Titel

Mikromechanisches Bauteil für eine Drucksensorvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine

Drucksensorvorrichtung und eine Drucksensorvorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils für eine Drucksensorvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine

Verwendung eines mikromechanischen Bauteils zum Messen einer

Druckabweichung von einem Arbeitsdruck.

Stand der Technik

In der US 2014/0060169 AI ist ein Drucksensor mit einer um eine Drehachse verkippbaren Wippenstruktur beschrieben. Die Wippenstruktur weist auf einer ersten Seite der Drehachse eine erste Aktorelektrode und auf einer zweiten Seite der Drehachse eine zweite Aktorelektrode auf. Außerdem ist die Wippenstruktur in einem luftdichten Gehäuse eingeschlossen, wobei eine an dem Gehäuse angeordnete Membran einen in dem Gehäuse vorliegenden Referenzdruck von einem in einem Außenvolumen des Gehäuses vorliegenden

Außendruck/Messdruck abgrenzt. Das Gehäuse weist auch eine der ersten Aktorelektrode zugeordnete erste Statorelektrode und eine der zweiten

Aktorelektrode zugeordnete zweite Statorelektrode auf.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Drucksensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11, eine Verwendung eines mikromechanischen Bauteils zum Messen einer Druckabweichung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils für eine Drucksensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13.

Vorteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Ermitteln einer

Druckänderung anhand einer leicht erkennbaren

Kapazitätsänderung/Gesamtkapazitätsänderung, welche (zumindest

näherungsweise) linear zur Druckänderung verläuft. Die vorliegende Erfindung erleichtert somit das Ermitteln der Druckänderung durch Auswerten der

(zumindest näherungsweise) dazu linearen Kapazitätsänderung/

Gesamtkapazitätsänderung und ermöglicht die Verwendung einer

kostengünstigen und wenig Bauraum benötigenden Auswerteelektronik für diesen Prozess. Die vorliegende Erfindung trägt damit zur Reduzierung der Herstellungskosten von Drucksensorvorrichtungen und zu deren Minimierung bei.

Des Weiteren kann mittels der vorliegenden Erfindung trotz einer Verwendung einer einfachen und wenig Bauraum benötigenden Auswerteelektronik eine Druckänderung mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit und mit einer relativ geringen Fehlerrate festgestelll ermittelt werden. Zusätzlich trägt die vorliegende Erfindung zur Realisierung von Drucksensorvorrichtungen bei, welche einfach abgeglichen werden können und vergleichsweise unempfindlich auf Stress von außen reagieren.

Vorzugsweise weicht ein erster mittlerer Grundabstand der mindestens einen ersten Statorelektrode zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden ersten Aktorelektrode von einem zweiten mittleren Grundabstand der mindestens einen zweiten Statorelektrode zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden zweiten Aktorelektrode ab. Dies bewirkt die vorteilhaften unterschiedlichen Kapazitäten zwischen den Statorelektroden und den in ihren Ausgangsstellungen vorliegenden Aktorelektroden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weicht ein erster Flächeninhalt einer ersten Elektrodenfläche der mindestens einen ersten Statorelektrode von einem zweiten Flächenhalt einer zweiten Elektrodenfläche der mindestens einen zweiten Statorelektrode ab. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann auch die mindestens eine erste Statorelektrode im Vergleich mit der mindestens einen zweiten Statorelektrode eine zusätzliche isolierende Bedeckung aufweisen. Auch auf diese Weise können die vorteilhaften unterschiedlichen Kapazitäten zwischen den Statorelektroden und den in ihren Ausgangsstellungen vorliegenden

Aktorelektroden realisiert sein.

Insbesondere kann das mikromechanische Bauteil zum Messen einer

Druckabweichung des Außendrucks von einem Arbeitsdruck pw ausgelegt sein, indem gilt:

A1*S1 _ (Gl-Sl*pw) ³

A2*S2 ~ (G2+S2*pw) ³ wobei AI der erste Flächeninhalt der ersten Elektrodenfläche der mindestens einen ersten Statorelektrode, A2 der zweite Flächeninhalt der zweiten

Elektrodenfläche der mindestens einen zweiten Statorelektrode, Gl der erste mittlere Grundabstand der mindestens einen ersten Statorelektrode zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden ersten Aktorelektrode, G2 der zweite mittlere Grundabstand der mindestens einen zweiten

Statorelektrode zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden zweiten Aktorelektrode, Sl eine erste Sensitivität eines ersten Kondensators aus der mindestens einen ersten Aktorelektrode und der mindestens einen ersten Statorelektrode und S2 eine zweite Sensitivität eines zweiten Kondensators aus der mindestens einen zweiten Aktorelektrode und der mindestens einen zweiten Statorelektrode sind. Wie unter genauer ausgeführt ist, bewirkt dies die vorteilhafte Linearität der Kapazitätsänderung/Gesamtkapazitätsänderung zur Druckänderung.

