JP2004304154A - Ｍｅｍｓ可変インダクタ及びキャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】可変受動部品をマイクロ電気機械式（MEMS）装置上に組立てる。
【解決手段】導電部を摺動誘電シート上に設け、該導電部が基板上に配置した導電部と協働して可変受動部品を構成する。該受動部品は、可変インダクタ又は可変キャパシタであり、可変インダクタの場合は、誘電シート８６上に形成した短絡させた螺旋状インダクタ８４を基板上の螺旋状インダクタ８２上を移動させ、重畳度を変動させてインダクタンス値を変動させる。可変キャパシタの場合、誘電プレート上の大型導電パッドとし、該パッドが基板上の２つの隣接したパッド上を摺動して重畳量を変動させ、容量値を変動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、全体として電子装置に関し、より詳細には、マイクロ電気機械式（MEMS）装置上に形成した可変電子装置に関する。

従来の製作方法を用いた調整自在のリニア受動部品を一体的に実現するのは、不可能ではないにしても、集積回路上に部品を組立てるのが困難なことや組立てコストの面から、実際には実現されていない。近年、これらの装置の製作に関係した問題への取り組みがMEMS技術を利用することでなされている。MEMS技術は、集積回路（IC）の製作と同じ方法による微細機械加工を利用して、様々な部品を製作する方法である。MEMS構造は、通常、機械的動きすなわち機械力を呈し、該MEMS構造を制御する電子装置を備えた同一の装置構造体上に一体化することができる。MEMS技術を利用して多くの異なる種類のMEMS装置（例えば、マイクロセンサ、マイクロギア、マイクロモータ）が製作されてきた。また、MEMS技術を利用して、可変受動装置（例えば、インダクタ、キャパシタ）をミクロサイズの電気機械式構造体として製作することができる。

静電力を利用して、可動構造体に連結した１つ以上の電極及びベース構造体に連結した１つ以上の電極を付勢することで、構造体を移動する。電極を電気的に付勢すると、静電力を生成して、通常、バネ復元力に抗して電極が互いに誘引し合う。典型的なMEMS静電可変キャパシタは、２つの平行なプレートを含み、固定プレートが基板上に設けられ、可動プレートが固定プレートの上方に設けられて、固定プレートに接近離間するように移動自在となる。斯かる２つのプレート間の距離は可変であり、これにより、キャパシタの静電容量が決定される。双方のプレートは結合により静電力を発生して、該静電力により、可動プレートを固定プレートに対して移動させてバネの復元力とのバランスをとる。信号ラインが可動プレート及び固定プレートに連結されてキャパシタに電気信号を送る。可変キャパシタの同調範囲は、可動プレートの制御距離により制限される。可動プレートと固定プレートとの間で可能な距離の変動により、可変キャパシタの動的範囲を制限する。

MEMS構造を利用して可変インダクタを提供する試みが成されてきた。例えば、誘導コイルのインダクタンスを、磁気材料を軸線方向にコイルに出し入れすることにより、変動させることが可能である。しかしながら、磁気材料は、大抵の利用可能な材料が材料透過性に乏しく且つ高周波数で損失を起こすことから、MEMS装置内では容易に実現できない。可変インダクタを提供する別の機構は、並列に電気接続された第２のコイル内に第１のコイルを配置し、第２のコイルの平面に配置した軸線を中心して第１のコイルを回転させることにより、第２のコイルのインダクタンスを変動させるものである。回動可能なモータ等が第１のコイルを回転させるのに必要であり、MEMS装置内での実現するには、構造が複雑である。

以下に、本発明の簡単な概要を示して、本発明の幾つかの態様の基本的な理解を図る。この概要は本発明を詳細に説明するものではない。該概要は、本発明の鍵となるまたは重要な要素を同定するものでもなく、また、本発明の範囲を正確に記載するものでもない。この概要の目的は、本明細書の後半で行う詳細な説明の序論を成すものであって、簡単な形態で本発明の幾つかのコンセプトを説明するものである。

本発明は、MEMS装置上に提供し得る可変受動部品に関するものである。第１導電部が基板の全体として平らな上面に配置される。第の導電部が可動プレート上に配置され、該可動プレートは、第１導電部と相互作用して可変受動部品を提供する。可動プレートは、基板の上面と全体として平行な平面内を移動し、第１及び第２導電部の間では一定の間隙が維持される。第１導電部に対する第２導電部の重畳量または重畳度により、可変受動部品の部品値が決定される。可変受動部品の部品値は、重畳量または重畳度を変動させることで調整することができる。直接電気接続をせずに、可動プレートを移動するリニアアクチュエータを利用することができ、これにより、可動部品への接続を軽減することが可能となる。

本発明の１態様では、受動部品は可変インダクタであり、該可変インダクタは、可動プレート上に形成した短絡させたスパイラルインダクタを基板上のスパイラルインダクタ上で移動させて重畳量を変動させ、インダクタンス値を変動することで実現される。重畳量に関係した磁気結合度で基板インダクタのインダクタンス値が決定される。

本発明の別の態様では、受動部品は可変キャパシタであり、該可変キャパシタは、可動プレート上に形成された大きな導電パッドを備えており、該パッドは、基板上の２つの隣接したパッド上を摺動して重畳量を変動させるこちにより容量値を変動させる。重畳量により、可動導電パッドと基板パッドとの重畳部分間の電界面積が決定されて、可変容量値が決定される。

