專利名稱：可變電容元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在通信設(shè)備中的電氣電路中使用的可變電容元件。
背景技術(shù)：
可變電容元件是在諸如可變頻率振蕩器、調(diào)諧放大器、移相器和阻抗匹配電路之 類的電氣電路中使用的組件。近來，越來越多的可變電容元件被安裝在便攜式設(shè)備上。與 變?nèi)荻O管相比，利用MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)制造的可變電容元件可以在損失小的情況 下實現(xiàn)高Q值。因此，利用MEMS技術(shù)制造的可變電容元件已得到快速發(fā)展。
日本專利特開2006-261480號公報公開了通過改變兩個相對電極之間的距離來 改變電容的可變電容元件。圖1A和圖1B示出了傳統(tǒng)的可變電容元件?；?1上設(shè)有固 定電極43?？勺冸姌O45被支撐為與固定電極43相面對?？勺冸姌O45具有彈性并且可以 相對于固定電極43移動。當在固定電極43與可變電極45之間的施加電壓時，在固定電極 43與可變電極45之間生成靜電引力。該靜電引力引起固定電極43與可變電極45之間的 距離變化，以改變靜電電容。為了防止由固定電極43與可變電極45間的接觸而引起的短 路，在這些電極之間設(shè)有電介質(zhì)層49。 數(shù)字型可變電容元件在圖1A所示狀態(tài)下具有最小電容，在該狀態(tài)下固定電極43 和可變電極45彼此分開。此時固定電極43與可變電極45的電壓(即驅(qū)動電壓)由Voff 表示。同時，數(shù)字型可變電容元件在圖1B所示狀態(tài)下具有最大電容，在該狀態(tài)下固定電極 43與可變電極45通過電介質(zhì)層49彼此接觸。此時的驅(qū)動電壓由Von表示。在數(shù)字型可變 電容元件中，使用這兩種狀態(tài)，即驅(qū)動電壓為Von的狀態(tài)和驅(qū)動電壓為Voff的狀態(tài)。
圖1C是示出可變電容元件中的驅(qū)動電壓(水平軸)與靜電電容(縱軸)之間關(guān) 系的曲線圖。當驅(qū)動電壓增大時，靜電電容在某一電壓處迅速增大。靜電電容迅速增大，并 且此后變?yōu)楹愣?最大電容)。當驅(qū)動電壓從該狀態(tài)減小時，靜電電容在某一電壓處迅速減 小。靜電電容迅速減小，并且此后變?yōu)楹愣?最小電容)。 例如，圖2所示的阻抗匹配電路包括連接輸入端In和輸出端Out的信號線以及與 該信號線并聯(lián)的可變電容。當制造阻抗匹配電路時，在信號線與地之間的線上形成可變電 容元件。 當以這種方式插入可變電容元件時，增大了信號線與地之間的距離。因為寄生LCR 隨著距離的增大而增大，因此阻抗匹配電路的特性惡化。更糟糕的是，設(shè)備的尺寸增大。
本發(fā)明的目的示例是提供具有小寄生LCR和小尺寸的可變電容元件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實施例的一個方面，可變電容元件包括基板；設(shè)置在基板上的信號線； 被設(shè)置為橫跨信號線并且具有被固定到基板的第一端和第二端的可移動電極；以及設(shè)置在 可移動電極的第一端和第二端中的至少一個與基板之間的固定電容部分。
本發(fā)明可以提供具有小寄生LCR和小尺寸的可變電容元件。
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本發(fā)明的目的和優(yōu)點將通過在權(quán)利要求中具體指出的元件和組合來實現(xiàn)和獲得。
將會明白，前述一般描述和以下詳細描述都是示例性和說明性的并且不限制所要 求保護的本發(fā)明。


