DE19824778C2 - Pressure or force sensor structure and method of making the same - 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.The present invention relates generally to Sensor technology and in particular on capacitive pressure or Force sensors for measuring physical quantities such as force, Absolute pressure, differential pressure, deflection, distance and like.

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.With capacitive sensors, such as those in the European patent 0 461 459 is the Characteristic curve, d. H. the pressure sensor output signal as Function of the quantity to be measured, essentially by its mechanical properties determined. This means that the Ver formation of a deflectable membrane over a basic structure or the displacement of a bending beam as a result of an äus force directly determines the characteristic curve if one flat electrode on the movable element of a flat opposite electrode on the fixed element.

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.A capacitive pressure sensor is described in WO 90/12299 ben, in which the deflectable element, d. H. the membrane, has a single flat electrode, while on the Basic structure three electrodes are already provided by which is a constant regardless of the pressure applied Output signal delivers, while the other two elec tread together with the elec trode each deliver two capacitive output signals, which are different with the same applied force.

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.From the German patent 41 07 345 is also a print Measuring arrangement known in which both a membrane and the structure opposite the same already several Have capacities that with the same deflection of the mem lead to different capacitive output signals.  A disadvantage of this arrangement is the rela tiv complicated shape of the individual electrodes. The elec trode shape is also not directly due to geometric data, such as B. to describe angles and associated radii. To the others have to use electronics for different applications surfaces of both the membrane and the support structure be redesigned. It is also described Arrangement required that both all electrodes of the on layer structure as well as all electrodes of the membrane individually must be contacted to ensure that the individual measuring capacities on different pots tials lie to a feedback evaluation circuit to be able to use that on the switched capacitor principle builds.

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.GB 2157444 A discloses a capacitive pressure transducer with a first insulating substrate and a second insulating substrate. Both substrates are different from each other spaced apart, an insulating substrate ge compared to the other insulating substrate by one to the capacitive pressure transducer applied pressure can be deflected. The entire surface of the first insulating substrate is with a basic member, d. H. a first electrode, verse hen. The second insulating substrate is with a sensor member, d. H. a second electrode, and with a Refe border member, d. H. a reference electrode. The The sensor member and the base member together form one Sensor capacitor, while the reference electrode and thatel be base member form a reference capacitor. The sen the sensor electrode and the reference electrode are shaped in such a way that a converter circuit that the of the two condensers processed capacitor values processed, one in egg In a certain range, the output is essentially linear gnal delivers. Both the sensor electrode and the ref renzelektrode consist of incremental areas, the the final shape of the two surfaces is determined numerically is, the incremental areas by an electri cal conductive layer for both the reference electrode and  can also be connected to each other for the sensor electrode. Typical for the geometric shape of the reference electrode and the sensor electrode is that both continuous electrodes Have segments that are nested, where however only ever one reference capacitor and one sensor capacitor are available, the ground potential is identical.

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.DE 42 44 450 A1 called discloses a capacitive Pressure sensor that a first and a second substrate, a Recess and a first and a second electrode has. The two electrodes are continuous electrodes. Alternatively, two different capacitors are by two Electrically insulated from each other and a common one same counter electrode realized.

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.DE 24 59 612 C2 discloses a capacitive pressure wall ler that from a housing with two apart mutually facing walls made of insulating material stands, and the one reference capacitor and one on pressure responsive capacitor that matches the reference capacitor is interconnected.

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.U.S. Patent No. 5,431,057 discloses an integrable capacitive pressure sensor, which is a semiconductor substrate points, in which a buried insulation film is arranged, and on which a polysilicon film is arranged, which of the Substrate is separated via a cavity, so that the poly silicon film acts as a pressure detection membrane.

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.The object of the present invention is a To create concept that is simple and flexible to use bare pressure or force sensor structure creates whose characteristics line course with a desired characteristic course in Agreement can be brought.

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.This task is done by a pressure or force sensor structure according to claim 1 and by a method for  Manufacture of a pressure or force sensor structure according to An Proverb 16 solved.

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.A pressure or force sensor structure according to the invention comprises a membrane and a counter structure, being on the membrane and the counterstructure electrodes for fixing Capacitors are provided. To determine a ge desired pressure / capacity dependency or force / capacity Dependency on at least two of the capacitors connected in series or in parallel.

