專利名稱：可變電容模塊及匹配電路模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及實現規(guī)定幅度的電容值的可變電容模塊及包含該可變電容模塊的匹配電路模塊。
背景技術：
以往，作為高頻收發(fā)模塊，存在各種用一個天線來收發(fā)多個通信信號的高頻模塊， 所述多個通信信號分別利用了不同的頻帶。在這樣的高頻模塊中，若例如在天線與收發(fā)電路之間不進行匹配，則不能以較低的損耗來收發(fā)通信信號。這里，若收發(fā)環(huán)境穩(wěn)定，則在理論上，匹配所用的電容值成為固定的，但若例如是像移動電話這樣的可能容易發(fā)生移動、 或姿勢容易發(fā)生變化的設備，則無法用固定電容量來進行完全匹配。因此，例如在專利文獻1所記載的RFMEMS元件中，使用MEMS(微電子機械系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System))作為電容元件，形成電極面彼此互相相對的接地電極和可動電極，在接地電極與可動電極之間適當地設定微小間隔，從而實現匹配所需要的、所希望的可變電容值。專利文獻1 日本專利特開2003-258502號公報

發(fā)明內容
然而，如上所述，在現有的高頻模塊中，由于用一個天線來收發(fā)多個通信信號，因此，必須使電容值相對于各個通信信號可變。因而，所需要的可變電容范圍也會發(fā)生變化， 作為高頻模塊所需要的電容范圍會變大。此時，一般采用形成多個MEMS元件并將它們并聯連接的結構，但通過像這樣將多個MEMS元件形成于同一基板上，會增大基板尺寸。而且，由于如上述專利文獻1所示那樣用半導體制造工藝來形成MEMS元件，因此，這樣基板尺寸會增大，從而會導致成本大幅上升。另外，在一塊基板上形成有多個MEMS元件的情況下，會產生形成有效分量、從而難以使電容在較寬的頻帶中可變的問題。因此，本發(fā)明的目的在于，實現一種能可靠且便宜地實現所需要的各種可變電容范圍的可變電容模塊。進而，通過使用該可變電容模塊，從而便宜地實現能在所需要的各種阻抗匹配范圍內可靠地進行匹配的匹配電路模塊。本發(fā)明的可變電容模塊包括可變電容元件、第一固定電容元件、以及第二固定電容元件?？勺冸娙菰哂幸?guī)定的可變電容量幅度。第一固定電容元件與可變電容元件進行串聯連接，并安裝于安裝有可變電容元件的層疊基板上、或由層疊基板的內層平板電極形成。第二固定電容元件與可變電容元件和第一固定電容元件的串聯電路進行并聯連接， 并安裝于安裝有可變電容元件的層疊基板上、或由層疊基板的內層平板電極形成。更具體而言，特別是對于本發(fā)明的可變電容模塊，可變電容元件由MEMS元件形成。在該結構中，可變電容電路由可變電容元件、第一固定電容元件、以及第二固定電容元件形成。這里，若將可變電容元件的電容量設為Cv，將第一固定電容元件的電容量設為 Cl，將第二固定電容元件的電容量設為C2，則作為可變電容電路、即可變電容模塊的合成電容量Cm如下式所示。[數學式1] CvCm = Cv /1 +CV/ C1 +C2因而，可變電容模塊的合成電容量Cm通過第一固定電容元件和第二固定電容元件的組合，而變得比單純只使用可變電容元件的電容量Cv的情況要多樣。而且，由于只有可變電容元件是MEMS元件，而第一固定電容元件和第二固定電容元件是通過不使用MEMS 元件的一般的貼片元器件或形成于層疊基板中的內層平板電極來實現的，因此，比全部都由多個MEMS元件形成的模塊要便宜，且不會產生寄生電容。另外，本發(fā)明的可變電容模塊的可變電容元件將可變電容量幅度進行固定。將第二固定電容元件設定為成為模塊所希望的可變電容范圍的基準的電容值。將第一固定電容元件設定為決定作為模塊所希望的可變電容間距的電容值。