CN101567266A - 可变电容器及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可变电容器及电子装置。揭示的可变电容器包括信号电极及控制电极，信号电极被配置为将电介质层夹在其间以产生信号电场，而控制电极被配置为将电介质层夹在其间以产生沿与在信号电极之间产生的信号电场相交的方向的控制电场。

Description

可变电容器及电子装置

技术领域

本发明涉及可变电容器，其具有用于改变其电容的控制电极。具体而言，本发明涉及其中控制电场独立地对信号电场进行控制的可变电容器，并涉及使用上述可变电容器的电子装置。

背景技术

可变电容器广泛应用于电子装置以用于通过从外部向其施加偏压信号由此改变其电容来控制频率及时间，并在业界例如被制造为二极管(可变电容二极管)或MEMS(微机电系统)。这种类型的可变电容器不具有用于施加偏压信号以控制可变电容的专用端子。换言之，可变电容器仅包括通用的两种端子，即，信号端子及控制端子(双端子器件)。当在实际电路中使用可变电容器时，可变电容器需要具有如图1所示电路结构中的四种端子。

图1示出了等效电路的示例，该等效电路包括具有四种端子的现有技术可变电容器150。在该现有技术等效电路的示例中，可变电容器150与偏压消除电容器151串联。在等效电路中，可变电容器150的第一电极连接至偏压消除电容器151的第一电极。在等效电路中，控制电压经由电阻器R施加至连接在偏压消除电容器151的第一电极与可变电容器150的第一电极之间连接的互连部分。

在等效电路中，AC信号流入偏压消除电容器151及可变电容器150。DC偏压电流经由电阻器R仅流入可变电容器150。如图1的示例所示，传送AC信号的信号电压源以及用于DC偏压电流的控制电压源在等效电路中被分离设置。但是，尽管控制电压源与信号电压源在等效电路中被独立设置，但在可变电容器150中并未对信号电压及控制电压独立设置端子。在具有上述构造的等效电路中，AC信号会干扰从控制电压源流入的DC偏压电流。

例如，日本未审查专利申请公报No.2007-287996已经公开了一种包含铁电材料的可变电容器。该公报公开的可变电容器包括具有较高可靠性及生产性的电极结构。参考图2A、2B描述上述可变电容器。图2A是可变电容器的示意性立体图，而图2B是其示意性结构图。

如图2A、2B所示，在上述公报中揭示的可变电容器100包括长方体电介质层104，其具有四个其上形成有端子的表面。四个端子中的两个是连接至内部信号电极的信号端子103，而另两个是连接至内部控制电极的控制端子102。可变电容器100的内部结构被设置为使得如图2B所示以层叠的方式经由电介质层104交替设置多个信号电极和控制电极。在图2B的示例中，控制电极102a表示的底层电极、从底部起算的第五层电极、以及顶层电极，它们每个均连接至控制端子102中的一个，控制电极102b表示从底部起算的第三层电极以及从底部起算的第七层电极，它们每个均连接至控制端子102中的另一个。此外，信号端子103a表示从底部起算的第二层电极以及从底部起算的第六层电极，它们每个均连接至信号端子103中的一个，而信号端子103b表示从底部起算的第四层电极以及从底部起算的第八层电极，它们每个均连接至信号端子103中的另一个。

在现有技术可变电容器的示例中，通过以层叠的方式经由电介质层104提供多个信号电极103a，103b以及多个控制电极102a，102b，能够以较低的成本提高其电容，同时可独立地向控制端子102及信号端子103施加电压。

如上所述，通过以层叠的方式经由电介质层104设置多个信号电极103a，103b以及多个控制电极102a，102b，可以方便地以较低的成本来制造可变电容器100。但是，如图2B中的C1至C8所示，会在电介质层104中沿相同的方向产生信号端子103之间的信号电容以及控制端子102之间的控制电容。在此情况下，沿相同的方向产生信号电场及控制电场。因此，在现有技术可变电容器100中，当设置较薄的电介质层以提高电场的灵敏度由此通过施加较低的控制电压来改变电容值时，绝缘性能降低，并产生对信号电压的较低耐压性。

具体而言，信号电场平行于控制电场产生，由此在信号端子103之间产生的信号电容以及在控制端子102之间产生的控制电容具有相同的电容部分。在此情况下，在可变电容器中降低控制电压与提高对信号电压的耐压性之间产生矛盾。因此，在施加具有较大振幅的信号电压时，会难以通过施加较低控制电压来对现有技术的可变电容器100的电容进行控制。

发明内容

本发明的实施例意在提供一种可变电容器，其能够与对信号电压的耐压性不相关地设置用于控制电压的电场的灵敏度，并提供一种使用上述可变电容器的电子装置。

根据本发明的实施例的可变电容器包括：信号电极，其被配置为将电介质层夹在其间以产生信号电场；以及控制电极，其被配置为将所述电介质层夹在其间以产生沿与在所述信号电极之间产生的所述信号电场相交的方向的控制电场。