本発明の別の態様では、可動プレート導電部品及び基板導電部品を利用した１つ以上の可変キャパシタ及び／または１つ以上の可変インダクタを、MEMS装置上に製作された同調自在フィルタ上に設けることができる。該同調自在フィルタは様々な用途に利用することができ、例えば、ディジタルシンセサイザの出力のスペクトルクリーンアップフィルタや受信装置の選択前縁（フロントエンド）フィルタである。

本発明は、MEMS装置上に設けることができる可変受動部品に関する。本発明では、導電部を低プロフィールの摺動誘電プレートまたはシート上に設け、該導電部が基板上に配置した導電部と協働して、可変受動部品を提供する。本発明の１態様では、斯かる受動部品は、可変インダクタであり、誘電シート上に形成され短絡させたスパイラルインダクタを基板上のスパイラルインダクタ上で移動させ、重畳量を変動させてインダクタンス値を変動させる。本発明の別の態様では、受動部品は可変キャパシタであり、該キャパシタは、誘電プレート上の大きな導電パッドであり、該パッドが基板上の２つの隣接したパッド上を摺動して重畳量を変動させてキャパシタンス値を変動させる。

本発明では、摺動面内のMEMS運動を利用して、受動部品値（例えば、インダクタンスまたはキャパシタンス）を変動させる。誘電プレートをリニアアクチュエータで駆動して受動部品の値を変化させるが、可動誘電プレートまたはシート上の電極との直接接続は利用しない。これにより、移動部品との接続の問題を回避できる。本発明によれば、他のMEMS可変部品と比較して、調整範囲が広くなり、可変部品の部品値の範囲も広くなり（例えば、１０：１、２０：１）、加えて、小間隔で調整可能であるから中間的な部品値を正確に制御することが可能になる。

図１は、本発明の１態様によるMEMS装置１０の正面図である。MEMS装置１０は、基板１２上に配置した第１導電部１４及び可動誘電プレート１８上に形成した第２導電部１６から形成された受動電気部品を含む。基板１２は、シリコン、ガリウムヒ素またはインジウムリン等の半導体材料から形成することができ、または、クウォーツ、ガラス、サファイア、アルミナまたは回路基板材料等の絶縁体上に形成することができる。基板１２は、全体として平らな上面を有しており、誘電プレート１８は、リニアアクチュエータ（不図示）によって、平らな上面にほぼ平行な平面内を移動する。誘電プレート１８は、平らな上面とほぼ平行な関係に移動して、第１導電部１４と第２導電部１６との間で一定の間隙を維持する。斯かる全体として平行な動きには、第１導電部１４と第２導電部１６との間で一定の間隙が維持される限りに於いて、直立部品を含むことが可能である。第１導電部１４に対する第２導電部１６の重畳度または重畳量により、受動電気部品の部品値が決定される。

誘電プレート１８は、一対の側壁２２間に保持されると共に、一対のレール２０に沿って摺動し、該レール２０は、誘電プレート１８が該レール２０から離脱するのを防止する保持タブ２４及び２６を、誘電プレート１８の縁の上方に備える。側壁２２は、保持タブ２４及び２６を備えて、誘電プレート１８のリニア運動を維持する。誘電プレート１８は、様々な異なる絶縁材料（例えば、二酸化珪素、ガラス）から製作することができる。第１導電部１４及び第２導電部１６は、協働して可変受動部品（例えば、可変インダクタ、可変キャパシタ）を提供する。第１導電部１４は、MEMS装置１０の基板上に組立てた回路（不図示）に電気的に接続される。第２導電部１６は電気的に連結されないが、可動誘電シート１８上の電極と直接接続する必要のないリニアアクチュエータ（図示なし）によって、移動可能である。第２導電部１６の第１導電部１４上での重畳量または重畳度により、受動電気部品の部品値が変動する。

図１の例では、可変受動部品は、可変インダクタである。しかしながら、その他の可変部品（例えば、可変キャパシタ）を本発明により形成することができる。第１導電部１４は、MEMS装置１０上の基板１２に組立てた第１面状インダクタであり、第２導電部１６は、可動誘電プレート１８上に組み付けた第２面状インダクタである。第１面状インダクタ１４は、MEMS装置１０上に組立てられた回路（不図示）に電気的に接続されるが、第２面状インダクタ１６には直接的な電気接続は不要である。第２面状インダクタ１６は、両端で一体に短絡されている。インダクタンスの変動は、基板１２上の第１面状インダクタ１４と可動誘電プレート１８上の短絡された第２面状インダクタ１６との間の磁気結合を変化させるために、基板表面の平面内で広範囲に亘って機械的運動することにより、達成される。

短絡された第２面状インダクタ１６は、基板１２表面及び誘電プレート１８が移動する平面に垂直方向に小間隙をもって第１面状インダクタ上を摺動する。短絡された第２面状インダクタ１６を基板１２上の第１面状インダクタ１４の真上に位置決めすると、磁気結合がほぼ完全になり、第１面状インダクタ１４のインダクタンスは、第２面状インダクタ１６が短絡されているため、実質的にゼロとなる。短絡させた第２面状インダクタ１６を移動させて、完全に第１面状インダクタ１４を露出させるようにすると、第１面状インダクタ１４は、その自己インダクタンスのみを有することになる。２つのインダクタの重畳量または重畳度を変化させると、第１面状インダクタ１４のインダクタンスを変動させることができる。

