JP2008010717A

JP2008010717A - 可変容量コンデンサ

Info

Publication number: JP2008010717A
Application number: JP2006181083A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sugano; 泰弘菅野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】低電圧でも容量を可変可能とし、印加電圧の値に応じて容量が変化される可変容量コンデンサを提供する。
【解決手段】間隙を有して対向する２つの電極部４，２４を有し、この２つの電極部間に外部から電圧を印加した際に、電圧の値に応じて２つの電極部間の距離Ｄ１が変化することによって容量を可変とされた可変容量コンデンサであって、２つの電極部のいずれかは、導電性及び可撓性を有する３つ以上の連結体を介して枠状の基部に連結され、連結体は、電極部の重心を通り電極部に平行な任意の線によって２分割される各領域の電極部及び基部に少なくとも１つが連結された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変容量コンデンサに係り、特に、間隙を有して対向する２つの電極部を有し、２つの電極部間に外部から電圧を印加した際に電圧の値に応じて２つの電極部間の距離が変化されることによって容量が変化される可変容量コンデンサに関する。

近年、従来のバリアブルキャパシタ（バリキャップともいう）に代わるものとして、マイクロマシン技術を用いた可変容量コンデンサの開発が進められている。
このような可変容量コンデンサの従来例が特許文献１に記載されている。
特開平１０−１８９３９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の可変容量コンデンサは、基材部と電極部とを接続する接続部を弾性変形させるために大きな駆動力が必要であり、低電圧で容量を可変させることが困難であり、その改善が望まれる。

また、電極部の一側を接続部で保持する構造のため、この電極部に印加する電圧の値によって電極部同士の距離を変える際に、構造上、電極部の対向する面同士が平行状態を保つことが困難であるため、印加電圧の値に対応して容量を変えることが困難であり、その改善が望まれる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、低電圧でも容量を可変可能とし、印加電圧の値に応じて容量を変えることが可能な可変容量コンデンサを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は次の手段を有する。
間隙を有して対向する２つの電極部（４，２４）を有し、該２つの電極部間に外部から電圧を印加した際に、該電圧の値に応じて前記２つの電極部間の距離（Ｄ１）が変化することによって容量を可変とされた可変容量コンデンサであって、前記２つの電極部のいずれかは、導電性及び可撓性を有する３つ以上の連結体（５〜８）を介して枠状の基部（２）に連結され、前記連結体は、前記電極部の重心を通り前記電極部に平行な任意の線によって２分割される各領域の前記電極部及び前記基部に少なくとも１つが連結されてなることを特徴とする可変容量コンデンサ（５０）である。

本発明によれば、可変容量コンデンサにおいて、特に、２つの電極部のいずれかは、導電性及び可撓性を有する３つ以上の連結体を介して枠状の基部に連結され、連結体は、電極部の重心を通り電極部に平行な任意の線によって２分割される各領域の電極部及び基部に少なくとも１つが連結された構成とすることにより、低電圧でも容量を可変可能とし、印加電圧の値に応じて容量を変えることが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図９を用いて説明する。
図１〜図３は、本発明の可変容量コンデンサの実施例を説明するための斜視図または模式的断面図である。
図４〜図９は、本発明の可変容量コンデンサを製造するための製造方法の実施例を説明するための模式的断面図である。

＜実施例＞
まず、実施例の可変容量コンデンサの構成について、図１〜図３を用いて説明する。
図１において、（ａ）は実施例における可変容量コンデンサを表す斜視図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）中のＡ１−Ａ２線における模式的断面図である。
図２において、（ａ）は実施例における可変容量コンデンサの第１の基板を表す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＢ１−Ｂ２線における模式的断面図である。
図３において、（ａ）は実施例における可変容量コンデンサの第２の基板を表す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＣ１−Ｃ２線における模式的断面図である。

図１(ａ)，(ｂ)に示すように、可変容量コンデンサ５０は、第１の基板１と第２の基板２１とが接着剤４１によって接着固定されており、第１の基板１の電極部４と第２の基板２１の電極部２４とが所定の間隙幅Ｄ１を有して互いに対向するように配置されている。