Beispielsweise können der erste Flächeninhalt der ersten Elektrodenfläche der mindestens einen ersten Statorelektrode gleich dem zweiten Flächeninhalt der zweiten Elektrodenfläche der mindestens einen zweiten Statorelektrode, die erste Sensitivität gleich der zweiten Sensitivität, und eine Differenz zwischen dem ersten mittleren Grundabstand und dem zweiten mittleren Grundabstand so ausgebildet sein, dass bei dem Arbeitsdruck ein erster mittlerer Abstand der mindestens einen ersten Statorelektrode zu der mindestens einen ersten Aktorelektrode gleich einem zweiten mittleren Abstand der mindestens einen zweiten Statorelektrode zu der mindestens einen zweiten Aktorelektrode ist.

Ebenso können der erste mittlere Grundabstand gleich dem zweiten mittleren Grundabstand und die erste Sensitivität gleich der zweiten Sensitivität sein, und es kann gelten:

AI _ (Gl-Sl*pw) ³

A2 ~ (Gl+Sl*pw) ³

Alternativ können der erste mittlere Grundabstand gleich dem zweiten mittleren Grundabstand, die erste Sensitivität ungleich der zweiten Sensitivität und der erste Flächeninhalt der ersten Elektrodenfläche der mindestens einen ersten Statorelektrode ungleich dem zweiten Flächeninhalt der zweiten Elektrodenfläche der mindestens einen zweiten Statorelektrode sein, und es kann gelten:

A1*S1 _ (Gl-Sl*pw) ³

A2*S2 ~ (Gl+S2*pw) ³

Vorzugsweise weist in diesem Fall die mindestens eine erste Statorelektrode einen ersten mittleren Drehachsenabstand von der Drehachse ungleich einem zweiten mittleren Drehachsenabstand der mindestens einen zweiten

Statorelektrode von der Drehachse auf.

Außerdem können der erste mittlere Grundabstand gleich dem zweiten mittleren Grundabstand und der erste Flächeninhalt der ersten Elektrodenfläche der mindestens einen ersten Statorelektrode gleich dem zweiten Flächeninhalt der zweiten Elektrodenfläche der mindestens einen zweiten Statorelektrode sein, und die mindestens eine erste Statorelektrode kann die im Vergleich mit der mindestens einen zweiten Statorelektrode zusätzliche isolierende Bedeckung aufweisen.

Die oben genannten Vorteile sind auch bei einer Drucksensorvorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet. Auch eine Verwendung eines entsprechenden mikromechanischen Bauteils zum Messen einer Druckabweichung des Außendrucks von dem Arbeitsdruck schafft die beschriebenen Vorteile.

Des Weiteren bewirkt auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils für eine

Drucksensorvorrichtung die beschriebenen Vorteile. Das Verfahren ist gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weiterbildbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. la und lb schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und

Fig. 4 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des

Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils für eine Drucksensorvorrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung

Die im Weiteren beschriebenen mikromechanischen Bauteile sind insbesondere für eine Drucksensorvorrichtung vorteilhaft einsetzbar. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Nutzbarkeit der mikromechanischen Bauteile nicht auf diesen Verwendungszweck limitiert ist. Fig. la und lb zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Das in Fig. la und lb schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil weist ein Gehäuse 10 auf, von welchem jedoch der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine Trägerplatte/ein Substrat 12 in die Fig. la und lb eingezeichnet ist. Das Gehäuse 10 umschließt ein Innenvolumen 14 luftdicht, wobei eine Membran 16 des Gehäuses 10 einen in dem Innenvolumen 14 vorliegenden Referenzdruck pr von einem in einem Außenvolumen 18 vorliegenden Außendruck p abgrenzt. Die Membran 16 kann beispielsweise eine durch die Trägerplatte 12 strukturierte

Öffnung luftdicht verschließen. Der in dem Innenvolumen 14 vorliegende

Referenzdruck pr ist vorzugsweise (nahezu) gleich Null. Insbesondere kann ein Vakuum in dem Innenvolumen 14 vorliegen.