圖1A是傳統(tǒng)可變電容元件的配置圖； 圖IB是傳統(tǒng)可變電容元件的配置圖； 圖1C是示出可變電容元件中的驅(qū)動電壓與靜電電容之間關(guān)系的曲線圖； 圖2是阻抗匹配電路的電路圖； 圖3是根據(jù)一個實施例的可變電容元件的平面圖； 圖4是圖3所示可變電容器的等效電路圖； 圖5是沿著圖3中的線A-A的截面圖； 圖6是根據(jù)沿著圖3中的線A-A取得的本實施例的修改例的可變電容元件的截面 圖； 圖7是根據(jù)比較示例的可變電容元件的平面圖； 圖8是圖7所示可變電容元件的等效電路圖； 圖9是根據(jù)另一實施例的可變電容元件的平面圖； 圖10A是沿著圖9中的線A-A的截面圖； 圖10B是根據(jù)沿著圖9中的線A-A取得的本實施例的修改例的可變電容元件的截 面圖； 圖11是根據(jù)另一實施例的可變電容元件的平面圖； 圖12是圖11所示可變電容元件的等效電路圖； 圖13是使用可變電容元件的通信模塊的電路圖； 圖14A是阻抗調(diào)諧器的電路圖； 圖14B是阻抗調(diào)諧器的電路圖； 圖14C是阻抗調(diào)諧器的電路圖； 圖14D是阻抗調(diào)諧器的電路圖；并且 圖15是通信設(shè)備的配置圖。
具體實施例方式
下文中將描述實施例。 圖3是根據(jù)一個實施例的可變電容元件的平面圖。圖4是圖3所示可變電容器的 等效電路圖。圖5是沿著圖3中的線A-A的截面圖。在該實施例中，三個可變電容元件2a、 2b和2c與信號線1并聯(lián)。然而，可變電容元件的數(shù)目不限于三個。 如圖3所示，三個可移動電極3a、3b和3c被設(shè)置為橫跨基板10上的信號線1?？?移動電極3a、3b和3c的兩端固定到基板10?？梢苿与姌O3a具有設(shè)在兩端的固定電容4a-l 和4a-2?？梢苿与姌O3b具有設(shè)在兩端的固定電容4b-l和4b-2?？梢苿与姌O3c具有設(shè)在 兩端的固定電容4c-l和4c-2。即，可變電容元件由與信號線l相面對的可移動電極和設(shè)在 可移動電極兩端的固定電容構(gòu)成。三個可變電容元件與信號線1并聯(lián)。電介質(zhì)層5a、5b和5c分別設(shè)在信號線1上的與可移動電極3a、3b和3c相面對的位置處。
可變電容元件2a、2b和2c在其一端設(shè)有偏置線6a、6b和6c。偏置線6a、6b和6c 連接到可移動電極3a、3b和3c并且在基板10上延伸。根據(jù)該構(gòu)造，可移動電極3a、3b和 3c通過偏置線6a、6b和6c被牽拉(draw)到基板10。雖然未在圖3中圖示出，但是RF塊 11和電源12串聯(lián)連接到偏置線6a、6b和6c(見圖4的等效電路)。 如圖5所示，在可變電容元件2a中，可移動電極3a的兩端電連接到固定電容4a-l 和4a-2的上部電極。上部電極通過電介質(zhì)層9而與設(shè)在基板10上的地電極(下部電極)7 相面對。上部電極通過電介質(zhì)層9而與地電極7相面對的區(qū)域是固定電容4a-l和4a-2。 即，地電極7和電介質(zhì)層9設(shè)在可移動電極3a的兩端之下，由此形成固定電容4a-l和4a-2。
固定電容部分4a-2的上部電極被偏置線6a牽拉到基板10 。還在偏置線6a與地電 極7之間設(shè)有電介質(zhì)層9。根據(jù)該構(gòu)造，作為固定電容部分4a-2的下部電極的地電極7與 連接到可移動電極3a的偏置線6a電分離。偏置線6a通過RF塊11連接到例如電源12 (見 圖4)?？勺冸娙菰?b和2c的截面圖與圖5類似。 當在信號線1與可移動電極3a、3b和3c之間施加電壓時，在信號線1以及可移動 電極3a、3b和3c中生成靜電引力，并且改變了信號線1與可移動電極3a、3b和3c之間的 距離。電容也響應(yīng)于距離改變而變化。當可移動電極3a、3b和3c與電介質(zhì)層5a、5b和5c 相接觸時，電容最大。當可移動電極3a、3b和3c與信號線1之間的靜電引力最小時，電容 最小。靜電引力受可移動電極3a、3b和3c與信號線l之間的驅(qū)動電壓控制。因此，可變電 容元件2a、2b和2c的電容可以受驅(qū)動電壓控制。 如圖4所示，提供驅(qū)動電壓的電源12通過RF塊11而連接在可移動電極3a、3b和 3c與固定電容4a、4b和4c之間。固定電容4a、4b和4c充當DC塊。
