可变电容器、匹配电路元件和移动终端设备的制作方法

专利名称：可变电容器、匹配电路元件和移动终端设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及可变电容元件(可变电容器)，更具体而言，涉及用微电 子机械系统(MEMS)技术制造的可变电容器、使用可变电容器的匹配电 路元件和使用可变电容器或者匹配电路元件的移动终端设备。
背景技术：
可变电容器是在诸如变频振荡器、调谐放大器、移相器和阻抗匹配电 路的电路中重要的元件。近年来，安装了可变电容器的移动终端设备的数 量已经增大。在移动终端设备的技术领域，随着安装元件等的数量增大， 为了高性能，对所用元件的小型化的需求也增大。响应于此需求，使用 MEMS技术致力于可变电容器的小型化。通过MEMS技术生产的可变电 容器的优点在于Q值可以因损耗小而较当前主要使用的可变二极管增大， 并且已经促进了可变电容器的开发。
在例如日本早期公开专利申请2007-273932中描述了通过MEMS技术 生产的可变电容器，其中可变电容器通过改变相对的两个电极之间的距离 而改变其电容。
图28和图29是现有典型的可变电容器Fl的横截面视图。可变电容 器F1包括衬底101、固定电极102、可动电极104、电介质层105和一对 支架106。固定电极102设置在衬底101的上表面(图28中上侧的表面) 上。可动电极104设置在固定电极102的上方以与该对支架106桥接。可 动电极104具有面向固定电极102的部分。电介质层105设置在固定电极的上表面上。电介质层105设置在固定电极102的上表面上以为了防止由 于固定电极102与可动电极104接触而造成的短路。衬底101由硅材料制 成，并且固定电极102和可动电极104分别由预定的金属材料制成。在可变电容器Fl中，施加在固定电极102和可动电极104之间的电 压在这两个电极之间产生静电吸引。由于静电吸引，可动电极104朝着固 定电极102吸引，以改变电极102和104之间的距离。这种距离的改变改 变了电极102和104之间的电容。因而，通过改变施加在固定电极102和 可动电极104之间的电压，可以改变电容。因为电介质层105的厚度极其薄，可变电容器Fl的电容具有其与距 离d大致成反比这样的特性。然而，该特性在不能忽视由于可动电极104 和固定电极102之间的距离d造成对电介质层的电容值影响的区域(例 如，可动电极104位于固定电极102附近的区域)中不同。因而，在固定电极102从可动电极104分开的状态(参见图28，电极 之间的距离d最大的状态)下可变电容器Fl的电容最小。相反，在固定 电极102经由电介质层105而与可动电极104接触的状态(参见图29，电 极之间的距离d最小的状态)下电容最大。图30示出了可变电容器Fl的电容根据施加到可变电容器Fl的驱动 电压的变化，所述驱动电压施加在固定电极102和可动电极104之间。横 轴表示驱动电压，纵轴表示电容。随着驱动电压的增大，电容急剧地增 大，然后到达恒定值(最大电容)(见点P1)。另一方面，随着驱动电压 减小，电容急剧减小，然后到达恒定值(最小电容)(见点P2)。图30中的电容的特性变化，使得其如上所述与电极之间的距离d成 反比。点P1是固定电极102经由电介质层105接触可动电极104的点。点 P2是固定电极102和可动电极104之间的静电吸引消失的点。假定点Pl 处的驱动电压是Von，点P2处驱动电压是Voff，则可变电容器Fl可以用 作在驱动电压Voff和在驱动电压Von之间切换电容的电容开关。然而，当可变电容Fl实际上用作电容开关时，可动电极104的驱动 电压(直流电压)应该仅仅施加到可动电极104，而不施加到连接到可变 电容器Fl的其它电路。因而，必须设置用于阻断可动电极104的驱动电6压的电路(以下，该电路将称为"DC阻塞(block)")。图31示出了用作与用于不平衡交流信号的信号线并联连接的电容开 关的可变电容器的等效电路图。如图31所示，固定电极102和可动电极104分别连接到接地和信号线 110，例如，RF信号(交流信号)流经信号线110，并且驱动电压从DC 电源113施加到可动电极104。电容器111作为DC阻塞设置在信号线110 和可变电容器Fl之间以为了不从DC电源113施加驱动电压至信号线 110。此外，电感器114作为用于阻断RF信号的电路(以下，该电路称为 "RF阻塞")设置在DC电源113和可动电极104之间。电感器能防止流 经信号线110的RF信号在电容器111和DC电源113之间的路径中被旁路 到地面。