図２は、本発明の１態様により、MEMS装置３０上に組立てた可変インダクタ構造体の上面図である。摺動誘電プレートまたはシート３８は、レール４２上に載置され、該プレートまたはシートの縁の上方には保持タブ４４が設けられて、該誘電プレートがレール４２から離脱するのを防止すると共に、壁４６は保持タブ４４を保持して摺動誘電プレート３８のリニア運動を維持する。短絡させた面状インダクタ３６が摺動誘電プレート３８の第１端にプリントまたは組み付けられる。摺動誘電プレート３８の第２端は、リニアアクチュエータ領域を含み、該領域内では、様々な異なるタイプのリニアアクチュエータを使用することができる。リニアアクチュエータコントロール装置４０により、リニアアクチュエータを介して摺動誘電プレート３８の移動を制御する。リニアアクチュエータコントロール装置４０を連結させて１つ以上の部品ピン及び／またはポートと相互作用するようにして、リニアアクチュエータ制御部品４０の設定を制御することにより、摺動誘電プレート３８の位置を制御する。

基板インダクタ３４は、MEMS装置３０の基板３２上にプリントされるかまたは組立てる。基板インダクタ３４は、２つの接続端子を含み、該端子を利用して回路に接続される。基板インダクタ３４の有効インダクタンス値（L_EFF）は、基板インダクタ３４と可動インダクタ３６との間の結合量または連結度K(ただし、０＜K＜１）により決定される。例えば、可動インダクタ３６が純インダクタンスであり完全短絡であるとすると、L_EFFは下記の式により算出することができる。
Ｍ＝Ｋ√（Ｌ_A＊Ｌ_B） （１）
Ｖ_A＝Ｌ_A＊ＤＩ_A／ＤＴ＋Ｍ＊ＤＩ_B／ＤＴ （２）
Ｖ_B＝Ｍ＊ＤＩ_A／ＤＴ＋Ｌ_B＊ＤＩ_B／ＤＴ＝０（短絡により） （３）
ＤＩ_B／ＤＴ＝−Ｍ／Ｌ_B＊ＤＩ_A／ＤＴ （４）
Ｖ_A＝（Ｌ_A−Ｍ²／Ｌ_B）＊ＤＩ_A／ＤＴ （５）
Ｌ_EFF＝Ｖ_A／（ＤＩ_A／ＤＴ）
＝Ｌ_A−Ｍ²／Ｌ_B
＝Ｌ_A−Ｋ²Ｌ_A
＝（１−Ｋ²）＊Ｌ_A （６）
但し、Ｍは、相互インダクタンスの定義であり、Ｋは、結合係数であり、Ｉ_A及びＶ_Aは、基板インダクタ３４上の電流及び端子電圧であり、Ｉ_B及びＶ_Bは、可動インダクタ３６上の電流及び電圧である。従って、インダクタ結合の有効値Ｌ_EFFは、基板インダクタ３４自体の自己インダクタンスの（１−Ｋ²）倍である。Ｋは重畳に応じて０から１まで変動することが可能であるから、可変インダクタンスは０からＬ_Aまで変動可能となる。

図３は、本発明の１態様によるＭＥＭＳ装置５０上に組立てた可変容量構造体の上面図である。摺動誘電プレートまたはシート６０は、レール６４上に載置され、該プレートまたはシートの縁の上方には保持タブ６６が設けられて、該誘電プレートがレール６４から離脱するのを防止すると共に、壁６８は保持タブ６６を保持して摺動誘電プレート６０のリニア運動を維持する。可動キャパシタパッド５８が摺動誘電プレート６０の第１端にプリントまたは組み付けられる。摺動誘電プレート６０の第２端は、リニアアクチュエータ領域を含み、該領域内では、様々な異なるタイプのリニアアクチュエータを使用することができる。リニアアクチュエータコントロール装置６２により、リニアアクチュエータを介して摺動誘電プレート６０の移動を制御する。リニアアクチュエータコントロール装置６２を１つ以上の部品ピン及び／またはポートと相互作用するようにして、リニアアクチュエータコントロール装置６２の設定を制御し、以って、摺動誘電プレート６０の位置を制御する。

