JP2008258186A - Variable capacity device - Google Patents

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修 川▲崎▼
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact variable capacity device having a high continuously variable capacity ratio. <P>SOLUTION: The variable capacity device comprises a variable capacity capacitor employing a ferroelectric material, a capacitor connected in series with the variable capacity capacitor, and a switch connected in parallel with that capacitor. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、可変容量デバイスにかかり、特に連続容量可変幅が大きく、広帯域化と高放射効率を共に実現するアンテナ装置などに用いられる微細な可変容量デバイスに関する。   The present invention relates to a variable capacitance device, and more particularly to a fine variable capacitance device used for an antenna device or the like that has a large continuous capacitance variable width and realizes both a wide band and high radiation efficiency.

無線端末などの情報通信機器の普及が進む中、通信に使用される周波数は、デジタルテレビの400MHzから携帯電話等の800MHz、更に無線LAN等の数GHz帯へとますます広帯域化が加速している。現在は、各種通信方式に対応した端末を独立して使用している状況が多いが、将来的には一つの無線端末で各種通信方式に対応した小型端末の実現が望まれている。   With the spread of information communication equipment such as wireless terminals, the frequency used for communications has increased from 400 MHz for digital television to 800 MHz for mobile phones and several GHz bands for wireless LANs. Yes. Currently, there are many situations where terminals compatible with various communication methods are used independently, but in the future, it is desired to realize a small terminal compatible with various communication methods with one wireless terminal.

そこで、近年では、アンテナの広帯域化と高感度化の両立により、搭載無線システムの個数よりも少ないアンテナ素子及び増幅器によって、複数の無線システム毎の周波数帯域における高感度送受信を実現するチューナブルデバイスに関する研究開発が進められている。そのチューナブルデバイスのなかには、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用して、機械要素部品、各種センサ、アクチュエータ、電子回路などをシリコン基板上に集積化する、MEMSデバイスとして製造されるものがある。このチューナブルデバイスは、シリコン基板上に可変キャパシタ、スイッチ、及びフィルタが形成されており(以下、チューナブルデバイスが備えるキャパシタ、スイッチ、及びフィルタのことを、MEMSキャパシタ、MEMSスイッチ、及びMEMSフィルタと称する。また、一群のMEMSキャパシタ、MEMSスイッチ、及びMEMSフィルタのことをMEMS複合デバイスまたは複合デバイスと称する)、任意のMEMS可変キャパシタの容量(キャパシタンス)値やMEMSスイッチの開閉を制御することによって、複合デバイス全体のインダクタンス値や容量値を調整し、そのチューナブルデバイスに接続されているアンテナ素子のアンテナ特性を制御する。この結果、チューナブルデバイスとアンテナ素子により構成されるアンテナ装置は、複数の周波数帯域または帯域幅の広い周波数帯域における高感度送受信を実現することができる。   Therefore, in recent years, it is related to a tunable device that realizes high-sensitivity transmission / reception in a frequency band for each of a plurality of radio systems by using both antenna elements and amplifiers smaller than the number of on-board radio systems by coexistence of widening and high sensitivity of antennas. Research and development is ongoing. Some of the tunable devices are manufactured as MEMS devices that integrate mechanical element parts, various sensors, actuators, electronic circuits, and the like on a silicon substrate using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. . In this tunable device, a variable capacitor, a switch, and a filter are formed on a silicon substrate (hereinafter, the capacitor, switch, and filter included in the tunable device are referred to as a MEMS capacitor, a MEMS switch, and a MEMS filter). In addition, a group of MEMS capacitors, MEMS switches, and MEMS filters are referred to as MEMS composite devices or composite devices), by controlling the capacitance (capacitance) value of any MEMS variable capacitor and the opening and closing of the MEMS switch, The inductance value and the capacitance value of the entire composite device are adjusted, and the antenna characteristics of the antenna elements connected to the tunable device are controlled. As a result, the antenna device including the tunable device and the antenna element can realize high-sensitivity transmission / reception in a plurality of frequency bands or a wide frequency band.

例えば、近年の携帯電話に代表される携帯端末装置のなかには、1つのチャンネルに割り当てられた周波数を13のセグメント(帯域)に分割したうちの、1つのセグメントによって放送される地上デジタル放送(このような地上デジタル放送は、「ワンセグ」と称される。)を受信可能なものがある。複数のチャンネルで放送される地上デジタル放送を受信するために、携帯端末装置に搭載されるアンテナ装置には470〜770〔MHz〕程度の周波数帯域を確保することが要求される。一方、携帯端末装置に搭載されることが多いループアンテナは、高感度ではあるが確保することができる周波数帯域が10〔MHz〕程度と狭い。このため、ループアンテナにチューナブルデバイスを接続し、そのループアンテナのアンテナ特性を制御することによって、地上デジタル放送を受信するために必要な300〔MHz〕程度の広帯域幅を高感度で確保する手法が検討されている。   For example, in a mobile terminal device typified by a mobile phone in recent years, a terrestrial digital broadcast (such as this) broadcasted by one segment out of 13 segments (bands) divided into frequencies allocated to one channel. Some terrestrial digital broadcasts are referred to as “One Seg.”). In order to receive terrestrial digital broadcasts broadcast on a plurality of channels, an antenna device mounted on a portable terminal device is required to secure a frequency band of about 470 to 770 [MHz]. On the other hand, a loop antenna often mounted on a mobile terminal device has a high sensitivity, but a frequency band that can be secured is as narrow as about 10 [MHz]. For this reason, by connecting a tunable device to the loop antenna and controlling the antenna characteristics of the loop antenna, a method of ensuring a high-bandwidth of about 300 [MHz] necessary for receiving digital terrestrial broadcasting with high sensitivity. Is being considered.

上述したようなチューナブルデバイスの具体例として、例えば、特許文献1に、MEMS固定容量コンデンサC0と、MEMSスイッチS1に直列に接続されたMEMS可変容量コンデンサC1と、MEMSスイッチS2に直列に接続されたMEMS可変容量コンデンサC2と、・・・MEMSスイッチSnに直列に接続されたMEMS可変容量コンデンサCnと、を並列に接続した可変容量コンデンサシステムが提案されている。
特開2004−327877号公報
As a specific example of the tunable device as described above, for example, in Patent Document 1, a MEMS fixed capacitor C0, a MEMS variable capacitor C1 connected in series to the MEMS switch S1, and a MEMS switch S2 are connected in series. There has been proposed a variable capacitor system in which a MEMS variable capacitor C2 and a MEMS variable capacitor Cn connected in series to a MEMS switch Sn are connected in parallel.
JP 2004-327877 A

特許文献1に開示されている可変容量コンデンサシステムでは、MEMS可変容量コンデンサを用いており、印加電界の増加とともに連続的に容量が大きくなる区間(連続容量可変幅と称する)における、容量の最小値と最大値との比(連続容量可変比と称する)を大きくするのはきわめて困難である。そこで特許文献1では、連続容量可変比が小さい可変容量コンデンサを複数個備えた構成によって、複数の周波数帯域または広い周波数帯域における送受信を実現している。しかしながら、この構成では、アンテナ装置によって送受信を実現しようとする周波数帯域の個数が多くなるあるいは、またはその周波数帯域の帯域幅が広くなると、それに対応して可変容量コンデンサの個数を増やす必要がある。変位する領域を必要とするMEMS可変容量コンデンサの個数が多くなると占有面積が大きくなるだけでなく、寄生抵抗も増大することになる上、変位の回数を重ねることによる劣化も大きく、アンテナ装置に適用した場合、アンテナ性能を低下させる原因となっていた。
そこで複数の周波数帯域または帯域幅の広い周波数帯域における高感度送受信を実現することができる小型のアンテナ装置を提供すべく、連続容量可変比が大きく損失の小さい小型の可変容量デバイスが求められている。またアンテナ装置以外にも高周波フィルタなどにおいても広帯域化をはかるために連続容量可変比が大きく小型の可変容量デバイスは同様に強く求められている。
In the variable capacitor system disclosed in Patent Document 1, a MEMS variable capacitor is used, and the minimum value of the capacitance in a section where the capacitance continuously increases as the applied electric field increases (referred to as a continuous capacitance variable width). It is very difficult to increase the ratio between the maximum value and the maximum value (referred to as a continuous capacity variable ratio). Therefore, in Patent Document 1, transmission / reception in a plurality of frequency bands or a wide frequency band is realized by a configuration including a plurality of variable capacitors having a small continuous capacitance variable ratio. However, in this configuration, when the number of frequency bands to be transmitted / received by the antenna device increases or the bandwidth of the frequency band increases, it is necessary to increase the number of variable capacitors accordingly. When the number of MEMS variable capacitors that require a displacement region increases, not only the occupied area increases, but also the parasitic resistance increases, and the deterioration due to the repeated number of displacements also increases, and it is applied to the antenna device. In this case, the antenna performance is deteriorated.
Therefore, in order to provide a small antenna device capable of realizing high-sensitivity transmission / reception in a plurality of frequency bands or a wide frequency band, a small variable capacitance device having a large continuous capacitance variable ratio and low loss is required. . In addition to the antenna device, a high-frequency filter or the like is also strongly demanded for a small-sized variable capacitance device having a large continuous capacitance variable ratio in order to increase the bandwidth.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、連続容量可変比が大きく損失の小さい小型の可変容量デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a small variable capacitance device having a large continuous capacitance variable ratio and a small loss.