电容器111的电容相对于可变电容器Fl必须足够大以不影响可变电 容器Fl的特性。因而，电容器111的尺寸为了大的电容而较大。因而， 对采用可变电容器F1的装置的小型化已经存在限制。此外，需要驱动电压Voff是比在固定电极102和可动电极104之间由 流经信号线IIO的RF信号感应的电压大的电压。因而，当大的RF信号在 信号线110中流动时，必须将驱动电压Voff设定成较大。从图30中所示 的特性可见，驱动电压Vcm设定成大于驱动电压Voff。结果，在很可能发 生电介质层105的通电现象的最大电容期间，驱动电压Von很大。发明内容本发明的一个目的是提供一种可变电容器，其允许将驱动电压设定成 较小并能使其中使用的装置小型化。根据本发明的一方面，可变电容器包括衬底、信号线，其设置在衬底 的表面上并且信号通过信号线流动、接地电极，其设置在衬底的表面上以 及可动电极，其面向信号线和接地电极并设置成在靠近或者离开信号线和 接地电极的方向上可移位。在本发明的优选实施例中，当驱动电压施加到可动电极时，可动电极 被在信号线和接地电极之间产生的静电吸引移位，并且移位量根据驱动电压的幅度而变化。根据以上构造，构造成使得由信号线和可动电极形成的可变电容器与 由接地电极和可动电极形成的可变电容器串联连接。这样，施加到信号线 的电压被两个可变电容器分配。因而，可以减小在信号线和可动电极之间 和在接地电极和可动电极之间施加静电吸引所需的驱动电压。此外，因为 施加到可动电极的驱动电压被两个可变电容器阻断，不必设置另一用作 DC阻塞的电容器。因而，可以减小采用可变电容器的装置的尺寸。在优选实施例中，可动电极在可动电极的两端处和在可动电极的两端 之间的预定部分处被支架固定到衬底的表面。根据以上构造，可以在制造 处理中抑制由于残余应力而引起的可动电极的翘曲等。在优选实施例中，信号线和/或接地电极设置成可相对于衬底的表面 沿着竖直方向移动。根据以上构造，因为可以减小将可动电极朝着信号线 和/或接地电极吸引所需的静电吸引，所以将施加到可动电极的驱动电压抑 制到更小的幅度。在优选实施例中，信号线和接地电极形成在共面波导(CPM)结构 中。根据以上构造，可以容易地控制信号线的阻抗。在优选实施例中，电介质层设置在信号线和/或接地电极与可动电极之 间。根据以上构造，可以防止由于信号线或者接地电极与可动电极的接触 而引起的短路。根据本发明第二方面，可变电容器包括衬底、输入电极，其设置在衬 底的表面上并信号输入到输入电极、输出电极，其设置在衬底的没有电连 接到输入电极的表面上并输出信号、以及可动电极，其面向输入电极和输 出电极并设置成在靠近或者离开信号线和接地电极的方向上能移位。在优选实施例中，当驱动电压施加到可动电极时，可动电极被在输入 电极和输出电极之间产生的静电吸引移位，并且移位量根据驱动电压的幅 度而变化。根据以上构造，构造成由输入电极和可动电极形成的可变电容器与由 输出电极和可动电极形成的可变电容器串联连接。这样，因为施加到可动 电极的驱动电压被两个可变电容器阻断，所以不必提供另一个作为DC阻8塞的电容器。因而，可以减小采用可变电容器的制造的尺寸。
在优选实施例中，移动电极被支架固定到衬底的在可动电极两端处和
在可动电极的两端之间的预定部分处的表面。根据以上构造，可以在制造
处理中抑制由于残余应力引起的可动电极的翘曲。
在优选实施例中，输入电极和/或输出电极设置成相对于衬底表面在竖
直的方向上能移动。根据以上构造，因为可以减小将可动电极朝着输入电
极和/或输出电极吸引所需的静电吸引，可以将施加到可动电极的驱动电压
抑制到更小的幅度。
在优选实施例中，还提供与输入电极和输出电极形成CPW结构的接
地电极。根据以上构造，可以容易地控制输入电极的阻抗和输出电极的阻抗。
在优选实施例中，电介质层设置在输入电极和/或输出电极与可动电极 之间。根据以上构造，可以防止由于输入电极或者输出电极与可动电极的 接触而引起的短路。
根据本发明第三方面，匹配电路采用根据第一方面或者第二方面提供 的可变电容器。因而，可以减小驱动电压，并且可以保持可靠性。此外， 可以实现小型化。
根据本发明的第四方面，移动终端设备采用根据第一方面或者第二方 面提供的可变电容器或者采用根据第三方面提供的匹配电路元件。因而， 可以减小驱动电压并且可以保持可靠性。此外，可以实现小型化。
参照附图，通过以下详细的描述，本发明的其它特征将变得明显。


图1图示了根据第一实施例的可变电容器的平面视图2图示了沿着图1中的线II-II所取的横截面视图3图示了连接到DC电源的可变电容器的等效电路图4图示了根据第一实施例的可变电容器的第一可选示例的横截面视