第１基板キャパシタパッド５４及び該第１基板キャパシタパッド５４に隣接した第２基板キャパシタパッド５６は、基板５２の全体として平らな上面に組立てられるか、またはプリントされる。可動キャパシタパッド５８は、第１基板キャパシタパッド５４及び第２基板キャパシタパッド５６に重畳する表面積を有して、第１基板キャパシタパッド５４から可動キャパシタパッド５８に亘って第１キャパシタを形成すると共に、第２基板キャパシタパッド５６から可動キャパシタパッド５８に亘って第２キャパシタを形成する。第１キャパシタ及び第２キャパシタは、共通の可動キャパシタパッド５８を介して直列に接続されて、有効キャパシタンスＣ_EFFを提供する。この有効キャパシタンスＣ_EFFは、パッド間の電界面積を画定するプレートの面積に基づいて変動される。可動キャパシタパッド５８の第１基板キャパシタパッド５４及び第２基板キャパシタパッド５６上での重畳量または重畳度により、以下のように有効キャパシタンスＣ_EFFが決定される。
Ｃ_EFF
＝（ε₀＊Ａ₁／Ｄ）（ε₀＊Ａ₂／Ｄ）（ε₀＊Ａ₁／Ｄ＋ε₀＊Ａ₂／Ｄ） （７）
但し、Ａ₁は第１基板キャパシタパッド５４と可動キャパシタパッド５８との重畳部分間に形成されるキャパシタプレートの面積、Ａ₂は第２基板キャパシタパッド５６と可動キャパシタパッド５８との重畳部分間に形成されるキャパシタプレートの面積、Ｄはキャパシタプレート間の距離であり、ε₀はプレート間の絶縁体（例えば、空気）の誘電定数である。キャパシタンスは、可動パッド５８が基板パッド５４及び５６を露出した時に最小であり、可動パッド５８が基板パッド５４及び５６を完全に覆った時に最大となる。キャパシタンスの変化は、基板パッド５４及び５６と可動キャパシタパッド５８との間の間隙が基板パッド５４及び５６の寸法及び分離に比較して小さいことから、大きくなる。

図４〜図６は、基板インダクタ８２及び可動誘電プレート上に配置した可動インダクタ８４を備えた可変インダクタの上面図である。可動誘電プレート８６はレール８８に沿って移動して、基板インダクタ８２に対して可動インダクタ８４を異なる重畳位置に配置するように作動する。図４において、可動インダクタ８６が基板インダクタ８２から離間した位置にあると、インダクタンスは最大となり、有効インダクタンスが基板インダクタのインダクタンスと等しくなる（例えば、Ｌ_EFF＝Ｌ_A）。図５において、可動インダクタ８４は、インダクタ同志が部分的に重なり合ってＫの値が０及び１の間のある点にあり、有効インダクタンスＬ_EFFが基板インダクタ８２のインダクタンスとゼロインダクタンスとの間になる。図６では、可動インダクタ８４が基板インダクタ８２上にほぼ完全に重なっており、Ｋがほぼ１となり、有効インダクタンスＬ_EFFが非常に低くなる。幾つかの重畳位置を使用して幾つかの有効インダクタンス値を提供するようにすることが可能である。例えば、広範な値（例えば、１０：１、２０：１）は中間値の制御を正確に行うことと、小間隔で調整をすることで得ることが可能である。

様々な異なるリニアアクチュエータ装置を使用して様々な重畳位置となるように誘電プレートを移動させることにより、可動誘電プレートを電気的に直接接続することなく、可変受動部品の部品値を変動することができる。図７及び図８は、本発明の1態様による３相静電ステッピングアクチュエータに関係した構成である。

図7は、作動電極を提供する、リニアアクチュエータの静電作動を行う基板１０８上に形成した一連の隣接した導電ストリップを示す。第1電極１０６は、長手方向の導電ストリップが第1電圧源ＶＢに接続され且つ一連の作動電極の底部に配置された状態に図示されている。複数の導電ストリップは、上方に且つ全体として第1電極１０６の長手方向ストリップに平行に伸長する。第２電極１０４は、長手方向の導電電極が第２電圧源ＶＡに接続されると共に、第1電極１０６の上方に配置された状態に図示されている。複数の導電ストリップは、下方に且つ第２電極１０４の長手方向のストリップに全体として垂直方向に伸長する。第3電極１０２は、長手方向の導電ストリップが第３電圧源ＶＣに接続されると共に、第１電極１０６及び第２電極１０４の上方に配置されて、第３電極が接触せずに第２電極を横断している。複数の導電ストリップは、下方に且つ第３電極１０２の長手方向ストリップに対して全体として鉛直に伸長して、斯かるストリップが第２電極または第１電極１０４及び１０６のそれぞれと接触しないようにされる。

それぞれ第１、第２及び第３電極１０６、１０４及び１０２からの複数の導電ストリップは、互いに等距離に隔置されて、第２電極１０４のストリップが第１電極１０６のストリップから隣接、平行且つ隔置された関係に配置される。第３電極１０２のストリップが、第２電極１０４のストリップから隣接、平行且つ隔置された関係に配置され、次いで、第１極１０６のストリップが、繰り返すように第３電極１０２のストリップから隣接、平行且つ隔置された関係に配置される。静電アクチュエータは、３つの独立した電圧ＶＡ、ＶＢ及びＶＣにより付勢できるように接続される。斯かる３つの独立した電圧は、電圧状態、接地状態及び浮遊状態の間で変動する。

図８は、図１〜図６に示した誘電プレート１２０のリニアアクチュエータ領域を示している。誘電プレート１２０は、第１電極パターン１２４、第２電極パターン１２６及び第３電極パターン１２８を備えた誘電領域１２２を含む。第２電極パターン１２６は、第１電極パターン１２４から隣接、平行且つ隔置した関係に配置され、第３電極パターン１２８は、第２電極パターン１２６から隣接、平行且つ隔置下関係に配置される。基板１０８上に組立てた電極１０２、１０４及び１０６は、誘電領域１２２上に組立てた電極１２４、１２６及び１２８と相互作用して誘電プレート１２０を直線状に移動させ、誘電領域１２２上の導電部が複数の重畳位置間で移動可能となって可変部品の部品値を変動させる。