接着剤４１は、熱硬化性樹脂やＵＶ硬化性樹脂等の絶縁性を有する樹脂４１ａに、所定の直径Ｒ４１を有する略球状のスペーサ４１ｂが含有されたものである。
このスペーサ４１ｂの直径Ｒ４１によって、間隙幅Ｄ１を決定することができる。
即ち、この接着剤４１を用いて第１の基板１と第２の基板２１とを接着固定した際に、スペーサ４１ｂが第１の基板１及び第２の基板２１に接触することにより、直径Ｒ４１が大きいスペーサ４１ａを用いることによって間隙幅Ｄ１を大きくすることができ、また、直径Ｒ４１が小さいスペーサ４１ａを用いることによって間隙幅Ｄ１を小さくすることができる。

第１の基板１は、第１の配線４３ａの一端側と導電性接着剤４５によって電気的に接続されており、第２の基板２１は、第２の配線４３ｂの一端側と導電性接着剤４５によって電気的に接続されている。
また、第１の配線４３ａ及び第２の配線４３ｂは、外部の電源７０にそれぞれ接続されている。

次に、第１の基板１について、図２を用いて詳細に説明する。
図２に示すように、第１の基板１は、空隙部３を有する枠状の基部２と、空隙部３に配置された電極部４と、基部２及び電極部４それぞれと連結される第１の連結体５，第２の連結体６，第３の連結体７，及び第４の連結体８と、により構成されている。
なお、図２（ｂ）において、第１の基板１，基部２，電極部４，及び第１〜第４の連結体５〜８の上側の面を表（おもて）面、下側の面を裏面と称することとする。

基部２は、長さＬ２，幅Ｗ２，及び厚さｔ２が、それぞれ、２．２ｍｍ，２ｍｍ，４０１μｍである。
空隙部３は、１．２ｍｍ角である。
電極部４は、直径Ｒ４が１ｍｍ、厚さｔ４が５μｍである円板形状を有し、その表面が鏡面になっている。

第１〜第４の連結体５〜８は、電極部４の周方向に交互に突出する突出部を有するＳ字形状をそれぞれ有している。
第１〜第４の連結体５〜８の幅及び厚さは、それぞれ５μｍである。

第１の連結体５と第３の連結体７とは、電極部４の中心点Ｏ１を通り、電極部４の表面に沿う中心線ｘ１−ｘ２上に位置し、電極部４の中心点Ｏ１に対して、それぞれ点対称の位置に配置されている。
そして、第１の連結体５と基部２との連結部１０ａ、第１の連結体５と電極部４との連結部１１ａ、第３の連結体７と基部２との連結部１０ｃ、及び第３の連結体７と電極部４との連結部１１ｃは、それぞれ中心線ｘ１−ｘ２上に位置している。

また、第２の連結体６と第４の連結体８とは、電極部４の中心点Ｏ１を通り、電極部４の表面に沿う中心線ｙ１−ｙ２上に位置し、電極部４の中心点Ｏ１に対して、それぞれ点対称の位置に配置されている。
そして、第２の連結体６と基部２との連結部１０ｂ、第２の連結体６と電極部４との連結部１１ｂ、第４の連結体８と基部２との連結部１０ｄ、及び第４の連結体８と電極部４との連結部１１ｄは、それぞれ中心線ｙ１−ｙ２上に位置している。

電極部４，第１〜第４の連結体５〜８，及び連結部１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄの表面を含む表面近傍領域Ｓ１（図２におけるハッチング領域）は、導電性を有する通電部Ｓ１である。

次に、第２の基板２１について、図３を用いて説明する。
図３に示すように、第２の基板２１は、空隙部２３を有する枠状の基部２２と、空隙部２３に配置された電極部２４と、基部２２及び電極部２４それぞれと連結される第５の連結体２５，第６の連結体２６，第７の連結体２７，及び第８の連結体２８と、により構成されている。
なお、図３において、第２の基板２１，基部２２，電極部２４，及び第５〜第８の連結体２５〜２８の上側の面を表（おもて）面、下側の面を裏面と称することとする。

基部２２は、長さＬ２２，幅Ｗ２２，及び厚さｔ２２が、それぞれ、２ｍｍ，２ｍｍ，４０１μｍである。
空隙部２３は１．２ｍｍ角である。
電極部２４は、直径Ｒ２４が２ｍｍ、厚さｔ２４が５μｍである円板形状を有し、その表面が鏡面になっている。