在根据本实施例的可变电容器中，在信号电极之间产生的信号电容的电容值将随着由沿与信号电场相交的方向产生的控制电场改变的控制电容的电容值而发生变化。在该可变电容器中，因为控制电场与信号电场相交，故可以将信号端子及控制端子设计为分别具有独立的耐压性。

根据本发明的实施例的电子装置包括：电源；以及可变电容器。可变电容器包括：信号电极，其被配置为将电介质层夹在其间以产生信号电场；以及控制电极，其被配置为将所述电介质层夹在其间以产生沿与在所述信号电极之间产生的所述信号电场相交的方向的控制电场。

在根据本发明的实施例的具有可变电容器的电子装置中，通过在控制电极之间施加控制电压来改变信号电极之间的电容值。

在根据末发明的实施例的可变电容器中，可基于在控制电极之间产生的控制电容以及在信号电极之间产生的信号电容，来独立地设定用于确定其电容的三个主要因素，即，相对介电常数，形成有电极的面积以及电极间距。可以将可变电容器设计为使得可以上述方式来独立设定对信号电极的耐压性以及对控制电极的耐压性。

在根据本发明的实施例的电子装置中，因为可在与对信号端子的耐压性不相关地设定控制端子之间的控制电场的灵敏度，故可通过施加较低控制电压来对安装在被施加高信号电压的电子装置上的可变电容器进行控制。

附图说明

图1是使用现有技术可变电容器的等效电路。

图2A和2B是现有技术可变电容器的示意立体图和其剖面构造图。

图3A和3B分别是根据本发明的第一实施例的可变电容器的示意立体图和其剖面构造图。

图4A和4B是在实验中使用的样品的示意构造示图及其剖面构造示图。

图5是示出通过实验获得的测量值的示图。

图6A和6B是根据本发明的第二实施例的可变电容器的示意立体图及其剖面构造示图。

图7是根据本发明的第二实施例在制造阶段可变电容器的分解立体图(部分I)。

图8是根据本发明的第二实施例在制造阶段可变电容器的分解立体图(部分II)。

图9A和9B是根据本发明的第三实施例的可变电容器的示意立体图及其剖面构造示图。

图10A和10B是根据本发明的第三实施例的另一改变示例的可变电容器的示意立体图及其剖面构造示图。

图11A和11B是根据本发明的第三实施例的另一改变示例的可变电容器的示意剖面构造示图。

图12A和12B是根据本发明的第四实施例的可变电容器的示意剖面构造示图和内部信号电极层的平面构造示图。

图13A和13B是分别示出了根据本发明的第四实施例的改变示例的可变电容器的上控制电极层和下控制电极层的平面构造示图。

图14是根据本发明的第四实施例的改变示例的可变电容器的分解立体图。

图15是根据本发明的第四实施例的改变示例的可变电容器的示意性剖面立体图。

图16A和16B每个都是根据本发明的第四实施例的其他改变示例的可变电容器的示意性剖面立体图。

图17是示出根据本发明的第四实施例的可变电容器的测量电容的示图。

图18是示出根据本发明的一个实施例的电子装置的一个示例的示意性电路构造。

具体实施方式

以下将参考图3A、3B至图18来描述本发明的实施例。

[第一实施例]

图3A和3B分别是根据本发明的第一实施例的可变电容器的示意立体图和其剖面构造图。根据本发明的第一实施例的可变电容器1包括形成为长方体形状的电介质层4，其四个面分别具有四个端子。在图3A和3B中，x轴、y轴及z轴分别表示在图纸的平面中示出的可变电容器1的从左至右的水平方向、从下至上的竖直方向、及从前至后的深度方向。

用于电介质层4的材料的示例包括离子极化及电子极化的铁电材料。离子极化铁电材料由离子晶体材料形成，并通过离子晶体中的正负离子之间的原子位移而被电极化。离子极化铁电材料包括由化学式ABO₃(原子A，原子B)表示的钙钛矿结构。上述材料的示例包括BaTiO₃(钛酸钡)，KNbO₃(铌酸钾)，以及PbTiO₃(钛酸铅)。本实施例中使用的PZT是通过将PbTiO₃(钛酸铅)与PbZrO₃(锆酸铅)混合而形成的铁电材料。

电子极化铁电材料显示出因(在不同原子上)正负电荷的非均匀分布而使得由电偶极矩引起的极化。近来，已经提出了一种显示出铁电现象的稀土铁氧化物材料，其中通过包括Fe²⁺电荷面以及Fe³⁺电荷面而形成极化。这种类型的材料显示出较高的介电常数，并通过以下分子式表示：(RE)·(TM)₂·O₄，其中(RE)表示稀土，而(TM)表示铁族。(RE)的示例包括Y、Er、Yb及Lu，其中Y及重稀土元素是特别优选的，而(TM)的示例包括Fe、Co及Ni，其中Ni是特别优选的。(RE)·(TM)₂·O₄的示例包括ErFe₂O₄、LuFe₂O₄、及YFe₂O₄。

在根据第一实施例的可变电容器1中，平板状的控制端子2形成在长方体电介质层4的y·z面的表面上，而信号端子3形成在长方体电介质层4的x·y面的表面上。此外，信号端子3及控制端子2以彼此不会发生接触的方式形成在电介质层4上。