図９〜図１１は、図７乃び図８に示した３相リニアアクチュエータに関係した３相運動を示している。誘電領域１２２は、基板１０８上に組立てた電極１０２、１０４及び１０６の上方に位置している。図９では、ＶＡは２０ボルトにバイアスされ、ＶＢは０ボルトにバイアスされ、且つ、ＶＣは浮遊している。可動誘電領域１１２は、それ自体を誘電プレート電極１２４、１２６及び１２８が電位差を有し、第１電極１０６のストリップ及び第２電極１０４のストリップである基板ストリップを覆うように、位置決めする。従って、誘電領域１２２は、誘電電極１２４、１２６及び１２８が基板１０８上の隣接したＶＡ及びＶＢのストリップを覆って静電界エネルギを最小にするように移動する。基板１０８上の３つの電極を順番に付勢または浮上させることによって、誘電プレートを右及び／または左に移動することが可能になる。

図１０では、ＶＡが浮遊しており、ＶＢは２０ボルトでバイアスされ、ＶＣが０ボルトでバイアスされている。可動誘電領域１２２は、それ自体を、誘電プレート電極１２４、１２６及び１２８が電位差があり、第２電極１０４のストリップであり且つ第３電極１０２のストリップである基板電極を覆うように、位置決めする。図１１では、ＶＡは０ボルトにバイアスされ、ＶＢが浮遊しており、ＶＣが２０ボルトにバイアスされている。可動誘電領域１２２は、それ自体を、誘電プレート電極１２４、１２６及び１２８が電位差があり、第３電極１０２のストリップであり且つ第１電極１０６のストリップである基板電極を覆うように、位置決めする。

図１２は、本発明の１態様によるプッシュロッド−ツース式（歯式）リニアアクチュエータ装置１６０の一例を示している。該プッシュロッド−ツース式リニアアクチュエータ装置１６０は、可撓性エアブリッジまたはビームを備えたプッシュロッドを使用しており、該可撓性エアブリッジまたはビームは、静電力により左または右に曲げられる。誘電プレート１６２は、第１の長手方向縁であって、第１のプッシュロッド−ビーム装置１６８にインタフェースするような角度にされた複数の歯１６４を有する第１の長手方向縁と、第２の長手方向縁であって、第２のプッシュロッド−ビーム装置１７０にインタフェースするような角度にされた複数の歯１６６を有する第２の長手方向縁とを含む。第１のプッシュロッド−ビーム装置１６８は、複数の歯１６４にインタフェースして、矢印１７２で示した第１の方向へ誘電プレート１６２を移動するように作動し、第２のプッシュロッド−ビーム装置１７０は、複数の歯１６６にインタフェースして、矢印１７２で示した第１の方向とは反対の方向である第２の方向へ誘電プレート１６２を移動するように作動する。

第１の方向へ誘電プレート１６２が移動する間に、第２のプッシュロッド−ビーム装置１７０は、複数の歯１６６から離脱し、第１のプッシュロッド−ビーム装置１６８が複数の歯１６４に係合する。２つのビームまたはエアブリッジが一体に作動してプッシュロッド−ビーム装置１６８を移動するように示されているが、斯かる移動は、必要とする力により、１本のビーム、２本のビームまたは多数のビームにより達成される。ビームまたはエアブリッジがプッシュロッドの方へ撓むと、プッシュロッドが誘電プレート１６２を第１の方向へ移動する。ビームまたはエアブリッジがプッシュロッド−ビーム装置１６８のプッシュロッドから撓んで離間すると、プッシュロッドが戻されて次の歯に係合する。この順次に歯を押し次いで解放するサイクルにより、誘電プレート１６２を第１の方向へ移動する。誘電プレート１６２が第２の方向へ移動する間に、第１のプッシュロッド−ビーム装置１６８が複数の歯１６４から離脱し、第２のプッシュロッド−ビーム装置１７０が複数の歯１６６と係合する。第２のプッシュロッド−ビーム装置１７０を利用して順次複数の歯１６６を押し次いで解放するサイクルは、第１のプッシュロッド−ビーム装置１６８と同様に作動して、誘電プレート１６２を第２の方向へ移動する。

図１３は、本発明の１態様に係わるプッシュロッド−ビーム装置１９０及び関係した基板電極の上面図である。プッシュロッド−ビーム装置１９０は、第１ビーム１９８及び第２ビーム２００に連結したプッシュロッド２０２を含む。該プッシュロッド２０２は、全体として第１ビーム１９８及び第２ビームに対して鉛直である。第１ビーム１９８及び第２ビーム２００は、関連したアンカー１９６を使用した基板２０４より若干上方に配置される。少なくとも、アンカー１９６の１つは、ビーム１９８及び２００とアンカー１９６とが接地状態に保持されるように接地連結される。複数の右コントロールパッドまたは電極１９４及び複数の左コントロールパッドまたは電極１９２が、第１ブーム１９８及び第２ビーム２００の下方の基板２０４上に組立てられる。左コントロールパッド１９２が作動されて、右コントロールパッド１９４の作動を停止すると、左コントロールパッド１９２と接地ビーム１９８及び２００との間の静電力により、ビーム１９８及び２００が左に撓み、以ってプッシュロッド２０２が左に撓む。右コントロールパッド１９４が作動されて左コントロールパッド１９２の作動が停止されると、右コントロールパッド１９４と接地ビーム１９８及び２００との間の静電力により、ビーム１９８及び２００が右へ撓み、以ってプッシュロッド２０２が右へ移動する。

