DE19824778C2 - Druck- oder Kraftsensorstruktur und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Sensorik und insbesondere auf kapazitive Druck- oder Kraftsensoren zur Messung physikalischer Größen wie Kraft, Absolutdruck, Differenzdruck, Auslenkung, Abstand und dergleichen.

Bei kapazitiven Sensoren, wie sie beispielsweise in dem europäischen Patent 0 461 459 beschrieben sind, ist der Kennlinienverlauf, d. h. das Drucksensorausgangssignal als Funktion der zu messenden Größe, im wesentlichen durch deren mechanische Eigenschaften bestimmt. Das heißt, daß die Ver­ formung einer auslenkbaren Membran über einer Grundstruktur oder die Verschiebung eines Biegebalkens in Folge einer äus­ seren Kraft den Kennlinienverlauf direkt festlegt, wenn eine flächige Elektrode an dem beweglichen Element einer flächi­ gen Elektrode an dem festen Element gegenüber liegt.

In der WO 90/12299 ist ein kapazitiver Drucksensor beschrie­ ben, bei dem das auslenkbare Element, d. h. die Membran, eine einzige flächige Elektrode aufweist, während auf der Grundstruktur bereits drei Elektroden vorgesehen sind, von denen eine unabhängig vom angelegten Druck ein konstantes Ausgangssignal liefert, während die beiden anderen Elek­ troden zusammen mit der an der Membran angebrachten Elek­ trode jeweils zwei kapazitive Ausgangssignale liefern, welche bei gleicher angelegter Kraft unterschiedlich sind.

Aus dem deutschen Patent 41 07 345 ist ebenfalls eine Druck­ messanordnung bekannt, bei der sowohl eine Membran als auch die derselben gegenüberliegende Struktur bereits mehrere Kapazitäten aufweisen, die bei gleicher Auslenkung der Mem­ bran zu unterschiedlichen kapazitiven Ausgangssignalen führen. Nachteilig an dieser Anordnung ist zum einen die rela­ tiv komplizierte Form der einzelnen Elektroden. Die Elek­ trodenform ist zudem nicht direkt durch geometrische Daten, wie z. B. Winkel und zugehörige Radien, zu beschreiben. Zum anderen müssen für unterschiedliche Anwendungen die Elektro­ denflächen sowohl der Membran als auch der Auflagestruktur neu gestaltet werden. Außerdem ist es bei der beschriebenen Anordnung erforderlich, daß sowohl alle Elektroden der Auf­ lagestruktur als auch alle Elektroden der Membran einzeln kontaktiert werden müssen, damit sichergestellt wird, daß die einzelnen Messkapazitäten auf unterschiedlichen Poten­ tialen liegen, um eine rückgekoppelte Auswerteschaltung verwenden zu können, die auf dem Switched-Capacitor-Prinzip aufbaut.

Die GB 2157444 A offenbart einen kapazitiven Druckwandler mit einem ersten isolierenden Substrat und einem zweiten isolierenden Substrat. Beide Substrate sind voneinander beabstandet angeordnet, wobei ein isolierendes Substrat ge­ genüber dem anderen isolierenden Substrat durch einen an den kapazitiven Druckwandler angelegten Druck auslenkbar ist. Die gesamte Oberfläche des ersten isolierenden Substrats ist mit einem Basisbauglied, d. h. einer ersten Elektrode, verse­ hen. Das zweite isolierende Substrat ist mit einem Sensor­ bauglied, d. h. einer zweiten Elektrode, und mit einem Refe­ renzbauglied, d. h. einer Referenzelektrode, versehen. Das Sensorbauglied und das Basisbauglied bilden zusammen einen Sensorkondensator, während die Referenzelektrode und dassel­ be Basisbauglied einen Referenzkondensator bilden. Die Sen­ sorelektrode und die Referenzelektrode sind derart geformt, daß eine Wandlerschaltung, die die von den beiden Kondensa­ toren ausgegebenen Kondensatorwerte verarbeitet, ein in ei­ nem bestimmten Bereich im wesentlichen lineares Ausgangssi­ gnal liefert. Sowohl die Sensorelektrode als auch die Refe­ renzelektrode bestehen aus inkrementellen Flächen, wobei die letztendliche Form der beiden Flächen numerisch bestimmt wird, wobei die inkrementellen Flächen durch eine elektri­ sche leitfähige Schicht sowohl für die Referenzelektrode als auch für die Sensorelektrode miteinander verbunden werden. Typisch für die geometrische Form der Referenzelektrode und der Sensorelektrode ist, daß beide durchgehenden Elektroden Segmente aufweisen, die verschachtelt angeordnet sind, wobei jedoch immer nur ein Referenzkondensator und ein Sensorkon­ densator vorhanden sind, deren Massepotential identisch ist.

Die DE 42 44 450 A1 genannt, offenbart einen kapazitiven Drucksensor, der ein erstes und ein zweites Substrat, eine Aussparung und eine erste und eine zweite Elektrode auf­ weist. Die beiden Elektroden sind durchgehende Elektroden. Alternativ sind zwei verschiedene Kondensatoren durch zwei voneinander elektrisch isolierte Elektroden und eine gemein­ same Gegenelektrode realisiert.

Die DE 24 59 612 C2 offenbart einen kapazitiven Druckwand­ ler, der aus einem Gehäuse mit zwei voneinander entfernten einander zugekehrten Wänden aus isolierenden Material be­ steht, und der einen Referenzkondensator und einen auf Druck ansprechenden Kondensator, der mit dem Referenzkondensator zusammengeschaltet ist, aufweist.