在根据第一实施例的可变电容器1中，信号端子3也具有信号电极的能力，而控制端子2具有控制电极的能力。具体而言，在如上构造的可变电容器1中，形成在yz表面上的平板状的控制端子2被用作控制电极以在控制端子2之间产生控制电容。在此情况下，沿由箭头“a”所示的x方向产生控制电场。类似的，形成在xy表面上的平板状的信号端子3被用作信号电极，以在信号端子3之间产生信号电容，其与控制端子2以直角相交。在此情况下，沿由箭头“c”所示的z方向产生信号电场。换言之，根据第一实施例的可变电容器被构造使得控制电场的方向与信号电场的方向彼此以直角相交。

在根据第一实施例的可变电容器中，可通过在控制端子2之间施加的控制电压(DC电压)来控制控制电容的电容值。在控制端子2之间施加控制电压使得在信号端子3之间产生的信号电容的电容值依从于控制电容的电容值而改变，并且当在信号端子之间传送AC信号时，可变电容器1用作其信号电容可控的电容器。

在根据第一实施例的可变电容器中，信号端子3设置在电介质层4的x·y表面上，而控制端子2设置在其y·z表面上；但是，可以相反地设置信号端子3及控制端子2。可替代地，可在电介质层4的y·z表面上设置信号端子3或控制端子2。换言之，可以布置信号端子3及控制端子2，使得控制电场与信号电场彼此相交。在根据第一实施例的可变电容器中，电介质层4形成为长方体形状，由此控制电场与信号电场彼此呈直角相交。但是，控制电场与信号电场也可不呈直角相交，而只是彼此相交即可。

使用图4A和4B所示的样品来进行实验以测量其中信号电场与控制电场彼此相交的可变电容器的特性，并在图5中示出获得的结果。图4A是样品5的示意性立体图，而图4B是沿z轴方向剖开的样品5的示意剖面构造示图。

如图4A所示，在实验中使用的样品5是包括电介质层8的可变电容器，具有沿x轴方向约30mm的长度，以及沿y方向及z方向约0.5mm的长度。在该可变电容器中，控制端子7形成在电介质层8的x·z表面上，而信号端子形成在电介质层的x·y表面上。样品5的电介质层8由钛酸铅锆(PZT)制成，其是铁电材料的一个示例。在样品5中，控制端子7及信号端子6以彼此不会发生接触的方式形成在电介质层8上。控制端子7及信号端子6也分别被用作控制电极及信号电极，以形成电容器。利用镍镀覆来形成信号端子6及控制端子7。

在样品5中，在控制端子7之间施加9V的期望DC电压，以沿箭头“a”的方向产生控制电场。电容计10布置在信号端子6之间以测量电容值的变化率。注意，在信号端子6之间沿箭头“c”的方向产生信号电场。

在图5所示的图中，横轴表示施加9V的DC电压时获得的电场强度，而纵轴表示在信号端子6之间测量的电容值的变化率。基于1nF作为基准值来测量电容值的变化率。在图5中，当施加正极性的DC电压时获得测量值AVE(+)，而当施加负极性的DC电压时获得测量值AVE(-)。如图5清楚所示，当通过在控制端子7之间产生控制电场来改变样品5的电容值时，沿相交方向获得的电容值(即在信号端子6之间测得的电容值)也发生改变。具体而言，当可变电容器被构造为使得控制电场与信号电场相交时，可通过改变在控制端子7之间产生的电容值来对信号端子6之间产生的电容值进行控制。

电容值的改变源于介电常数因电介质层的极化状态的改变而发生改变。换言之，随控制电场的方向而改变的极化可影响信号端子6之间电容值的变化，即，信号端子6之间介电常数的变化。在图3A和3B所示的根据第一实施例的可变电容器1中，可通过在控制端子2之间施加控制电压来改变在信号端子3之间获得的信号电容值。

各向异性介电材料是其介电常数由其方向确定的材料。例如，在图3A和3B中，当为电介质层4使用各向异性介电材料时，因控制电场的产生而改变的极化对信号端子3之间的电容值的变化会产生极大的影响。在此情况下，通过在控制端子2之间施加DC电压，即较低的控制电压，可以显著改变信号电容的值。

在根据第一实施例的可变电容器中，因为独立地形成控制端子及信号端子，并且控制电场与信号电场彼此相交，故在控制端子之间传送的信号将不会漏入信号端子。因此，就无需在现有技术可变电容器中所使用的偏压消除电容器(用于消除DC电压)。

[第二实施例]

图6A和6B是根据本发明的第二实施例的可变电容器的示意立体图及其剖面构造示图。在图6A，6B中，x轴、y轴及z轴分别表示在图纸的平面中显示的可变电容器12的从左至右的水平方向、从下至上的竖直方向、及从前至后的深度方向。在图6A和6B中，对与图3A和3B中相应的元件赋予相同的附图标记，并省去对其的重复描述。