在該結構中，即使可變電容元件是一種，但通過適當設定第一固定電容元件和第二固定電容元件的電容量，也能容易地實現作為模塊所希望的可變電容范圍和可變間距。另外，本發(fā)明的可變電容模塊的第一固定電容元件和第二固定電容元件都由內層平板電極所形成，并且，利用第一固定電容元件和第二固定電容元件這兩者所共用的內層平板電極，來形成本發(fā)明的可變電容模塊的第一固定電容元件和第二固定電容元件。在該結構中，與分別單獨形成第一固定電容元件和第二固定電容元件相比，通過共用成為這些元件彼此連接的連接端一側的內層平板電極，能實現小型化。另外，由于在第一固定電容元件與第二固定電容元件之間沒有連接電極圖案，因此，不會發(fā)生該連接電極圖案與層疊基板內的其他電極進行無用的高頻耦合等問題，從而能防止特性惡化。另外，本發(fā)明的可變電容模塊的第一固定電容元件和第二固定電容元件形成于層疊基板中的、安裝有可變電容元件的區(qū)域的下層。在該結構中，由于構成可變電容模塊的各元件沿層疊基板的層疊方向進行排列， 并在對該層疊基板進行俯視的狀態(tài)下集中地進行配置，因此，能實現小型化。另外，由于能縮短連接構成這些可變電容模塊的各元件的連接電極圖案，因此，能防止特性惡化，并能容易地形成該連接電極圖案。由此，能實現特性優(yōu)異的小型的可變電容模塊，所述可變電容模塊能實現如上所述的多樣的可變電容范圍。另外，本發(fā)明的匹配電路模塊包括上述的可變電容模塊，并包括形成于或安裝于層疊基板的電感器。然后，利用形成于層疊基板的電極圖案來連接可變電容模塊和電感器， 從而構成LC電路網。在該結構中，只要通過在形成有如上所述的可變電容模塊的層疊基板形成電感器，并將可變電容模塊和電感器與規(guī)定電路圖案相連接，就能形成匹配電路模塊。此時，由于可變電容模塊是能如上所述那樣實現多樣的可變電容范圍的模塊，因此，也能多樣地設定匹配電路模塊的阻抗匹配范圍。由此，可以實現能設定多樣的阻抗匹配范圍的、小型的匹配電路模塊。另外，本發(fā)明的匹配電路模塊包括由形成于層疊基板的短截線用電極所形成的、 與LC電路網相連接的開路短截線。在該結構中，通過進一步將開路短截線與LC電路網相連接，能利用開路短截線，使得能由LC電路網進行匹配的阻抗匹配范圍在不同的阻抗匹配范圍內有很大的變化。此時，由于能通過調整開路短截線的線路長度等來設定偏移量，因此，能設定更多樣的阻抗匹配范圍。此時，由于開路短截線由形成于層疊基板的短截線用電極形成，因此，匹配電路模塊不會大幅增大。即，能實現既能抑制占有面積增大、又能在更大的阻抗匹配范圍之中進行適當的阻抗匹配的匹配電路模塊。另外，本發(fā)明的匹配電路模塊使用短截線用電極的電極長度各不相同的多個開路短截線作為開路短截線。在該結構中，通過設置多個開路短截線，能設定更多樣的阻抗匹配范圍。另外，本發(fā)明的匹配電路模塊在LC電路網與開路短截線之間具有開關元件。在該結構中，若利用開關元件將開路短截線從LC電路網斷開，則能設定LC電路網單獨的阻抗匹配范圍，若利用開關元件將開路短截線與LC電路網相連接，則能利用開路短截線，使LC電路網單體的阻抗匹配范圍在不同的阻抗匹配范圍內有很大的變化。由此，由于能利用開關元件的通/斷控制來設定兩個阻抗匹配范圍，因此，能在更大的阻抗匹配范圍內進行匹配。另外，本發(fā)明的匹配電路模塊對短截線用電極的電極長度進行設定，使得利用開路短截線進行切換的阻抗匹配范圍不重疊。在該結構中，利用上述開關元件的通/斷控制使阻抗匹配范圍不重疊，從而能利用開關元件來有效地擴大阻抗匹配范圍。另外，利用形成于層疊基板的電感器用電極來形成本發(fā)明的匹配電路模塊的電感器，形成電感器用電極和短截線用電極，使它們在對層疊基板進行俯視時不重疊。在該結構中，由于電感器用電極的電極面不與短截線用電極的電極面相對，因此， 電感器與開路短截線幾乎不會發(fā)生高頻耦合，從而容易設計實現所希望的阻抗匹配范圍的電路。