Das U.S.-Patent Nr. 5,431,057 offenbart einen integrierbaren kapazitiven Drucksensor, der ein Halbleitersubstrat auf­ weist, in dem ein vergrabener Isolationsfilm angeordnet ist, und auf dem ein Polysiliziumfilm angeordnet ist, der von dem Substrat über einen Hohlraum getrennt ist, so daß der Poly­ siliziumfilm als Druckerfassungsmembran wirkt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Konzept zu schaffen, das eine einfache und flexibel einsetz­ bare Druck- oder Kraftsensorstruktur schafft, deren Kenn­ linienverlauf mit einem gewünschten Kennlinienverlauf in Übereinstimmung gebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Druck- oder Kraftsensor­ struktur gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Druck- oder Kraftsensorstruktur gemäß An­ spruch 16 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Druck- oder Kraftsensorstruktur umfaßt eine Membran und eine Gegenstruktur, wobei auf der Membran und der Gegenstruktur jeweils Elektroden zur Festlegung von Kondensatoren vorgesehen sind. Zur Festlegung einer ge­ wünschten Druck/Kapazität-Abhängigkeit bzw. Kraft/Kapazi­ tät-Abhängigkeit sind wenigstens zwei der Kondensatoren seriell oder parallel geschaltet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zum Erreichen einer Unabhängigkeit des Kennlinienver­ laufs mehrere einzelne Kapazitäten durch entsprechende Elektrodenkonfigurationen in einer Druck- oder Kraftsensor­ struktur vorgesehen werden, welche bei gleicher Auslenkung eine unterschiedliche Kapazität liefern. Durch Parallel- oder Seriell-Schalten dieser Kondensatoren kann dann ein kombi­ nierter Kapazitätsverlauf als Funktion der Auslenkung der Membran erhalten werden, der einem gewünschten Verlauf ent­ spricht. Dies bedeutet also, daß der gewünschte Kapazitäts­ verlauf zum einen durch eine geometrische Formung der Kon­ densatorelektroden im kapazitiven Sensor und zum anderen durch ein Verschalten von zumindest zwei Kondensatoren er­ halten wird, welche entsprechend geformt sind. Somit exi­ stieren zumindest zwei Freiheitsgrade, um eine gewünschte Abhängigkeit zu erhalten.

Vorzugsweise werden viele Kondensatoren durch viele entspre­ chend geformte Elektroden festgelegt, die dann mittels einer Auswerteschaltung mit Rückkopplungseigenschaft geeignet ver­ bunden werden, wodurch auch sehr komplizierte und besonders auch nichtlineare gewünschte Druck/Kapazitäts-Abhängigkeiten bzw. Kraft/Kapazitäts-Abhängigkeiten nachgebildet werden können.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, daß sie für verschiedene Anwendungen, d. h. verschiedene Abhängigkeiten eingesetzt werden kann, ohne wesentlich modifiziert zu werden. Zu diesem Zweck ist entweder die Mem­ bran oder die Gegenstruktur und vorzugsweise die Gegenstruk­ tur mit einer Vielzahl von kreissegmentförmigen Elektroden­ flächen (wenn z. B. eine kreisförmige Membran bzw. Gegen­ struktur betrachtet wird) versehen, die zusammen mit kreis­ segmentförmigen Flächen der Membran Kondensatoren festlegen, wobei durch Parallel- oder Seriell-Schalten verschiedener Kondensatoren beliebige gewünschte Elektrodenflächen, die bei einer vorausgegangenen numerischen Simulation berechnet worden sind, gewissermaßen "zusammengesetzt" werden können. Dies liefert besonders bei einer Verwendung eines Mehr­ schichtaufbaus für die Gegenstruktur ein außerordentlich flexibles Konzept, da die Metallisierungsstrukturierung sowohl der Membran als auch der Gegenstruktur und die eingesetzte Auswerteschaltung für jede Anwendung, d. h. für jede Druck/Kapazitäts-Abhängigkeit bzw. Kraft/Kapazitäts-Ab­ hängigkeit gleich sind, während die Parallelschaltung einzelner Kondensatoren, d. h. die "Zusammensetzung" der berechneten Elektrodenflächen, lediglich durch die Mehr­ schichtstrukturierung der Gegenstruktur oder auch der Membran bewirkt wird. Die Flächenauflösung, d. h. die Form der "zusammensetzbaren" Flächen wird durch die Anzahl der einzelnen Elektrodenflächen und der gegenüberliegenden Elektrodenflächen des anderen Elements der Druck- oder Kraftsensorstruktur festgelegt. Werden genügend kleine Elek­ trodenflächen vorgesehen, so sind entsprechende numerisch berechnete Elektrodenflächen nahezu beliebig zusammensetz­ bar, indem entsprechende Kondensatorelemente parallel ge­ schaltet werden.

Zur Reduzierung des damit ansteigenden Kontaktierungsauf­ wands wird erfindungsgemäß ein Konzept verwendet, bei dem nicht, wie bisher beim Stand der Technik die Elektroden sowohl der Membran als auch der Gegenstruktur kontaktiert werden müssen, sondern lediglich entweder die Membran oder die Gegenstruktur kontaktiert werden. Dies trägt dazu bei, daß die Membran und die Gegenstruktur für jede erwünschte Abhängigkeit eine gleiche Metallisierung aufweisen, da die sozusagen makroskopische Gestaltung der Elektroden lediglich durch Zusammenschaltung einzelner Elementarkondensatoren vorzugsweise unter Verwendung einer Mehrschichtstrukturie­ rung an nur einem Element bewirkt wird.