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.The present invention is based on the finding that that to achieve independence of the characteristic curve ver run several individual capacities by appropriate Electrode configurations in a pressure or force sensor structure  are provided, which with the same deflection deliver different capacity. By parallel or Connecting these capacitors in series can then be a combi nated capacity curve as a function of the deflection of the Membrane are obtained, the ent a desired course speaks. So this means that the desired capacity run on the one hand through a geometric shape of the con capacitor electrodes in the capacitive sensor and on the other by interconnecting at least two capacitors will hold, which are shaped accordingly. So exi at least two degrees of freedom to a desired To get dependency.

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.Preferably, many capacitors are matched by many accordingly shaped electrodes which are then fixed by means of a Evaluation circuit with feedback property suitable ver be bound, which also makes it very complicated and special also non-linear desired pressure / capacity dependencies or force / capacity dependencies are simulated can.

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.Another advantage of the present invention is that that they can be used for different applications, e.g. H. various Dependencies can be used without being essential to be modified. For this purpose, either the mem bran or the counter structure and preferably the counter structure with a variety of circular segment electrodes surfaces (e.g. if a circular membrane or counter structure is considered) provided together with circle define segment-shaped areas of the membrane capacitors, by connecting different or parallel Capacitors any desired electrode areas that calculated in a previous numerical simulation have been, so to speak, "put together". This provides especially when using a more layer structure for the counter structure an extraordinary flexible concept because of the metallization structuring both the membrane and the counter structure and the one used  Evaluation circuit for every application, d. H. for every Pressure / capacity dependency or force / capacity dep dependency are the same while the parallel connection individual capacitors, d. H. the "composition" of the calculated electrode areas, only by the more layer structuring of the counter structure or the Membrane is effected. The area resolution, i.e. H. form of the "composable" areas is determined by the number of individual electrode surfaces and the opposite Electrode surfaces of the other element of the pressure or Force sensor structure set. Are enough small elec tread surfaces are provided, so are numerical compute calculated electrode areas almost arbitrarily bar by using corresponding capacitor elements in parallel be switched.

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.To reduce the increasing contact according to the invention, a concept is used in which not, as was the case with the prior art, the electrodes contacted both the membrane and the counter structure need to be, but only either the membrane or the counter structure can be contacted. This helps that the membrane and the counter structure for any desired Dependence have the same metallization, because the macroscopic design of the electrodes, so to speak by interconnecting individual elementary capacitors preferably using a multilayer structure effect on only one element.

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.Also not to be underestimated is the fact that for everyone desired dependencies only an evaluation circuit turned on in the form of an electronic integrated circuit can be set for all desired dependencies is the same and therefore in large quantities and therefore can be manufactured inexpensively. For capacitive pressure or force sensor structures, this is particularly important because the same mostly in large numbers in many places of a system. The multilayer structure  is, especially if it is on the fixed element of the Pressure or force sensor structure is attached, or this even forms, from very cheap materials and due to the very sophisticated multi-layer technology as well very different for every dependency despite the different design inexpensive to manufacture.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detailliert erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing explained in detail. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung des Prinzips, wenn nur ein Element kontaktiert wird; Fig. 1 is a schematic diagram illustrating the principle when only one element is contacted;

Fig. 2 eine schematische Darstellung entweder der Gegen­ struktur oder der Membran der erfindungsgemäßen Druck- oder Kraftsensorstruktur; Figure 2 is a schematic representation of either the counter structure or the membrane of the pressure or force sensor structure according to the invention.

Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Struktur; Fig. 3 is a cross-section through the embodiment illustrated in Figure 2 structure.

Fig. 4 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Druck- oder Kraftsensorstruktur, bei der ein elek­ trisches Abschirmgitter verwendet wird; Fig. 4 shows a cross section through the pressure or force sensor structure according to the invention, in which an elec trical screening grid is used;

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild einer Auswertungs­ schaltung, die auf vorteilhafte Weise mit der Druck- oder Kraftsensorstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann; Fig. 5 is a simplified circuit diagram of an evaluation circuit which can be used advantageously with the pressure or force sensor structure of the present invention;

Fig. 6 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Druck- oder Kraftsensorstruktur an einem Biegebalken;6 shows an example for an inventive pressure or force sensor structure by a flexure.