Das mikromechanische Bauteil umfasst auch eine um eine Drehachse 20 verkippbare/drehbare Wippenstruktur 22, welche vorzugsweise in dem

Innenvolumen 14 angeordnet ist. Die Wippenstruktur 22 ist mit mindestens einer auf einer ersten Seite der Drehachse 20 liegenden ersten Aktorelektrode 24a und mit mindestens einer auf einer zweiten Seite der Drehachse 20 liegenden zweiten Aktorelektrode 24b ausgebildet. Außerdem ist die Wippenstruktur 22 derart mit der Membran 16 verbunden, dass bei einer Druckgleichheit zwischen dem Außendruck p und dem Referenzdruck pr die Wippenstruktur 22 und ihre Aktorelektroden 24a und 24b in ihren Ausgangsstellungen vorliegen.

Fig. la zeigt die Wippenstruktur 22 bei einem Außendruck p (ungefähr) gleich dem Referenzdruck pr. Demgegenüber gibt die Fig. lb eine Situation wieder, in welcher der in dem Außenvolumen 18 vorliegende Außendruck p gleich einem (von dem Referenzdruck pr abweichenden) Arbeitsdruck pw ist. Erkennbar ist, dass diese Druckungleichheit zwischen dem Außendruck p und dem

Referenzdruck pr in einer Druckkraft 26 resultiert, welche die Membran 16 aus- oder einwölbt und dazu führt, dass in Fig. lb die Wippenstruktur 22 aus der (in Fig. la dargestellten) Ausgangsstellung um die Drehachse 20 gedreht vorliegt.

Unter dem Arbeitsdruck pw kann ein Außendruck p verstanden werden, welcher in einem Einsatzgebiet des mikromechanischen Bauteils in der Regel vorliegt. Das mikromechanische Bauteil der Fig. la und lb ist insbesondere für den Arbeitsdruck pw„ausgelegt", d.h. das mikromechanische Bauteil ist dazu ausgebildet, eine Abweichung des Außendrucks p von dem Arbeitsdruck pw, bzw. eine Differenz zwischen dem Außendruck p und dem Arbeitsdruck pw, zu messen.

Das mikromechanische Bauteil hat auch mindestens eine an dem Gehäuse 10 fest angeordnete und der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a zugeordnete erste Statorelektrode 28a. Entsprechend ist auch mindestens eine der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b zugeordnete zweite

Statorelektrode 28b fest an dem Gehäuse 10 angeordnet. Unter einer festen Anordnung der Statorelektroden 28a und 28b an dem Gehäuse 10 wird verstanden, dass eine Lage/Stellung der Statorelektroden 28a und 28b (im Gegensatz zu einer Lage/Stellung der Aktorelektroden 24a und 24b) durch eine Kippbewegung der Wippenstruktur 22 um die Drehachse 20 nicht beeinträchtigt wird. In dem Beispiel der Fig. la und lb sind die Statorelektroden 28a und 28b auf einer das Innenvolumen 14 begrenzenden Oberfläche der Trägerplatte 12 befestigt, wobei die Statorelektroden 28a und 28b optionaler Weise mittels mindestens einer Isolierschicht 30 von der Trägerplatte 12 isoliert sind. Als Alternative oder als Ergänzung dazu können (weitere) Statorelektroden jedoch auch an einer von der Trägerplatte 12 und/oder der Membran 16 weg gerichteten Seite der Wippenstruktur 22 an dem Gehäuse 10 befestigt sein.

Eine mit der Wippenstruktur 22 ausgestattete Drucksensorvorrichtung wird häufig auch als ein differentiell arbeitender Drucksensor bezeichnet, welcher einen Außendruck p mittels der Verwölbung der Membran 16 und der daraus resultierenden Verkippung/Drehung der Wippenstruktur 22 um die Drehachse 20 misst, indem eine Gesamtkapazitätsänderung AC einer Summe aus einer ersten Kapazität Cl eines ersten Kondensators aus der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a und der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a und einer zweiten Kapazität C2 eines zweiten Kondensators aus der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b und der mindestens einen zweiten

Statorelektrode 28b gemessen wird. Die erste Kapazität Cl ist definiert nach Gleichung (Gl. 1) mit: AI

(Gl. 1) Cl

dl(p)

, wobei AI eine erste Elektrodenfläche (erste Gesamtelektrodenfläche) der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a und dl(p) ein (von dem

Außendruck p abhängiger) erster mittlerer Abstand der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a zu der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a sind. (Die erste Elektrodenfläche/Gesamtelektrodenfläche AI ist ein

Flächeninha /Gesamtflächeninhalt mindestens einer zu der Wippenstruktur 22 ausgerichteten Fläche der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a.)