根据第二实施例的可变电容器12包括电介质层4，其具有连接至控制端子2的多个内部控制电极13a，13b。内部控制电极13a，13b沿x·z表面方向延伸形成为平板形状，并以层叠的形式经由电介质层4来设置其六个层。如图6B所示，根据第二实施例，在可变电容器12中，从底部起算形成的第一、第三、第五内部控制电极13a与第一控制端子2a相连，而第二、第四、第六内部控制电极13b与第二控制端子2b相连。

如图7所示，通过以层叠的方式设置内部控制电极层13来形成可变电容器12，其中通过在用作电介质层4的平板状陶瓷生材片4a上印刷由金属膏制成的内部控制电极13a，13b来制造内部控制电极层13。宽度d1表示控制端子2之间的距离，而宽度d2表示陶瓷生材片4a的信号端子3之间的距离。因为内部控制电极13a，13b的第一端被用作控制端子2的引出电极，所以内部控制电极13a，13b的第一端被形成为从陶瓷生材片4a的端部露出。多个内部控制电极层13被层叠，使得在其上形成的露出的引出电极交替地布置在彼此相反侧。

此外，保护性陶瓷生材片被设置在各个内部控制电极层13的上方及下方，然后例如在1300℃的高温下烧结。随后，如图8所示，信号端子3及控制端子2与内部控制电极层13的主体的所意图连接的侧表面连接，由此获得可变电容器12的成品。此时，第一控制端子2a被形成为与形成在内部控制电极13a的端部处的引出电极接触，而第二控制端子2b被形成为与形成在内部控制电极13b的端部处的引出电极接触。

在具有上述构造的可变电容器12中，通过在控制端子2之间施加电压来在相邻的内部控制电极13a，13b之间产生控制电容。在其上形成控制端子的y·z平面、与在其上形成内部控制电极13a，13b(其以控制电容产生控制电场)的平面之间存在垂直关系。在以下描述中，将具有上述位置关系的电容定义为“垂直电容器”。

因为根据第二实施例的可变电容器12包括内部控制电极13a，13b，故沿箭头“b”所示y方向产生控制电场。此外，因为信号端子3形成在x·y平面上，故沿箭头“c”所示的z方向(是与控制电场垂直的方向)产生信号电场。

在根据第二实施例的可变电容器12中，通过形成内部控制电极13a，13b来产生垂直电容器的控制电容。但是，因为控制电场与信号电场之间在方向上存在相交关系，所以根据第二实施例的可变电容器12可显示出与第一实施例中获得的相同的效果。

此外，因为根据第二实施例能够通过在可变电容器12中形成内部控制电极13a，13b来方便地减小电极之间的距离，故可以将可变电容器12构造为使得控制电场的电场强度大于信号电场的电场强度。因此，可以降低用于改变电容值的控制电压。在此情况下，内部控制电极13a，13b的构造也不会受到信号端子3的构造或信号端子3之间的距离的过多影响。因此，即使当连接至控制端子2的内部控制电极13a，13b被改变以包含垂直电容器使得可通过施加较低的控制电压来改变电容值时，也可保持控制端子2的耐压性。

根据第二实施例的可变电容器12包括六层内部控制电极13a，13b，但是，可变电容器12并不限于此。可变电容器12可包括期望层数的内部控制电极13a，13b。可替代地，可以在图6A和6B至图8中所示的可变电容器12被构造为基础单元的情况下，将多个可变电容器12层叠。

根据第二实施例的可变电容器12可通过改变内部控制电极13a，13b的形状来增大控制电场的有效区域。换言之，当相邻的内部控制电极13a，13b的面积增大时，内部控制电极13a，13b之间相互重叠的面积将增大，由此增大产生控制电场的面积。但是，随着上述面积的增大，控制电容也随之增大，由此导致较差的响应性。控制电场所需要的区域可以包括其中产生信号电场的区域。因此，如图6B所示，可通过消除内部控制电极13a，13b的其中不会产生信号电场的消除区域11来减小控制电容，在区域11中不会产生信号电场，且其不会影响对信号电场的任何控制。

[第三实施例]

图9A和9B是根据本发明的第三实施例的可变电容器的示意立体图及其剖面构造示图。在图9A和9B中，x轴，y轴及z轴分别表示在图面的平面中显示的可变电容器17的从左至右的水平方向，从下至上的竖直方向，以及从前至后的深度方向。

在图9A和9B中，对与图3A和3B中相应的元件赋予相同的参考标号，并省去对其的重复描述。

根据第三实施例的可变电容器17包括电介质层4，其具有连接至控制端子2的两个内部控制电极15，16。内部控制电极16连接至第一控制端子2a，而内部控制电极15连接至第二控制端子2b。平板状的内部控制电极15，16在沿电介质层4的y轴方向的中心位置处平行于x·z表面设置。两个内部控制电极15，16在两者之间沿x轴方向设置有宽度w1(以下称为“间隙长度w1”)的间隙。信号端子3形成在电介质层4的x·y平面上，由此与间隙长度w1重叠。

在根据第三实施例的可变电容器17中，沿由箭头“c”所示的z方向产生信号电场，而沿由箭头“a”所示的x方向产生控制电场。因此，因为在控制电场与信号电场之间在方向上存在相交关系，故第三实施例的可变电容器17也能够显示出与在第一实施例中获得的相同的效果。