另外，在本發(fā)明的匹配電路模塊中，形成短截線用電極、以及內層平板電極，使它們在對層疊基板進行俯視時不重疊，所述內層平板電極用來形成第一固定電容元件和第二固定電容元件。在該結構中，由于形成第一固定電容元件和第二固定電容元件的內層平板電極不與短截線用電極相對，因此，第一固定電容元件和第二固定電容元件幾乎不會與開路短截線發(fā)生高頻耦合，從而容易設計實現所希望的阻抗匹配范圍的電路。根據本發(fā)明，能可靠且便宜地實現能設定所需要的各種可變電容范圍的可變電容模塊。此外，通過使用這樣的可變電容模塊，能可靠且便宜地實現能設定所需要的各種阻抗匹配范圍的小型的匹配電路模塊。


圖1是本發(fā)明的實施方式所涉及的匹配電路模塊1的等效電路圖。圖2是本發(fā)明的實施方式所涉及的匹配電路模塊1的層疊圖。圖3是表示與可變電容元件Cv、與該可變電容元件Cv進行串聯連接的串聯固定電容元件Cse、以及與這些可變電容元件Cv和串聯固定電容元件Cse的串聯電路進行并聯的并聯固定電容元件Csh的各種組合相對應的、可變電容電路的合成電容量Ct及電容量的間距寬AC的特性的圖。圖4是表示與是否連接開路短截線Mub和開路短截線Mub的長度的變化相對應的、阻抗匹配范圍的變化的圖。圖5是表示開路短截線Mub的變化的框圖。圖6是表示LC電路網的變化的電路圖。
具體實施例方式參照附圖，對本發(fā)明的實施方式所涉及的匹配電路模塊進行說明。圖1是本實施方式的匹配電路模塊1的等效電路圖。如圖1所示，本實施方式的匹配電路模塊1具有以下電路結構即，包括第一輸入輸出端P1、以及第二輸入輸出端P2， 在第一輸入輸出端Pl與第二輸入輸出端P2之間，插入有LC電路網10。LC電路網10的第一輸入輸出端Pl —側的端部與開關元件SW的一端相連接，該開關SW的另一端與開路短截線Mub相連接。LC電路網10具有串聯連接在第一輸入輸出端Pl與第二輸入輸出端P2之間的電感器Ll和電感器L2。此時，第一輸入輸出端Pl —側是電感器Li，第二輸入輸出端P2 —側是電感器L2。在電感器Ll的第一輸入輸出端Pl —側的端部與接地之間，連接有可變電容元件 Cvl0在電感器Ll和電感器L2的連接點與接地之間，連接有可變電容元件Cv2。在電感器L2的第二輸入輸出端P2 —側的端部與接地之間，連接有構成本發(fā)明的 “可變電容模塊”的可變電容電路11。將固定電容元件Ce2(相當于本發(fā)明的第二固定電容元件)與固定電容元件Cel (相當于本發(fā)明的第一固定電容元件)和可變電容元件Cv3的串聯電路進行并聯連接，從而形成可變電容電路11。另外，將可變電容電路12與電感器L1、L2的串聯電路進行并聯連接。將固定電容元件Ce4(相當于本發(fā)明的第二固定電容元件)與固定電容元件Ce3(相當于本發(fā)明的第一固定電容元件)和可變電容元件Cv4的串聯電路進行并聯連接，從而形成可變電容電路12。接著，參照圖2，對本實施方式的匹配電路模塊的原理性結構進行說明。另外，圖2 是本實施方式的匹配電路模塊1的層疊圖。在圖2中，將最下層設為第1層，將最上層設為第17層，以層編號從下層側起逐漸增加的方式來進行記載。另外，圖2的各層所記載的〇 標記表示通孔，起到將形成于各絕緣層上的電極圖案沿層疊方向彼此導通的功能。如圖2所示，匹配電路模塊1包括具有17層的層疊基板。在層疊基板1的第1層的背面、即匹配電路模塊1本身的安裝面上，形成有用于安裝該匹配電路模塊1本身的連接盤。在該第1層的背面上，還形成有與第一輸入輸出端Pl和第二輸入輸出端P2相對應的連接盤。在第1層的表面上，在從層疊方向來看不與成為第一輸入輸出端Pl和第二輸入輸出端P2的連接盤重疊的幾乎整個面上都形成有接地電極GND。將該接地電極GND兼用作固定電容元件Cel的構成相對電極的一個電極Celb、以及固定電容元件Ce2的構成相對電極的一個電極Cdb。