图5图示了根据第一实施例的可变电容器的第二可选示例的平面视图6图示了根据第一实施例的可变电容器的第三可选示例的平面视
图7图示了可变电容器的第三可选示例沿着图6中的线VII-VII所取 的横截面视图8图示了根据第一实施例的可变电容器的第四可选示例的横截面视
图9图示了根据第二实施例的可变电容器的平面视图10图示可在图9示出的可变电容器和DC电源的等效电路图11图示了根据第三实施例的可变电容器的平面视图12图示了根据第三实施例的可变电容器沿着图ii中的线xn-xn
所取的横截面视图13图示了根据第三实施例的可变电容器沿着图ii中的线xm-xm
所取的横截面视图14图示了根据第三实施例的可变电容器的第一可选示例的横截面 视图15图示了根据第三实施例的可变电容器的第二可选示例的横截面 视图16图示了根据第四实施例的可变电容器的平面视图17图示了使用图5所示的可变电容器的r匹配电路元件El的平面
视图；图19是示出了可动电极4还添加到示出的可变电容器A3的n匹配
电路元件E2的平面视图。
图18图示了在图n中示出的r匹配电路元件和连接到r匹配电路元
件的DC电源的等效电路图19图示了使用图5中所示的可变电容器的n匹配电路元件的平面 视图20图示了在图19中所示的n匹配电路元件和连接到n匹配电路元
件的DC电源的等效电路图2i图示了使用图16所示的可变电容器的r匹配电路元件的平面视
10图22图示了使用图16所示的可变电容器的n匹配电路元件的平面视
图23图示了使用图14所示的可变电容器的r匹配电路元件的平面视
图24图示了在图23中示出的r匹配电路元件和连接到r匹配电路元 件DC电源的等效电路图25图示了使用图14所示的可变电容器的n匹配电路元件的平面视
图26图示了在图25中所示的n匹配电路元件和连接到n匹配电路元
件的DC电源的等效电路图27图示了根据这些实施例的可变电容器和匹配电路元件用作电子 部件的移动终端设备的前端部分的框图28图示了在现有典型的可变电容器给定最大电容的状态下现有典 型可变电容器的横截面视图29图示了在现有典型的可变电容器给定最小电容的状态下现有典 型可变电容器的横截面视图30示出了可变电容器的电容根据施加在可变电容器的固定电极和 可动电极之间的驱动电压变化的曲线图；以及
图31图示了与信号并联连接的现有典型的可变电容器的等效电路图。
具体实施例方式
以下，将参照附图具体地描述本发明的优选实施例。
图1和图2是用于图示可变电容器的第一实施例的视图。图1是可变
电容器A1的平面视图。图2是沿着图1中的线n-n所取的横截面视图。 可变电容器Al包括衬底1、信号线2、接地电极3、可动电极4、电
介质层5和一对支架6。当可变电容器A1例如用作电容开关时，可变电容
器Al安装在印刷电路上并且信号线2和接地电极3分别连接到在印刷电路上形成的电路的信号线和接地。注意，实际上每个电介质层5在图1的 左右方向上的宽度大致等于可动电极4的宽度，并且电介质层5在平面视
图中隐藏在可动电极4的后面。因而，在图1中，为了识别电介质层5的 存在，每个电介质层5的左右方向上的宽度被绘制成宽于可动电极4的宽 度。此外，每个电介质层5的图1的上下方向上的宽度大致等于信号线2 的宽度或者接地电极3的宽度；然而，为了清楚示出电介质层5的存在， 每个电介质层5的上下方向上的宽度也绘制成宽于接地电极3的宽度。以 下可变电容器的平面视图也是这样。
衬底1在平面视图中是矩形板，并由硅材料制成。每个衬底1的长边 和短边具有例如约1至2mm的长度，并且衬底1具有例如约300/mi的厚 度。
射频(R)信号流经信号线2。信号线2设置在衬底1的上表面(图2 的上侧表面)上以与衬底1的长边平行地延伸以靠近衬底1的长边方向 (图1的横向方向)的两端。接地电极3是被接地的电极。接地电极3设 置在衬底1的上表面上以与信号线2平行地延伸以靠近衬底的长边方向的 两端。信号线2和接地电极3由诸如铝(Al)或者铜(Cu)的导电材料制 成。
可动电极4与衬底1的短边平行地设置在其长边方向的中心处。可动 电极4延伸以靠近短边方向(图1的纵向方向)的两端，并且后述的一对 支架6在其两端处支撑可动电极4。可动电极4相对于衬底1的上表面沿 着竖直的方向(图2的上下方向)可动。可动电极4设置成相对于信号线 2和接地电极3垂直并具有面向信号线2和接地电极3的部分。面向那些 的部分的面积例如约为40000 (200X200)至90000 (300X300) /rni2。可 动电极4的厚度Tl例如约为1至2jiim。可动电极4和信号线2或者接地 电极3之间的距离Ll约为0.5至2/mi (参见图2)。可动电极4由诸如铝 或者铜的导电材料制成。