在根据第三实施例的可变电容器17中，在两个内部控制电极15，16之间产生控制电容，利用在控制端子2之间施加的控制电压(DC电压)来使电介质层4在间隙长度w1处的电容值发生改变。在根据第三实施例的可变电容器17中，在其上形成有内部控制电极15，16的同一平面中产生的电容被定义为水平电容器。在第三实施例中，信号端子3之间的距离被定义为间隙长度w2。

因为根据第三实施例的可变电容器17包括连接至控制端子2并形成水平电容器的内部控制电极15，16，由此在水平电容器中将控制电场施加至电介质层4，由此改变水平电容器的电容值。在根据第三实施例的可变电容器17中，可通过减小形成水平电容器的内部控制电极15，16之间的间隙长度w1来降低用于改变电容值的控制电压。在此情况下，不需要改变信号端子3之间的间隙长度w2。因此，可以保持信号端子3之间的耐压性。

具体而言，在根据第三实施例的可变电容器17中，通过在电介质层4中设置内部控制电极15，16而产生水平电容器，从而可任意地构造间隙长度w1。因此，可以不考虑对信号电压的耐压性的大小来设置电场对控制电压的灵敏度。

例如，如果将连接至控制端子2的内部控制电极15，16之间的间隙长度w1设置为2μm，则可将信号端子3之间的间隙长度w2设置为从200至300μm。在结构上可能难以制造具有以下高宽比的可变电容器：使得信号端子3之间的间隙长度为200至300μm，而控制端子2之间的间隙长度为2μm。但是，根据第三实施例，通过形成可变电容器的内部控制电极15，16，可以任意地设计间隙长度w1及w2的高宽比。此外，因为对信号端子的耐压性的大小正比于间隙长度，并且控制电压的大小也正比于间隙长度，故根据第三实施例的可变电容器可通过在保持对信号电压的耐压性的同时施加低控制电压来控制电容值。

具体而言，在第三实施例的可变电容器中，可将控制电压降低至信号电压的约1/100至1/300。例如，如果施加有3000V信号电压的装置设置有现有技术的可变电容器，则会需要信号电压的约1/4至1/6作为控制电压以控制电容值。但是，如果施加有3000V信号电压的装置设置有根据第三实施例的可变电容器17，则可通过施加约10V的控制电压来控制可变电容器17。

在根据第三实施例的可变电容器中，信号端子3形成在电介质层4的两个x·y平面上，但是，如图10A，10B所示，信号端子3可以可选地形成在电介质层4的两个x·z平面上。在图10A，10B中，对与图9A，9B中相应的元件赋予相同的附图标记，并省去对其的重复描述。

图10A和10B示出了根据第三实施例的可变电容器14，其中沿箭头“b”所示的y轴方向在信号端子3之间产生信号电场。在此情况下，沿箭头“a”所示的x方向在控制端子2之间产生控制电场。因此，当连接至控制端子2的内部控制电极15，16形成水平电容器并且同时信号端子3形成在电介质层4的x·z平面上时，控制电场与信号电场相互以直角相交。信号端子3形成在电介质层4的x·z平面上，由此不与间隙长度w1重叠。在此情况下，根据第三实施例的可变电容器14也可显示出与图9A，9B所示的第三实施例的可变电容器17中获得的相同的效果。

图11A和11B是根据第三实施例的可变电容器的另一改变示例的可变电容器的示意性剖面构造示图，其中设置了两个面内层(in-planelayer)，每一个面内层均由连接至控制端子2的两个内部控制电极形成。在图11A中，对与图9A，9B中相应的元件赋予相同的附图标记，并省去对其的重复描述。在图11B中，对与图10A，10B中相应的元件赋予相同的附图标记，并省去对其的重复描述。

图11A示出了包括两个如图9A，9B所示的内部控制电极15，16那样的面内层的可变电容器17的改变示例。如图11A所示，该改变示例包括内部控制电极21，18的第一层，以及内部控制电极19，20的第二层。图11B示出了包括如图10A，10B所示的内部控制电极15，16那样的可变电容器14的改变示例。如图11B所示，该改变示例包括内部控制电极21，18的第一层，以及内部控制电极19，20的第二层。在可变电容器17，14中，第一层的内部控制电极18连接至第一控制端子2a，而第一层的内部控制电极21连接至第二控制端子2b。此外，第二层的内部控制电极20设置在第一层的内部控制电极18正上方，并以与内部控制电极18连接至第一控制端子2a相同的方式连接至第一控制端子2a。类似的，第二层的内部控制电极19设置在第一层的内部控制电极21正上方，并以与内部控制电极21连接至第二控制端子2b相同的方式连接至第二控制端子2b。