本発明の可変容量デバイスは、強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタと、前記容量可変キャパシタと直列に接続されたキャパシタと、前記キャパシタと並列に接続されたスイッチとを具備したことを特徴とする。
この構成によれば、電界を印加することによって誘電率が変化する強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタを用いることにより、連続可変容量比を大きくすることができ、しかもこれをキャパシタに直列接続することで、従来得られなかった2.7以上の連続可変容量比を得ることが可能となる。また、同一基板上に形成することができるため、寄生容量や寄生抵抗を低減し、小型で信頼性の高い可変容量デバイスを提供することが可能となる。また容量可変キャパシタ自体、変位型の容量可変キャパシタに比べ占有面積が小さいことから、複数個接続する際にも、小型化を実現することができる。また、強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタは、変位型の容量可変キャパシタに比べ、変位部を持たないため、長期にわたって信頼性を維持することができる。またこの容量可変部にアンテナ素子を接続することにより、アンテナ性能の劣化を抑制することができる。
The variable capacitance device of the present invention comprises a variable capacitance capacitor using a ferroelectric material, a capacitor connected in series with the variable capacitance capacitor, and a switch connected in parallel with the capacitor. To do.
According to this configuration, by using a capacitance variable capacitor using a ferroelectric material whose dielectric constant changes by applying an electric field, the continuous variable capacitance ratio can be increased, and this is connected in series to the capacitor. By doing so, it becomes possible to obtain a continuously variable capacity ratio of 2.7 or higher, which was not obtained conventionally. In addition, since it can be formed over the same substrate, it is possible to provide a variable capacitance device that is small and highly reliable with reduced parasitic capacitance and parasitic resistance. In addition, since the capacitance variable capacitor itself occupies a smaller area than the displacement type variable capacitance capacitor, it is possible to reduce the size even when a plurality of capacitance capacitors are connected. In addition, since a variable capacitance capacitor using a ferroelectric material does not have a displacement portion as compared with a displacement type variable capacitance capacitor, reliability can be maintained over a long period of time. Further, by connecting an antenna element to the capacity variable portion, it is possible to suppress deterioration of antenna performance.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記容量可変キャパシタが、前記基板上に形成され、第1の電極と、第2の電極とで、強誘電体材料からなる誘電体薄膜を挟んだ薄膜素子で構成されたものを含む。
上記構成によれば、製造が容易で、かつ小型化が可能となる。
According to the present invention, in the variable capacitance device, the variable capacitance capacitor is formed on the substrate, and a dielectric thin film made of a ferroelectric material is sandwiched between the first electrode and the second electrode. Including those composed of thin film elements.
According to the said structure, manufacture is easy and size reduction is attained.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記キャパシタは、前記基板上に形成され、第1の電極と、第2の電極とで、常誘電体材料からなる誘電体薄膜を挟んだ薄膜素子であるものを含む。
上記構成によれば、製造が容易で、かつ小型化が可能となる。また、第1及び第2の電極は容量可変キャパシタと同一工程で形成することができ、誘電体薄膜のみを変更すればよいため、製造が容易で、かつ小型化が可能である。さらにまた強誘電体薄膜に比べて低抵抗であるため、寄生抵抗の低減をはかることができる。
According to the present invention, in the above variable capacitance device, the capacitor is formed on the substrate, and a thin film element in which a dielectric thin film made of a paraelectric material is sandwiched between a first electrode and a second electrode. Including those that are
According to the said structure, manufacture is easy and size reduction is attained. In addition, the first and second electrodes can be formed in the same process as the capacitance variable capacitor, and only the dielectric thin film needs to be changed. Therefore, manufacturing is easy and miniaturization is possible. Furthermore, since the resistance is lower than that of the ferroelectric thin film, the parasitic resistance can be reduced.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記容量可変キャパシタの連続容量可変比は、2.7未満であるものを含む。
上記構成によれば、連続容量可変比、2.7未満の容量可変キャパシタを用い大型化を招くことなく連続容量可変比2.7以上の容量可変部を形成することが可能となる。
Further, the present invention includes the above variable capacitance device, wherein the continuous variable capacitance ratio of the variable capacitance capacitor is less than 2.7.
According to the above configuration, it is possible to form a capacitance variable section having a continuous capacitance variable ratio of 2.7 or more using a capacitance variable capacitor having a continuous capacitance variable ratio of less than 2.7 without causing an increase in size.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記容量可変キャパシタの連続容量可変比は、1.6以上であるものを含む。
上記構成によれば、可変容量デバイスを簡単な構成で実現できるので、製造プロセスが簡単になり高信頼性が実現でき、また低損失で大きな連続容量可変比を提供することができる。
Further, the present invention includes the above variable capacitance device, wherein a continuous capacitance variable ratio of the capacitance variable capacitor is 1.6 or more.
According to the above configuration, since the variable capacitance device can be realized with a simple configuration, the manufacturing process is simplified, high reliability can be realized, and a large continuous capacitance variable ratio can be provided with low loss.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記スイッチは、駆動部によって変位可能に形成されたスイッチ本体と、前記スイッチ本体に形成された可動電極と、前記可動電極に対向するように前記基板表面に形成された固定電極とを具備したものを含む。
上記構成によれば、スイッチ本体に取り付けられた可動電極と、これに対向する固定電極との間でスイッチングを行うようにした電気機械的スイッチであるため、OFF電流もなく、消費電力の低減をはかることができる。
In the variable capacitance device according to the present invention, the switch includes a switch body formed to be displaceable by a driving unit, a movable electrode formed on the switch body, and the substrate so as to face the movable electrode. Including a fixed electrode formed on the surface.
According to the above configuration, since the electromechanical switch is configured to perform switching between the movable electrode attached to the switch body and the fixed electrode facing the movable electrode, there is no OFF current and power consumption can be reduced. Can measure.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記駆動部は、前記スイッチ本体に取り付けられた圧電素子であるものを含む。
上記構成によれば、低電圧駆動が可能であり、小型で駆動力が高いものとなる。
Further, the present invention includes the variable capacitance device, wherein the driving unit is a piezoelectric element attached to the switch body.
According to the above configuration, low voltage driving is possible, and the driving force is small and high.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記駆動部は、前記スイッチ本体上に形成された第1の駆動電極と、前記第1の駆動電極の上層に形成された圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に形成された第2の駆動電極とで構成されたものを含む。
上記構成によれば、薄膜の積層構造体としてきわめて容易に形成可能である。
In the variable capacitance device according to the present invention, the driving unit may include a first driving electrode formed on the switch body, a piezoelectric thin film formed on an upper layer of the first driving electrode, Including those composed of a second drive electrode formed on a piezoelectric thin film.
According to the above configuration, it can be very easily formed as a laminated structure of thin films.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記圧電体薄膜は、PZTであるものを含む。
上記構成によれば、PZTの大きな圧電効果により低電圧で高い駆動力を得ることができる。
The present invention includes the variable capacitance device, wherein the piezoelectric thin film is PZT.
According to the above configuration, a high driving force can be obtained at a low voltage due to the large piezoelectric effect of PZT.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記駆動部は、前記スイッチ本体に取り付けられた静電駆動素子であるものを含む。
上記構成によれば、静電力により前記スイッチ本体を固定電極に向けて駆動することでスイッチを駆動することができる。
The present invention includes the variable capacitance device, wherein the drive unit is an electrostatic drive element attached to the switch body.
According to the above configuration, the switch can be driven by driving the switch body toward the fixed electrode by electrostatic force.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記誘電体薄膜は、BST(チタン酸バリウムストロンチウム)であるものを含む。
上記構成によれば、薄膜化が容易で連続容量変化比の高い容量可変キャパシタを得ることができる。
Further, the present invention includes the above variable capacitance device, wherein the dielectric thin film is BST (barium strontium titanate).
According to the above configuration, it is possible to obtain a capacitance variable capacitor that can be easily thinned and has a high continuous capacitance change ratio.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記誘電体薄膜は、PZT(チタン酸鉛ジルコニウム)であるものを含む。
上記構成によれば、薄膜化が容易で連続容量変化比の高い容量可変キャパシタを得ることができる。
Further, the present invention includes the above variable capacitance device, wherein the dielectric thin film is PZT (lead zirconium titanate).
According to the above configuration, it is possible to obtain a capacitance variable capacitor that can be easily thinned and has a high continuous capacitance change ratio.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記スイッチ本体は、片持ち梁であるものを含む。
上記構成によれば、簡単な構造で低電圧駆動の可能なスイッチを得ることができる。
The present invention includes the variable capacitance device, wherein the switch body is a cantilever.
According to the above configuration, a switch that can be driven at a low voltage with a simple structure can be obtained.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記スイッチ本体は、両持ち梁であるものを含む。
上記構成によれば、より動作の安定なスイッチを得ることができる。
The present invention includes the variable capacitance device, wherein the switch body is a doubly supported beam.
According to the above configuration, a more stable switch can be obtained.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記スイッチ本体が、枠状に形成された固定部と、前記固定部から伸長する変位部とで構成されたものを含む。
上記構成によれば、固定部によって変位部が確実に支持されており、安定な動作特性を得ることができる。
The present invention includes the variable capacitance device, wherein the switch body includes a fixed portion formed in a frame shape and a displacement portion extending from the fixed portion.
According to the said structure, the displacement part is reliably supported by the fixing | fixed part, and a stable operating characteristic can be acquired.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記スイッチ本体は、変位部は、前記固定部から伸長する十字状の梁部であり、前記十字状の中心に前記可動電極の接点が設けられたものを含む。
上記構成によれば、安定で確実な変位を得ることができる。
In the variable capacitance device according to the aspect of the invention, in the switch body, the displacement body is a cross-shaped beam extending from the fixed portion, and the contact point of the movable electrode is provided at the center of the cross-shape. Including things.
According to the above configuration, a stable and reliable displacement can be obtained.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記スイッチ本体は、周縁部を固定された円盤状体であり、前記円盤状体の中心に前記可動電極の接点が設けられものを含む。
上記構成によれば、安定で確実な変位を得ることができる。
Further, the present invention includes the variable capacitance device, wherein the switch body is a disk-shaped body having a fixed peripheral edge, and a contact point of the movable electrode is provided at the center of the disk-shaped body.
According to the above configuration, a stable and reliable displacement can be obtained.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記固定部と前記変位部との境界部に、前記変位部の変位を補助する変位補助部を具備したものを含む。
上記構成によれば、変位補助部を具備したことで、低電圧で変位を助けることができる。
In addition, the present invention includes the above-described variable capacitance device, in which a displacement assisting portion that assists the displacement of the displacement portion is provided at a boundary portion between the fixed portion and the displacement portion.
According to the said structure, the displacement auxiliary | assistant part was comprised, and a displacement can be assisted with a low voltage.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記変位補助部は、貫通穴であるものを含む。
上記構成によれば、前記固定部と前記変位部との境界部に貫通穴を設けることで、より変位しやすい状態を得ることができる。
The present invention includes the variable capacitance device, wherein the displacement assisting portion is a through hole.
According to the said structure, the state which is easy to displace can be obtained by providing a through-hole in the boundary part of the said fixing | fixed part and the said displacement part.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記変位補助部は、肉薄部であるものを含む。
上記構成によれば、前記固定部と前記変位部との境界部に肉薄部を設けることで、より変位しやすい状態を得ることができる。
In the variable capacitance device according to the present invention, the displacement assisting portion includes a thin portion.
According to the said structure, the state which is easy to displace can be obtained by providing a thin part in the boundary part of the said fixing | fixed part and the said displacement part.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記可変容量デバイスは同一基板上に形成されたモノリシックデバイスであるものを含む。
この構成によれば、素子間接続のための接続パッドなども不要であるため、極めて微細でかつ低抵抗の可変容量デバイスを実現することができる。
In addition, the present invention includes the variable capacitance device described above, wherein the variable capacitance device is a monolithic device formed on the same substrate.
According to this configuration, since a connection pad or the like for inter-element connection is not necessary, a very fine and low resistance variable capacitance device can be realized.