本発明の可変受動部品は、調整自在のフィルタ及び整合回路に特に有効であり、一式の固定部品を代替することが可能であり、リアルタイムのコンピュータ制御において内部整合を自動的に最適化するアダプティブ回路に有効である。双方の利用において、あらゆる種類の受信機に広範に適用されて、例えば、雑音や干渉を最小化できる。また、可変受動部品は、移動電話等のマルチバンド送信機の調整に使用することができる。同調自在（チューニング可能）フィルタは、切換型の複数の固定フィルタに取って代わることが可能であり、同調自在の整合回路は、信号状況に関連してリアルタイムでシステム性能を最適化することができる。

図１４は、本発明の１態様によりディジタルシンセサイザに使用されたＭＥＭＳ同調自在フィルタ２２８を示す。ＭＥＭＳ同調自在フィルタ２２８は、同調自在のキャパシタＣ１及び同調自在のインダクタＬ１の双方を含む。同調自在のキャパシタＣ１は、図３の同調自在のキャパシタと類似のものであり、可動誘電体上の重畳プレートを含み、該重畳プレートでは、基板上に配置した２つの隣接するキャパシタパッドの重畳度を変動させて同調自在のキャパシタの容量を変動させる。同調自在のインダクタＬ１は、図２の同調自在のインダクタと類似のものであり、可動誘電体上に配置した重畳用の短絡インダクタを含み、該短絡インダクタにより、基板インダクタとの重畳度を変動させて同調自在のインダクタのインダクタンスを変動させる。ＭＥＭＳ同調自在フィルタ２２８は、複数の調整自在のインダクタ及び／またはキャパシタを含み、様々な周波数及び帯域幅を有した調整自在のフィルタコントロールを行うことができる。また、斯かるフィルタ２２８は、１つ以上の同調自在のキャパシタまたは１つ以上の同調自在のインダクタを含んで同調自在フィルタを提供することができる。

シンセサイザ２２０は、マルチプレクサ２２４に接続したデジタル波形発生装置２２２を含み、マルチプレクサは、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換装置２２６に接続される。Ｄ／Ａ変換装置２２６の出力はＭＥＭＳ同調自在フィルタ２２８へ接続される。コントロール信号はデジタル波形発生装置２２２及びＭＥＭＳ同調自在フィルタ２２８へ連結され、一方、クロック信号はデジタル波形発生装置２２２及びＤ／Ａ変換装置２２６へ連結される。デジタル波形発生装置２２２はコントロール信号に基づいた一定の周波数の波形を提供する。ＭＥＭＳ同調自在フィルタ２２８は、次いで、コントロール信号に基づいて調整されて、特定の所望の周波数または音質のみを通過させる。異なる音質はコントロール信号に基づいて選択することが可能であり、コントロール信号によりデジタル波形発生装置２２２及びＭＥＭＳ同調自在フィルタ２２８を調整して、新たに選択した音質を生成すると共に純粋化する。

図１５は、本発明の１態様により受信機２４０に使用されるＭＥＭＳ同調自在フィルタ２４４を示す。斯かるＭＥＭＳ同調自在フィルタ２４４は、同調自在キャパシタC２及び同調自在のインダクタＬ２の双方を含む。同調自在のキャパシタＣ２は、図３の同調自在のキャパシタに類似のものであり、可動誘電体上の重畳プレートを含み、該重畳プレートでは、基板上に配置した２つの隣接するキャパシタパッドの重畳度を変動させて同調自在のキャパシタの容量を変動させる。同調自在のインダクタＬ２は、図２の同調自在のインダクタと類似のものであり、可動誘電体上に配置した重畳短絡インダクタを含み、該重畳短絡インダクタでは、基板インダクタの重畳度を変動させて同調自在のインダクタのインダクタンスを変動させる。ＭＥＭＳ同調自在フィルタ２４４は、複数の調整自在のインダクタ及び／またはキャパシタを含み、様々な周波数及び帯域幅を有した調整自在のフィルタコントロールを行うことができる。または、斯かるフィルタ２４４は、１つ以上の同調自在のキャパシタまたは１つ以上の同調自在のインダクタのみを含んでいる同調自在フィルタを提供することができる。

ＭＥＭＳ同調自在フィルタ２４４は、無線信号を受信するように作動するアンテナに接続される。MEMS同調自在フィルタ２４４は、受信した無線信号をフィルタリングし、フィルタリングした信号を受信機前縁処理装置２４６へ送る。MEMS同調自在フィルタ２４４は、干渉及び／またはジャミング信号等の不要な信号をフィルタリングして取り除く。前縁処理装置２４６は、次いで、受信した無線信号の処理を行うが、斯かる処理には、受信した無線信号を所望の振幅に増幅することも含まれる。処理された信号は、次いで、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換装置２４８へ送られて、無線信号がデジタルデータへ変換される。デジタルデータは、次いで、デジタルプロセッサ２５０で更に処理される。MEMS同調自在フィルタ２４４を使用して所望の狭い周波数帯域に同調すると共に、干渉信号及び／またはジャミング信号の同調を外すことが可能となる。また、MEMS同調自在フィルタ２４４を使用して、受信機２４０の周波数（例えば、周波数ホッピング）及び帯域幅（例えば、広帯域応用）を離散的または継続的に調整して所望の結果を得ることができる。