Fig. 7a eine Druck- oder Kraftsensorstruktur mit zwei kreisförmigen Membranen für eine zweiseitige Mes­ sung; Fig. 7a, a pressure or force sensor structure with two circular membranes for a two-sided Mes solution;

Fig. 7b eine erfindungsgemäße Druck- oder Kraftsensorstruktur mit nur einer Membran und einer festste­ henden Gegenstruktur; 7b is a pressure or force sensor structure according to the invention with only one membrane and a festste Henden counter-structure.

Fig. 8a eine numerische Simulation des Abstands der Mem­ bran von der Gegenstruktur für die in Fig. 7b ge­ zeigte Struktur; Figure 8a is a numerical simulation of the distance of the membrane from the counter structure for the structure shown in Figure 7b;

Fig. 8b eine numerische Simulation der Kapazität eines Flächenelements in Abhängigkeit vom angelegten Druck und vom Abstand vom Zentrum der Struktur von Fig. 7b; 8b is a numerical simulation of the capacity of a surface element in dependence on the pressure applied and the distance from the center of the structure of Figure 7b..;

Fig. 9a das Füllvolumen eines liegenden Zylinders in Ab­ hängigkeit von der Füllstandshöhe zur Erläuterung des Nachbildens einer nichtlinearen Kennlinie; FIG. 9a is the fill volume in a lying cylinder From dependence of the filling level for explaining the Nachbildens a non-linear characteristic;

Fig. 9b einen Vergleich zwischen der realisierten Ab­ hängigkeit mit der gewünschten Abhängigkeit einer erfindungsgemäßen Druck- oder Kraftsensorstruktur; und Figure 9b shows a comparison between the realized From dependence with the desired function of a pressure or force sensor structure according to the invention. and

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. 10 is a schematic plan view of a counter structure of a pressure or force sensor structure according to the invention, which realizes the transfer function shown in Fig. 9b.

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. Fig. 1 is a schematic view showing a pressure or force sensor structure 10 having a membrane 12 and a back structure 14. It should be pointed out that in FIG. 1 only a case is shown for the sake of illustration in which the counter-structure 14 is fixed, while the membrane is shown as being movable, ie as deformable. The membrane 12 is held relative to the support structure 14 by means of a preferably rigid holding device 16 , so that when the pressure P is applied, the membrane 12 bends in the direction of the counter structure 14 . It is obvious that the deflection in the middle will be much stronger than at the edge area.

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.To detect the deflection in a capacitive manner, two capacitors 18 , 20 are shown in FIG. 1. The capacitor 18 comprises a connection 1 and a first and a second electrode surface 18 a, 18 b, which are applied to the counter structure 14 , and a third electrode surface 18 c, which is in relation to the first and second electrode surfaces 18 a, 18 b is arranged on the membrane 12 that a first capacitance C _{a is} present between the first electrode surface 18 a and the third electrode surface, while another capacitance C _{b is} present between the second electrode surface 18 b and the third electrode surface 18 c. The measurable at the terminals 1 and 2 capacitance of the capacitor 18 thus consists of a series connection between the individual capacitances C _a and C _b . It will be apparent to those skilled in the art that there may also be a stray capacitance between the first and second electrode surfaces which is substantially unaffected by the deflection of the membrane 12 . This stray capacitance should be small so as not to mask a change in capacitance due to the deflection of the membrane. However, this is usually the case since the distance between the membrane and the counter-structure is usually very small.

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.The second capacitor 20 is constructed analogously to the first capacitor 18 and also comprises a first and a second electrode surface 20 a, 20 b and a third electrode surface 20 c. The measurable at the terminals 3 and 4 capacitance of the capacitor 20 thus also consists of a series circuit of a first capacitance C _c between the first electrode surface 20 a and the third electrode surface 20 c, which is attached to the membrane 12 , and a capacitance C. _d together, which is formed between the second electrode surface 20 b on the counter structure 14 and the third electrode surface 20 c on the membrane 12 .