第５〜第８の連結体２５〜２８は、電極部２４の周方向に交互に突出する突出部を有するＳ字形状をそれぞれ有している。

第５の連結体２５と第７の連結体２７とは、電極部２４の中心点Ｏ２を通り、電極部４の表面に沿う中心線ｘ２１−ｘ２２上に位置し、電極部２４の中心点Ｏ２に対して、それぞれ点対称の位置に配置されている。
そして、第５の連結体２５と基部２２との連結部３０ａ、第５の連結体２５と電極部２４との連結部３１ａ、第７の連結体２７と基部２２との連結部３０ｃ、及び第７の連結体２７と電極部２４との連結部３１ｃは、それぞれ中心線ｘ２１−ｘ２２上に位置している。

また、第６の連結体２６と第８の連結体２８とは、電極部２４の中心点Ｏ２を通り、電極部２４の表面に沿う中心線ｙ２１−ｙ２２上に位置し、電極部２４の中心点Ｏ２に対して、それぞれ点対称の位置に配置されている。
そして、第６の連結体２６と基部２２との連結部３０ｂ、第６の連結体２６と電極部２４との連結部３１ｂ、第８の連結体２８と基部２２との連結部３０ｄ、及び第８の連結体２８と電極部２４との連結部３１ｄは、それぞれ中心線ｙ２１−ｙ２２上に位置している。

電極部２４，第５〜第８の連結体２５〜２８，及び連結部３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄの表面を含む表面近傍領域Ｓ２（図３におけるハッチング領域）は、導電性を有する通電部Ｓ２である。

そして、図２に示した第１の基板１と図３に示した第２の基板２１とを有する可変容量コンデンサ５０において、図１（ｃ）に示すように、第１の配線４３ａ及び第２の配線４３ｂに外部の電源７０から所定の値の電圧を印加することによって、対向する電極部４と電極部２４との間に、電圧の値に応じたクーロン力である吸引力が生じるので、間隙幅Ｄ１は印加する電圧の値に応じて狭くなり間隙幅Ｄ２となる。
即ち、印加する電圧の値を大きくするほど、間隙幅Ｄ２を狭くすることができる。

この間隙幅Ｄ２における可変容量コンデンサ５０の容量Ｃは、周知の式である（１）式によって表すことができる。

（１）式において、εは誘電率(実施例では空気の誘電率であり１となる)、Ｓは電極面積(実施例では電極部４，２４の面積に相当する)、ｄは電極間距離(実施例ではＤ２に相当する)である。

電極部２は複数の連結体である第１〜第４の連結体５〜８によって基部２に連結されており、第１〜第４の連結体５〜８はそのＳ字形状によりバネ性を有すると共に断面積が小さいのでバネ定数が小さい。
同様に、電極部２４は複数の連結体である第５〜第８の連結体２５〜２８によって基部２２に連結されており、第５〜第８の連結体２５〜２８はそのＳ字形状によりバネ性を有すると共に断面積が小さいのでバネ定数が小さい。

従って、上述の構成、特に、連結体５〜８，２５〜２８をＳ字形状にしてその断面積を小さくする構成とすることによって、連結体５〜８，２５〜２８のバネ定数を小さくすることができるので低電圧でも容量を可変可能とすることができ、また、連結体５〜８，２５〜２８の長さを長くできるので電極部２及び電極部２４の各可動領域を大きくすることができ、容量の可変可能な範囲を広くすることができる。

また、上述の構成、特に、電極部２，２４を複数の連結体５〜８，２５〜２８でそれぞれ支持する構成とすることによって、電極部２及び電極部２４を、それぞれの対向する面同士が平行状態を維持して可動させることができるので、印加する電圧の値に応じてリニアに容量を変えることができる。

次に、上述した可変容量コンデンサ５０の製造方法の実施例を第１工程〜第８工程として、図４〜図９を用いて説明する。
図４〜図９は本発明の可変容量コンデンサを製造するための製造方法の実施例における第１工程〜第６工程を説明するための模式的断面図である。
なお、この製造方法では１枚のウエハから複数の第１の基板１（または第２の基板２１）を作製することができるが、説明をわかりやすくするために、図４〜図９には複数の第１の基板１（または第２の基板２１）の内の１つを示すこととする。