Entsprechend ist die zweite Kapazität C2 nach Gleichung (Gl.2) definiert mit:

A2

(Gl. 2) C2

d2 (p) , wobei A2 eine zweite Elektrodenfläche (zweite Gesamtelektrodenfläche) der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b und d2(p) ein (von dem

Außendruck p abhängiger) zweiter mittlerer Abstand der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b zu der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b sind. (Die zweite Elektrodenfläche/Gesamtelektrodenfläche A2 gibt einen Flächeninha /Gesamtflächeninhalt mindestens einer zu der Wippenstruktur 22 ausgerichteten Fläche der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b an.)

Bei Druckgleichheit zwischen dem Außendruck p und dem Referenzdruck pr liegen die Aktorelektroden 24a und 24b in ihren Ausgangsstellungen vor, wobei Fig. la einen ersten mittleren Grundabstand Gl (=dl(p=pr)) der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a zu der mindestens einen in ihrer

Ausgangsstellung vorliegenden ersten Aktorelektrode 24a und einen zweiten mittleren Grundabstand G2 (=d2(p=pr)) der mindestens einen zweiten

Statorelektrode 28b zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden zweiten Aktorelektrode 24b anzeigt. Bei Druckungleichheit zwischen dem Außendruck p und dem Referenzdruck pr weisen die mindestens eine erste Aktorelektrode 24a eine erste mittlere Auslenkung Adl(p) aus ihrer Ausgangsstellung und die mindestens eine zweite Aktorelektrode 24b eine zweite mittlere Auslenkung Ad2(p) aus ihrer Ausgangsstellung auf. Der erste mittlere Abstand dl(p) und der zweite mittlere Abstand d2(p) lassen sich somit gemäß der Gleichungen (Gl. 3) und (Gl. 4) schreiben:

(Gl. 3) dl(p) = Gl - Adl(p)

(Gl. 4) d2(p) = G2 + Ad2(p)

Für den ersten Kondensator (aus der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a und der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a) ist eine erste

Sensitivität Sl gemäß Gleichung (Gl. 5) definiert mit:

(Gi. _{5) S1 =} **

Entsprechend gilt für eine zweite Sensitivität S2 des zweiten Kondensators (aus der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b und der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b) Gleichung (Gl. 6) mit:

Ad2(p)

(Gl. 6) S2 =

Die Gesamtkapazitätsänderung AC ist damit gemäß Gleichung (Gl. 7) gegeben mit:

(Gl. 7) AC = Cl + C2 —

Gl-Sl*p G2+S2*p

Eine Taylor- Entwicklung für die Gesamtkapazitätsänderung AC bei dem

Arbeitsdruck pw ergibt sich nach Gleichung (Gl. 8) mit:

(Gl. 8) T _AC (p; pw)~ AC(pw) + * (p - pw) + * ^g^ (p - pw) ² + · ·

Der erste eine Nicht-Linearität verursachende Term in der Taylor-Entwicklung ist proportional zu ^{9 Ac(pw)} . Dieser Term ^{9 Ac(pw)} j _s t in Gleichung (Gl. 9) angegeben:

dp dp lr^ \ \ d ² AC(pw) 2*S1*A1 2*S2*A2

dp ² (Gl-Sl*pw) ³ (G2+S2*pw) ³ d ² &C(pw)

ist gleich Null wenn dieBedingung der Gleichung (Gl. 10) erfüllt ist mit: dp ² CGI 10) ^{A 1} * ^S1 — ( ^{G 1 ~S1} *P ^W ) ³

A2*S2 ~ (G2+S2*pw) ³

Gleichung (Gl. 10) kann auch zu Gleichung (Gl. 11) umgeformt werden mit:

A1*S1 (Gl-Adl(pw)) ³

(Gl. 11)

A2*S2 (G2+Ad2 (pw)) ³ wobei Adl(pw) eine erste mittlere Auslenkung der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a aus ihrer Ausgangsstellung bei dem Außendruck p gleich dem Arbeitsdruck pw und Ad2(pw) eine zweite mittlere Auslenkung der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b aus ihrer Ausgangsstellung bei dem Außendruck p gleich dem Arbeitsdruck pw sind.