また、本発明は、上記可変容量デバイスに、ループアンテナなどのアンテナ素子を接続してもよい。また可変容量デバイスと同一基板上にループアンテナを形成してもよい。
上記構成によれば、特にループアンテナの場合帯域幅が狭いという問題があるが、強誘電体キャパシタを用いた容量可変部を用いたことにより、より帯域幅を高めることができる。
In the present invention, an antenna element such as a loop antenna may be connected to the variable capacitance device. A loop antenna may be formed on the same substrate as the variable capacitance device.
According to the above configuration, there is a problem that the bandwidth is narrow particularly in the case of a loop antenna, but the bandwidth can be further increased by using the capacitance variable section using a ferroelectric capacitor.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記容量可変キャパシタは、複数の容量可変キャパシタの直列接続体で構成したものを含む。
上記構成によれば、単体の容量可変キャパシタの容量値を大きくできるので製造を容易にすることができる。
Further, the present invention includes the above variable capacitance device, wherein the variable capacitance capacitor includes a series connection body of a plurality of variable capacitance capacitors.
According to the above configuration, since the capacitance value of a single variable capacitance capacitor can be increased, manufacturing can be facilitated.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記容量可変キャパシタは、所定の間隔で配設された少なくとも2つの第1の容量電極と、前記第1の容量電極の上層に一体的に形成された強誘電体薄膜と、前記強誘電体薄膜の上層に前記第1の容量電極と一部領域で重なるように形成された少なくとも2つの第2の容量電極とで構成されたものを含む。
上記構成によれば、簡単な構成で容量可変キャパシタを形成することができる。強誘電体薄膜を一体形成しているため、パターニングが必要なのは第1および第2の容量電極のみである。
According to the present invention, in the variable capacitance device, the variable capacitance capacitor is integrally formed on at least two first capacitance electrodes disposed at a predetermined interval and on an upper layer of the first capacitance electrode. A ferroelectric thin film, and at least two second capacitive electrodes formed on the ferroelectric thin film so as to partially overlap the first capacitive electrode.
According to the above configuration, the variable capacitance capacitor can be formed with a simple configuration. Since the ferroelectric thin film is integrally formed, only the first and second capacitor electrodes need to be patterned.

また、本発明は、上記可変容量デバイスにおいて、前記容量可変キャパシタは、3つ以上の容量電極と、各容量電極間に挟持された強誘電体薄膜とで構成されたものを含む。
上記構成によれば、積層体で構成できるため、占有面積の低減をはかることができる。
Further, the present invention includes the variable capacitance device, wherein the variable capacitance capacitor includes three or more capacitance electrodes and a ferroelectric thin film sandwiched between the capacitance electrodes.
According to the above configuration, since it can be configured by a laminated body, the occupied area can be reduced.

また、本発明は、可変容量デバイスは携帯端末用のアンテナ装置などに有効である。
この構成により、小型でかつ広帯域をもち信頼性の高いアンテナ装置を得ることができるため、アンテナ性能の良好な携帯端末を提供することが可能となる。
Moreover, the present invention is effective for an antenna device for a portable terminal, etc.
With this configuration, an antenna device having a small size, a wide band, and high reliability can be obtained, so that a portable terminal with good antenna performance can be provided.

本発明の可変容量デバイスによれば、小型でかつ信頼性が高く低損失で、しかも連続容量可変比が高い可変容量を得ることができる。   According to the variable capacitance device of the present invention, it is possible to obtain a variable capacitance that is small in size, has high reliability and low loss, and has a high continuous capacitance variable ratio.

以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の容量可変デバイスを用いたアンテナ装置の等価回路を図1に示す。図4はこのアンテナ装置の可変容量デバイスの上面図、下面図、図5は、図4のA−A断面図、図6は、このスイッチの要部拡大平面図および断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an equivalent circuit of the antenna apparatus using the variable capacitance device according to the first embodiment of the present invention. 4 is a top view and bottom view of the variable capacitance device of the antenna device, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged plan view and a cross-sectional view of the main part of the switch.

このアンテナ装置は、図1に示すように、互いに直列接続された第1及び第2の可変キャパシタC1、C2と、前記第1の可変キャパシタC1に並列接続されたスイッチSWとを備えた可変容量部としての可変容量デバイスTDと、前記可変容量部に、両端を接続されたアンテナ素子ANTとを具備し、アンテナ素子の一方の端子は設置され、もう一方の端子は高周波集積処理回路RFICに接続されている。なお、ここでこの端子はキャパシタCを介して高周波集積処理回路RFICに接続するようにしてもよい。   As shown in FIG. 1, the antenna device includes first and second variable capacitors C1 and C2 connected in series to each other, and a variable capacitor including a switch SW connected in parallel to the first variable capacitor C1. A variable capacitance device TD as a unit, and an antenna element ANT connected at both ends to the variable capacitance unit, one terminal of the antenna element is installed, and the other terminal is connected to the high frequency integrated processing circuit RFIC Has been. Here, this terminal may be connected to the high-frequency integrated processing circuit RFIC via the capacitor C.