电介质层5设置在信号线2和接地电极的面向可动电极4的部分的上 表面上。电介质层5防止由于信号线2或者接地电极3与可动电极4的接 触而引起的短路，并且每个电介质层5的厚度例如约为0.1/mi至0.5jmi。电介质层5例如由诸如氧化铝(A1203)、氧化硅(Si02)或者氮化硅 (SiNx)的电介质材料形成。
支架6是支撑可动电极4的构件，并由与可动电极4相同的导电材料 制成。两个支架6分别支撑可动电极4的长边方向的端部。预定的布线图 案(未示出)通过支架6、信号线2和接地电极3电连接到可动电极4， 并设置在衬底1的上表面上。
注意，衬底l、信号线2、接地电极3、可动电极4、电介质层5和支 架6的尺寸、形状、材料、配置等不限于以上所述。
可变电容器A1由所谓的MEMS技术制造。艮口，首先，信号线2、接 地电极3和电介质层5层叠在衬底l上。接着，形成牺牲膜，然后形成可 动电极4。最后，通过湿蚀刻去除牺牲膜。通过这些处理，形成用于可动 电极4的可动空间。可动电极4和信号线2或者接地电极3之间的距离Ll 通过调节牺牲膜的厚度来调节。注意，用于可变电容器Al的制造方法不 限于以上所述。
图3示出了连接到向可变电容器Al供应驱动电压的DC电源的可变 电容器A1的等效电路图。在附图中，可变电容器A1由并联连接的两个可 变电容器11和12表示。信号线2和可动电极4形成可变电容器11。接地 电极3和可动电极4形成可变电容器12。可变电容器Al的可动电极4通 过作用RF阻塞的电感器14连接到DC电源13。
可动电极4被施加来自DC电源13的驱动电压，并且可变电容器Al 根据图30所示的特性改变其电容。当驱动电压是Voff时，因为静电吸引 较小，可动电极4远离信号线2和接地电极3。因而，可变电容器A1的电 容最小。另一方面，当驱动电压是Von时，因为静电吸引较大，可动电极 4经由电介质层5与信号线2和接地电极3接触。因而，可变电容器A1的 电容最大。结果，可变电容器Al作为电容开关以从DC电源13施加的驱 动电压在Voff和Von之间切换的方式工作。
如图3所示，可变电容器Al等效地构造成两个可变电容器11和12 并联连接。因而，由RF信号在信号线2上产生的电压在可变电容器ll和 可变电容器12之间分配。因而，施加到可变电容器11和12的每个的两端的电压(可动电极4和信号线2之间的电压和可动电极4和接地电极3之 间的电压)约为当可变电容器11和12的电容相等时产生的电压的一半。 因而，可以将可变电容器Al的驱动电压Voff设定成小于现有可变电容器 Fl (参见图28和图29)的驱动电压Voff。在此情况下，因为驱动电压 Von可以减小，可以抑制电介质层5的通电现象的产生。此外，因为仅仅 约由RF信号在信号线2上产生的电压的一半施加到可变电容器11和12 的每个的两端，信号线2的电压的更小的波动降低了施加在可变电容器11 和12上的负荷。因而，可以以更小的程度抑制可动电极4的弹性常数随 时间的变化。因而，可以保持可变电容器A1的可靠性。
此外，由于可变电容器11能阻断从DC电源13施加的驱动电压，可 以防止在衬底上形成的其它电路通过信号线2施加驱动电压。B卩，因为可 变电容器11用作DC阻塞，不必设置当使用现有的可变电容器Fl时需要 的用作DC阻塞的电容器。因而，可以减小采用可变电容器Al的装置的 尺寸。
图4是可变电容器Al的第一可选示例的横截面视图。第一可选示例 的平面视图与图l相同，因而被省略，而仅仅示出与图2对应的横截面视 图。图4所示的可变电容器A2不同于可变电容器Al之处在于支架6'设置 在信号线2和接地电极3之间。因为可变电容器A2的可动电极4由支架 6'支撑在长边方向的中心的周围，可以抑制在制造处理中由于残余应力引 起的翘曲等。因而，与可变电容器Al相比，由于可动电极4的翘曲而引 起的可变电容器A2的不良率降低。因而，可以提高产量。
图5是示出了可变电容器Al的第二可选示例的平面视图。注意，省 略了与可变电容器Al的图2对应的横截面视图。图5所示的可变电容器 A3与可变电容器Al不同之处在于接地电极3'设置在与接地电极3的一侧 关于信号线2相反的一侧(图5中的上侧)。可变电容器A3的信号线2 和接地电极3和3'形成共面波导(CPW)结构。因而，在可变电容器A3 中，可以容易地调节信号线2的设计阻抗。
图6禾B图7是示出可变电容器Al的第三可选示例的视图。图6是可 变电容器A4的平面视图。图7是沿着图6中的线VII-VII所取的横截面视图。图6和图7中所示的可变电容器A4与可变电容器Al不同之处在于凹 部la设置在衬底1的上表面上。凹部la设置在信号线2和接地电极3的 面向可动电极4的部分的下方。