Sofern die Bedingung der Gleichung (Gl. 10) und/oder der Gleichung (Gl. 11) gilt, reagiert (wie anhand der Taylor- Entwicklung erkennbar ist) die

Gesamtkapazitätsänderung AC (nahezu) linear auf eine Druckabweichung des Außendrucks p von dem Arbeitsdruck pw. Gleichung (Gl. 8) vereinfacht sich dann zu Gleichung (Gl. 12) mit: (Gl. 12) T _AC (p; pw)~ AC(pw) + ^d&C ^ ^w) * (p - pw) + 0 + ·· ·

Bei Erfüllung der Bedingung der Gleichung (Gl. 10) und/oder der Gleichung (Gl. 11) kann beim Messen einer Druckabweichung des Außendrucks p von dem Arbeitsdruck pw die ermittelte Gesamtkapazitätsänderung AC (bzw. ein entsprechendes Signal) in ein dazu lineares Ausgabesignal umgewandelt werden. Zum Messen der Druckabweichung des Außendrucks p von dem Arbeitsdruck pw (bzw. des aktuellen Außendrucks p) kann deshalb bei Erfüllung der Bedingung der Gleichung (Gl. 10) und/oder der Gleichung (Gl. 11) eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Auswerteschaltung verwendet werden. Außerdem kann trotz der Verwendung der vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Auswerteschaltung die Druckabweichung des Außendrucks p von dem Arbeitsdruck pw (bzw. der aktuelle Außendruck p) bei Erfüllung der Bedingung der Gleichung (Gl. 10) und/oder der Gleichung (Gl. 11) mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit und mit einer relativ geringen Fehlerrate gemessen werden. Jedes die Bedingung der Gleichung (Gl. 10) und/oder der Gleichung (Gl. 11) erfüllende mikromechanische Bauteil ist damit vorteilhaft zum Messen der Druckabweichung des Außendrucks p von dem Arbeitsdruck pw (bzw. des aktuellen Außendrucks p) ausgelegt. Außerdem kann jedes die Bedingung der Gleichung (Gl. 10) und/oder der Gleichung (Gl. 11) erfüllende mikromechanische Bauteil (aufgrund der Linearität zwischen der Gesamtkapazitätsänderung AC und der Druckabweichung des Außendrucks p von dem Arbeitsdruck pw) allein mittels einer Messung von zwei verschiedenen Druckwerten abgeglichen werden. Der zum Abgleichen auszuführende Arbeitsaufwand ist somit bei dem die Bedingung der Gleichung (Gl. 10) und/oder der Gleichung (Gl. 11) erfüllenden mikromechanischen Bauteil vergleichsweise gering.

Das mikromechanische Bauteil der Fig. la und lb erfüllt die Bedingungen der Gleichungen (Gl. 10) und (Gl. 11). Beispielhaft ist die erste Elektrodenfläche AI (erste Gesamtelektrodenfläche) der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a gleich der zweiten Elektrodenfläche A2 (zweiten Gesamtelektrodenfläche) der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b. Außerdem ist die erste

Sensitivität Sl des ersten Kondensators gleich der zweiten Sensitivität S2 des zweiten Kondensators, weshalb die erste mittlere Auslenkung Adl(pw) (der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a aus ihrer Ausgangsstellung bei dem Außendruck p gleich dem Arbeitsdruck pw) gleich der zweiten mittleren

Auslenkung Ad2(pw) (der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b aus ihrer Ausgangsstellung bei dem Außendruck p gleich dem Arbeitsdruck pw) ist.

Gleichung (Gl. 10) bzw. Gleichung (Gl. 11) vereinfachen sich (bei AI = A2 und Sl = S2) zu Gleichung (Gl. 13) bzw. Gleichung (Gl. 14) mit:

(Gl. 13) Gl - Gl = 2 * Sl * pw

(Gl. 14) Gl - Gl = 2 * Adl(pw)

Die mittleren Grundabstände Gl und G2 sind bewusst so unterschiedlich gewählt, dass ihre Differenz einem doppelten der erste mittlere Auslenkung Adl(pw) (der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a aus ihrer

Ausgangsstellung bei dem Außendruck p gleich dem Arbeitsdruck pw) entspricht.

Aus den Gleichungen (Gl. 3) und (Gl. 4) lassen sich somit (bei AI = A2 und Sl = S2) die Gleichungen (Gl. 15) und (Gl. 16) herleiten mit:

(Gl. 15) dl(pw) = G2 + 2 * Adl(pw) - Adl(pw) = G2 + Adl(pw)

(Gl. 16) d2(pw) = G2 + Ad2(p) = G2 + Adl(p) Die mittleren Grundabstände Gl und G2 sind damit derart ungleich festgelegt, dass beim Arbeitsdruck pw der erste mittlere Abstand dl(pw) (der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a zu der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a) gleich dem zweiten mittleren Abstand d2(pw) (der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b zu der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b) ist.