在第2層的表面上，利用規(guī)定形狀的平板電極圖案，形成有固定電容元件Cel的構成相對電極的另一個電極Cela、以及固定電容元件Ce2的構成相對電極的另一個電極Ce2a。在第3層的表面上，以與第1層表面基本相同的形狀，形成有接地電極GND。該接地電極GND兼用作固定電容元件Cel的構成相對電極的一個電極Celb、以及固定電容元件 Ce2的構成相對電極的一個電極Ce2b。這樣，利用第1層 第3層，來形成固定電容元件Ce 1、Ce2。在第4層、第5層上，只形成有通孔。由此，固定電容元件Cel、Ce2的形成區(qū)域在層疊方向上與后述的電感器Li、L2和開路短截線Mub的形成區(qū)域隔開兩層左右來進行配置。從層疊方向來看，第6層 第8層被與接地電極相連接的通孔劃分成兩個區(qū)域，在第一區(qū)域AlOl中，形成有構成電感器Li、L2的線形電極圖案。另外，在第二區(qū)域A102中， 形成有構成開路短截線Mub的線形電極圖案。即，形成電感器L1、L2的線形電極圖案和開路短截線Mub的線形電極圖案，使它們在從層疊方向來看時不重合。這樣，將開路短截線 Stub和電感器L1、L2分開配置于第一區(qū)域AlOl和第二區(qū)域A102中，從而能提高兩者的隔離性。另外，用與接地電極相連接的通孔進行分隔，從而能進一步提高隔離特性。此外，形成電感器Ll的線形電極圖案和電感器L2的線形電極圖案，也使它們在從層疊方向來看時不重合。另外，開路短截線Mub的線形電極圖案形成得比電感器L1、L2的線形電極圖案的
寬度要寬。在第9層、第10層、以及第11層上，只形成有通孔。由此，電感器L1、L2和開路短截線Mub的形成區(qū)域在層疊方向上與后述的固定電容元件Ce3、Ce4的形成區(qū)域隔開三層左右來進行配置。在第12層的第一區(qū)域AlOl中，利用規(guī)定形狀的平板電極圖案，形成有固定電容元件Ce4的相對電極的一個電極CMa。此時，形成固定電容元件Ce4的一個電極( ,以將其配置于第三區(qū)域A103內，所述第三區(qū)域A103與從層疊方向來看位于最上層的第17層上的MEMS元件的安裝區(qū)域相同。在第13層的第一區(qū)域AlOl與第三區(qū)域A103的交叉區(qū)域中，利用規(guī)定形狀的平板電極圖案，形成有固定電容元件Ce4的相對電極的另一個電極Ce4b。該固定電容元件Ce4 的另一個電極Ce4b兼用作固定電容元件Ce3的相對電極的一個電極Cdb。在第14層的第一區(qū)域AlOl與第三區(qū)域A103的交叉區(qū)域中，利用規(guī)定形狀的平板電極圖案，形成有固定電容元件Ce3的相對電極的另一個電極Ce3a。在第15層上，只形成有通孔，在第16層上，只形成有通孔和走線電極圖案。在第17層的表面、即構成匹配電路模塊1的層疊基板的上表面上，形成有安裝開關元件SW、以及包含可變電容元件Cvl Cv4的MEMS元件Cmems的連接盤電極，在分別對應的連接盤上，安裝有開關元件SW和MEMS元件Cmem^這樣，通過使用本實施方式的結構，能用設置于層疊基板內部的電極來實現電感器Li、L2、短截線Stub、和固定電容元件Cel Ce4，并能用安裝于層疊基板上的單個元器件的MEMS元件來實現可變電容元件Cvl Cv4。接著，對作為本實施方式的匹配電路模塊的特征性功能部的可變電容電路進行說明。
對于可變電容電路11、12，將固定電容元件與可變電容元件進行串聯連接，并將固定電容元件與該串聯連接電路進行并聯連接，從而既能只以可變電容元件Cv3或可變電容元件Cv4來構成這些可變電容電路，又能實現多樣的電容量。例如，將各個電容元件的標號設為各個電容量，從而根據下式來獲得可變電容電路11的合成電容量Ctll。[數學式2]
權利要求