第一层的平板状的内部控制电极21，18以及第二层的平板状的内部控制电极19，20形成在电介质层4的面内x·z表面上。分别连接至控制端子2b，2a的内部控制电极21，18在两者之间沿x轴方向形成具有宽度w1(以下称为“间隙长度w1”)的间隙。类似的，分别连接至控制端子2b，2a的内部控制电极18，20在两者之间沿x轴方向形成具有宽度w1的间隙。在根据第三实施例的可变电容器中，分别在内部控制电极21，18之间以及在内部控制电极19，20之间产生水平电容器，并且通过在控制端子2之间施加的控制电压(DC电压)来使电介质层4在间隙长度w1处的电容值发生变化。

因此，可通过在第一层的内部控制电极21，18上方设置第二层的内部控制电极19，20，来增大水平电容器的数量。在图11A，11B所示的示例中，增大水平电容器的数量可增大控制电场的有效区域，即，增大水平电容器的数量可增大控制电容的可变量。通过增大内部控制电极21，18之间以及内部控制电极19，20之间的间隙长度w1，可沿面内方向增大控制电场的有效区域。但是，由于电场强度的减小，这导致控制电压自身的增大。通过增大内部电极的层的数量来增大控制电场沿竖直方向的区域，在保持相同控制电压的同时，在不降低电场强度的情况下，可对控制电场进行控制。

在图11A，11B所示的示例中，两层内部控制电极21，18以及内部控制电极19，20设置在电介质层4中，但是，层的数量并不限于此。可在电介质层4中设置任意数量的内部控制电极层。此外，可通过与制造根据第二实施例的可变电容器的相同方式来制造图9A，9B以及图11A，11B所示的可变电容器。在该方法中，金属膏印刷在平面陶瓷生材片上的期望位置处，然后印刷陶瓷生材片被层叠设置，并且将得到的陶瓷生材片烧结以获得可变电容器。

[第四实施例]

图12A是根据本发明的第四实施例的可变电容器的剖面构造示图。在图12A中，x轴，y轴及z轴分别表示在图面的平面中从左至右的水平方向，从下至上的竖直方向，以及垂直于图面的平面的深度方向。

根据第四实施例的可变电容器31包括本示例中的为三层的电介质层28；形成在本示例中的位于中间的一个电介质层28的表面上的两个梳状结构的内部信号电极24，25；以及分别形成在电介质层28的上表面和下表面上的上控制电极26和下控制电极23。图12B示出了两个内部信号电极的示意平面构造示图。

两个内部信号电极24，25连接至信号端子(未示出)。信号电极24包括连接至第一信号端子的引出电极部分24b，以及沿面内方向从引出电极部分24b伸出的多个带状结构内部信号电极24a。信号电极25包括连接至第二信号端子的引出电极部分25b，以及沿面内方向从引出电极部分25b伸出的多个带状结构内部信号电极25a。内部信号电极24，25的带状内部信号电极24a，25a交替地布置在同一平面上。在根据第四实施例的可变电容器31中，内部信号电极24，25形成在电介质层28中的x·z平面内，而信号端子形成在电介质层28的x·y平面上。

上控制电极26形成在与其面对的电介质层28的x·z平面上，而上控制电极26的第一端连接至形成在电介质层28的y·z平面上的控制端子22a。下控制电极23形成在与其面对的电介质层28的x·z平面上，而下控制电极23的第一端连接至形成在电介质层28的y·z平面上的控制端子22b。

根据第四实施例的可变电容器31，设置信号端子及控制端子22使得彼此不会形成短路。

如图12A所示，在根据第四实施例的可变电容器31中，在连接至信号端子的内部信号电极24，25之间产生作为信号电容C1的水平电容器，而在与控制端子22连接的上控制电极26与下控制电极23之间产生作为控制电容C2的竖直电容器。在如此构造的可变电容器31中，也在上控制电极26与下控制电极23之间产生控制电场，并且在内部信号电极24，25之间产生与控制电场以直角相交的信号电场。因此，通过向控制端子22施加控制电压来改变控制电容C2的电容值，从而改变了内部信号电极24，25之间的信号电容C1的电容值。

如上所述，包括与信号端子连接的梳状结构内部信号电极24，25的可变电容器31可以被设置为使得信号电场与信号控制电场以直角相交。因此，根据第四实施例的可变电容器31显示出与在第一实施例中获得的相同效果。

此外，在根据第四实施例的可变电容器31中，通过改变内部信号电极24，25以及上控制电极26及下控制电极23的布置，可以为各个信号电容C1及控制电容C2独立地设计相对介电常数、电极面积、以及电极之间的距离。

因为与控制端子22分离地设置信号端子，故设置可变电容器31的元件使得信号电场与控制电场以直角相交的一个优点在于信号电场与控制电场的干扰极小。但是，如图12A所示，因为内部信号电极24，25以及上控制电极26及下控制电极23全部形成在电介质层28的面内x·z平面内，故在上控制电极26与下控制电极23之间产生冗余杂散电容Cx。冗余杂散电容Cx将使得信号端子与控制端子22的分离并不完全。因为当电介质层28的厚度减小时梳状结构内部信号电极24，25和上控制电极26及下控制电极23之间的冗余杂散电容Cx将变的更显著，故必须采取某些应对措施。