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.The capacitor concept shown in FIG. 1 has the decisive advantage that only the counter structure 14 has to be provided with contacts, while the active element, ie the membrane 12 , which deflects when the pressure P is applied, does not require any contacts. This simplifies things considerably. In addition, if the membrane is designed accordingly, it is possible for the same membrane to be used for each dependency, as described further below. The contacting of the first and second electrode surfaces 18 a, 18 b and 20 a, 20 b can be accomplished on the lower side of the counter structure with reference to FIG. 1, for example by means of conductor tracks, or by means of a multilayer structure, as is also described further below ,

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.In order to achieve a desired capacitance dependency of the pressure or force sensor structure 10 , the two capacitors 18 , 20 , which will be placed at any point with respect to the membrane 12 depending on the desired application, can now be connected in series or in parallel in order to provide a sensor output signal U _a with the desired dependency. Only, preferably, the direct sensor output signal _V out may be processed 22 with an integrated circuit IC, to provide a processed output signal U to obtain _a '. It will be apparent to those skilled in the art that integrated circuits 22 typically have more than two inputs for a single voltage, whereby the output signals of several interconnected capacitors can be combined in any way. Furthermore, more than two capacitors can and preferably are connected in parallel or in series or both in series and in parallel in order to obtain a desired dependency or a sensitivity of the pressure or force sensor structure 10 that is adapted to the application. Furthermore, the individual electrode surfaces 18 a- 18 c and 20 a- 20 c are preferably suitably structured on the membrane or the support structure, in order to obtain a capacitance profile solely on the basis of the electrode shape, which then together with the interconnection of the capacitors meet the requirements Pressure / capacity or force / capacity curve, ie a specific output signal U _a as a function of the applied pressure P, results.

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.In general, a parallel connection of capacitors rather preferred than a series connection, since one Series connection of capacitors always the smaller capacitance has the dominant influence, which may lead to Loss of sensitivity can result. In addition, the Parallel connection of capacitors the simple "together setting "of" macroscopic "electrode surfaces from" micro scopic "electrode surfaces.

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. Fig. 2 shows a plan view of a preferred embodiment of the pressure or force sensor structure 10 according to the invention, special attention being paid to the metallization of the support structure 14 . In contrast, the membrane 12 is only indicated by a third electrode surface 18 c or 20 c. From Fig. 2 it can be seen that the support structure 14 has a plurality of circular segment-shaped electrode surfaces which can be connected by means of a corresponding electrode in the membrane 12 to give capacitors. Schematic connections 24 and 26 show an interconnection of two capacitors to form a first group ( 24 ) or to form a second group ( 26 ). It should be noted that the individual elementary shape of the electrode surfaces, which is circular segment-like in FIG. 2, can take any other shape. For circular membranes, however, a sector-shaped design is appropriate.

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.Furthermore, it is not necessary that two electrode surfaces arranged on one and the same circular ring form a capacitor together with a correspondingly shaped electrode surface of the membrane. It is also possible for capacitors to be formed by electrode surfaces in different circular rings. In addition, it is not required that the interconnection of the capacitors is carried out in a single quadrant. The conductor structures 24 and 26 can be designed as desired, although it would also be conceivable in principle that a capacitor, which, as was shown in FIG. 1, consists of three electrode surfaces, two of which are on one element and the third on one another element of the sensor structure 10 , is present in both groups. In addition, any groups, that is to say more than two groups of interconnected capacitors, can be formed, depending on which dependency is desired or which evaluation circuit 22 is available. In addition, the number of rings with electrode surfaces can be selected as desired, with an arbitrarily accurate surface composition being achieved by any small dimensioning of the elementary electrode surfaces.

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.Of course, the individual electrode surfaces be separated from each other by non-conductive bars. This becomes a lower limit for the area of each elec represent tread areas, as the ratio of non-conductive webs to the metallization area effective electrode area decreases and thus the Sensitivity of the sensor structure decreases. For a high Sensitivity of the sensor structure is necessary if possible to somehow interconnect all electrode surfaces, but depending on the desired pressure / Ka capacity dependency or force / capacity dependency is just as possible, just some of the principally available to use standing capacitors, and the others to leave unused.