由于凹部la，信号线2和接地电极3的面向可动电极4的部分可相对 于衬底1的上表面沿着竖直方向(图7中上下方向)移动。因为可动电极 4、信号线2和接地电极3可移动，可以减小将可动电极4和信号线2以及 接地电极3彼此吸引所需的静电吸引。因而，可以抑制施加到可动电极的 驱动电压至更小的幅度。此外，由于凹部la减小了信号线2和接地电极3 接触衬底1的面积，从信号线2或者接地电极3泄漏到衬底1的电荷会受 到抑制。结果，可以提高可变电容器A4的Q值。
注意，在第三可选示例中，凹部la形成为单个大凹部，但是它不限于 此。例如，凹部la可以单独地设置在信号线2的面向可动电极4的部分的 下方和接地电极3的面向可动电极4的部分的下方。此外，即使当不设置 凹部la时，如果信号线2和接地电极3的面向可动电极4的部分被构造成 沿着竖直方向可移动，则可以获得可以将施加到可动电极4的驱动电压抑 制到更小幅度的有益效果。此时，仅仅其中一者可移动而另一者固定也是 可行的。
图8是示出可变电容器Al的第四可选示例的横截面视图。注意，第 四可选示例的平面视图与图6相同，因而将其省略，并仅仅示出与图7对 应的横截面视图。图8所示的可变电容器6'与可变电容器Al的不同之处 在于支架6'设置在信号线2和接地电极3之间，并且凹部la设置在衬底1 的上表面上。凹部la分别设置在信号线2和接地电极3的面向可动电极4 的部分的下方。可变电容器A5具有第一可选示例和第三可选示例两者的 有益效果。
在以上所述第一实施例和其可选示例中，电介质层5设置在信号线2 和接地电极3的上表面上。然而，形成电介质层的部分不限于在信号线2 和接地电极3的上表面上。电介质层5还可以设置在可动电极4的下表面 上。此外，电介质层5可以仅仅设置在可动电极4的下表面上而不设置在 信号线2和接地电极3的上表面上。此外，当即使在驱动电压最大的情况下构造成可动电极4不接触信号线2或者接地电极3时，不需要设置电介 质层5。此外，当可变电容器11和12的电容值不同时，可以仅仅对可变 电容器11和12中的一者设置电介质层5。
在以上所述的第一实施例中，描述了以并联连接的方式使用可变电容 器；相反，以下将描述以串联连接的方式使用的可变电容器。
图9是用于图示可变电容器的第二实施例的平面视图并示出了以串联 方式使用的可变电容器Bl。在附图中，与第一实施例相同或者类似的部 件用相同的参考标号表示。可变电容器Bl与可变电容器Al不同之处在于 信号线2'设置在接地电极3的位置处并且信号线2和2'具有相同形状。
如图9所示，在可变电容器Bl中，信号线2从衬底1的长边方向的 一端(图9中的左侧)的附近延伸到面向可动电极4的部分。信号线2'从 衬底1的长边方向的另一端(图9中的右侧)的附近延伸到面向可动电极 4的部分。以上构造不是产生寄生电容，而是在图9所示的信号线2和2' 之间平行延伸的部分产生寄生电容。
图IO示出了连接到用于驱动可变电容器Bl的DC电源的可变电容器 Bl的等效电路图。可变电容器Bl由两个串联连接的可变电容器ll邻12' 表示。信号线2和可动电极4形成可变电容器11'。信号线2'和可动电极4 形成可动电极12'。可动电极4通过用作RF块的电感器14连接到DC电源 13。
可变电容器Bl与可变电容器Al不同之处在于它以与用于从信号线2 流到信号线2'的RF信号的信号线串联连接的方式使用。然而，可变电容 器Bl与可变电容器Al的共同之处在于它通过在Voff和Von之间切换从 DC电源13施加的驱动电压而作为电容开关工作。
此外，如图IO所示，可变电容器B1构造成两个可变电容器ll邻12' 串联连接。因而，从DC电源13施加的驱动电压被可变电容器ll邻12'阻 断。因而，可以防止在衬底上形成的其它电路通过信号线2和2'施加驱动 电压。由于可变电容器1T禾卩12'用作DC阻塞，不必设置当使用现有的可 变电容器F1时所需的作为DC阻塞的电容器。因而，可以减小采用可变电 容器B1的装置的尺寸。同样在第二实施例中，通过在信号线2和信号线2'之间设置支架6' (参见图4)，可以获得与第一实施例的第一可选示例相同的有益效果。 此外，通过在衬底1的上表面上设置凹部la (参见图6和图7)，可以获 得与第一实施例的第三可选示例相同的有益效果。此外，通过在信号线2 和信号线2'之间设置支架6'和在衬底1的上表面上设置凹部la (参见图 8)，可以获得与第一实施例的第四可选示例相同的有益效果。