图13A，13B是分别示出根据本发明的第四实施例的用于防止产生杂散电容的可变电容器的上控制电极及下控制电极的构造示图。图13A示出了用于防止产生杂散电容的上控制电极29的构造示例，而图13B示出了用于防止产生杂散电容的下控制电极30的构造示例。图14是使用上控制电极29及下控制电极30的可变电容器的示意性分解立体图。在图13A，13B以及图14中，对与图12A，12B中相应的元件赋予相同的附图标记，并省去对其的重复描述。

如图14所示，上控制电极29及下控制电极30被构造为使得将其与内部信号电极24，25在y轴方向上重叠的部分去除。换言之，在上控制电极29及下控制电极30与内部信号电极24，25重叠的部分中不形成电极。在包含了用于电介质层28的表面上的印刷错位公差以及在内部信号电极24，25与上控制电极29及下控制电极30被层叠时的位置错位的公差的情况下，确定上控制电极29及下控制电极30的呈梳状被去除的部分。

通过在将被用作电介质层的平板状陶瓷生材片上印刷期望图案的金属膏，来形成内部信号电极24，25以及上控制电极29及下控制电极30。随后，其上分别形成内部信号电极24，25，上控制电极29以及下控制电极30的多个电介质层28被如图14所示层叠，并被烧结，并且控制端子22及信号端子32随后被连接至形成于上控制电极29、下控制电极30以及内部信号电极24，25的端部处的引出电极，由此制成可变电容器的成品。

根据第四实施例的可变电容器包括各具有约1μm厚度的电极。因此，即使上控制电极29及下控制电极30包括去除部分(未形成电极的部分)以防止杂散电容，通过在下控制电极30的上方及上控制电极29的下方以层叠方式布置电介质层28(每个均具有约2至10μm的厚度)并向层叠的电介质层施加压力并将其烧结，从而经由所述去除部分将层叠的电介质层陶瓷化而不产生任何间隙。

图15是使用上控制电极29及下控制电极30的可变电容器的示意剖面视图。如图15所示，上控制电极29及下控制电极30的与内部信号电极24，25在y轴方向上重叠的部分被去除。因此，可防止在连接至信号端子(图15中未示出)的内部信号电极24，25与连接至控制端子22的上控制电极29及下控制电极30之间产生杂散电容。

可替代地，可以层叠方式设置图15所示的多个可变电容器。图16A是示意性构造示图，示出了包括三层梳状结构内部信号电极24，25的可变电容器。在图16A中，对与图15中相应的元件赋予相同的附图标记，并省去对其的重复描述。

在包括沿y轴方向布置的多层(图16A中为三层)梳状结构内部信号电极24，25的可变电容器的示例中，上控制电极29及下控制电极30形成在内部信号电极24，25的上方及下方。在此情况下，也没有电极形成在上控制电极29及下控制电极30与内部信号电极24，25重叠的部分中。

在包括梳状结构内部信号电极24，25的可变电容器中，除了上述应对措施之外，另一种用于防止产生杂散电容的应对措施可以是如图16B所示在上控制电极26与下控制电极23之间设置两层梳状结构内部信号电极24，25。沿y轴方向层叠布置具有相同电势的多个内部信号电极24，25可减小在竖直布置的梳状结构内部信号电极24，25之间产生的杂散电容。

根据第四实施例，包括梳状结构的内部电极的可变电容器可增大每单位面积的电容，这对于减小可变电容器的尺寸是有效的。在图12A，12B所示的内部信号电极24，25中，当通过以下近似计算：M1(η)＝1.43η+0.285获得金属化率(metallized ratio)M1时，根据CIDT＝W×N×ε1×M1(η)获得电容C_IDT，其中，W表示带状结构内部信号电极的在延伸方向上的长度，d1表示相邻带状结构内部信号电极之间的距离，d2表示梳状结构内部信号电极的末端与引出电极的面对其的部分之间的距离，d3表示带状信号电极的互连宽度，L1表示引出电极之间的距离，N表示带状结构内部信号电极的对数，ε1表示有效介电常数，而η表示d1/d3。

图17是示出根据本发明的第四实施例的可变电容器的测量电容值的示图。在图17的图中示出的测量值表示图15中被设计为沿x轴方向具有2.5mm长度并沿y轴方向具有1.25mm长度的可变电容器的电容C_IDT。图中，水平X轴表示通过d1-d3获得的距离，竖直Y轴表示互连宽度d3，而电容C_IDT由基于距离与互连宽度d3之间的关系的不同图案来表示。

电容随着电极之间的距离或各个电极的宽度而改变，并且通过减小该距离及电极的宽度，可以增大电容。如果希望电极具有约数十个μm的宽度，则可通过低成本涂覆来制造上述电极，但是，另一方面，如果希望其具有数μm的宽度(难以通过涂覆来实现)，则可通过溅射法等来制造电极。电容的上述特性(即，受电极宽度影响)可适用于其中电极形成在一层中的情况，因此可通过以层叠方式设置多个电极来增大电容。