Die mittels des mikromechanischen Bauteils der Fig. la und lb realisierte Drucksensorvorrichtung reagiert auch relativ unempfindlich auf eine Druck- oder Kraftausübung auf das Gehäuse 10 von außen. Wird beispielsweise die

Trägerplatte 12 verbogen, so führt die Verbiegung in der Regel zu einer ersten verbiegungsbedingten Abstandsänderung zwischen der mindestens einen ersten

Aktorelektrode 24a und der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a, welche (nahezu) gleich einer zweiten verbiegungsbedingten Abstandsänderung zwischen der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b und der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b ist. Effekte der verbiegungsbedingten

Abstandsänderungen kompensieren sich somit gegenseitig und führen deshalb in der Regel kaum zu einem Fehlersignal.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Auch das mikromechanische Bauteil der Fig. 2 erfüllt die Vorteile der zuvor beschriebenen Ausführungsform, obwohl der erste mittlere Grundabstand Gl (der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden ersten Aktorelektrode 24a) gleich dem zweiten mittleren Grundabstand G2 (der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden zweiten Aktorelektrode 24b) ist. Allerdings sind die erste

Elektrodenfläche AI (erste Gesamtelektrodenfläche) der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a und die zweite Elektrodenfläche A2 (zweite

Gesamtelektrodenfläche) der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b so unterschiedlich festgelegt, dass die Bedingungen der Gleichungen (Gl. 10) und (Gl. 11) erfüllt sind.

Die erste Sensitivität Sl(des ersten Kondensators aus der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a und der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a) kann gleich der zweiten Sensitivität S2 (des zweiten Kondensators aus der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b und der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b) sein. Gleichungen (Gl. 10) und (Gl.11) vereinfachen sich (bei Gl = G2 und Sl = S2) zu Gleichungen (Gl. 17) und (Gl. 18) mit:

AI _ (Gl-Sl*pw) ³

A2 ~ (Gl+Sl*pw) ³

AI _ (Gl-Adl(pw)) ³

A2 ~ (Gl+Adl(pw)) ³

Alternativ können zusätzlich zu den Elektrodenflächen AI und A2 auch die Sensitivitäten Sl und S2 unterschiedlich festgelegt werden. Insbesondere kann mittels einer ungleichen Festlegung der Sensitivitäten Sl und S2 ein Unterschied zwischen der ersten Kapazität Cl und der zweiten Kapazität C2 niedrig gehalten werden. Dies ist gewährleistbar, indem bei einer (im Verhältnis zu der ersten Elektrodenfläche AI) größeren zweiten Elektrodenfläche A2 die zweite

Sensitivität S2 (im Vergleich zu der ersten Sensitivität Sl) reduziert und bei einer (im Verhältnis zu der zweiten Elektrodenfläche A2) größeren ersten

Elektrodenfläche AI die erste Sensitivität Sl (im Vergleich zu der zweiten Sensitivität S2) reduziert wird.

In der Ausführungsform der Fig. 2 weist die mindestens eine erste

Statorelektrode 28a eine (im Verhältnis zu der zweiten Elektrodenfläche A2) größere erste Elektrodenfläche AI auf, ist jedoch in einem ersten mittleren Drehachsenabstand tl von der Drehachse 20 (bzw. einer Projektion der

Drehachse 20 auf eine mit den Statorelektroden 28a und 28b bestückte Oberfläche der Trägerplatte 12) angeordnet, welcher größer als ein zweiter mittlerer Drehachsenabstand t2 der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b von der Drehachse 20 (bzw. der Projektion der Drehachse 20 auf die mit den Statorelektroden 28a und 28b bestückte Oberfläche) ist. Die erste Sensitivität Sl ist damit (im Vergleich zu der zweiten Sensitivität S2) reduziert. Aufgrund dieses vorteilhaften Verhältnisses zwischen den Sensitivitäten Sl und S2 bleibt (trotz der ungleichen Elektrodenflächen AI und A2) ein Unterschied zwischen der ersten Kapazität Cl und der zweiten Kapazität C2 während eines Betriebs des mikromechanischen Bauteils der Fig. 2 vergleichsweise niedrig. Für das mikromechanische Bauteil der Fig. 2 können deshalb auch Auswerteschaltungen eingesetzt werden, welche nur für relativ geringe Unterschiede zwischen der ersten Kapazität Cl und der zweiten Kapazität C2 ausgelegt sind.