この可変容量デバイスにおいてスイッチSWの一端は、可変キャパシタC1の一端に接続され、スイッチSWの他端は、アンテナ素子ANTを構成するループアンテナの一端に接続される。また、可変キャパシタC1、C2の他端は、ループアンテナANTの他端に接続される。また、ループアンテナの2つの端部はそれぞれ、高周波信号を処理する高周波集積回路RFIC及びGNDに接続されている。なお、本発明の実施の形態1では、アンテナ素子をループアンテナとしているが、本発明のアンテナ装置に適用可能なアンテナ素子は、ループアンテナに限るものではなく、他種類のアンテナ素子、例えば、スロットアンテナ、ヘリカルアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、マイクロストリップアンテナ、逆F型アンテナ、逆L型アンテナであっても、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができる。   In this variable capacitance device, one end of the switch SW is connected to one end of the variable capacitor C1, and the other end of the switch SW is connected to one end of a loop antenna constituting the antenna element ANT. The other ends of the variable capacitors C1 and C2 are connected to the other end of the loop antenna ANT. The two end portions of the loop antenna are connected to high frequency integrated circuits RFIC and GND that process high frequency signals, respectively. In the first embodiment of the present invention, the antenna element is a loop antenna. However, the antenna element applicable to the antenna device of the present invention is not limited to the loop antenna, and other types of antenna elements such as slots Even with an antenna, a helical antenna, a monopole antenna, a dipole antenna, a patch antenna, a microstrip antenna, an inverted F antenna, and an inverted L antenna, transmission / reception in a wide frequency band can be realized.

例えば、地上波デジタルTV(ワンセグ)の470〜770〔MHz〕程度の周波数帯域を確保するために、可変容量デバイスTDの容量は、1.26〜3.39〔pF〕の範囲で変化する必要がある。このために、仮に印加電圧Vtを同時に0.5〔V〕から2〔V〕へ変化させたときに、容量が次のように変化する可変キャパシタC1、C2を利用する。
[可変キャパシタC1]
3.20〜5.38〔pF〕に容量が変化する。なお、印加電圧Vtが1〔V〕のときに可変キャパシタC2の容量が5.38〔pF〕、印加電圧Vtが2〔V〕のときに可変キャパシタC2の容量が3.20〔pF〕になる。このとき、連続容量可変比は、5.38/3.20≒1.68になる。
[可変キャパシタC2]
2.08〜3.39〔pF〕に容量が変化する。なお、印加電圧Vtが1〔V〕のときに可変キャパシタC1の容量が3.39〔pF〕、印加電圧Vtが2〔V〕のときに可変キャパシタC1の容量が2.08〔pF〕になる。このとき、連続容量可変比は、3.39/2.08≒1.63になる。
最初に、スイッチSWを開いて、印加電圧Vtを2[V]に設定すればC1=3.2[pF]、C2=2.08[pF]になり合成容量は1.26[pF]になる。印加電圧Vtを徐々に低下していき0.5[V]に設定すればC1=5.38[pF]、C2=3.39[pF]になり合成容量は2.08[pF]になる。次に、スイッチSWを閉じると、容量素子は可変キャパシタC2のみになり、印加電圧Vtを2[V]に設定すればC2=2.08[pF]になり合成容量は2.08[pF]になる。印加電圧Vtを徐々に低下していき0.5[V]に設定すればC2=3.39[pF]になり合成容量は3.39[pF]になる。つまり、可変容量デバイスTDの容量は、1.26〜3.39〔pF〕の範囲で変化させられる。
For example, in order to secure a frequency band of about 470 to 770 [MHz] of terrestrial digital TV (One Seg), the capacity of the variable capacitance device TD needs to change in the range of 1.26 to 3.39 [pF]. There is. For this purpose, variable capacitors C1 and C2 whose capacities change as follows when the applied voltage Vt is simultaneously changed from 0.5 [V] to 2 [V] are used.
[Variable capacitor C1]
3. The capacitance changes from 20 to 5.38 [pF]. The capacitance of the variable capacitor C2 is 5.38 [pF] when the applied voltage Vt is 1 [V], and the capacitance of the variable capacitor C2 is 3.20 [pF] when the applied voltage Vt is 2 [V]. Become. At this time, the continuous capacity variable ratio is 5.38 / 3.20≈1.68.
[Variable capacitor C2]
The capacitance changes from 2.08 to 3.39 [pF]. The capacitance of the variable capacitor C1 is 3.39 [pF] when the applied voltage Vt is 1 [V], and the capacitance of the variable capacitor C1 is 2.08 [pF] when the applied voltage Vt is 2 [V]. Become. At this time, the continuous capacity variable ratio is 3.39 / 2.08≈1.63.
First, when the switch SW is opened and the applied voltage Vt is set to 2 [V], C1 = 3.2 [pF] and C2 = 2.08 [pF], and the combined capacitance is 1.26 [pF]. Become. If the applied voltage Vt is gradually decreased and set to 0.5 [V], C1 = 5.38 [pF], C2 = 3.39 [pF], and the combined capacitance becomes 2.08 [pF]. . Next, when the switch SW is closed, the capacitive element is only the variable capacitor C2, and if the applied voltage Vt is set to 2 [V], C2 = 2.08 [pF] and the combined capacitance is 2.08 [pF]. become. If the applied voltage Vt is gradually lowered and set to 0.5 [V], C2 = 3.39 [pF] and the combined capacitance is 3.39 [pF]. That is, the capacitance of the variable capacitance device TD is changed in the range of 1.26 to 3.39 [pF].

このため、可変キャパシタC1、C2の連続容量可変比が1.6以上、望ましくは1.7以上であれば、スイッチSW1、SW2を選択的に短絡して可変キャパシタC1、C2のいずれか一つをループアンテナANTに接続することにより、可変キャパシタC1を接続したときは470M〜600MHzの周波数帯域幅を、可変キャパシタC2を接続したときは600M〜770MHzの周波数帯域幅を、それぞれ確保することができる。
このようにして、広帯域のアンテナ装置を提供することができる。
For this reason, if the continuous capacitance variable ratio of the variable capacitors C1 and C2 is 1.6 or more, preferably 1.7 or more, the switches SW1 and SW2 are selectively short-circuited, and one of the variable capacitors C1 and C2 is selected. Is connected to the loop antenna ANT, so that a frequency bandwidth of 470 M to 600 MHz can be secured when the variable capacitor C1 is connected, and a frequency bandwidth of 600 M to 770 MHz can be secured when the variable capacitor C2 is connected. .
In this way, a broadband antenna device can be provided.

470〜770〔MHz〕程度の周波数帯域を確保するために、チューナブルデバイスTDの容量は、1.26〜3.39〔pF〕の範囲で変化する必要があることを述べた。ここで、チューナブルデバイスTDが、この範囲での容量の変化を一つの容量可変キャパシタC0で実現した場合に、その容量可変キャパシタC0に要求される連続容量可変比について考察する。   It has been stated that the capacity of the tunable device TD needs to be changed in the range of 1.26 to 3.39 [pF] in order to secure a frequency band of about 470 to 770 [MHz]. Here, when the tunable device TD realizes the change in capacitance within this range with one capacitance variable capacitor C0, the continuous capacitance variable ratio required for the capacitance variable capacitor C0 will be considered.

図2に、本発明を説明するための参考例として一つの容量可変キャパシタにより構成されるチューナブルデバイスの等価回路を示す。図2では、チューナブルデバイスTDは、一つの容量可変キャパシタC0によって形成されており、ループアンテナANTの2つの端部は、容量可変キャパシタC0の両端に接続されている。また、ループアンテナANTの2つの端部はそれぞれ、高周波信号を処理する高周波集積回路RFIC及びGNDに接続されている。   FIG. 2 shows an equivalent circuit of a tunable device composed of one variable capacitor as a reference example for explaining the present invention. In FIG. 2, the tunable device TD is formed by one capacitance variable capacitor C0, and two ends of the loop antenna ANT are connected to both ends of the capacitance variable capacitor C0. Further, the two end portions of the loop antenna ANT are connected to high frequency integrated circuits RFIC and GND that process high frequency signals, respectively.