Nicht zu unterschätzen ist ferner die Tatsache, daß für alle erwünschten Abhängigkeiten lediglich eine Auswerteschaltung in Form einer elektronischen integrierten Schaltung einge­ setzt werden kann, die für alle erwünschten Abhängigkeiten die gleiche ist und daher in hohen Stückzahlen und somit preisgünstig hergestellt werden kann. Für kapazitive Druck- oder Kraftsensorstrukturen ist dies besonders wichtig, da dieselben zumeist in hohen Stückzahlen an vielen Stellen eines Systems eingesetzt werden. Die Mehrschichtstrukturierung ist, besonders wenn sie am feststehenden Element der Druck- oder Kraftsensorstruktur angebracht wird, bzw. dieses sogar bildet, aus sehr günstigen Materialien und aufgrund der sehr hoch entwickelten Mehrschichttechnologie ebenfalls trotz der anderen Gestaltung für jede Abhängigkeit sehr preisgünstig herstellbar.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detailliert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung des Prinzips, wenn nur ein Element kontaktiert wird;

Fig. 2 eine schematische Darstellung entweder der Gegen­ struktur oder der Membran der erfindungsgemäßen Druck- oder Kraftsensorstruktur;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Struktur;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Druck- oder Kraftsensorstruktur, bei der ein elek­ trisches Abschirmgitter verwendet wird;

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild einer Auswertungs­ schaltung, die auf vorteilhafte Weise mit der Druck- oder Kraftsensorstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;

Fig. 6 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Druck- oder Kraftsensorstruktur an einem Biegebalken;

Fig. 7a eine Druck- oder Kraftsensorstruktur mit zwei kreisförmigen Membranen für eine zweiseitige Mes­ sung;

Fig. 7b eine erfindungsgemäße Druck- oder Kraftsensorstruktur mit nur einer Membran und einer festste­ henden Gegenstruktur;

Fig. 8a eine numerische Simulation des Abstands der Mem­ bran von der Gegenstruktur für die in Fig. 7b ge­ zeigte Struktur;

Fig. 8b eine numerische Simulation der Kapazität eines Flächenelements in Abhängigkeit vom angelegten Druck und vom Abstand vom Zentrum der Struktur von Fig. 7b;

Fig. 9a das Füllvolumen eines liegenden Zylinders in Ab­ hängigkeit von der Füllstandshöhe zur Erläuterung des Nachbildens einer nichtlinearen Kennlinie;

Fig. 9b einen Vergleich zwischen der realisierten Ab­ hängigkeit mit der gewünschten Abhängigkeit einer erfindungsgemäßen Druck- oder Kraftsensorstruktur; und

Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf eine Gegenstruk­ tur einer erfindungsgemäßen Druck- oder Kraftsen­ sorstruktur, die die in Fig. 9b dargestellte Über­ tragungsfunktion realisiert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Druck- oder Kraftsensorstruktur 10 mit einer Membran 12 und einer Gegen­ struktur 14. Es sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 1 ledig­ lich aus Darstellungsgründen ein Fall gezeigt ist, bei dem die Gegenstruktur 14 fest ist, während die Membran als be­ weglich, d. h. als verformbar, eingezeichnet ist. Die Mem­ bran 12 wird gegenüber der Auflagestruktur 14 mittels einer vorzugsweise starren Halteeinrichtung 16 gehalten, damit bei angelegtem Druck P eine Durchbiegung der Membran 12 in Rich­ tung der Gegenstruktur 14 auftritt. Es ist offensichtlich, daß die Durchbiegung in der Mitte wesentlich stärker sein wird als am Randbereich.

Zur Erfassung der Durchbiegung auf kapazitive Art und Weise sind in Fig. 1 zwei Kondensatoren 18, 20 dargestellt. Der Kondensator 18 umfaßt einen Anschluß 1 sowie eine erste und eine zweite Elektrodenfläche 18a, 18b, die auf der Gegen­ struktur 14 aufgebracht sind, sowie eine dritte Elektroden­ fläche 18c, die derart bezüglich der ersten und der zweiten Elektrodenfläche 18a, 18b an der Membran 12 angeordnet ist, daß zwischen der ersten Elektrodenfläche 18a und der dritten Elektrodenfläche eine erste Kapazität C_a vorhanden ist, wäh­ rend zwischen der zweiten Elektrodenfläche 18b und der drit­ ten Elektrodenfläche 18c eine weitere Kapazität C_b vorhanden ist. Die an den Anschlüssen 1 und 2 meßbare Kapazität des Kondensators 18 besteht somit aus einer Serienschaltung zwi­ schen den einzelnen Kapazitäten C_a und C_b. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenfläche ferner eine Streukapazität vorhanden sein kann, die von der Auslenkung der Membran 12 im wesentlichen unbeeinflußt ist. Diese Streukapazität sollte klein sein, um eine Kapazitätsänderung aufgrund der Auslenkung der Membran nicht zu verdecken. Dies ist jedoch meistens erfüllt, da der Abstand zwischen Membran und Gegenstruktur üblicherweise sehr klein ist.

Der zweite Kondensator 20 ist analog zum ersten Kondensator 18 aufgebaut und umfaßt ebenfalls eine erste und eine zweite Elektrodenfläche 20a, 20b sowie eine dritte Elektrodenfläche 20c. Die an den Anschlüssen 3 und 4 meßbare Kapazität des Kondensators 20 setzt sich somit ebenfalls aus einer Serien­ schaltung einer ersten Kapazität C_c zwischen der ersten Elektrodenfläche 20a und der dritten Elektrodenfläche 20c, die an der Membran 12 angebracht ist, und einer Kapazität C_d zusammen, die zwischen der zweiten Elektrodenfläche 20b an der Gegenstruktur 14 und der dritten Elektrodenfläche 20c an der Membran 12 gebildet ist.

Das in Fig. 1 gezeigte Kondensatorkonzept hat den entschei­ denden Vorteil, daß lediglich die Gegenstruktur 14 mit Kontakten versehen werden muß, während das aktive Element, d. h. die Membran 12, die sich bei angelegtem Druck P auslenkt, keinerlei Kontakte benötigt. Damit ist eine wesentliche Vereinfachung erreicht. Außerdem ist es bei entsprechender Gestaltung der Membran möglich, daß für jede Abhängigkeit die gleiche Membran eingesetzt wird, wie es weiter hinten beschrieben ist. Die Kontaktierung der ersten und zweiten Elektrodenflächen 18a, 18b und 20a, 20b kann auf der be­ züglich Fig. 1 unteren Seite der Gegenstruktur beispiels­ weise mittels Leiterbahnen bewerkstelligt werden, oder aber mittels einer Mehrschichtstruktur, wie es ebenfalls weiter hinten beschrieben ist.