上記に説明した構造上且つ機能上の特徴を鑑みるに、本発明の様々な態様による方法は、図１６を参照するとよりよく理解することが可能である。説明を簡単にするために、図１６の方法は、順番に実行されるように図示されているが、本発明は斯かる例示の順番に限定されるものではなく、本発明に従えば、ある態様においては、本書にて図示且つ説明した順番とは異なる順番で実施することも可能であり、且つ／または本書にて図示且つ説明した態様以外の態様で実施することも可能である。更に、本発明の１態様による方法を実施するに当っては、例示した特徴を全て必要とするものではない。

図１６は、本発明の１態様によるMEMS装置上に可変受動部品を提供する方法を示している。該方法は、ブロック３００にて開始し、可変受動部品の第１導電部を基板の全体として平らな上面に形成する。ブロック３１０で、導電プレートの第１端に第２導電部を形成する。誘電プレートは、第２導電部が、第１導電部と第２導電部との間で一定の間隙を維持した状態で、第１導電部に対して異なる重畳位置に移動できるように配置される。導電プレートは、記基板の上面に全体として平行な平面内を移動するが、該誘電プレートの移動に関係した鉛直部品を有することが可能である。受動電気部品は、可変インダクタとした場合、第１導電部を基板上に組立てたインダクタとし、第２導電部を誘電プレート上に組立てた短絡させたインダクタとして、該短絡させたインダクタの重畳位置を違えることで、基板上に組立てたインダクタのインダクタンスを変動させることができる。或いは、受動電気部品を可変キャパシタとした場合、第１導電部を基板上に配置した一対の隣接した導電パッドとし、第２導電部を大型の重畳キャパシタパッドとして、隣接した導電パッド上で重畳キャパシタパッドの重畳部分を違えることで、可変キャパシタの容量を変動させることができる。インダクタの場合には、磁界により相互作用が生じ、キャパシタの場合には、電界により相互作用が生じる。

本方法は、ブロック３２０に進んで、電極を備えたリニアアクチュエータの第１部を基板上に形成する。ブロック３３０で、リニアアクチュエータの第２部を誘電プレートの第２端に形成する。例えば、リニアアクチュエータを３相ステッパアクチュエータとし、リニアアクチュエータの第２部を誘電プレート上に形成した電極とし、リニアアクチュエータの第１部を基板上に形成した図７〜図１１に示した電極と類似のものとすることができる。或いは、リニアアクチュエータをプッシュロッドアクチュエータとして、図１２及び図１３に図示した如く、第２部を歯形の縁にし、第１部を基板上に形成すると共に該歯形の縁に連結したプッシュロッドアクチュエータ装置とすることができる。このようにした場合等において、可動誘電シート上の何れの電極とも直接接続をすることは不要である。実際の製造に当っては、基板部品を同時に形成し、そして大抵の場合、該基板部品を形成した後に誘電プレート部品同時に形成する。

ブロック３４０で、電圧源を基板に形成した電極に接続する。ブロック３５０で、可変受動部品の所望の部品値を決定する。次いで、ブロック３６０へ進む。ブロック３６０では、基板に形成した電極を、第１導電部上の所望の頂上位置へ第２導電部を移動させて所望の部品値を達成するように、付勢する。例えば、３相ステッパ−アクチュエータにおいて、電極を電圧状態、接地状態、及び浮遊状態間で交番で作動させて、第２導電部を所望の重畳位置へ移動させる。プッシュロッドアクチュエータでは、電極を作動させて垂れ下がったアクチュエータビームを左位置から右位置へ、そして、右位置から左位置へ曲げて押し及び解放を順次行って、誘電プレートを所望の頂上位置へ移動する。

上記に本発明の実施例を説明した。勿論、本発明を説明する上で考え付く全ての部品または方法の組合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば本発明を更に種々組合わせると共に変形することが可能なことは自明である。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲を逸脱しない変更、修正及び変形例の全てを包括するものである。

本発明の１態様による可変MEMS装置の正面図である。 本発明の１態様による可変MEMS装置上に形成した可変インダクタ構造体の平面図である。 本発明の１態様による可変MEMS装置上に形成した可変キャパシタ構造体の平面図である。 本発明の１態様による、可動インダクタが基板インダクタから離間して位置決めされている可変インダクタの平面図である。 本発明の１態様による、可動インダクタが基板インダクタに部分的に重畳している可変インダクタの平面図である。 本発明の１態様による、可動インダクタが基板インダクタに実質的に重畳している可変インダクタの平面図である。 本発明の１態様による３相リニアアクチュエータの第１部を形成する一連の隣接した導電ストリップを示した図である。 本発明の１態様による３相リニアアクチュエータの第２部を形成する誘電プレートの誘電領域の電極パターンを示す図である。 本発明の１態様による、誘電領域が第１部にある３相リニアアクチュエータを示す図である。 本発明の１態様による、誘電領域が第２部にある３相リニアアクチュエータを示す図である。 本発明の１態様による、誘電領域が第３部にある３相リニアアクチュエータを示す図である。 本発明の１態様によるプッシュロッド−ツース式（歯式）リニアアクチュエータ装置の一例を示す図である。 本発明の１態様によるプッシュロッド−ビーム式装置の平面図である。 本発明の１態様によるディジタルシンセサイザに使用されたMEMS同調自在フィルタを示した図である。 本発明の１態様による受信機に使用されたMEMS同調自在フィルタを示した図である。 本発明の１態様によるMEMS装置上に可変受動部品を設ける方法を例示した図である。