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. 3 shows a cross section through the pressure or force sensor structure from FIG. 2. In particular, the structure of the counter structure is indicated as a multilayer structure in FIG. 3. The counter structure consists, for example, of four layers 14 a to 14 d, the first and second electrode surfaces 18 a, 18 b and 20 a, 20 b being provided on layer 14 d, the corresponding third electrode surfaces 18 c and 20 c being opposite lie. In Fig. 3 the situation is shown in which the two capacitors are connected in parallel 18 and 20. This parallel connection is achieved by means of conductor tracks provided on the multilayer structures, which are connected by through holes in the multilayer structures from one layer to the next layer. By using a multilayer structure for the fixed counter structure 14 , it is possible to use only a single evaluation circuit 22 for any application, since the conductor tracks on the top layer 14 a, on which the integrated circuit 22 can be directly attached, are designed in this way can be that corresponding elements are connected to the dedicated inputs of the integrated circuit 22 . It is obvious to a person skilled in the art that, depending on the expected or necessary deflections of the membrane, the membrane itself can also have a multilayer structure, while the counter structure is firm and has no contacts. However, this will be the rarer application.

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. 4 shows a further example of a pressure or force sensor structure according to the invention, the membrane 12 being designed as a multilayer structure, but not only for connecting a plurality of elements, but for accommodating a shielding grid 28 within a "sandwich" structure, this " Sandwich "structure can be present both in the counter structure 14 and in the membrane 12 , as shown in FIG. 4. This shielding grille or a continuous shielding coating is used for the electromagnetic decoupling of external fields or influences.

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. FIG. 5 shows an evaluation circuit 30 which can preferably be used with the pressure or force sensor structure 10 according to the present invention. The evaluation circuit 30 comprises an operational amplifier 32 with two feedback branches 34 a, 34 b, both feedback branches each comprising a feedback capacitance C _f (f = feedback). Reference capacitors C _r and signal capacitances C _s are also connected to the operational amplifier 32 via the nodes B and B '. It should be pointed out that both C _r and C _s and C _{f can be} capacitors of interconnected capacitors, as is symbolically indicated by the arrows U _af , U _as and U _ar . For example, the interconnection 24 could be used to generate a capacitance C _f , while the interconnection 26 could be used to generate a signal capacitance C _s, and a further interconnection could be used to generate a reference capacitance C _r .

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.The circuit principle on which Fig. 5 is based is known and therefore need not be explained further. However, it should be noted that a DC voltage is present at the inputs A and A 'of the circuit 30 , which is alternately reversed. The output signal, which has the desired dependency, ie U _a '( Fig. 1) is taken at nodes C and C'. In FIG. 5, necessary switches have also been omitted for reasons of clarity, since FIG. 5 is based on the "switched capacitor" principle, which is known in the art and is based on the fact that, in the configuration shown, switched capacitances behave analogously to resistors , The double circuit of the Opera tion amplifier 32 has the advantage that a lower operating voltage dependency is available using the differential path principle. The output signal U _a 'at nodes C and C' is proportional to the quotient (C _s - C _r / C _f ). As already mentioned, C _s , C _f and C _r are corresponding groups of the capacitors , which can be formed by connecting individual capacitors in parallel and / or in series, an individual capacitor consisting of at least a first and a second electrode surface and additionally a third electrode surface.

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.The realization examples of the pressure or force sensor structure according to the present invention and the measurement results or simulation results obtained are based on a pressure or force sensor structure shown in FIGS . 1 to 4, which is connected to the circuit shown in FIG. 5 ,

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. 6 shows the concept according to the invention using a bending beam, which is analogous to the membrane 12 and is loaded by a force F at its end, and which is opposed by a sensor base body 14 , the metallizations being shown only schematically. An electrode division suitable for adapting to different characteristic curve shapes is shown in FIG. 6, for example. This electrode division could be attached to the underside of the bar. The available area is divided into a number of transverse strips 34 a to 34 d, the bend, as the bending line specifies, being greatest on strip 34 a, while decreasing to strip 34 d. The cross strips can now be divided into any number of longitudinal strips, the three measuring capacitances C _s , C _f and C _r in the example shown in FIG. 6 being composed of four electrode strips each with different lengths and widths. The length and width of the individual strips and the distribution of the three measuring capacities now determines the output signal of the sensor, and the desired pressure / capacity dependency or force / capacitance dependency can be set. In contrast to FIG. 2, the electrode surface pattern on which FIG. 6 is based will now not be an array of circular surface segments, but rather an array of squares which are connected in parallel via the counter structure 14 or the bending beam 12 in order to reproduce the surfaces shown on the right in FIG. 6 to be able to.