可變電容元件是利用MEMS技術(shù)來制造的?？勺冸娙菰脖环Q為可變電容器。
如圖3和圖5所示，可變電極3a兩端的固定電容4a_l和4a_2具有相同形狀的上 部電極和相同值的電容。當可變電極兩端的固定電容4a-l和4a-2具有相同的形狀和電容 時，可以防止發(fā)生諧振。結(jié)果，可以在更寬的頻帶中使用可變電容元件。當固定電容4a-l 和4a-2具有相同形狀時，即使它們的電容彼此不同，也可以防止發(fā)生諧振。另外，當固定電 容4a-l和4a-2具有相同電容時，即使它們的形狀彼此不同，也可以防止發(fā)生諧振。
圖6是根據(jù)本實施例的修改例的可變電容元件的截面圖。如圖6所示，本修改例 中的電介質(zhì)層9在下部電極面對信號線1的位置處覆蓋下部電極。在下部電極與信號線1 之間設(shè)置電介質(zhì)層9，由此可以控制下部電極與信號線1之間的漏電流以及下部電極與可 移動電極3a之間的漏電流。 當減小電介質(zhì)層9的厚度以增大固定電容4a-l和4a-2的靜電電容時，在可移動 電極3a與固定電容的下部電極之間容易發(fā)生漏電流。然而，如圖6所示，在下部電極與信 號線1之間的設(shè)有電介質(zhì)層9，由此可以抑制漏電流。 圖7是根據(jù)比較示例的可變電容元件的平面圖。圖8是圖7所示可變電容元件的 等效電路圖。如圖7所示，在根據(jù)比較示例的可變電容元件中，固定電極36a、36b和36c通 過固定電容34a、34b和34c而連接到信號線31?？梢苿与姌O32a、32b和32c被設(shè)置為橫跨 固定電極36a、36b和36c?？梢苿与姌O32a、32b和32c的兩端連接到地電極37。如圖8所 示，電源12通過RF塊11連接到被可移動電極32a、32b和32c騎跨的固定電極36a、36b和36c。如上所述，各個可變電容元件35a、35b和35c由固定電極36a、36b和36c以及可移動 電極32a、32b和32c構(gòu)成。 與根據(jù)圖3所示本實施例的配置相比，在根據(jù)圖7所示比較示例的配置中，從信號 線31到可變電容元件的距離變長。因此，因為寄生LCR增大，所以阻抗匹配電路的特性惡 化。另外，設(shè)備的尺寸增大。同時，圖3所示的可移動電極3a、3b和3c被設(shè)置為橫跨信號 線l，該信號線1連接輸入端1n和輸出端0ut。因此，減小了從信號線1到可變電容元件的 距離。結(jié)果，可以減小寄生LCR。另外，可以實現(xiàn)元件的尺寸減小。
將描述另一個實施例。 圖9是根據(jù)另一實施例的可變電容元件的平面圖。圖10A是沿著圖9中的線A-A 的截面圖。圖10B是根據(jù)沿著圖9中的線A-A取得的本實施例的修改例的可變電容元件的 截面圖。為圖9、圖IOA和圖10B的組件指派與圖3和圖5中的那些組件相同的編號。
如圖9、圖IOA和圖10B所示，RF塊11被形成在基板10上。RF塊ll包括SiCr膜 14。 SiCr膜14設(shè)在基板10上并且連接到偏置線6a。 SiCr膜14被保護膜13覆蓋。保護 膜13可以由諸如Si02、 SiNx或者氧化鋁之類的絕緣膜形成。 信號線l與可移動電極3a之間的空間可以通過犧牲層刻蝕來形成。因為SiCr膜 容易被犧牲層刻蝕損壞，因此保護膜13被形成在SiCr膜14上。 在本實施例中，雖然SiCr膜被用作電阻膜，但是其他材料的電阻膜也可被使用。 例如，電阻膜可以由ZnO、W、Si、Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或者Ni-Cr-Fe合金形成。基板 10上的偏置線6a的一部分被用作電阻膜，RF塊由此可被安裝在基板10上。根據(jù)該構(gòu)造， 不需要單獨提供安裝有RF塊的芯片部件。當RF塊被安裝在基板10上時，從電源到線路的 長度可被減小。因此，可以防止由線路長度引起的特性惡化。