（第１工程）［図４参照］
Ｓｉ（シリコン）上層６１と、ＳｉＯ_２（二酸化シリコン）層６２と、Ｓｉ下層６３とからなる、（１００）面ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）ウエハ６０を準備する。
次に、このＳＯＩウエハ６０に周知の熱酸化処理を行って、ＳＯＩウエハ６０の両面にＳｉＯ_２層６５，６６を形成する。
Ｓｉ上層６１，ＳｉＯ_２層６２，及びＳｉ下層６３の各厚さは、５μｍ，１μｍ，及び４００μｍであり、ＳｉＯ_２層６５，６６の厚さはそれぞれ１μｍである。
なお、上述の各厚さは、本実施例に限定されるものではない。

（第２工程）［図５参照］
フォトリソ法を用いて、ＳｉＯ_２層６６の一部を、ＣＨＦ_３（トリフルオロメタン）ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去して、ＳｉＯ_２層６６のパターン形成を行う。

（第３工程）［図６参照］
第２工程によって露出したＳｉ下層６３をエッチング除去する。
このエッチング除去方法は、ドライエッチングやウェットエッチング、あるいは、これらを組み合わせた方法を用いることができる。ウェットエッチング液としては、例えば、テトラメチルアンモニアオキシド（ＴＭＡＨ）水溶液を用いることができる。
ウェットエッチングを用いた場合、図６示すように、Ｓｉ下層６３の結晶方位に応じて、エッチング後のＳｉ下層６３の断面形状は、略台形状になる。
エッチング後のＳｉ下層６３は、図２に示した基部２となる。

（第４工程）［図７参照］
ＳｉＯ_２層６５，６６、及び、第３工程によって露出したＳｉＯ_２層６２を、ＣＨＦ_３ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去する。

（第５工程）［図８参照］
第４工程によって露出したＳｉ上層６１の表面を含む表面近傍領域に、Ｐ（リン）やＡｓ(砒素)等のｎ型不純物、または、Ｂ(ホウ素)等のｐ型不純物を拡散させる。
不純物拡散方法は、周知の方法、例えば、熱拡散方法やイオン注入法を用いることができる。
ｎ型不純物またはｐ型不純物が拡散された上述の表面近傍領域は、導通性を有し、図２に示した通電部Ｓ１となる。

（第６工程）［図９参照］
フォトリソ法を用いて、Ｓｉ上層６１の一部を、ＳＦ_６（六フッ化イオウ）ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去して、図２に示した電極部４及び第１〜第４の連結体５〜８を形成する。

上述した第１工程〜第６工程により、図２に示した第１の基板１を得る。

（第７工程）［図３参照］
上述した第１工程〜第６工程と同様の工程を行うことによって、図３に示した第２の基板２１を得る。

（第８工程）［図１（ａ），（ｂ）参照］
第１工程〜第６工程により作製した第１の基板１の通電部Ｓ１に、一端側が外部の電源７０と接続する第１の配線４３ａの他端側を導電性接着剤４５を用いて電気的に接続し、また、第７工程により作製した第２の基板２１の通電部Ｓ２に、一端側が外部の電源７０と接続する第２の配線４３ｂの他端側を導電性接着剤４５を用いて電気的に接続する。

次に、熱硬化性樹脂やＵＶ硬化性樹脂等の絶縁性を有する樹脂４１ａに所定の直径Ｒ４１を有する略球状のスペーサ４１ｂを含有した接着剤４１を、第１の基板１の基部２及び第２の基板２１の基部２２の少なくともいずれかの表面に塗布する。

さらに、電極部４の表面と電極部２４の表面とを向き合わせて、電極部４と電極部２４とをその面方向に位置合わせし、第１の基板１と第２の基板２１とを接着剤４１を介して貼り合わせる。
そして、接着剤４１を硬化した後、第１の基板１及び第２の基板２１をそれぞれ所定の位置で分断することによって、図１（ａ），（ｂ）に示した可変容量コンデンサ５０を複数得る。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。