Das mikromechanische Bauteil der Fig. 2 weist auch (bei Beibehaltung der Linearität zwischen der Gesamtkapazitätsänderung AC und der

Druckabweichung des Außendrucks p von dem Arbeitsdruck pw) eine relativ geringe Stressempfindlichkeit auf. Wird die Trägerfläche 12 beispielsweise verbogen, so kann eine erste Teilkapazitätsänderung der ersten Kapazität Cl aufgrund der ersten verbiegungsbedingten Abstandsänderung (zwischen der mindestens einen ersten Aktorelektrode 24a und der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a) mittels einer zweiten Teilkapazitätsänderung der zweiten Kapazität C2 aufgrund der zweiten verbiegungsbedingten Abstandsänderung (zwischen der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 24b und der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b) kompensiert werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Auch die Ausführungsform der Fig. 3 erfüllt die Bedingung der Gleichung (Gl. 10) und/oder der Gleichung (Gl. 11) und schafft damit die zuvor beschriebenen Vorteile.

Dies ist gewährleistet, indem die Sensitivitäten Sl und S2 bei gleichen

Grundabständen Gl und G2 und gleichen

Elektrodenflächen/Gesamtelektrodenflächen AI und A2 so unterschiedlich festgelegt sind, dass die oben angegebenen Bedingungen der Gleichungen (Gl. 10) und (Gl. 11) erfüllt sind. In der Ausführungsform der Fig. 3 sind auch die mittleren Drehachsenabstände tl und t2 gleich. Allerdings weist die mindestens eine erste Statorelektrode 28a im Vergleich mit der mindestens einen zweiten Statorelektrode 28b (zumindest teilweise) in eine zusätzliche isolierende

Bedeckung 32 auf. Vorzugsweise liegt die zusätzliche isolierende Bedeckung 32 auf der mindestens einen zu der Wippenstruktur 22 ausgerichteten Fläche der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a vor. Man kann die zusätzliche isolierende Bedeckung 32 auch als ein nur auf der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a lokal vorhandenes Dielektrikum umschreiben. (In einer alternativen Ausführungsform kann die mindestens eine zweite Statorelektrode 28b im Vergleich mit der mindestens einen ersten Statorelektrode 28a eine zusätzliche isolierende Bedeckung 32 entsprechend aufweisen.) Gleichungen (Gl. 10) und (Gl.11) vereinfachen sich (bei Gl = G2 und AI = A2) zu Gleichungen (Gl. 19) und (Gl. 20) mit: (Gl. 20) * =

S2 (Gl+Ad2(pw)) ³

(Ad2(pw) kann zusätzlich gleich Adl(pw) sein.)

Alle oben beschriebenen Ausführungsformen sind auch Kombinationen von deren Merkmalen möglich. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die mittels der mikromechanischen Bauteile realisierbaren Drucksensoren als Module gut zusammen mit Beschleunigungs- und Drehratensensoren hergestellt und zusammenwirken können.

Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils für eine

Drucksensorvorrichtung.

Das im Weiteren beschriebene Verfahren kann beispielsweise zum Herstellen eines der zuvor erläuterten mikromechanischen Bauteile ausgeführt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Verfahrens nicht auf ein Herstellen eines dieser

mikromechanischen Bauteile limitiert ist.

In einem Verfahrensschritt Stl wird eine bei einem Betrieb des

mikromechanischen Bauteils um eine spätere Drehachse verkippbare

Wippenstruktur gebildet, wobei auf einer ersten Seite der späteren Drehachse mindestens eine erste Aktorelektrode und auf einer zweiten Seite der späteren Drehachse mindestens eine zweite Aktorelektrode an der Wippenstruktur ausgebildet werden. In einem Verfahrensschritt St2 wird ein Gehäuse gebildet, welches ein Innenvolumen luftdicht umschließt. Das Gehäuse wird mit mindestens einer an dem Gehäuse fest angeordneten und der mindestens einen ersten Aktorelektrode zugeordneten ersten Statorelektrode und mindestens einer an dem Gehäuse fest angeordneten und der mindestens einen zweiten

Aktorelektrode zugeordneten zweiten Statorelektrode ausgebildet. Außerdem wird ein in dem Innenvolumen vorliegender Referenzdruck mittels einer Membran von einem in einem Außenvolumen des Gehäuses vorliegenden Außendruck abgegrenzt, und die Wippenstruktur wird derart mit der Membran verbunden, dass bei dem Betrieb des mikromechanischen Bauteils bei einer Druckgleichheit zwischen dem Außendruck und dem Referenzdruck die Wippenstruktur und ihre Aktorelektroden in ihren Ausgangsstellungen vorliegen und bei einer

Druckungleichheit zwischen dem Außendruck und dem Referenzdruck die Wippenstruktur aus ihrer Ausgangsstellung um die Drehachse gedreht wird.