470〜770〔MHz〕程度の周波数帯域を確保するために、容量可変キャパシタC0は、印加電圧Vtに応じて、1.26〜3.39〔pF〕の値で容量が連続的に変化する必要がある(容量可変キャパシタC0は、その容量が3.39〔pF〕のとき470〔MHz〕、その容量が1.26〔pF〕のとき770〔MHz〕)。このとき、容量可変キャパシタC0の連続容量可変比、3.39/1.26≒2.7でなければならない。しかしながら、2.7という高い連続容量可変比を実現する容量可変キャパシタを製造することは困難であるため、図2に示した、一つの容量可変キャパシタにより構成されるチューナブルデバイスを実現することもまた、困難である。このため、本発明の実施の形態1のアンテナ装置のように、連続容量可変比が1.6以上(望ましくは1.7以上)の二つの容量可変キャパシタC1、C2で構成されるチューナブルデバイスを想定するに至った。本発明の実施の形態1のアンテナ装置によれば、チューナブルデバイスが少なくとも二つの容量可変キャパシタによって構成されるため、アンテナ素子に要求される周波数帯域の帯域幅が広くなる程回路規模が拡大する従来のシステムと比べて、回路規模をより縮小することができる。   In order to secure a frequency band of about 470 to 770 [MHz], the capacitance variable capacitor C0 needs to continuously change its capacitance at a value of 1.26 to 3.39 [pF] according to the applied voltage Vt. (The variable capacitance capacitor C0 has a capacitance of 470 [MHz] when its capacitance is 3.39 [pF] and 770 [MHz] when its capacitance is 1.26 [pF]). At this time, the continuous capacitance variable ratio of the capacitance variable capacitor C0 must be 3.39 / 1.26≈2.7. However, since it is difficult to manufacture a variable capacitance capacitor that realizes a high continuous capacitance variable ratio of 2.7, it is possible to realize the tunable device including one capacitance variable capacitor shown in FIG. It is also difficult. Therefore, like the antenna device according to the first embodiment of the present invention, a tunable device including two capacitance variable capacitors C1 and C2 having a continuous capacitance variable ratio of 1.6 or more (preferably 1.7 or more). It came to assume. According to the antenna device of the first embodiment of the present invention, the tunable device is configured by at least two capacitance variable capacitors, so that the circuit scale increases as the bandwidth of the frequency band required for the antenna element increases. The circuit scale can be further reduced as compared with the conventional system.

なお、容量可変キャパシタの数を3、4個と増やせば、その分、容量可変キャパシタに要求される連続容量可変比が小さくなる。このため、容量可変キャパシタの連続容量可変比に応じて、それぞれスイッチとともに直列に接続される容量可変キャパシタの数を増減してもよい。   If the number of capacitance variable capacitors is increased to three or four, the continuous capacitance variable ratio required for the capacitance variable capacitor is reduced accordingly. For this reason, according to the continuous capacitance variable ratio of a capacitance variable capacitor, you may increase / decrease the number of the capacitance variable capacitors connected in series with a switch, respectively.

また、本発明の実施の形態1のアンテナ装置における二つの容量可変キャパシタC1、C2に用いられる誘電体としては、1.6以上(望ましくは1.7以上)程度の連続容量可変比を実現するBST(チタン酸バリウムストロンチウム)やPZT(チタン酸鉛ジルコン)がある。BST及びPZTは、印加電界に応じて誘電率εが変化する強誘電体である。特開2004−327877号公報(特許文献1)に開示されている、静電気力によって電極間の距離を変化させ所望の容量を得る方式(静電方式)の容量可変キャパシタは、その静電気を発生させるために数十〔V〕の駆動電圧を必要とするのに比べ、BSTを誘電体材料としたBSTキャパシタまたはPZTを誘電体材料としたPZTキャパシタは、3〔V〕未満の駆動電圧で誘電率εを変化させ所望の容量を得ることができる。このため、3〔V〕程度の低い駆動電圧で作動することが求められる携帯端末装置にとって、BSTキャパシタまたはPZTキャパシタを備える構成のチューナブルデバイスは実装に適したデバイスであると言える。本発明の実施の形態1のアンテナ装置のチューナブルデバイスは、BSTキャパシタまたはPZTキャパシタを容量可変キャパシタとして備えているものとする。なお、連続容量可変比が1.6以上の強誘電体材料であれば、その強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタにより、本発明のアンテナ装置のチューナブルデバイスを構成することができる。   In addition, the dielectric used in the two capacitance variable capacitors C1 and C2 in the antenna device according to the first embodiment of the present invention realizes a continuous capacitance variable ratio of about 1.6 or more (preferably 1.7 or more). There are BST (barium strontium titanate) and PZT (lead zirconate titanate). BST and PZT are ferroelectrics whose permittivity ε changes according to the applied electric field. A capacitance variable capacitor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-327877 (Patent Document 1) that obtains a desired capacitance by changing the distance between electrodes by electrostatic force (electrostatic method) generates the static electricity. Therefore, a BST capacitor using BST as a dielectric material or a PZT capacitor using PZT as a dielectric material requires a dielectric constant at a driving voltage of less than 3 [V], compared with the case where a driving voltage of several tens [V] is required. A desired capacity can be obtained by changing ε. For this reason, it can be said that a tunable device having a configuration including a BST capacitor or a PZT capacitor is a device suitable for mounting for a portable terminal device that is required to operate with a driving voltage as low as about 3 [V]. The antenna device tunable device according to the first embodiment of the present invention includes a BST capacitor or a PZT capacitor as a variable capacitance capacitor. If the continuous capacitance variable ratio is a ferroelectric material of 1.6 or more, the tunable device of the antenna device of the present invention can be configured by a capacitance variable capacitor using the ferroelectric material.

また、本発明の実施の形態1のアンテナ装置のチューナブルデバイスTDは、二つの容量可変キャパシタが直列に接続された構成である。互いに直列に接続された二つのキャパシタを積層構造とすることが容易であるため、チューナブルデバイスの実装面積を抑えることができる。   The tunable device TD of the antenna device according to the first embodiment of the present invention has a configuration in which two variable capacitance capacitors are connected in series. Since it is easy to make two capacitors connected in series with each other in a laminated structure, the mounting area of the tunable device can be suppressed.

また、チューナブルデバイスTDをBSTキャパシタC1、C2及びスイッチSWによって形成するにあたって、BSTキャパシタC1、C2及びスイッチSWの等価直列抵抗Rsを考慮する必要がある。図3に、放射効率と等価直列抵抗との関係を示す。図3では、板状ループアンテナ(外周40〔mm〕×6〔mm〕、板形状の幅8〔mm〕)に接続されるチューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Rsが0から800〔mΩ〕に変わる場合の、板状ループアンテナによる放射効率ηを表している。なお、板状ループアンテナの形状は、携帯端末装置に搭載されることを想定した大きさであり、このような形状の板状ループアンテナは、例えば、携帯端末装置の筐体の端部、携帯端末装置が二つの筐体で構成される場合にはその二つの筐体を接合した端部とは異なる端部、に配設される。   Further, when the tunable device TD is formed by the BST capacitors C1 and C2 and the switch SW, it is necessary to consider the equivalent series resistance Rs of the BST capacitors C1 and C2 and the switch SW. FIG. 3 shows the relationship between radiation efficiency and equivalent series resistance. In FIG. 3, the equivalent series resistance Rs of the entire tunable device connected to the plate-shaped loop antenna (outer circumference 40 [mm] × 6 [mm], plate-shaped width 8 [mm]) is changed from 0 to 800 [mΩ]. The radiation efficiency η by the plate loop antenna in the case of changing is shown. Note that the shape of the plate-like loop antenna is assumed to be mounted on a portable terminal device, and the plate-like loop antenna having such a shape is, for example, an end of a casing of a portable terminal device, When the terminal device is composed of two housings, the terminal device is disposed at an end portion different from an end portion where the two housings are joined.

チューナブルデバイスTDに接続された板状ループアンテナは、地上デジタル放送に用いられる周波数帯域470〜770〔MHz〕を確保した上で、放射効率ηの低下が1〔dB〕程度に抑えられることが好ましい。図3によると、等価直列抵抗Rsが200〔mΩ〕未満であれば、放射効率ηの低下を1〔dB〕未満に抑えられることがわかる。このため、チューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Rsが200〔mΩ〕未満になるように、チューナブルデバイスに利用するBSTキャパシタC1、C2及びスイッチSWを選択する必要がある。   The plate-like loop antenna connected to the tunable device TD can secure the frequency band 470 to 770 [MHz] used for digital terrestrial broadcasting and suppress the decrease in the radiation efficiency η to about 1 [dB]. preferable. According to FIG. 3, it can be seen that if the equivalent series resistance Rs is less than 200 [mΩ], the decrease in the radiation efficiency η can be suppressed to less than 1 [dB]. For this reason, it is necessary to select the BST capacitors C1 and C2 and the switch SW used for the tunable device so that the equivalent series resistance Rs of the entire tunable device is less than 200 [mΩ].