同样在以上所述第二实施例中，电介质层5还可以设置在可动电极4 的下表面上，或者可以仅仅设置在可动电极4的下表面上，而不是设置在 信号线2和2'两者的上表面上。此外，当可变电容器Bl构造成在施加最 大驱动电压下可动电极4不接触信号线2或者2'时，不必设置电介质层 5。此外，当可变电容器ll邻12怖电容值不同时等仅仅对可变电容器11' 和12'中的一者设置电介质层5也是可行的。
注意，信号线2和2怖形状不限于在第二实施例中所描述的形状。如 果可以忽略寄生电容，则信号线2和2'可以延伸到衬底1的长边方向的两 端附近。此外，可动电极4的形状也可以不限于第二实施例中所描述的电 极。
信号线2平行于衬底1的长边设置于短边方向的中心处，以从长边方 向的一端的附近延伸到从中心向后的附近。信号线2'平行于衬底1的长边 设置于短边方向的中心处以从长边方向的另一端附近延伸到从中心向后的 附近。在信号线2和信号线2'之间设置预定的间隙以防止电连接和寄生电 容的发展。可动电极4'在平面视图中形成大致矩形或者方形形状并设置在 衬底1的中心周围。此外，可动电极4'与设置在短边方向的两端附近的一 对支架6桥接，并相对于衬底1的上表面沿着竖直的方向可移动。可动电 极4'具有面向信号线2和2'的部分。电介质层5设置在信号线2和2'的面 向可动电极4'的部分的上表面上。
由于可变电容器Cl形成为仅仅修改了信号线2、 2'和可变电容器Bl 的可动电极4'的形状，连接到用于供应驱动电压的DC电源的等效电路图 与图10的相同。因而，可变电容器C1还不需要用作DC阻塞的电容器。 因而，可变电容器C1具有与可变电容器B1相同的有益效果。g卩，可以减小使用可变电容器C1的装置的尺寸。
图14是示出了可变电容器Cl的第一可选示例的平面视图。注意，省 略了与可变电容器C1的图12和图13对应的横截面视图。可变电容器C2 与可变电容器Cl不同之处在于一对接地电极3'形成为信号线2和2'布置 在该对接地电极3'之间。可变电容器C2的信号线2、 2'和该对接地电极3' 形成CPW结构。因而，同样可以容易地调节可变电容器C2中信号线2和 2'的设计阻抗。
图15是示出可变电容器C1的第二可选示例的横截面视图。注意，省 略了与可变电容器Cl的图11对应的平面视图和与可变电容器Cl的图12 对应的横截面视图。图15所示的可变电容器C3与可变电容器Cl不同之 处在于凹部la设置在衬底1的上表面上。凹部la设置在信号线2和2'的 面向可动电极4的部分的下方。
由于凹部la，信号线2和2'的面向可动电极4的部分相对于衬底1的 上表面沿着竖直方向(图15的上下方向)可移动。如在图6和图7中所示 的可变电容器A4的情况那样，因为可动电极4、信号线2和2'可移动，所 以可以抑制施加到可动电极4'的驱动电压至更小的幅度。此外，凹部la减 小信号线2和2楚触衬底1的面积。因而，从信号线2或者2'泄漏到衬底 l的电荷可以受到抑制。结果，可以提高可变电容器C3的Q值。
注意，在第二可选示例中，凹部la形成为单个大凹部，但是它不限于 此。例如，凹部la可以单独地设置在信号线2的面向可动电极4'的部分的 下方和信号线2'的面向可动电极4'的部分的下方。此外，即使当不设置凹 部la时，通过信号线2和2'的面向可动电极4'的部分沿着竖直方向可移动 的构造可以获得施加到可动电极4'的驱动电压可以被抑制到更小的幅度的 有益效果。在此构造下，仅仅其中一个部分可动，另一部分被固定也是可 行的。
同样在以上描述的第三实施例和其可选示例中，电介质层5还可以设 置在可动电极4'的下表面上，或者可以不设置在信号线2和2'的上表面 上，而是仅仅设置在可动电极4'的下表面上。此外，当构造成即使在最大 驱动电压下可动电极4'不接触信号线2或者2'时，不必设置电介质层5。此外，当可变电容器ir和可变电容器12'(参见图io)的电容值不同等
时，仅仅对其中的一者设置电介质层5并对另一者不设置电介质层5也是 可行的。
此外，在以串联连接使用的可变电容器中，每个电极的形状和布置可 以与第三实施例相同。
图16是用于图示根据本发明的可变电容器的第四实施例的视图，并 且是示出以并联连接的方式使用的可变电容器Dl的平面视图。在图16 中，与第三实施例相同或者类似的部件用相同的参考标号。可变电容器 Dl与可变电容器Cl不同之处在于接地电极3设置在接地电极3设置在信 号线2'的位置处，并且信号线2和接地电极3具有相同的形状。
如图16所示，信号线2和接地电极3的每个在平面视图中具有T形 形状；相反，它们可以形成与可变电容器Cl的信号线2和2'相同的形 状。