如上所述，在根据第一至第四实施例的各个可变电容器中，可通过与信号电场相交的控制电场来改变控制电容，由此也改变信号电容。此外，可以独立于对控制电极的耐压性来设计对信号电极的耐压性。此外，通过适当地布置信号电极及控制电极，使得信号电场的强度比控制电场的强度更低，可以在保持对信号电极的耐压性的同时使施加至控制电极的控制电压降低。由此，可将高信号电压施加至受到低控制电压控制的可变电容器。

[电子装置的实施例]

根据本发明的实施例的可变电容器每个都可应用于图18所示的电子装置。图18示出了用于作为电子装置的一个实施例的用于液晶电视的CCFL(冷阴极荧光灯)的背光逆变电路构造。

图18所示的逆变电路50包括CCFL 42、连接至CCFL 42的增压变压器40、以及驱动增压变压器40的驱动电路41。此外，还在CCFL 42与增压变压器40之间设置由可变电容器49形成的镇流电容器。用作镇流电容器的可变电容器49的示例包括根据第一至第四实施例所述的可变电容器。此外，还在CCFL 42与增压变压器40之间设置连接至控制端子的控制电压电源43。

图18所示示例中的逆变电路仅包括一个CCFL 42，但是，其也可包括并联的两个CCFL 42。由增压变压器40增压的高AC电压(交流电压)经由可变电容器49的镇流电容器被供应至CCFL 42。增压变压器40的输出电力通常约为1500V，51kHz。流CCFL 42的电流为5至10mA。由可变电容器49形成的镇流电容器通常用于在驱动并联的CCFL 42时使两个CCFL 42稳定，但是，有时除了电容器之外，还附加地使用变压器。

为CCFL背光使用镇流电容器以降低制造成本，但是，因为由于CCFL之间电容的可变性以及CCFL与外围金属材料之间杂散电容的可变性而使电流强度在不同CCFL之间变化，故使用镇流电容器会在CCFL背光中引起亮度的不均匀。

因此，在本示例中，使用由镇流电容器形成的可变电容器49来调节电容。为了调节可变电容器49的电容值，DC(直流)电压通过连接控制端子的控制电压电源43而被施加至可变电容器49的控制端子(未示出)。由此通过向可变电容器49的控制端子施加期望的DC电压来调节可变电容器49的电容值。如果高DC电压施加至增压变压器40的端子，则过大的电流会流入变压器线圈。但是，在本示例中，DC电压施加至可变电容器49的控制端子。因此，当电压施加至可变电容器49的控制端子以调节其电容值时，电压不会被直接施加至与可变电容器49的信号端子连接的增压变压器40及CCFL 42。可通过向可变电容器49施加电压来调节安装在逆变电路50上的可变电容器49的电容值。在包括可变电容器49的CCFL背光中，可以调节其电容值以显示出CCFL 42的均匀亮度。

使用根据上述第一至第四实施例的可变电容器49的逆变电路可在保持对信号端子的耐压性的同时降低期望的控制电压。例如，可通过施加作为增压变压器40的输出电力的一百分之一至三百分之一的控制电压来调节可变电容器49的电容值。

在本实施例中，使用逆变电路作为其上安装可变电容器的电子装置的示例，但是，可变电容器也可被应用在诸如非接触型IC卡之类的其他装置中。因此，因为可变电容器安装在电子装置上，故可将控制电压施加至可变电容器而不影响电子装置上的其他电路，由此获得期望的电容值。尽管量产的具有上述可变电容器的装置显示出因其可变性产生的离散调谐频率(scattered tuning frequency)，但可通过使可变电容器在出厂时具有期望的电容值来调节离散调谐频率。

本发明包含于2008年4月25日向日本专利局递交的日本专利在先申请JP 2008-116242中揭示的相关主题，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

本领域的技术人员应当理解，在落入所附权利要求及其等同技术方案的范围内的前提下，取决于设计要求及其他因素，可以进行各种不同的改变，组合，子组合，以及替换。

Claims (6)

1.一种可变电容器，包括：

信号电极，其被配置为将电介质层夹在其间以产生信号电场；以及

控制电极，其被配置为将所述电介质层夹在其间以产生沿与在所述信号电极之间产生的所述信号电场相交的方向的控制电场。

2.根据权利要求1所述的可变电容器，其中，

所述信号电场的电场强度不同于所述控制电场的电场强度。

3.根据权利要求2所述的可变电容器，其中，

所述信号电场的所述电场强度低于所述控制电场的所述电场强度。

4.根据权利要求1所述的可变电容器，其中，

在所述电解质层内以层叠的方式经由所述电介质层设置多个所述控制电极和/或所述信号电极，使得可以各自预先确定所述信号电极之间的距离、所述信号电极的面积、所述控制电极之间的距离、以及所述控制电极的面积。

5.根据权利要求4所述的可变电容器，其中，

所述信号电极和所述控制电极具有所期望的形状，或者被布置在所述电介质层的期望位置处，使得在所述信号电极与所述控制电极之间在层叠方向上不存在重叠。

6.一种电子装置，包括：

电源；以及

可变电容器，其包括：

信号电极，其被配置为将电介质层夹在其间以产生信号电场；以

及

控制电极，其被配置为将所述电介质层夹在其间以产生沿与在所述信号电极之间产生的所述信号电场相交的方向的控制电场。

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