mit strukturellen Ausnehmungen respektive definierte Vertiefungen (Kavitäten) in den Platinen zu verstehen. Diese Kavitäten lassen sich nutzen, um elektronische Komponenten wie Kondensatoren, Widerstände und sogar logische Komponenten zu integrieren, was den zusammengebauten Leiterplatten allgemein eine dünnere Struktur verleiht. Elektrische Kontaktierung in den Kavitäten ist ebenfalls möglich. Diese Technik kann in vielschichtigen Leiterplatten eingesetzt werden und ermöglicht verschiedene geometrische Ausführungsformen der Vertiefungen. Auch sind Anordnungen mit mehreren Kavitäten – und bei Bedarf verschiedene Tiefen – auf einer einzigen Leiterplatte möglich.

STMicroelectronics:
electronica 2014: Halle A5, Stand 159