可变电容器Dl形成为仅仅修改信号线2、接地电极3和可动电极4的 形状。因而，连接到供应驱动电压的DC电源的等效电路图与图3相同。 因而，由于由RF信号在信号线2上产生的电压被可变电容器11和12分 配，施加到可变电容器11和12的每个的两端的电压(可动电极4和信号 线2之间的电压；以及可动电极4和接地电极3之间的电压)约为所产生 电压的一半。因而，可变电容器D1也具有与可变电容器A1相同的有益效 果。
同样在第四实施例中，通过在衬底1的上表面上设置凹部la (参见图 15)，可以获得与第三实施例的第二可选示例相同的有益效果。
同样在以上所述的第四实施例中，电介质层5还可以设置在可动电极 4'的下表面上，或者可以不设置在信号线2和接地电极3的上表面上而是 仅仅设置在可动电极4'的下表面上。此外，当构造成即使驱动电压最大时 可动电极4'不接触信号线2或者接地电极3时，不需要设置电介质层5。 此外，当可变电容器11和可变电容器12 (参见图3)的电容值不同时， 仅仅对其中的一者设置电介质层5也是可行的。
注意，在以上所述的第一至第四实施例中，描述了可变电容器用作电容开关的情况，但是它不限于此。当可变电容器构造成电容根据施加到可 动电极4或者4'的驱动电压平滑地变化时，它可以用作使用驱动电压控制 电容的可变电容器。
接着，将描述采用可变电容器的匹配电路元件。
图17的平面视图示出了电感器2a设置在图5所示的可变电容器A3 的信号线2中的r匹配电路元件El。图18示出了示出r匹配电路元件El 和用于将驱动电压供应到r匹配电路元件El的DC电源的等效电路图。 图19是示出了可动电极4还添加到图5所示的可变电容器A3并且电感器 2a设置在信号线2中两个可动电极4之间的位置处的II匹配电路元件 E2。图20示出了示出用于供应驱动电压的DC电源和连接到DC电源的II 匹配电路元件E2的等效电路图。
图21是示出电感器2a设置在图16所示的可变电容器D1的信号线2 中的a r匹配电路元件E3的平面视图。示出将驱动电压供应到r匹配电路 元件E3的DC电源和连接到DC电源的r匹配电路元件E3的等效电路图 与图18相同。图22是示出了可动电极4'还添加到图16所示的可变电容器 Dl并且电感器2a设置在信号线2中两个可动电极4'之间的位置处的II匹 配电路元件E4的平面视图。当DC电源供应驱动电压至n匹配电路元件 E4时的等效电路图与图20相同。
这些匹配电路元件采用根据以上所述的第一实施例或者第四实施例的 可变电容器。因而，与现有的匹配电路元件相比，可以将驱动电压设定成 更小的幅度，并且可以保持可靠性。此外，与现有的匹配电路元件相比， 可以减小这些匹配电路元件的尺寸。
图23是示出电感器2a设置在图14所示的可变电容器C2的信号线2 和接地电极3'之间的r匹配电路元件Fl的平面视图。图24示出了包括用 于供应驱动电压至r匹配电路元件Fl和连接到DC电源的r匹配电路元 件F1的等效电路图。图25是示出电感器2a和电感器2'a分别设置在图14 所示的可变电容器C2的信号线2和接地电极3'之间和信号线2'和接地电 极3'之间的II匹配电路元件F2。图26示出了包括用于供应驱动电压至n 匹配电路元件方和连接到DC电源的II匹配电路元件F2的等效电路图。因为这些匹配电路元件采用根据以上所述第三实施例的可变电容器， 与现有的匹配电路元件相比，可以减小尺寸。
根据这些实施例的可变电容器和匹配电路元件可以用作移动终端设备 的电子部件。图27是示出其中根据这些实施例的可变电容器和匹配电路 元件用作电子部件的移动终端设备的前端部分的框图。
移动终端设备的前端部分Gl包括使用移相器的自适应阵列天线 G101、调谐滤波器G102、双工器G104、阻抗匹配电路G103、 G105和 G107、各具有匹配电路的放大器G106和G108和由电压控制振荡器 (VOC)形成的变频振荡器G109。
在前端部分的G1中，特定接收带的RF信号(接收信号)由调谐滤波 器G103从由自适应阵列天线G101接收到的RF信号提取，并由双工器输 入到放大器G108。接收信号在放大器G108中被放大，然后与从变频振荡 器G109输出的局域信号混频，并转换成预定的中间频率。然后，被转换 的信号输出到接收部分(未示出)。此外，从传输部分(未示出)输入的 RF信号(传输信号)被放大器G106放大，然后通过双工器G104输入到 调谐滤波器G102.传输信号在特定传输带之外的频率被调谐滤波器G103 去除之后从自适应阵列天线G101辐射。部件G101至G109的构造和功能 是常用的，因而省略其描述。