將描述另一個實施例。 圖11是根據(jù)另一實施例的可變電容元件的平面圖。圖12是圖11所示可變電容 元件的等效電路圖。為圖11和圖12的組件指派與圖3和圖4中的那些組件相同的編號。
在圖3所示的實施例中，可變電容元件2a、2b和2c與信號線l并聯(lián)。而在圖11 所示的本實施例中，可變電容元件2a、2b和2c與信號線1串聯(lián)。可變電容元件可與信號線 串聯(lián)。 如圖ll所示，固定電容的下部電極連接到輸出端Out側(cè)的信號線l。根據(jù)該構(gòu)造， 三個可變電容元件2a、2b和2c可以與信號線1串聯(lián)。
將描述本實施例的另一實施例。 本實施例涉及使用上面任一實施例中的可變電容元件的模塊。圖13是使用可變 電容元件的通信模塊的電路圖。如圖13所示，通信模塊20是通信設(shè)備的RF前端部分的模 塊。通信模塊20調(diào)節(jié)接收信號和發(fā)射信號的頻帶。圖13中的箭頭示出了信號的流動方向。
如圖13所示，通信模塊20包括可調(diào)諧天線21、阻抗調(diào)諧器(匹配器)22、開關(guān)(或 者DPX) 23、可調(diào)諧濾波器24、可調(diào)諧LNA 25、可調(diào)諧VCO 26和可調(diào)諧PA 27。
可調(diào)諧天線21可以在方向性方向(directivity direction)上自由調(diào)節(jié)。阻抗 調(diào)諧器22連接在可調(diào)諧電線21與開關(guān)23之間。阻抗調(diào)諧器22基于天線周圍的情況來調(diào) 節(jié)阻抗，以優(yōu)化阻抗。開關(guān)23使來自可調(diào)諧天線21的線路分支為發(fā)射端Tx側(cè)和接收端Rx 側(cè)的線路。
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開關(guān)23與接收端Rx之間的線路與調(diào)節(jié)通過頻帶的可調(diào)諧濾波器24、可調(diào)諧LNA 25以及可調(diào)諧VCO 26相連。可調(diào)諧LNA 25是用于調(diào)節(jié)效率、功率和頻率的低噪聲放大器。 可調(diào)諧VC0 26是用于調(diào)節(jié)頻率的通信器。 可調(diào)諧PA 27連接在開關(guān)23與發(fā)射端Tx之間?？烧{(diào)諧PA 27是用于調(diào)節(jié)效率、 功率和頻率的功率放大器。 上面任一實施例中的可變電容元件被安裝在可調(diào)諧天線21、阻抗調(diào)諧器22、可調(diào) 諧濾波器24、可調(diào)諧LNA 25、可調(diào)諧VC0 26和可調(diào)諧PA27中的至少一個上。根據(jù)該構(gòu)造， 可以減小寄生LCR，并且同時可以使用尺寸縮小的可變電容元件。因此，可以提供具有進一 步改善的特性和更小尺寸的通信模塊。 圖14A至14D是阻抗調(diào)諧器22的電路圖。圖14A所示的阻抗調(diào)諧器22包括與連 接輸入端In和輸出端Out的信號線串聯(lián)的電感器，以及與該信號線并聯(lián)的兩個可變電容。 圖14B所示的阻抗調(diào)諧器22包括一個與信號線串聯(lián)的電感器和一個與信號線并聯(lián)的可變 電容。圖14C所示的阻抗調(diào)諧器22包括一個與信號線串聯(lián)的可變電容和兩個與信號線并 聯(lián)的電感器。圖14D所示的阻抗調(diào)諧器22包括一個與信號線串聯(lián)的可變電容和一個與信 號線并聯(lián)的電感器。上面任一實施例中的可變電容元件用作圖14A至14D中的可變電容。