Die mindestens eine erste Statorelektrode wird mit einer ersten Elektrodenfläche größer oder kleiner als eine zweite Elektrodenfläche der mindestens einen zweiten Statorelektrode, mit einem anderen ersten mittleren Grundabstand zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden ersten

Aktorelektrode als ein zweiter mittlerer Grundabstand der mindestens einen zweiten Statorelektrode zu der mindestens einen in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden zweiten Aktorelektrode und/oder mit einer im Vergleich mit der mindestens einen zweiten Statorelektrode zusätzlichen isolierenden Bedeckung ausgebildet. Damit schafft auch das hier beschriebene Verfahren die oben schon aufgezählten Vorteile. Beispielsweise wird das mikromechanische Bauteil zum Messen einer

Druckabweichung des Außendrucks von einem Arbeitsdruck pw ausgelegt, indem festgelegt wird, dass die oben genannte Bedingung der Gleichungen (Gl. 10) und (Gl. 11) erfüllt werden. Insbesondere können die erste Elektrodenfläche gleich der zweiten Elektrodenfläche und die erste Sensitivität gleich der zweiten Sensitivität festgelegt werden. Bevorzugt wird in diesem Fall eine Differenz zwischen dem ersten mittleren Grundabstand und dem zweiten mittleren Grundabstand so ausgebildet, dass bei dem Arbeitsdruck ein erster mittlerer Abstand der mindestens einen ersten Statorelektrode zu der mindestens einen ersten Aktorelektrode gleich einem zweiten mittleren Abstand der mindestens einen zweiten Statorelektrode zu der mindestens einen zweiten Aktorelektrode ist.

Zum Bewirken der vorteilhaften Differenz zwischen dem ersten mittleren

Grundabstand und dem zweiten mittleren Grundabstand können zuerst die einzige erste Statorelektrode oder mindestens eine der ersten Statorelektroden und die einzige zweite Statorelektrode oder mindestens eine der zweiten Statorelektroden auf zumindest einem Teil des Gehäuses gebildet werden. Vorzugsweise wird anschließend (vor der eigentlichen Opferschichtabscheidung) eine erste Opferschicht auf allen auf dem Teil des Gehäuses gebildeten

Statorelektroden abgeschieden und die erste Opferschicht wird entweder auf der einzigen ersten Statorelektrode oder der mindestens einen der ersten

Statorelektroden oder auf der einzigen zweiten Statorelektrode oder der mindestens einen der zweiten Statorelektroden entfernt. Erst dann werden (als die eigentliche Opferschichtabscheidung) eine zweite Opferschicht und mindestens ein Material der späteren Aktorelektroden auf allen auf dem Teil des Gehäuses gebildeten Statorelektroden abgeschieden. Selbst ein einfaches Abscheideverfahren zum Bilden der ersten Opferschicht erlaubt eine sehr genaue Festlegung einer Schichtdicke der ersten Opferschicht und damit der Differenz zwischen dem ersten mittleren Grundabstand und dem zweiten mittleren Grundabstand. Mittels des hier beschriebenen Prozesses ist man somit in der Lage, einen sehr genau definierten und gut wiederholbaren

Abstandsunterschied zwischen den beiden Grundabständen einzustellen. Alternativ kann auch eine (einzige) Opferschicht auf allen auf dem Teil des Gehäuses gebildeten Statorelektroden abgeschieden werden und die

Opferschicht kann entweder auf der einzigen ersten Statorelektrode oder der mindestens einen der ersten Statorelektroden oder auf der einzigen zweiten Statorelektrode oder der mindestens einen der zweiten Statorelektroden zurück gedünnt werden, bevor das mindestens eine Material der späteren

Aktorelektroden auf allen auf dem Teil des Gehäuses gebildeten

Statorelektroden abgeschieden wird. Dieser Prozess ist weniger

arbeitsaufwändig.

Die hier beschriebenen Prozesse können auch miteinander kombiniert werden. Auch Grundabstände zu Statorelektroden, welche auf einer von der Membran entfernten Seite der Wippenstruktur angeordnet sind, können mittels der hier beschriebenen Vorgehensweise vorteilhaft festgelegt werden. Die zuvor beschriebenen Prozesse können auch mehrfach angewendet werden, um eine Stufenform für mindestens einen der Grundabstände zu erzeugen. Das Ziel dabei ist wiederum, möglichst gleiche mittlere Abstände bei dem Arbeitsdruck zu erreichen.