根据这些实施例的可变电容器用作用于改变图27所示的移动终端设 备的前端部分Gl中的调谐滤波器G102的频率和变频振荡器G109的频率 的元件。根据这些实施例的匹配电路元件用作自适应天线阵列G101的移 相器、阻抗匹配电路G103、 G105和G107和放大器G106和G108的匹配 电路。因而，因为可以将前端部分Gl较使用现有的可变电容器和匹配电 路元件的设计得更小，所以可以减小移动终端设备的尺寸。此外，因为可 以将每个可变电容器和每个匹配电路元件的驱动电压设定成更小的幅度， 可以保持可靠性。
注意，不必在所有图27所示的电子部件中使用根据版本发明的可变 电容器和匹配电路元件；部分地采用根据本发明的可变电容器和匹配电路 元件的移动终端设备也可以具有相同的有益效果。根据本发明的可变电容器、匹配电路元件和移动终端设备不限于以上所述的实施例。可以以各种方式改变可变电容器、匹配电路元件和移动终端设备的每个部件的特定构造的设计。
权利要求
1.一种可变电容器，包括衬底；信号线，其设置在所述衬底的表面上用于馈送信号接地电极，其设置在所述衬底的所述表面上；以及可动电极，其设置成与所述信号线和所述接地电极相对，所述可动电极可操作地朝着所述信号线和所述接地电极和远离所述信号线和所述接地电极移动。
2. 根据权利要求1所述的可变电容器，其中，所述可动电极能被所述可动电极和所述信号线之间的静电吸引而在所述可动电极和所述信号线之 间移位，所述静电吸引由施加到所述可动电极的电压产生，并且所述可动 电极的移位量根据电压量变化。
3. 根据权利要求1所述的可变电容器，其中，所述可动电极通过支撑 构件设置在所述表面上，所述支撑构件连接到所述可动电极的两端和所述 两端之间的部分。
4. 根据权利要求1所述的可变电容器，其中，所述信号线和所述接地 电极中的一者能垂直于所述表面移动。
5. 根据权利要求1所述的可变电容器，其中，所述信号线和所述接地 电极包括共面波导的构造。
6. 根据权利要求1所述的可变电容器，其中，电介质层形成在所述可 动电极和所述信号线之间或者所述可动电极和所述接地电极之间。
7. —种可变电容器，包括 衬底；输入电极，其设置在所述衬底的表面上以接收信号；输出电极，其设置在所述衬底的所述表面上并从所述输入电极电断开，所述输出电极用于输出信号；可动电极，其与所述输入电极和所述输出电极相对，所述可动电极可操作地朝着所述输入电极和所述输出电极和远离所述输入电极和所述输出电极移动。
8. 根据权利要求7所述的可变电容器，其中，所述可动电极能被所述 可动电极和所述输入电极之间的静电吸引而在所述可动电极和所述输出电 极之间移位，所述静电吸引由施加到所述可动电极的电压产生，并且所述 可动电极的移位量根据电压量变化。
9. 根据权利要求7所述的可变电容器，其中，所述可变电极通过支撑 构件设置所述表面上，所述支撑构件连接到所述可动电极的两端和所述两 端之间的部分。
10. 根据权利要求7所述的可变电容器，其中，所述输入电极和所述 输出电极中的一者能垂直于所述表面移动。
11. 根据权利要求7所述的可变电容器，还包括接地电极，其设置在 所述输入电极和所述输出电极之间，其中，所述接地电极包括共面波导的 构造。
12. 根据权利要求7所述的可变电容器，其中，电介质层形成在所述 可动电极和所述输入电极之间或者所述可动电极和所述输出电极之间。
13. —种匹配电路元件，包括 可变电容器，包括衬底；信号线，其设置在所述衬底的表面上用于馈送信号； 接地电极，其设置在所述衬底的所述表面上；以及 可动电极，其与所述信号线和所述接地电极相对，所述可动电极能朝着所述信号线和所述接地电极和远离所述信号线和所述接地电极移动。
14. 一种移动终端设备，包括 可变电容器，包括衬底；信号线，其设置在所述衬底的表面上用于馈送信号；接地电极，其设置在所述衬底的所述表面上；以及可动电极，其与所述信号线和所述接地电极相对，所述可动电极能朝着所述信号线和所述接地电极和远离所述信号线和所述接地电极 移动。
全文摘要
本发明提供一种可变电容器、匹配电路元件和移动终端设备。可变电容器包括衬底、信号线，其设置在衬底的表面上用于馈送信号、接地电极，其设置在衬底的表面上、以及可动电极，其设置成与信号线和接地电极相对，可动电极可操作地朝着信号线和接地电极和远离信号线和接地电极移动。可动电极能被可动电极和信号线之间和可动电极和信号线之间的静电吸引移位，静电吸引由施加到可动电极的电压产生，并且可动电极的移位量根据电压量变化。
文档编号H01G5/16GK101515503SQ20091000766
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月20日
发明者上田知史, 今井雅彦, 宓晓宇, 岛内岳明 申请人:富士通株式会社