例如，圖14A或者圖14B所示的一個并聯(lián)可變電容可由圖3所示的三個橫跨信號 線的可變電容元件形成。圖14C和圖14D所示的可變電容元件例如可以是圖11所示的三 個可變電容元件?？勺冸娙菰臄?shù)目不限于三個。 使用可變電容元件的模塊不限于圖13所示的通信模塊。包括圖13所示通信模塊 中所包括的至少一個組件的模塊被包括在本實施例中。另外，通過向圖13所示的通信模塊 添加另一組件而得到的模塊被包括在本實施例中。 例如，包括圖13所示的通信模塊20的通信設(shè)備被包括在本實施例中。圖15是通 信設(shè)備的配置圖。如圖15所示，通信設(shè)備50在模塊基板51上具有圖13所示的前端部分 的通信模塊20、 RFIC 53和基帶IC 54。 通信模塊20的發(fā)射端Tx連接到RFIC 53。通信模塊20的接收端Rx連接到RFIC 53。 RFIC 53連接到基帶IC 54。 RFIC 53可由半導體芯片和其他組件形成。包括用于處 理從接收端輸入的接收信號的接收電路和用于處理發(fā)射信號的發(fā)射電路的電路被集成在 RFIC 53上。 基帶IC 54可由半導體芯片和其他組件形成。用于把從RFIC 53中所包括的接收 電路接收到的接收信號轉(zhuǎn)換為音頻信號和分組數(shù)據(jù)的電路以及用于將音頻信號和分組數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)射信號以將發(fā)射信號輸出到RFIC 53中所包括的發(fā)射電路的電路被集成在基 帶IC 54上。 盡管未被圖示出，但是基帶IC 54與諸如揚聲器和顯示器之類的輸出設(shè)備相連， 并且被基帶54從接收信號轉(zhuǎn)換來的音頻信號和分組數(shù)據(jù)被輸出到輸出設(shè)備?；鶐C 54還 與諸如通信設(shè)備50的麥克風和按鈕之類的輸入設(shè)備相連?；鶐C 54被構(gòu)造為使得由用 戶輸入的音頻和數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)換為發(fā)射信號。通信設(shè)備50的配置不限于圖15所示的配置。
諸如圖13所示的可調(diào)諧天線21 、阻抗調(diào)諧器22、可調(diào)諧濾波器24、可調(diào)諧LNA 25 和可調(diào)諧VCO 26之類的單獨組件被包括在本實施例中。另外，可變電容元件可被用于除上 述元件之外的元件。
在上述實施例中，盡管在可移動電極的兩端設(shè)置固定電容，但是即使僅在可移動 電極的一端設(shè)置固定電容部分，也可以減小寄生LCR，并且可以實現(xiàn)進一步的尺寸減小。
在實施例中，設(shè)置在可移動電極的兩端的固定電容可以具有相對于信號線對稱的 形狀。當可移動電極的兩端的固定電容相對于信號線被對稱地布置(鏡式布置)時，諧振 可被抑制，并且穩(wěn)定特性可被得到。 可以使設(shè)置在多個可移動電極處的固定電容的值彼此不同。在這種情況下，可以 實現(xiàn)對應(yīng)于各種規(guī)范的可變電容元件。當在可移動電極的兩端設(shè)置固定電容時，可以有效 地布置可移動電極和固定電容。 這里敘述的所有示例和條件性語言旨在幫助讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明人為 了促進現(xiàn)有技術(shù)而貢獻的概念的教育目的，并且將被理解為不限于這種具體敘述的示例和 條件，并且本說明書中的這種示例的組織方式與示出本發(fā)明的優(yōu)劣無關(guān)。雖然已經(jīng)詳細描 述了本發(fā)明的實施例，但是應(yīng)當明白，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對這些 實施例進行各種改變、替換和變更。