1.一種可變電容模塊，其特征在于，包括可變電容元件，該可變電容元件具有由MEMS元件所形成的規(guī)定的可變電容量幅度； 第一固定電容元件，該第一固定電容元件與所述可變電容元件進行串聯連接，并安裝于安裝有所述可變電容元件的層疊基板上、或由所述層疊基板的內層平板電極形成；以及第二固定電容元件，該第二固定電容元件與所述可變電容元件和所述第一固定電容元件的串聯電路進行并聯連接，并安裝于安裝有所述可變電容元件的層疊基板上、或由所述層疊基板的內層平板電極形成。
2.如權利要求1所述的可變電容模塊，其特征在于， 所述可變電容元件將所述可變電容量幅度進行固定，將所述第二固定電容元件設定為成為模塊所希望的可變電容范圍的基準的電容值， 將所述第一固定電容元件設定為決定作為所述模塊所希望的可變電容間距的電容值。
3.如權利要求1或2所述的可變電容模塊，其特征在于，所述第一固定電容元件和所述第二固定電容元件都由所述內層平板電極所形成，并且，利用所述第一固定電容元件和所述第二固定電容元件這兩者所共用的內層平板電極， 來形成所述第一固定電容元件和所述第二固定電容元件。
4.如權利要求3所述的可變電容模塊，其特征在于，所述第一固定電容元件和所述第二固定電容元件形成于所述層疊基板中的、安裝有所述可變電容元件的區(qū)域的下層。
5.如權利要求1至4的任一項所述的可變電容模塊，其特征在于， 用MEMS元件作為所述可變電容元件。
6.一種匹配電路模塊，其特征在于，所述匹配電路模塊包括如權利要求1至5的任一項所述的可變電容模塊， 并包括形成于或安裝于所述層疊基板的電感器，利用形成于所述層疊基板的電極圖案來連接所述可變電容模塊和所述電感器，從而構成LC電路網。
7.如權利要求6所述的匹配電路模塊，其特征在于，包括由形成于所述層疊基板的短截線用電極所形成的、與所述LC電路網相連接的開路短截線。
8.如權利要求7所述的匹配電路模塊，其特征在于，所述開路短截線包括所述短截線用電極的電極長度各不相同的多個開路短截線。
9.如權利要求7或8所述的匹配電路模塊，其特征在于， 在所述LC電路網與所述開路短截線之間具有開關元件。
10.如權利要求9所述的匹配電路模塊，其特征在于，對所述短截線用電極的電極長度進行設定，使得利用所述開路短截線進行切換的阻抗匹配范圍不重疊。
11.如權利要求6至10的任一項所述的匹配電路模塊，其特征在于， 利用形成于所述層疊基板的電感器用電極來形成所述電感器，形成所述電感器用電極和所述短截線用電極，使它們在對所述層疊基板進行俯視時不
12.如權利要求6至11的任一項所述的匹配電路模塊，其特征在于， 形成所述短截線用電極、以及所述內層平板電極，使它們在對所述層疊基板進行俯視時不重疊，所述內層平板電極用來形成所述第一固定電容元件和所述第二固定電容元件。
全文摘要
本發(fā)明便宜地實現小型的可變電容模塊，所述可變電容模塊能可靠且便宜地實現所需要的各種可變電容范圍?？勺冸娙蓦娐?11)包括可變電容元件(Cv3)、以及固定電容元件(Ce1、Ce2)。將可變電容元件(Cv3)與固定電容元件(Ce1)進行串聯連接，將該串聯電路與固定電容元件(Ce2)進行并聯連接。由此，可變電容電路的合成電容量的范圍以固定電容元件(Ce2)的電容量為基準，利用可變電容元件(Cv3)與固定電容元件(Ce1)的合成電容量來給出電容量的間距寬ΔC。此時，固定電容元件(Ce1、Ce2)由層疊基板的內層平板電極來實現，可變電容元件(Cv3)由安裝于層疊基板的上表面的MEMS元件來實現。
文檔編號H03H7/38GK102356440SQ20108001357
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權日2009年3月30日
發(fā)明者利根川謙, 原田哲郎, 永井智浩 申請人:株式會社村田制作所