例えば、これまでチューナブルデバイスに用いられることがあったバラクタダイオードやPinダイオードをスイッチSWとして選択する場合、これらのダイオードは、等価直列抵抗Rsが500〔mΩ〕以上と大きく、放射効率ηは、1〔dB〕以上低下してしまう。また、本発明の実施の形態1では、チューナブルデバイスを直列に接続したBSTキャパシタによって形成するため、BSTキャパシタの等価直列抵抗が加算され、チューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Rsが大きくなり易い。また、従来利用されている抵抗値の小さいスイッチとして、電磁的な駆動手段と機械的接点を有するリレーがある。このリレーは、物理的に小型なアンテナ素子に比較して物理的な体積が大きいためアンテナの性能に影響を及ぼすと共に、配線部が長くなるためにインダクタンスが増加しアンテナ効率が劣化するという課題があり、小型アンテナ素子のスイッチとしては不適切である。   For example, when a varactor diode or a Pin diode that has been used in a tunable device so far is selected as the switch SW, these diodes have a large equivalent series resistance Rs of 500 [mΩ] or more, and the radiation efficiency η is It decreases by 1 [dB] or more. In the first embodiment of the present invention, the tunable device is formed by the BST capacitor connected in series. Therefore, the equivalent series resistance of the BST capacitor is added, and the equivalent series resistance Rs of the entire tunable device tends to increase. In addition, as a conventionally used switch having a small resistance value, there is a relay having an electromagnetic driving means and a mechanical contact. This relay has a problem in that the physical volume is larger than that of a physically small antenna element, so that the performance of the antenna is affected, and the wiring portion becomes longer, so that the inductance increases and the antenna efficiency deteriorates. Yes, it is inappropriate as a switch for small antenna elements.

次にこの容量可変キャパシタ110a、110b(C1、C2)と電気機械(MEMS)スイッチ120(SW)とで構成された可変容量デバイスの具体的構成について説明する。
この可変容量デバイスは同一のシリコン基板100上に形成されており、第1層配線で形成された第1の容量電極111a、111bとこの上層に形成されたBST(BaSrTiO:バリウムストロンチウムタイタネート)からなる強誘電体層112a、112bと、この上層に形成された第2層配線で構成された第2の容量電極113a、113bとで構成され、第1および第2の容量電極111a、111bで強誘電体層112a、112bが挟まれた領域が第1及び第2の容量可変キャパシタ110a、110bを構成している。これら第2層配線において第1および第2の容量可変キャパシタの第2の容量電極113a、113bは配線113で相互接続されており、この接続部にスイッチSWを構成するMEMSスイッチ120の固定電極123が接続されている。なおこの強誘電体層112aおよび112bは一体的に形成されているが、個別に分離形成されていてもよい。
Next, a specific configuration of the variable capacitance device including the variable capacitance capacitors 110a and 110b (C1 and C2) and the electromechanical (MEMS) switch 120 (SW) will be described.
The variable capacitance device is formed on the same silicon substrate 100. The first capacitance electrodes 111a and 111b formed by the first layer wiring and the BST (BaSrTiO 3 : barium strontium titanate) formed on the upper layer are formed. And ferroelectric capacitor layers 112a and 112b, and second capacitor electrodes 113a and 113b composed of a second-layer wiring formed on the upper layer, and the first and second capacitor electrodes 111a and 111b. A region between the ferroelectric layers 112a and 112b constitutes the first and second capacitance variable capacitors 110a and 110b. In these second layer wirings, the second capacitance electrodes 113a and 113b of the first and second variable capacitance capacitors are interconnected by the wiring 113, and the fixed electrode 123 of the MEMS switch 120 constituting the switch SW is connected to this connection portion. Is connected. The ferroelectric layers 112a and 112b are integrally formed, but may be separately formed.

また、MEMSスイッチSWは、図6に示すように、上記シリコン基板100上に形成された2酸化シリコン層などの絶縁体層で形成された片もち梁で構成されたMEMSスイッチ本体122と、前記MEMSスイッチ本体122上に形成され、前記MEMSスイッチ本体122を駆動電界に応じて変位させる圧電素子からなる駆動部130とを具備し、駆動電界に応じて、MEMSスイッチ本体122の変位が生じ、回路の開閉(ON/OF)が実現されるものである。このMEMSスイッチでは、前記容量可変キャパシタのMEMSスイッチ本体122の下面には可動電極121が形成されており、この可動電極121に対向して固定電極123が配設されている。この固定電極123は第1及び第2の容量可変キャパシタC1、C2の第2の容量電極113a、113bの接続部の配線113に接続されている。また、この可動電極121は、MEMSスイッチ本体122の下面に形成され、シリコン基板100の表面に前記固定電極123と同一層で形成された導電体層からなる信号電極123bに接続され、この信号電極123bは第1の容量可変キャパシタ110の第2の容量電極113aに接続されている。このMEMSスイッチのON/OFFにより、第1の容量可変キャパシタのON/OFFが制御される。   In addition, as shown in FIG. 6, the MEMS switch SW includes a MEMS switch main body 122 formed of a single rod beam formed of an insulating layer such as a silicon dioxide layer formed on the silicon substrate 100, and A drive unit 130 formed of a piezoelectric element that is formed on the MEMS switch body 122 and displaces the MEMS switch body 122 according to the drive electric field, and the MEMS switch body 122 is displaced according to the drive electric field, Opening / closing (ON / OF) is realized. In this MEMS switch, a movable electrode 121 is formed on the lower surface of the MEMS switch main body 122 of the capacitance variable capacitor, and a fixed electrode 123 is disposed opposite to the movable electrode 121. The fixed electrode 123 is connected to the wiring 113 at the connection portion of the second capacitance electrodes 113a and 113b of the first and second capacitance variable capacitors C1 and C2. The movable electrode 121 is formed on the lower surface of the MEMS switch body 122, and is connected to a signal electrode 123b made of a conductive layer formed on the surface of the silicon substrate 100 as the same layer as the fixed electrode 123. 123 b is connected to the second capacitance electrode 113 a of the first variable capacitance capacitor 110. ON / OFF of the first capacitance variable capacitor is controlled by ON / OFF of the MEMS switch.

また駆動部130は、梁状のMEMSスイッチ本体122の上面に形成された下層電極131と、上層電極133とで、PZTなどからなる圧電薄膜132を挟んだもので、下層電極131と上層電極133との間の印加電界(駆動電界)によって形成された圧電素子で構成されており、下層電極131側と上層電極133間に電圧が印加されると、圧電薄膜が長さ方向に伸張し、この力がMEMSスイッチ本体122を変位させ、可動電極121の先端部に形成された突起部121Sが固定電極123に接触し、スイッチがON状態となるように形成されている。なお圧電薄膜132は、駆動効率を上げ、信頼性を向上するためにMEMSスイッチ本体122を構成する梁の先端と根元部122nとを避けて形成している。なおここで根元部nとは固定部と可動部であるMEMSスイッチ本体122との境界をさすものとする。   The driving unit 130 includes a lower layer electrode 131 formed on the upper surface of the beam-shaped MEMS switch body 122 and an upper layer electrode 133 with a piezoelectric thin film 132 made of PZT or the like sandwiched between the lower layer electrode 131 and the upper layer electrode 133. The piezoelectric thin film is stretched in the length direction when a voltage is applied between the lower layer electrode 131 side and the upper layer electrode 133. The force displaces the MEMS switch body 122, and the protrusion 121 </ b> S formed at the tip of the movable electrode 121 is in contact with the fixed electrode 123, so that the switch is turned on. The piezoelectric thin film 132 is formed so as to avoid the tip and the root portion 122n of the beam constituting the MEMS switch body 122 in order to increase driving efficiency and improve reliability. Here, the root portion n refers to the boundary between the fixed portion and the MEMS switch body 122 that is a movable portion.