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權(quán)利要求
一種可變電容元件，包括基板；信號線，其被設(shè)置在所述基板上；可移動電極，其被設(shè)置為橫跨所述信號線并且具有被固定到所述基板的第一端和第二端；以及固定電容部分，其被設(shè)置在所述可移動電極的所述第一端和所述第二端中的至少一個與所述基板之間。
2. —種可變電容元件，包括 基板；信號線，其被設(shè)置在所述基板上；多個可移動電極，其被設(shè)置為橫跨所述信號線并且具有被固定到所述基板的第一端和 第二端；以及固定電容部分，其被設(shè)置在所述多個可移動電極的所述第一端和所述第二端中的至少 一個與所述基板之間，其中，設(shè)置在所述多個可移動電極處的固定電容部分的值彼此不同。
3. 如權(quán)利要求1所述的可變電容元件，其中，所述固定電容部分被設(shè)置在所述可移動 電極的所述第一端和所述第二端處。
4. 如權(quán)利要求3所述的可變電容元件，其中，設(shè)置在所述可移動電極的所述第一端和 所述第二端處的所述固定電容部分在電容值和形狀中的至少一個方面上相等。
5. 如權(quán)利要求3所述的可變電容元件，其中，設(shè)置在所述可移動電極的所述第一端和 所述第二端處的所述固定電容部分具有相對于所述信號線對稱的形< 狀。
6. 如權(quán)利要求1所述的可變電容元件，其中，所述固定電容部分包括連接到所述可移 動電極的上部電極、設(shè)置在所述基板上并且與所述上部電極相面對的下部電極以及設(shè)置在 所述上部電極與所述下部電極之間的電介質(zhì)，并且所述電介質(zhì)在所述下部電極與所述信號線之間的間隙內(nèi)延伸。
7. 如權(quán)利要求6所述的可變電容元件，還包括連接到所述可移動電極并且在所述基板 上延伸的偏置線，其中，所述偏置線通過所述電介質(zhì)與所述下部電極絕緣。
8. 如權(quán)利要求1所述的可變電容元件，其中，所述固定電容部分包括連接到所述可移 動電極的上部電極、設(shè)置在所述基板上并且與所述上部電極相面對的下部電極以及設(shè)置在 所述上部電極與所述下部電極之間的電介質(zhì)，所述可變電容元件還包括連接到所述上部電極并且在所述基板上延伸的偏置線，并且 所述偏置線設(shè)有電阻膜部分，并且所述電阻膜部分被保護膜覆蓋。
9. 一種包括可變電容元件的模塊，包括 基板；信號線，其被設(shè)置在所述基板上；可移動電極，其被設(shè)置為橫跨所述信號線并且具有被固定到所述基板的第一端和第二 端；以及固定電容部分，其被設(shè)置在所述可移動電極的所述第一端和所述第二端中的至少一個與所述基板之間。
10. —種設(shè)有包括可變電容元件的模塊的通信設(shè)備，所述可變電容元件包括 基板；信號線，其被設(shè)置在所述基板上；可移動電極，其被設(shè)置為橫跨所述信號線并且具有被固定到所述基板的第一端和第二 端；以及固定電容部分，其被設(shè)置在所述可移動電極的所述第一端和所述第二端中的至少一個 與所述基板之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了可變電容元件?？勺冸娙菰ɑ?；設(shè)置在基板上的信號線；設(shè)置為橫跨信號線并且具有被固定到基板的第一端和第二端的可移動電極；以及設(shè)置在可移動電極兩端中的至少一個與基板之間的固定電容部分。
文檔編號H01G5/16GK101752088SQ20091022192
公開日2010年6月23日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者上田知史, 今井雅彥, 島內(nèi)岳明 申請人:富士通株式會社