Zum Erreichen einer gewünschten Kapazitätsabhängigkeit der Druck- oder Kraftsensorstruktur 10 können nun die beiden Kondensatoren 18, 20, die abhängig von der erwünschten Anwendung an irgendeiner Stelle bezüglich der Membran 12 plaziert sein werden, seriell oder parallel verschaltet werden, um ein Sensorausgangssignal U_a mit der gewünschten Abhängigkeit zu erhalten. Lediglich vorzugsweise kann das direkte Sensorausgangssignal U_a mit einer integrierten Schaltung IC 22 verarbeitet werden, um ein verarbeitetes Ausgangssignal U_a' zu erhalten. Für Fachleute ist es offen­ sichtlich, daß integrierte Schaltungen 22 üblicherweise mehr als zwei Eingänge für eine einzige Spannung haben, wodurch die Ausgangssignale mehrere verschalteter Kondensatoren auf beliebige Weise kombiniert werden können. Weiterhin können und werden vorzugsweise auch mehr als zwei Kondensatoren parallel oder seriell oder sowohl seriell als auch parallel miteinander verschaltet, um eine erwünschte Abhängigkeit bzw. auch eine der Anwendung angepaßte Empfindlichkeit der Druck- oder Kraftsensorstruktur 10 zu erhalten. Weiterhin werden die einzelnen Elektrodenflächen 18a-18c und 20a-­ 20c vorzugsweise geeignet auf der Membran bzw. der Auflage­ struktur strukturiert, um allein aufgrund der Elektrodenfor­ mung schon einen Kapazitätsverlauf zu erhalten, der dann zusammen mit der Zusammenschaltung der Kondensatoren den gewünschen Druck/Kapazitäts- bzw. Kraft/Kapazitäts-Verlauf, d. h. ein bestimmtes Ausgangssignal U_a als Funktion des angelegten Drucks P, ergibt.

Im allgemeinen wird eine Parallelschaltung von Kondensatoren gegenüber einer Serienschaltung eher bevorzugt, da bei einer Serienschaltung von Kondensatoren immer die kleinere Kapazi­ tät den dominierenden Einfluß hat, was unter Umständen zu Empfindlichkeitsverlusten führen kann. Außerdem erlaubt die Parallelschaltung von Kondensatoren die einfache "Zusammen­ setzung" von "makroskopischen" Elektrodenflächen aus "mikro­ skopischen" Elektrodenflächen.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Druck- oder Kraftsensor­ struktur 10, wobei besonderes Augenmerk auf die Metalli­ sierung der Auflagestruktur 14 gelegt wurde. Die Membran 12 ist dagegen lediglich durch eine dritte Elektrodenfläche 18c bzw. 20c angedeutet. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Auflagestruktur 14 eine Vielzahl von kreissegmentförmigen Elektrodenflächen aufweist, welche mittels einer entsprech­ enden Elektrode in der Membran 12 verschaltet werden können, um Kondensatoren zu ergeben. Schematische Verbindungen 24 und 26 zeigen eine Zusammenschaltung zweier Kondensatoren, um eine erste Gruppe zu bilden (24) bzw. um eine zweite Gruppe (26) zu bilden. Es sei darauf hingewiesen, daß die einzelne Elementarform der Elektrodenflächen, die in Fig. 2 kreissegmentartig ist, eine beliebige andere Form annehmen kann. Für kreisrunde Membranen bietet sich jedoch eine kreissektorförmige Gestaltung an.

Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß zwei auf ein und demselben Kreisring angeordnete Elektrodenflächen zusammen mit einer entsprechend geformten Elektrodenfläche der Membran einen Kondensator bilden. Es ist ebenfalls möglich, daß Kondensatoren durch Elektrodenflächen in verschiedenen Kreisringen gebildet werden. Außerdem ist es nicht erforder­ lich, daß die Zusammenschaltungen der Kondensatoren ledig­ lich in einem Kreisquadranten erfolgt. Die Leiterstrukturen 24 und 26 können beliebig gestaltet werden, wobei es prinzi­ piell auch denkbar wäre, daß ein Kondensator, der, wie es in Fig. 1 dargestellt wurde, aus drei Elektrodenflächen be­ steht, von denen zwei auf einem Element und das Dritte auf einem anderen Element der Sensorstruktur 10, in beiden Gruppen vorhanden ist. Außerdem können beliebigen Gruppen, also auch mehr als zwei Gruppen von zusammengeschalteten Kondensatoren gebildet werden, je nachdem welche Abhängigkeit erwünscht ist, bzw. welche Auswerteschaltung 22 zur Verfü­ gung steht. Außerdem ist die Anzahl der Ringe mit Elektro­ denflächen beliebig wählbar, wobei eine beliebig genaue Flä­ chenzusammensetzung durch eine beliebig kleine Dimensio­ nierung der elementaren Elektrodenflächen erreicht wird.