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. 7a shows a further example of a pressure or force sensor structure 10 according to the present invention having a double membrane 12 b and 12 a. Both Mem branen are additionally provided with a plunger 36 a, 36 b for power transmission. In addition, both membranes have a "sandwich" -like structure, in which a shielding grid 28 is received, and both on the upper membrane 12 a and on the lower membrane 12 b, a metallization for forming the capacitors 18 , 20th The individual electrode surface division is not shown in FIG. 7 for reasons of clarity. In the example shown in FIG. 7a with a double membrane, the series connection of two elementary capacitances described in connection with FIG. 1 is particularly advantageous since contacting only has to be carried out on one membrane 12 a or 12 b. The interconnection could also be realized here by a multilayer structure on a membrane. However, interconnection by means of conductor tracks is more desirable if the membranes are to react very sensitively and therefore must not be particularly thick.

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. In contrast to FIG. 7a, FIG. 7b does not show a force sensor but a pressure sensor 10 , which likewise has a membrane 12 with a shielding grating 28 and metallization, which is opposed to a metallization of the counter structure 14 in order to form capacitors 18 , 20 again. A support structure 38 is shown only schematically in FIG. 7b, which can also be used in all the other sensors according to the invention in order to support the membrane at the edge of its permissible deflection area in order to avoid destruction of the same in the event of an overload.

Auch in Fig. 7b ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht die Strukturierung der Metallisierungen an Membran und Gegen­ struktur eingezeichnet.For reasons of clarity, the structuring of the metallizations on the membrane and counter structure is also not shown in FIG. 7b.

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. 8a shows the result of a simulation of the deflection of the membrane of Fig. 7b, the distance of a surface element of the membrane 12 to the counter structure 14 varies depending on the location of the surface element on the membrane 12 and the pressure applied.

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. FIG. 8b shows the numerical simulation of the capacitance of each surface element in dependence on the position (relative radius) as well as the applied pressure. Element Each surfaces, which is simulated in Fig. 8b, there could be one third electrode surface and a first and second electrode surface ie correspond to a single capacitor.

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.In Fig. 8b, the capacity contribution of each individual capacitor is thus shown, with certain capacitors being able to be connected in parallel and / or in series in order to determine a capacitance curve, as can be calculated for example by numerical optimization. In this way, by means of a corresponding geometric division of the electrode surfaces, a desired output characteristic curve can be set within wide limits, preferably using an evaluation circuit with a feedback branch.

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.An area of application for emulating a nonlinear transfer function is explained below with reference to FIGS. 9a, 9b and 10. Of course, with the. In the present invention, the special case of a linear characteristic can also be realized.

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. 9a shows the level curve of a horizontal cylinder. In particular, the proportion of the filling volume in the total volume as a function of the filling height h of the cylinder is shown in FIG. 9a. In order to be able to use a pressure or force sensor structure which simulates the fill level curve shown in FIG. 9a, the same must have a corresponding non-linear dependency of the output signal on the pressure present in the tank. In this case, the output signal of the switched capacitor circuit shown in FIG. 5, which has a transmission function which is proportional to the quotient (C _s - C _r ) / C _f, must be adapted to the fill level curve by means of a suitable optimization method or with which they are fitted. The upper graphic in FIG. 9 represents the transfer function and the adapted function, while the lower graphic strongly emphasizes the relative deviation in percent between the fill level curve and the optimized sensor output curve as a function of the relative pressure on the sensor.

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. Fig. 10 shows an optimized pressure or force sensor structure by means of which the results of Fig. 9b were realized. The transfer function shown in FIG. 9b in the upper part was achieved by means of a circular membrane and a circular counter structure 14 , only the counter structure being shown schematically in FIG. 10 for reasons of clarity. In Fig. 10, the electrode areas of the capacitors C _S , C _R and C _F for the circuit shown in Fig. 5 are drawn in a quadrant. The entire sensor structure results from mirroring the labeled quadrant on the X axis and mirroring the resulting semicircle on the Y axis. In FIG. 10, an elementary capacitor is also indicated by the first and second electrode surfaces 18 a and 18 b, which is opposite a corresponding third electrode surface of the membrane (not shown) in order to form this elementary capacitor.