例えば、実施例では、第１の基板１及び第２の基板２１それぞれに連結体を設ける構成としたが、これに限定されるものではなく、第１の基板１及び第２の基板２１の少なくともいずれかに連結体を設ける構成としてもよい。

また、実施例では、第１の基板１に４個の連結体５〜８を有する構成としたが、これに限定されるものではなく、第１の基板１に３個以上の連結体を有する構成としてもよい。連結体５〜８を電極部４の表面に沿ってその重心を通る任意の線によって分断される電極部４の各領域に少なくとも１つがそれぞれ連結するように構成することにより、実施例と同様の効果が得られる。
同様に、実施例では、第２の基板２１に４個の連結体２５〜２８を有する構成としたが、これに限定されるものではなく、第２の基板２１に３個以上の連結体を有する構成としてもよい。連結体２５〜２８を電極部２４の表面に沿ってその重心を通る任意の線によって分断される電極部２４の各領域に少なくとも１つがそれぞれ連結するように構成することにより、実施例と同様の効果が得られる。

また、実施例では、通電部Ｓ１，Ｓ２を不純物拡散領域としたが、これに限定されるものではなく、外部の電源６０と電極部４，２４とを電気的に接続できるものであればよい。例えば、通電部Ｓ１，Ｓ２をＡｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等の金属からなる金属配線パターンとしてもよい。

また、電極部４及び電極部２４の少なくともいずれかの表面に、絶縁体または誘電体からなる保護膜を形成してもよい。
保護膜を形成することによって、電極部４及び電極部２４の表面を保護でき、また、可変容量コンデンサ５０に電圧を印加した際に電極部４と電極部２４との絶縁性を向上させることができる。

また、実施例では、第４工程後にｎ型不純物またはｐ型不純物を拡散させたが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｐ（リン）やＡｓ（砒素）等のｎ型不純物、または、Ｂ（ホウ素）等のｐ型不純物がＳｉ（シリコン）上層に予め拡散されたＳＯＩウエハを用いても良い。

本発明の可変容量コンデンサの実施例を説明するための斜視図及び模式的断面図である。本発明の可変容量コンデンサの実施例における第１の基板を説明するための平面図及び模式的断面図である。本発明の可変容量コンデンサの実施例における第２の基板を説明するための平面図及び模式的断面図である。本発明の可変容量コンデンサを製造するための製造方法における第１工程を説明するための模式的断面図である。本発明の可変容量コンデンサを製造するための製造方法における第２工程を説明するための模式的断面図である。本発明の可変容量コンデンサを製造するための製造方法における第３工程を説明するための模式的断面図である。本発明の可変容量コンデンサを製造するための製造方法における第４工程を説明するための模式的断面図である。本発明の可変容量コンデンサを製造するための製造方法における第５工程を説明するための模式的断面図である。本発明の可変容量コンデンサを製造するための製造方法における第６工程を説明するための模式的断面図である。

符号の説明

１，２１基板、２，２２基部、３，２３空隙部、４，２４電極部、５，６，７，８，２５，２６，２７，２８連結体、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ根３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ連結部、４１接着剤、４１ａ樹脂、４１ｂスペーサ、４３ａ，４３ｂ配線、４５接着剤、５０可変容量コンデンサ、６０ウエハ、６１，６３Ｓｉ層、６２，６５，６６ＳｉＯ_２層、７０電源、Ｄ１，Ｄ２間隙幅、Ｒ４１，Ｒ４，Ｒ２４直径、Ｌ２，Ｌ２２長さ、Ｗ２，Ｗ２２幅、ｔ２，ｔ４，ｔ２２，ｔ２４厚さ、Ｓ１，Ｓ２通電部

Claims

間隙を有して対向する２つの電極部を有し、該２つの電極部間に外部から電圧を印加した際に、該電圧の値に応じて前記２つの電極部間の距離が変化することによって容量を可変とされた可変容量コンデンサであって、
前記２つの電極部のいずれかは、導電性及び可撓性を有する３つ以上の連結体を介して枠状の基部に連結され、
前記連結体は、前記電極部の重心を通り前記電極部に平行な任意の線によって２分割される各領域の前記電極部及び前記基部に少なくとも１つが連結されてなることを特徴とする可変容量コンデンサ。