Selbstverständlich müssen die einzelnen Elektrodenflächen durch nicht-leitende Stege voneinander getrennt werden. Dies wird eine untere Grenze für die Fläche der einzelnen Elek­ trodenflächen darstellen, da mit zunehmendem Verhältnis von nicht leitenden Stegen zu der Metallisierungsfläche die wirksame Elektrodenfläche abnimmt und somit auch die Empfindlichkeit der Sensorstruktur zurückgeht. Für eine hohe Empfindlichkeit der Sensorstruktur ist es notwendig, wenn möglich alle Elektrodenflächen irgendwie zu verschalten, wobei es aber abhängig von der erwünschten Druck/Ka­ pazitäts-Abhängigkeit bzw. Kraft/Kapazitäts-Abhängigkeit genauso möglich ist, nur einige der prinzipiell zur Verfü­ gung stehenden Kondensatoren zu verwenden, und die anderen unbenutzt zu lassen.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Druck- oder Kraft­ sensorstruktur von Fig. 2. Insbesondere ist in Fig. 3 der Aufbau der Gegenstruktur als Mehrschichtstrukturierung angedeutet. Die Gegenstruktur besteht dabei beispielsweise aus vier Schichten 14a bis 14d, wobei auf der Schicht 14d die ersten und zweiten Elektrodenflächen 18a, 18b und 20a, 20b vorgesehen sind, denen entsprechende dritte Elektroden­ flächen 18c und 20c gegenüber liegen. In Fig. 3 ist die Situation gezeigt, bei der die beiden Kondensatoren 18 und 20 parallel geschaltet sind. Diese Parallelschaltung wird mittels auf den Mehrschichtstrukturen vorgesehenen Leiter­ bahnen erreicht, die durch Durchgangslöcher in den Mehr­ schichtstrukturen von einer Schicht zur nächsten Schicht verbunden sind. Indem eine Mehrschichtstrukturierung für die feste Gegenstruktur 14 verwendet wird, ist es möglich, nur eine einzige Auswerteschaltung 22 für alle beliebigen An­ wendungen einzusetzen, da die Leiterbahnen auf der obersten Schicht 14a, auf der die integrierte Schaltung 22 direkt befestigt werden kann, derart gestaltet werden kann, daß entsprechende Elemente mit den bestimmten dafür vorgesehenen Eingängen der integrierten Schaltung 22 verbunden werden. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß in Abhängigkeit von den erwarteten bzw. notwendigen Auslenkungen der Membran die Membran selbst ebenfalls den mehrschichtigen Aufbau haben kann, während die Gegenstruktur fest ist und keine Kontak­ tierungen hat. Dies wird jedoch der eher seltenere Anwen­ dungsfall sein.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Druck- oder Kraftsensorstruktur, wobei die Membran 12 als Mehrschichtaufbau ausgeführt ist, jedoch nicht nur zum Zu­ sammenschalten mehrerer Elemente, sondern zum Aufnehmen eines Abschirmgitters 28 innerhalb eines "Sandwich"-Aufbaus, wobei dieser "Sandwich"-Aufbau sowohl in der Gegenstruktur 14 als auch in der Membran 12, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, vorhanden seien kann. Dieses Abschirmgitter bzw. eine durch­ gehende Abschirmbeschichtung dient zum elektromagnetischen Entkoppeln von äußeren Feldern oder Einflüssen.

Fig. 5 zeigt eine Auswerteschaltung 30, die vorzugsweise mit der Druck- oder Kraftsensorstruktur 10 gemäß der vorliegen­ den Erfindung eingesetzt werden kann. Die Auswerteschaltung 30 umfaßt einen Operationsverstärker 32 mit zwei Rückkopp­ lungszweigen 34a, 34b, wobei beide Rückkopplungszweige je­ weils eine Rückkopplungskapazität C_f (f = feedback) umfassen. Mit dem Operationsverstärker 32 sind ferner über die Knoten B und B' Referenzkapazitäten C_r und Signalkapazitäten C_s verbunden. Es sei darauf hingewiesen, daß sowohl C_r als auch C_s als auch C_f Kapazitäten von zusammengeschalteten Konden­ satoren sein können, wie es durch die Pfeile U_af, U_as und U_ar symbolisch angedeutet ist. So könnte beispielsweise zur Erzeugung einer Kapazität C_f die Zusammenschaltung 24 ver­ wendet werden, während für die Erzeugung einer Signalka­ pazität C_s die Zusammenschaltung 26 und zur Erzeugung einer Referenzkapazität C_r eine weitere Zusammenschaltung einge­ setzt werden.

Das Schaltungsprinzip, das Fig. 5 zugrundeliegt, ist bekannt und muß daher nicht weiter ausgeführt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß an den Eingängen A und A' der Schal­ tung 30 eine Gleichspannung anliegt, die abwechselnd umgepolt wird. Das Ausgangssignal, das die gewünschte Abhän­ gigkeit besitzt, d. h. U_a' (Fig. 1) wird an den Knoten C und C' abgenommen. In Fig. 5 wurden aus Übersichtlichkeits­ gründen ferner notwendige Schalter weggelassen, da Fig. 5 auf dem "Switched-Capacitor"-Prinzip aufbaut, das in der Technik bekannt ist und darauf basiert, daß sich in der gezeichneten Konfiguration geschaltete Kapazitäten analog zu Widerständen verhalten. Die Doppelbeschaltung des Opera­ tionsverstärkers 32 hat den Vorteil, daß unter Verwendung des Differenzpfadprinzips eine geringere Betriebsspannungs­ abhängigkeit vorhanden ist. Das Ausgangssignal U_a' an den Knoten C und C' ist dabei proportional zu dem Quotienten (C_s - C_r/C_f).C_s, C_f und C_r sind dabei, wie es bereits erwähnt wurde, entsprechende Gruppen der Kondensatoren, die durch Parallel- und/oder Serienschaltung einzelner Kondensatoren gebildet sein können, wobei ein einzelner Kondensator aus zumindest einer ersten und einer zweiten Elektrodenfläche und zusätzlich einer dritten Elektrodenfläche besteht.

Die nachfolgend dargelegten Realisierungsbeispiele der Druck- oder Kraftsensorstruktur gemäß der vorliegenden Er­ findung und die erhaltenen Meßergebnisse bzw. Simulations­ ergebnisse basieren auf einer in den Fig. 1 bis 4 darge­ stellten Druck- oder Kraftsensorstruktur, die mit der in Fig. 5 gezeigten Schaltung verbunden ist.