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: The calculated areas of the capacitances C _S , C _R and C _F are constructed or put together by connecting corresponding elementary capacitors 18 in parallel using a multilayer structure 14 a to 14 d shown in FIG. 3. It should be noted that the elemental electrode area shown in Fig. 10 is relatively fine and allows a very fine adjustment to a desired characteristic. For the relatively coarse electrode structure shown in FIG. 10, a coarser electrode area division would also suffice. The dimensions shown in FIG. 10 follow as follows, where w stands for a segment of a circle, while r stands for the relative radius, ie a radius based on the total radius R of the membrane. The individual sizes were as follows:

Tabelle table

Stegbreite: 0,20 mm Bridge width: 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.In summary, it can be stated that the pressure or force sensor structures according to the present invention have several advantages. For certain execution cases play with a membrane and a fixed counter structure the "active" electrodes no longer have to be galvanically connected be closed. Furthermore, a general calculation allows the characteristic curve transformation of the sensor structure tures within wide limits for the combination of corresponding ge formed insulated electrode surfaces, whereby for the be Written evaluation circuit preferably three capacitors groups are used. By building up the capacitive sen sensors in the "sandwich" system can be flexible and inexpensive Way the appropriate series or parallel scarf the individual capacitors of a group and also the Group summary can be performed. A shielding grid ter or a continuous shielding coating or within the "sandwich" structures is both in the Counter structure as well as possible in the membrane to outer Mitigate influences. Especially in connection with one "Switched-Capacitor" evaluation circuit, which preferably is provided directly on the counter structure, the "Ver wiring "possibility of layer construction of special Advantage. In addition, the structure according to the invention also allows the use of glass membranes on which only the third electrode surfaces must be evaporated, and at which require no membrane wiring. The  Electrode structures can preferably be made with a few Information such as B. length, width, distance or angle, Ra define dius.