符号の説明

１０−MEMS装置； １２−基板； １４−導電部； １６−第２の導電部；
１８−可動誘電プレート； ２０−レール； ２２−側壁２２；
２４、２６−保持タブ； ３０−MEMS装置３０； ３２−基板；
３４−基板インダクタ； ３６−面状インダクタ； ３８−摺動誘電プレート；
４０−リニアアクチュエータ制コントロール装置； ４２−レール；
４６−壁； ５０−ＭＥＭＳ装置； ５２−基板； ５４−第１基板キャパシタパッド；
５６−第２基板キャパシタパッド； ５８−可動キャパシタパッド５８；
６０−摺動誘電プレート； ６４−レール６４； ６６−保持タブ； ６８−壁；
８２−基板インダクタ； ８４−可動インダクタ； ８６−可動誘電プレート８６；
８８−レール； １０２−第３電極； １０４−第2電極； １０６−第1電極；
１０８−基板； １２０−誘電プレート； １２２−誘電領域；
１２４−第１電極パターン； １２６−第２電極パターン； １２８−第３電極パターン；
１６０−プッシュロッド−ツース式リニアアクチュエータ装置；
１６２−誘電プレート： １６４−歯； １６６−歯；
１６８−第１のプッシュロッド−ビーム装置；
１７０−第２のプッシュロッド−ビーム装置；
１９０−プッシュロッド−ビーム装置； １９４−電極； １９６−アンカー；
１９８−第１ビーム； ２００−第２ビーム；２０２−プッシュロッド；
２０４−基板； ２２８−ＭＥＭＳ同調自在フィルタ； ２２０−シンセサイザ；
２２４−マルチプレクサ； ２２２−デジタル波形発生装置；
２２６−デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換装置；
２２８−ＭＥＭＳ同調自在フィルタ２２８； ２４０−受信機；
２４４−ＭＥＭＳ同調自在フィルタ；
２４８−アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換装置

Claims (10)

1. 可変受動部品であって、
   ほぼ平らな上面を有した基板上に配置された第１導電部と、
   基板の上面にほぼ平行な平面内で移動可能なプレート上に配置された第２導電部であって、該第２導電部及び第１導電部との間に一定の間隙を維持するようにされた第２導電部と
   を備え、第１導電部に対する第２導電部の重畳により、可変受動部品の部品値を変動させるようにしたことを特徴とする可変受動部品。
2. 請求項１記載の可変受動部品において、該可変受動部品がインダクタ部品であることを特徴とする可変受動部品。
3. 請求項２記載の可変受動部品において、第１導電部が回路に接続された第１インダクタであり、第２導電部が短絡された端を有する第２インダクタであることを特徴とする可変受動部品。
4. 請求項３記載の可変受動部品において、可変インダクタのインダクタンスが、第１インダクタ上における第２インダクタの重畳量に基づいており、第１インダクタに対する第２インダクタの重畳量が、第１インダクタ及び第２インダクタ間の磁気結合を変動させるようにしたことを特徴とする可変受動部品。
5. 請求項１記載の可変受動部品において、可変受動部品が可変キャパシタであることを特徴とする可変受動部品。
6. 請求項５記載の可変受動部品において、第１導電部は、第１基板キャパシタパッド及び第２基板キャパシタパッドであり、第２導電部は、第１基板キャパシタパッド及び第２基板キャパシタパッドに重畳する可動キャパシタパッドであり、第１基板キャパシタパッド及び可動キャパシタパッドが、第１キャパシタを形成し、第２基板キャパシタパッド及び可動キャパシタパッドが、第１キャパシタと直列な第２キャパシタであり、第１及び第２キャパシタパッドに対する可動キャパシタパッドの重畳量で、可動キャパシタパッドと第１及び第２キャパシタパッドとの間の電界領域及び可変キャパシタのキャパシタンスを変動させるようにしたことを特徴とする可変受動部品。
7. 請求項１記載の可変受動部品において、該部品は更に、複数の重畳部分の間で誘電プレートを移動させる手段を備えることを特徴とする可変受動部品。
8. 請求項１記載の可変受動部品において、該部品は更に、複数の重畳部分の間で誘電プレートを移動するように作動するリニアアクチュエータを備え、可動の誘電シート上の任意の電極との直接接続を一切不要にしたことを特徴とする可変受動部品。
9. 請求項８記載の可変受動部品において、リニアアクチュエータが３相ステッパ−アクチュエータであることを特徴とする可変受動部品。
10. 請求項８記載の可変受動部品において、リニアアクチュエータがプッシュロッド−ツース型リニアアクチュエータであることを特徴とする可変受動部品。

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