Fig. 6 zeigt das erfindungsgemäße Konzept anhand eines Bie­ gebalkens, der zur Membran 12 analog ist und durch eine Kraft F an seinem Ende belastet wird, und dem ein Sensor­ grundkörper 14 gegenüberliegt, wobei die Metallisierungen nur schematisch eingezeichnet sind. Eine zur Anpassung an verschiedene Kennlinienformen geeignete Elektrodenaufteilung ist beispielsweise in Fig. 6 gezeigt. Diese Elektrodenauf­ teilung könnte auf der Balkenunterseite angebracht werden. Die zur Verfügung stehende Fläche wird dabei in eine Anzahl von Querstreifen 34a bis 34d unterteilt, wobei die Biegung, wie es die Biegelinie vorgibt, am Streifen 34a am stärksten seien wird, während sie zum Streifen 34d abnimmt. Die Quer­ streifen können nun in eine beliebige Anzahl von Längsstrei­ fen unterteilt werden, wobei sich die drei Meßkapazitäten C_s, C_f und C_r bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel aus je­ weils vier Elektrodenstreifen mit unterschiedlicher Länge und Breite zusammensetzen. Die Länge und Breite der ein­ zelnen Streifen und die Aufteilung auf die drei Meßkapazi­ täten bestimmt nun das Ausgangssignal des Sensors, wobei die gewünschte Druck/Kapazitäts-Abhängigkeit bzw. Kraft/Kapazi­ täts-Abhängigkeit eingestellt werden kann. Das Fig. 6 zu­ grundeliegende Elektrodenflächenmuster wird nun im Gegensatz zu Fig. 2 kein Array aus Kreisflächensegmenten sein, sondern ein Array aus Quadraten, die über die Gegenstruktur 14 oder den Biegebalken 12 parallel geschaltet werden, um die rechts in Fig. 6 gezeigten Flächen nachbilden zu können.

Fig. 7a zeigt ein weiteres Beispiel für eine Druck- oder Kraftsensorstruktur 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, welche eine Doppelmembran 12a und 12b aufweist. Beide Mem­ branen sind zusätzlich mit einem Stößel 36a, 36b zur Kraft­ übertragung versehen. Außerdem haben beide Membranen einen "Sandwich"-artigen Aufbau, in dem ein Abschirmgitter 28 auf­ genommen ist, sowie sowohl an der oberen Membran 12a als auch an der unteren Membran 12b eine Metallisierung zum Bil­ den von Kondensatoren 18, 20. Die einzelne Elektrodenflächenaufteilung ist aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 7 nicht dargestellt. Bei dem in Fig. 7a gezeigten Beispiel mit Doppelmembran ist die in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebe­ ne Serienschaltung von zwei Elementar-Kapazitäten von beson­ derem Vorteil, da eine Kontaktierung nur auf einer Membran 12a oder 12b durchgeführt werden muß. Die Zusammenschaltung könnte hier ebenfalls durch eine Mehrschichtstrukturierung an einer Membran realisiert werden. Eher wünschenswert ist hier jedoch eine Zusammenschaltung mittels Leiterbahnen, wenn die Membranen sehr empfindlich reagieren sollen und damit nicht besonders dick sein dürfen.

Fig. 7b zeigt im Gegensatz zu Fig. 7a keinen Kraftsensor sondern einen Drucksensor 10, der ebenfalls eine Membran 12 mit Abschirmgitter 28 und Metallisierung aufweist, der eine Metallisierung der Gegenstruktur 14 gegenüberliegt, um wieder Kondensatoren 18, 20 zu bilden. Nur schematisch ist in Fig. 7b eine Abstützungsstruktur 38 eingezeichnet, die bei allen anderen erfindungsgemäßen Sensoren ebenfalls ein­ gesetzt werden kann, um die Membran am Rande ihres zuläs­ sigen Auslenkungsbereiches abzustützen, um eine Zerstörung derselben bei Überlast zu vermeiden.

Auch in Fig. 7b ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht die Strukturierung der Metallisierungen an Membran und Gegen­ struktur eingezeichnet.

Fig. 8a zeigt das Ergebnis einer Simulation der Auslenkung der Membran von Fig. 7b, wobei der Abstand eines Flächenele­ ments der Membran 12 zu der Gegenstruktur 14 abhängig von dem Ort des Flächenelements auf der Membran 12 und dem an­ gelegten Druck variiert.

Fig. 8b zeigt die numerische Simulation der Kapazität jedes Flächenelements in Abhängigkeit der Position (relativer Radius) als auch des angelegten Drucks. Jedes Flächen­ element, das in Fig. 8b simuliert ist, könnte dabei einer dritten Elektrodenfläche bzw. einer ersten und zweiten Elektrodenfläche, d. h. einem Einzelkondensator entsprechen.

In Fig. 8b ist somit der Kapazitätsbeitrag jedes einzelnen Kondensators dargestellt, wobei zur Festlegung eines Ka­ pazitätsverlaufs bestimmte Einzelkondensatoren parallel und/oder in Serie geschaltet werden können, wie es bei­ spielsweise durch eine numerische Optimierung berechnet werden kann. Damit kann mittels einer entsprechenden geometrischen Aufteilung der Elektrodenflächen eine gewünschte Ausgangskennlinie vorzugsweise unter Verwendung einer Auswerteschaltung mit Rückkopplungszweig in weiten Grenzen eingestellt werden.

Ein Anwendungsbereich zur Nachbildung einer nichtlinearen Übertragungsfunktion wird im nachfolgenden anhand der Fig. 9a, 9b und 10 erläutert. Selbstverständlich kann mit der . vorliegenden Erfindung auch der Spezialfall einer linearen Kennlinie realisiert werden.

Fig. 9a zeigt die Füllstandskurve eines liegenden Zylinders. Insbesondere ist in Fig. 9a der Anteil des Füllvolumens am Gesamtvolumen als Funktion der Füllhöhe h des Zylinders dar­ gestellt. Um eine Druck- oder Kraftsensorstruktur einsetzen zu können, die die in Fig. 9a gezeigte Füllstandskurve nach­ bildet, muß dieselbe eine entsprechende nichtlineare Ab­ hängigkeit des Ausgangssignals von dem im Tank vorhandenen Druck haben. Dabei muß mittels eines geeigneten Optimie­ rungsverfahrens das Ausgangssignal der in Fig. 5 gezeichne­ ten Switched-Capacitor-Schaltung, die eine Übertragungsfunk­ tion aufweist, die proportional zum Quotienten (C_s - C_r)/C_f ist, an die Füllstandskurve angepaßt bzw. mit der derselben gefittet werden. Die obere Grafik in Fig. 9 stellt dabei die Übertragungsfunktion und die angepaßte Funktion dar, während die untere Grafik stark hervorgehoben die relative Abweichung in Prozent zwischen der Füllstandskurve und der optimierten Sensorausgangskurve in Abhängigkeit vom relativen Druck auf dem Sensor darstellt.