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.1. pressure or force sensor structure ( 10 ) with a membrane ( 12 ) and a counter structure ( 14 ), electrodes ( 18 a - 18 c, 20 a - 20 c) on the membrane ( 12 ) and the counter structure ( 14 ) are provided for fixing capacitors ( 18 , 20 ),
wherein at least two of the capacitors ( 18 , 20 ) are connected in series or in parallel to determine a desired pressure / capacity dependency or force / capacity dependency; and
wherein each of the at least two capacitors ( 18 , 20 ) through two electrode surfaces ( 18 a, 18 b, 20 a, 20 b) on either the membrane ( 12 ) or the counter structure ( 14 ) and a third electrode surface ( 18 c, 20 c ) is formed on the counter structure ( 14 ) or the membrane ( 12 ),
the capacitance of the capacitor through a series connection of two capacitances (C _a , C _b or C _c , C _d ) between the first ( 18 a, 20 a) and the third ( 18 c, 20 c) and the second ( 18 b, 20 b) and the third ( 20 d) electrode surface is formed such that for the series or parallel connection of the at least two capacitors ( 18 , 20 ) only the first and the second electrode surface ( 18 a, 18 b, 20 a, 20 b) but not the third electrode surface ( 18 c, 20 c) are contacted. 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.2. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to claim 1, wherein the third electrode surface ( 18 c, 20 c) substantially overlaps the first and second electrode surfaces ( 18 a, 18 b; 20 a, 20 b). 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.3. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein a plurality of capacitors ( 18 , 20 ) is provided such that substantially the entire active area of the membrane ( 12 ) and the counter structure 14 by many first and second or third electrode surfaces ( 18 a- 18 c, 20 a- 20 c) is covered, the individual electrode surfaces being insulated from one another. 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.4. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, in which the first and the second electrode surfaces ( 18 a, 18 b, 20 a, 20 b) have a circular segment shape. 5. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sowohl die Membran (12) als auch die Gegenstruktur (14) auslenkbar sind.5. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to one of the preceding claims, in which both the membrane ( 12 ) and the counter structure ( 14 ) can be deflected. 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.6. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, in which the counter structure ( 14 ) is fixed and only the membrane ( 12 ) can be deflected. 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.7. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to claim 6, in which the series or parallel connection of two capacitors ( 18 , 20 ) is realized by the counter structure ( 14 ). 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.8. pressure or force sensor structure ( 10 ) according to claim 7, wherein the counter structure has a multi-layer structure ( 14 a- 14 d), conductor tracks and the through contacts of individual layers of the multi-layer structure are designed such that a plurality of capacitors ( 18 , 20 ) is connected in parallel to determine the desired pressure / capacity or force / capacity dependency. 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. 9. pressure or force sensor structure ( 10 ) according to any one of the preceding claims, in which the membrane ( 12 ) and / or the support structure ( 14 ) is or is built up like a sandwich, and a shielding device ( 28 ) for shielding external influences has or have on. 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.10. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to one of claims 3 to 9, in which an evaluation circuit ( 22 ) on the side of the membrane ( 12 ) directed away from the Ge gene structure ( 14 ) is arranged. 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.11. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to one of claims 3 to 9, in which a capacitor group (C _s ) for signal detection, a capacitor group (C _f ) for feedback and a capacitor group (C _r ) are provided for reference. 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.12. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to claim 11, wherein the reference capacitor group (C _r ) is arranged in a less highly deflectable area, while the feedback capacitor group (C _f ) is arranged in a highly deflectable area , 13. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß Anspruch 12, bei der eine Auswerteschaltung (22) in Switched- Capacitor-Technik vorgesehen ist.13. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to claim 12, in which an evaluation circuit ( 22 ) is provided in switched capacitor technology. 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.14. Pressure or force sensor structure ( 10 ) according to claim 13 in relation to claim 8, in which both the membrane ( 14 ) and the evaluation circuit ( 22 ) are application-independent. 15. Druck- oder Kraftsensorstruktur (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Membran (14) als Glasmembran ausgeführt ist.15. pressure or force sensor structure ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the membrane ( 14 ) is designed as a glass membrane. 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.16. A method for producing a pressure or force sensor structure ( 10 ) with a membrane ( 12 ) and a counter structure ( 14 ), the membrane ( 12 ) and the counter structure ( 14 ) having a plurality of individual capacitors ( 18 , 20 ) forming electrode surfaces ( 18 a- 18 c, 20 a- 20 c), with the following steps:
Forming two electrode surfaces ( 18 a, 18 b, 20 a, 20 b) on either the membrane ( 12 ) or the counter structure ( 14 ) and a third electrode surface ( 18 c, 20 c) on the counter structure ( 14 ) or the Membrane ( 12 ), the capacitance of each of the at least two capacitors through a series connection of two capacitances (C _a , C _b or C _c , C _d ) between the first ( 18 a, 20 a) and the third ( 18 c, 20 c) and the second ( 18 b, 20 b) and the third ( 20 d) electrode surface is formed;
such that only the first and the second electrode surface ( 18 a, 18 b, 20 a, 20 b) but not the third electrode surface ( 18 c, 20 c) contacts for series or parallel connection of the at least two capacitors ( 18 , 20 ) are.
Selecting a pressure / capacity or force / capacity dependency;
Optimizing the transfer function of a pressure or force sensor structure ( 10 ) to be implemented in order to obtain a simulated pressure / capacity or force / capacity dependency which at least approximates the selected dependency;
Generating the transfer function obtained in the optimization step by means of parallel and / or serial switching of at least two capacitors ( 18 , 20 ), only the first and the second for the series or parallel connection of the at least two capacitors ( 18 , 20 ) Electrode surface ( 18 a, 18 b, 20 a, 20 b) but not the third electrode surface ( 18 c, 20 c) are contacted. 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.17. The method according to claim 16, wherein the membrane ( 12 ) and the counter structure ( 14 ) are unchanged and the step of generating is effected by a multilayer structure of the counter structure. 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.18. The method according to claim 17, in which the counter-structure ( 14 ) is fixed and has the multilayer structure ( 14 a- 14 d), a plurality of circular segment-shaped electrode surfaces being arranged on the side of the multilayer structure which faces the membrane, wherein two circular segment-shaped electrode surfaces ( 18 a, 18 b, 20 a, 20 b) of the counter-structure ( 14 ) and a third electrode surface ( 18 c, 20 c) of the membrane lie opposite to form a capacitor ( 18 , 20 ).