またこのシリコン基板表面には、図4(a)および(b)に示すように、この可変容量デバイスへの入力信号が入力される入力端子100Tと、MEMSスイッチの、圧電素子からなる駆動部130の駆動信号を入力するスイッチ駆動端子130Tと、この可変容量デバイスの出力端子113Tと、第1及び第2の容量可変キャパシタの下層側の電極である第1の容量電極111aおよび111bにそれぞれ接続される第1及び第2の容量制御端子111Taおよび111Tbが形成されている。
ここで入力端子100Tから入力される入力信号は、出力端子113Tから出力される。ただし本実施の形態では、第1及び第2の容量制御端子111Taおよび111Tbへの印加電圧を共通にしているが、それぞれ個別にしてもよい。個別にすることにより、容量可変キャパシタC1、C2の個別容量値制御が可能である。
Also, on the surface of the silicon substrate, as shown in FIGS. 4A and 4B, an input terminal 100T for inputting an input signal to the variable capacitance device, and a drive unit 130 made of a piezoelectric element of a MEMS switch. Are connected to the switch drive terminal 130T for inputting the drive signal, the output terminal 113T of the variable capacitance device, and the first capacitance electrodes 111a and 111b, which are the lower layer electrodes of the first and second capacitance variable capacitors, respectively. First and second capacitance control terminals 111Ta and 111Tb are formed.
Here, the input signal input from the input terminal 100T is output from the output terminal 113T. However, in the present embodiment, the voltages applied to the first and second capacitance control terminals 111Ta and 111Tb are made common, but they may be individually provided. By making them separate, it is possible to control the individual capacitance values of the variable capacitance capacitors C1 and C2.

そして、この入力端子100Tと出力端子113Tとを介して、この可変容量デバイスをアンテナ素子ANTの両端に接続する(図1)   The variable capacitance device is connected to both ends of the antenna element ANT via the input terminal 100T and the output terminal 113T (FIG. 1).

次にこの可変容量デバイスの動作について説明する。
動作の説明に先立ち、この容量可変キャパシタを構成する誘電体の特性について説明する。
BSTは図7に電圧Vと比誘電率εとの関係を示すように、電界の印加によって比誘電率が約200から約400程度変化する。そこで、この比誘電率の変化によって、各容量可変キャパシタの比誘電率ε1、ε2も同様に約200から約400程度まで変化させることができる。
Next, the operation of this variable capacitance device will be described.
Prior to the description of the operation, the characteristics of the dielectric constituting the variable capacitance capacitor will be described.
In BST, as shown in FIG. 7 showing the relationship between the voltage V and the relative permittivity ε, the relative permittivity changes by about 200 to about 400 by applying an electric field. Therefore, the relative permittivity ε1 and ε2 of each capacitance variable capacitor can be similarly changed from about 200 to about 400 by changing the relative permittivity.

この可変容量デバイスの動作について詳細に説明する。
MEMSスイッチ120の駆動部130を構成する圧電素子の下層電極131と、上層電極133との間に電界を印加すると、圧電薄膜132が変位し、基台としてのシリコン基板100上に形成された片持ち梁であるMEMSスイッチ本体122の先端は矢印aの方向に変位し、可動電極121の突起部121Sは固定電極123に接触し、可動電極121と固定電極123は短絡される。
一方、圧電素子の駆動電極である下層電極131と、上層電極133との間への電圧印加を停止すれば、片持ち梁を構成するMEMSスイッチの先端は矢印Aの反対方向に移動し、初期状態に戻り、突起部121Sは固定電極123から離れ、固定電極と可動電極との接触は開放される。
The operation of this variable capacitance device will be described in detail.
When an electric field is applied between the lower layer electrode 131 of the piezoelectric element constituting the driving unit 130 of the MEMS switch 120 and the upper layer electrode 133, the piezoelectric thin film 132 is displaced, and a piece formed on the silicon substrate 100 as a base. The tip of the MEMS switch main body 122 which is a cantilever is displaced in the direction of arrow a, the protrusion 121S of the movable electrode 121 contacts the fixed electrode 123, and the movable electrode 121 and the fixed electrode 123 are short-circuited.
On the other hand, if the voltage application between the lower layer electrode 131 that is the drive electrode of the piezoelectric element and the upper layer electrode 133 is stopped, the tip of the MEMS switch constituting the cantilever moves in the direction opposite to the arrow A, Returning to the state, the protrusion 121S is separated from the fixed electrode 123, and the contact between the fixed electrode and the movable electrode is released.

このようにして、2つの容量可変キャパシタのキャパシタンスの和はC1・C2/(C1+C2)であるから、C1・C2/(C1+C2)からC2まで変化させることができることになる。このことから上述したように470〜700の周波数帯域幅を得ることができる。またOFF時の消費電力も極めて小さく、信頼性の高い可変容量デバイスを形成することができる。従って小型で広帯域かつ高感度のアンテナ装置を得ることができる。   In this way, since the sum of the capacitances of the two capacitance variable capacitors is C1 · C2 / (C1 + C2), it can be changed from C1 · C2 / (C1 + C2) to C2. Therefore, as described above, a frequency bandwidth of 470 to 700 can be obtained. In addition, power consumption at the time of OFF is extremely small, and a highly reliable variable capacitance device can be formed. Accordingly, it is possible to obtain a small antenna with a wide band and high sensitivity.

なお、前記実施の形態では、図6(b)に示すように、圧電薄膜132を、MEMSスイッチ本体122を構成する梁の先端と根元部122nとを避けて形成しており、これにより、高信頼性を向上でき、しかも小さな力で変位させることができる。   In the above embodiment, as shown in FIG. 6B, the piezoelectric thin film 132 is formed avoiding the tip of the beam and the root portion 122n constituting the MEMS switch main body 122. Reliability can be improved and displacement can be performed with a small force.

また、この可変容量デバイスは、1枚のシリコン基板100上に容量可変キャパシタ及びMEMSスイッチを集積化して形成することができ、製造が容易でかつ信頼性の高いものとなっている。また2つの容量可変キャパシタ及びMEMSスイッチを集積化して形成しているため、伝送損失が少なくかつ極めて微細で実装作業性が高いものとなっている。
この可変容量デバイスを構成するシリコン基板(半導体チップ)アンテナ回路の形成された基板上に実装し、ハイブリッドアンテナ装置を形成することができる。
In addition, this variable capacitance device can be formed by integrating a capacitance variable capacitor and a MEMS switch on a single silicon substrate 100, and is easy to manufacture and highly reliable. Further, since the two capacitance variable capacitors and the MEMS switch are integrated, the transmission loss is small, the size is extremely fine, and the mounting workability is high.
The hybrid antenna device can be formed by mounting on a substrate on which a silicon substrate (semiconductor chip) antenna circuit constituting the variable capacitance device is formed.

なお、前記実施の形態ではハイブリッドアンテナ装置を形成したが、シリコン基板上にループアンテナ素子を形成し、モノリシック構造のアンテナ装置を形成することも可能である。
さらにまた、スイッチのみをMEMSで構成し、アンテナ素子を形成した基板上に容量可変キャパシタチップを実装するとともにMEMSで実装するようにしてもよい。
Although the hybrid antenna device is formed in the above embodiment, it is possible to form a monolithic structure antenna device by forming a loop antenna element on a silicon substrate.
Furthermore, only the switch may be configured by MEMS, and the capacitance variable capacitor chip may be mounted on the substrate on which the antenna element is formed, and may be mounted by MEMS.

なお、前記実施の形態では、圧電薄膜132を、MEMSスイッチ本体122を構成する梁の先端と根元部122nとを避けて形成したが、MEMSスイッチ本体122の全体に形成するようにしてもよく、材料によってはMEMSスイッチ本体122の変位を妨げないように形成することもでき、この場合はより大きな駆動力を生起することができる。   In the above-described embodiment, the piezoelectric thin film 132 is formed so as to avoid the tip and the root portion 122n of the beam constituting the MEMS switch body 122. However, the piezoelectric thin film 132 may be formed on the entire MEMS switch body 122. Depending on the material, the MEMS switch main body 122 can be formed so as not to disturb the displacement, and in this case, a larger driving force can be generated.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2として、本発明の可変容量デバイスに用いられるMEMSスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態2のアンテナ装置用の可変容量デバイスを構成するMEMSスイッチ120は、図9(a)乃至(c)に示すように、両持ち梁構造のMEMSスイッチ本体122Dを配設し、これに可動電極121を配設したものである。ここで図9(a)は本実施の形態2で用いられるMEMSスイッチの上面図、図9(b)は図9(a)のA−A断面図、図9(c)は図9(a)のB−B断面図である。
(Embodiment 2)
Next, as a second embodiment of the present invention, a modification of the MEMS switch used in the variable capacitance device of the present invention will be described.
As shown in FIGS. 9A to 9C, the MEMS switch 120 constituting the variable capacitance device for an antenna device according to the second embodiment of the present invention is provided with a MEMS switch body 122D having a double-supported beam structure. The movable electrode 121 is disposed on this. Here, FIG. 9A is a top view of the MEMS switch used in the second embodiment, FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 9A, and FIG. 9C is FIG. It is BB sectional drawing of).

構成要素としては前記実施の形態1で示した可変容量デバイスと同様であるが、MEMSスイッチ本体122Dが円形の枠体130で両端を支持され、直径方向に沿って張架された両持ち梁を構成する点で前記実施の形態のMEMSスイッチと異なるものである。   The constituent elements are the same as those of the variable capacitance device shown in the first embodiment, except that the MEMS switch body 122D is supported at both ends by the circular frame 130, and has a doubly supported beam stretched along the diameter direction. It differs from the MEMS switch of the said embodiment by the point which comprises.