Fig. 10 zeigt eine optimierte Druck- oder Kraftsensorstruk­ tur, mittels der die Ergebnisse von Fig. 9b realisiert wur­ den. Die in Fig. 9b im oberen Teil dargestellte Übertra­ gungsfunktion wurde mittels einer kreisrunden Membran und einer kreisrunden Gegenstruktur 14 erreicht, wobei aus Über­ sichtlichkeitsgründen in Fig. 10 lediglich die Gegenstruktur schematisch dargestellt ist. In Fig. 10 sind die Elektroden­ flächen der Kondensatoren C_S, C_R und C_F für die in Fig. 5 gezeigte Schaltung in einem Quadranten eingezeichnet. Die gesamte Sensorstruktur ergibt sich durch Spiegelung des beschrifteten Quadrants an der X-Achse und durch Spiegelung des resultierenden Halbkreises an der Y-Achse. In Fig. 10 ist ferner ein Elementarkondensator durch die erste und zweite Elektrodenfläche 18a und 18b angedeutet, dem eine entsprechende dritte Elektrodenfläche der Membran (nicht gezeigt) gegenüberliegt, um diesen Elementarkondensator zu bilden.

Die berechneten Flächen der Kapazitäten C_S, C_R und C_F werden durch Parallelschalten entsprechender Elementarkondensatoren 18 mittels einer in Fig. 3 dargestellten Mehrschichtstruktur 14a bis 14d aufgebaut bzw. zusammengesetzt. Es sei darauf hingewiesen, daß die in Fig. 10 gezeigte Elementarelek­ trodenflächenaufteilung relativ fein ist und eine sehr feine Anpassung an eine gewünschte Kennlinie erlaubt. Für die in Fig. 10 gezeigte relativ grobe Elekrodenstruktur würde auch eine grobere Elektrodenflächenaufteilung genügen. Die in Fig. 10 dargestellten Dimensionierungen ergeben sich folgen­ dermaßen, wobei w für ein Kreissegment steht, während r für den relativen Radius, d. h. einen Radius bezogen auf den Gesamtradius R der Membran, steht. Im einzelnen ergaben sich folgende Größen:

Tabelle

Stegbreite: 0,20 mm

Zusammenfassend läßt sich also feststellen, daß die Druck- oder Kraftsensorstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Vorteile aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsbei­ spielen mit einer Membran und einer festen Gegenstruktur müssen die "aktiven" Elektroden nicht mehr galvanisch ange­ schlossen werden. Weiterhin erlaubt eine generelle Berech­ nungsmethode die Kennlinien-Transformation der Sensorstruk­ turen in weiten Grenzen zur Kombination von entsprechend ge­ formten isolierten Elektrodenflächen, wobei für die be­ schriebene Auswerteschaltung vorzugsweise drei Kondensator­ gruppen eingesetzt werden. Durch Aufbau der kapazitiven Sen­ soren im "Sandwich"-System kann auf flexible und günstige Art und Weise die entsprechende Serien- oder Parallelschal­ tung der einzelnen Kondensatoren einer Gruppe und auch die Gruppenzusammenfassung durchgeführt werden. Ein Abschirmgit­ ter oder auch eine durchgehende Abschirmbeschichtung auf bzw. innerhalb der "Sandwich"-Strukturen ist sowohl in der Gegenstruktur als auch in der Membran möglich, um äußere Einflüsse zu mindern. Besonders in Verbindung mit einer "Switched-Capacitor"-Auswerteschaltung, die vorzugsweise direkt auf der Gegenstruktur vorgesehen ist, ist die "Ver­ drahtungs"-Möglichkeit des Schichtaufbaus von besonderem Vorteil. Außerdem erlaubt die erfindungsgemäße Struktur auch die Verwendung von Glasmembranen, auf die lediglich die dritten Elektrodenflächen aufgedampft werden müssen, und bei denen keinerlei Verdrahtung der Membran notwendig ist. Die Elektrodenstrukturen lassen sich vorzugsweise mit wenigen Angaben, wie z. B. Länge, Breite, Abstand bzw. Winkel, Ra­ dius definieren.

Claims (18)

1. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) mit einer Membran (12) und einer Gegenstruktur (14), wobei auf der Membran (12) und der Gegenstruktur (14) jeweils Elektroden (18a-­ 18c, 20a-20c) zur Festlegung von Kondensatoren (18, 20) vorgesehen sind,
wobei zur Festlegung einer gewünschten Druck/Kapazi­ täts-Abhängigkeit bzw. Kraft/Kapazitäts-Abhängigkeit wenigstens zwei der Kondensatoren (18, 20) seriell oder parallel geschaltet sind; und
wobei jeder der wenigstens zwei Kondensatoren (18, 20) durch zwei Elektrodenflächen (18a, 18b, 20a, 20b) auf entweder der Membran (12) oder der Gegenstruktur (14) und eine dritte Elektrodenfläche (18c, 20c) auf der Gegenstruktur (14) bzw. der Membran (12) gebildet ist,
wobei die Kapazität des Kondensators durch eine Serien­ schaltung zweier Kapazitäten (C_a, C_b bzw. C_c, C_d) zwi­ schen der ersten (18a, 20a) und der dritten (18c, 20c) sowie der zweiten (18b, 20b) und der dritten (20d) Elek­ trodenfläche gebildet ist, derart, daß zur Serien- oder Parallelschaltung der wenigstens zwei Kondensatoren (18, 20) lediglich die erste und die zweiten Elektrodenfläche (18a, 18b, 20a, 20b) nicht aber die dritte Elektroden­ fläche (18c, 20c) kontaktiert sind.

2. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß Anspruch 1, bei der die dritte Elektrodenfläche (18c, 20c) die erste und die zweite Elektrodenfläche (18a, 18b; 20a, 20b) im wesentlichen überlappt.

3. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der eine Vielzahl von Kondensatoren (18, 20) vorgesehen ist, derart, daß im wesentlichen der gesamte aktive Bereich der Membran (12) und der Gegenstruktur 14 durch viele erste und zweite bzw. durch dritte Elektrodenflächen (18a-18c, 20a-20c) bedeckt ist, wobei die einzelnen Elektrodenflächen voneinander isoliert sind.

4. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 3, bei der die ersten und die zweiten Elektrodenflächen (18a, 18b, 20a, 20b) Kreissegmentform haben.

5. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sowohl die Membran (12) als auch die Gegenstruktur (14) auslenkbar sind.

6. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 4, bei der die Gegenstruktur (14) feststehend ist und allein die Membran (12) auslenkbar ist.

7. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß Anspruch 6, bei der die Serien- oder Parallelschaltung zweier Kon­ densatoren (18, 20) durch die Gegenstruktur (14) reali­ siert ist.

8. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß Anspruch 7, bei der die Gegenstruktur einen Mehrschichtaufbau (14a-­ 14d) aufweist, wobei Leiterbahnen und die Durchgangs­ kontaktierungen von einzelnen Schichten des Mehrschicht­ aufbaus derart ausgeführt sind, daß eine Vielzahl von Kondensatoren (18, 20) zur Festlegung der gewünschten Druck/Kapazitäts- bzw. Kraft/Kapazitäts-Abhängigkeit parallel geschaltet ist.

9. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Membran (12) und/oder die Auflagestruktur (14) Sandwich-artig aufge­ baut ist bzw. sind, und eine Abschirmeinrichtung (28) zur Abschirmung äußerer Einflüsse aufweist bzw. auf­ weisen.

10. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der An­ sprüche 3 bis 9, bei der eine Auswerteschaltung (22) auf der von der Membran (12) weg gerichteten Seite der Ge­ genstruktur (14) angeordnet ist.

11. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, bei der eine Kondensatorgruppe (C_s) zur Signalerfassung, eine Kondensatorgruppe (C_f) zur Rückkoppelung und eine Kondensatorgruppe (C_r) zur Refe­ renz vorgesehen sind.

12. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß Anspruch 11, bei der die Referenz-Kondensatorgruppe (C_r) in einem we­ niger stark auslenkbaren Bereich angeordnet ist, während sich die Rückkopplungs-Kondensatorgruppe (C_f) in einem stark auslenkbaren Bereich angeordnet ist.

13. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß Anspruch 12, bei der eine Auswerteschaltung (22) in Switched- Capacitor-Technik vorgesehen ist.

14. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß Anspruch 13 in Rückbeziehung auf Anspruch 8, bei der sowohl die Membran (14) als auch die Auswerteschaltung (22) Appli­ kations-unabhängig sind.

15. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Membran (14) als Glasmembran ausgeführt ist.

16. Verfahren zum Herstellen einer Druck- oder Kraftsensor­ struktur (10) mit einer Membran (12) und einer Gegen­ struktur (14), wobei die Membran (12) und die Gegen­ struktur (14) eine Vielzahl von einzelne Kondensatoren (18, 20) bildenden Elektrodenflächen (18a-18c, 20a-­ 20c) aufweisen, mit folgenden Schritten:
Bilden von zwei Elektrodenflächen (18a, 18b, 20a, 20b) auf entweder der Membran (12) oder der Gegenstruktur (14) und einer dritten Elektrodenfläche (18c, 20c) auf der Gegenstruktur (14) bzw. der Membran (12), wobei die Kapazität jedes der wenigstens zwei Kondensatoren durch eine Serienschaltung zweier Kapazitäten (C_a, C_b bzw. C_c, C_d) zwischen der ersten (18a, 20a) und der dritten (18c, 20c) sowie der zweiten (18b, 20b) und der dritten (20d) Elektrodenfläche gebildet ist;
derart, daß zur Serien- oder Parallelschaltung der wenigstens zwei Kondensatoren (18, 20) lediglich die erste und die zweiten Elektrodenfläche (18a, 18b, 20a, 20b) nicht aber die dritte Elektrodenfläche (18c, 20c) kontaktiert sind.
Auswählen einer Druck/Kapazitäts- bzw. Kraft/Kapazi­ täts-Abhängigkeit;
Optimieren der Übertragungsfunktion einer zur rea­ lisierenden Druck- oder Kraftsensorstruktur (10), um eine simulierte Druck/Kapazitäts- bzw. Kraft/Kapazi­ täts-Abhängigkeit zu erhalten, die der ausgewählten Abhängigkeit zumindest nahekommt;
Erzeugen der im Schritt des Optimierens erhaltenen Über­ tragungsfunktion durch Parallel- und/oder Seriell-Schal­ ten von zumindest zwei Kondensatoren (18, 20), wobei zur Serien- oder Parallelschaltung der wenigstens zwei Kondensatoren (18, 20) lediglich die erste und die zweiten Elektrodenfläche (18a, 18b, 20a, 20b) nicht aber die dritte Elektrodenfläche (18c, 20c) kontaktiert sind.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Membran (12) und die Gegenstruktur (14) unverändert sind und der Schritt des Erzeugens durch einen Mehrschichtaufbau der Gegen­ struktur bewirkt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Gegenstruktur (14) fest ist und die Mehrschichtstruktur (14a-14d) aufweist, wobei auf der Seite der Mehrschichtstruktur, die der Membran zugewandt ist, eine Vielzahl von kreis­ segmentförmigen Elektrodenflächen angeordnet ist, wobei sich zwei kreissegmentförmige Elektrodenflächen (18a, 18b, 20a, 20b) der Gegenstruktur (14) und eine dritte Elektrodenfläche (18c, 20c) der Membran gegenüberliegen, um einen Kondensator (18, 20) zu bilden.