そして可動電極121は枠部からこの梁に沿って中心位置まで、MEMSスイッチ本体122Dの裏面側に半径分だけ形成され、先端に突起部121Sを具備している。また、固定電極は前記突起部121Sに対向する位置から前記可動電極121と逆の方向に半径分だけ伸長している。   The movable electrode 121 is formed on the back side of the MEMS switch main body 122D by a radius from the frame portion to the center position along the beam, and has a protrusion 121S at the tip. The fixed electrode extends from the position facing the protrusion 121S by a radius in the direction opposite to the movable electrode 121.

また駆動部130もMEMSスイッチ本体122D上に形成され、同様に詳細記載を省略するが、下層電極131、上層電極133とで圧電薄膜132を挟んだ構成となっている。   The drive unit 130 is also formed on the MEMS switch main body 122D, and although detailed description is omitted, the piezoelectric thin film 132 is sandwiched between the lower layer electrode 131 and the upper layer electrode 133.

このMEMSスイッチにおいても、前記実施の形態1で用いたMEMSスイッチと同様、OFF電流も小さく、従って小型で広帯域のアンテナ装置を得ることができる。   Also in this MEMS switch, the OFF current is small as in the MEMS switch used in the first embodiment, so that a small and wideband antenna device can be obtained.

また、この構造のMEMSスイッチは、スイッチングデバイスチップとして、実装が容易である。接続に際しても方向を選ぶことなく形成することができるため、ハイブリッド構造でアンテナ装置を構成する際にもレイアウトが容易である。   Moreover, the MEMS switch having this structure can be easily mounted as a switching device chip. Since the connection can be made without selecting the direction, the layout is easy even when the antenna device is configured with a hybrid structure.

なおここでは図示しないが、可変容量デバイスを構成する他の要素については前記実施の形態1と同様である。   Although not shown here, other elements constituting the variable capacitance device are the same as those in the first embodiment.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3として、可変容量デバイスに用いられるMEMSスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態3のアンテナ装置用の可変容量デバイスを構成するMEMSスイッチ120は、図10(a)乃至(c)に示すように両持ち梁を中心で固定して両持ち梁構造のMEMSスイッチ本体122Qを配設し、これに可動電極121を配設したものである。ここで図10(a)は本実施の形態3で用いられるMEMSスイッチの上面図、図10(b)は図10(a)のA−A断面図、図10(c)は図10(a)のB−B断面図である。
(Embodiment 3)
Next, as a third embodiment of the present invention, a modification of the MEMS switch used in the variable capacitance device will be described.
As shown in FIGS. 10A to 10C, the MEMS switch 120 constituting the variable capacitance device for an antenna device according to the third embodiment of the present invention has a both-end supported beam structure fixed at the center. A MEMS switch main body 122Q is disposed, and a movable electrode 121 is disposed thereon. Here, FIG. 10A is a top view of the MEMS switch used in the third embodiment, FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 10A, and FIG. 10C is FIG. It is BB sectional drawing of).

構成要素としては前記実施の形態1および2で示した可変容量デバイスと同様であるが、MEMSスイッチ本体122Qが円形の枠体130で両端を支持され、直径方向に沿って張架された両持ち梁を構成する点で前記実施の形態のMEMSスイッチと異なるものである。   The components are the same as those of the variable capacitance device shown in the first and second embodiments, but the MEMS switch main body 122Q is supported at both ends by the circular frame 130 and is stretched along the diametrical direction. This is different from the MEMS switch of the above embodiment in that a beam is formed.

そして可動電極121は枠部からこの梁に沿って中心位置まで、MEMSスイッチ本体122Qの裏面側に2本、半径分だけ形成され、先端に突起部121Sを具備している。また、固定電極は前記突起部121Sに対向する位置から前記可動電極121と逆の方向に、2本半径分だけ伸長している。   Two movable electrodes 121 are formed on the back surface side of the MEMS switch main body 122Q from the frame portion to the center position along the beam by a radius, and a protrusion 121S is provided at the tip. In addition, the fixed electrode extends by two radii from the position facing the protrusion 121S in the direction opposite to the movable electrode 121.

また駆動部130もMEMSスイッチ本体122Q上に形成され、同様に詳細記載を省略するが、下層電極131、上層電極133とで圧電薄膜132を挟んだ構成となっている。   The drive unit 130 is also formed on the MEMS switch main body 122Q, and detailed description is omitted in the same manner, but the piezoelectric thin film 132 is sandwiched between the lower layer electrode 131 and the upper layer electrode 133.

このMEMSスイッチにおいても、前記実施の形態1で用いたMEMSスイッチと同様、OFF電流も小さく、従って小型で広帯域のアンテナ装置を得ることができる。   Also in this MEMS switch, the OFF current is small as in the MEMS switch used in the first embodiment, so that a small and wideband antenna device can be obtained.

また、この構造のMEMSスイッチは、スイッチングデバイスチップとして、実装が容易である。接続に際しても方向を選ぶことなく形成することができるため、ハイブリッド構造でアンテナ装置を構成する際にもレイアウトが容易である。   Moreover, the MEMS switch having this structure can be easily mounted as a switching device chip. Since the connection can be made without selecting the direction, the layout is easy even when the antenna device is configured with a hybrid structure.

なおここでは図示しないが、可変容量デバイスを構成する他の要素については前記実施の形態1と同様である。   Although not shown here, other elements constituting the variable capacitance device are the same as those in the first embodiment.

(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4として、アンテナ装置に用いられるMEMSスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態4のアンテナ装置用の可変容量デバイスを構成するMEMSスイッチ120は、図11(a)および(b)に示すように、実施の形態2と同様、両持ち梁構造のMEMSスイッチ本体122Dを配設し、これに可動電極121を配設したものであるが、本実施の形態では、梁の根元部122nにそれぞれ1つの孔125を形成し、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い構造を形成したことを特徴とするものである。ここで図11(a)は本実施の形態4で用いられるMEMSスイッチの上面図、図11(b)は図11(a)のA−A断面図である。
(Embodiment 4)
Next, as a fourth embodiment of the present invention, a modification of the MEMS switch used in the antenna device will be described.
As shown in FIGS. 11A and 11B, the MEMS switch 120 constituting the variable capacitance device for the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention is a MEMS having a doubly-supported beam structure as in the second embodiment. The switch body 122D is disposed, and the movable electrode 121 is disposed on the switch body 122D. However, in the present embodiment, one hole 125 is formed in each of the root portions 122n of the beam, and the frame portion which is a fixed portion is formed. It is characterized by forming a structure that increases elasticity and is easily displaced. Here, FIG. 11A is a top view of the MEMS switch used in the fourth embodiment, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

構成要素としては前記実施の形態2で示した可変容量デバイスと同様である。
この構成によれば、上記実施の形態2の効果に加えて、MEMSスイッチ本体122Dを構成する梁の根元部122nにそれぞれ1つの孔125を形成しているため、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い状態にすることができる。
The constituent elements are the same as those of the variable capacitance device shown in the second embodiment.
According to this configuration, in addition to the effect of the second embodiment, each hole 125 is formed in the root portion 122n of the beam that constitutes the MEMS switch main body 122D. And can be easily displaced.

(実施の形態5)
次に、本発明の実施の形態5として、アンテナ装置に用いられるMEMSスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態5のアンテナ装置用の可変容量デバイスを構成するMEMSスイッチ120は、図12(a)および(b)に示すように、上記実施の形態1乃至4とは異なり、本実施の形態ではMEMSスイッチ本体126を、枠部130に連接された円盤状の板状体で構成したものである。そして、この板状体からなるMEMSスイッチ本体126を配設し、これに可動電極121を配設したものであるが、本実施の形態では、梁の根元部122nに円周方向に沿って複数個の孔125を形成し、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い構造を形成したことを特徴とするものである。ここで図12(a)は本実施の形態5で用いられるMEMSスイッチの上面図、図12(b)は図12(a)のA−A断面図である。
(Embodiment 5)
Next, as a fifth embodiment of the present invention, a modification of the MEMS switch used in the antenna device will be described.
As shown in FIGS. 12A and 12B, the MEMS switch 120 constituting the variable capacitance device for an antenna device according to the fifth embodiment of the present invention is different from the first to fourth embodiments described above. In this embodiment, the MEMS switch body 126 is configured by a disk-shaped plate connected to the frame portion 130. Then, the MEMS switch body 126 made of this plate-like body is disposed, and the movable electrode 121 is disposed on the MEMS switch body 126. In the present embodiment, a plurality of members are provided along the circumferential direction at the root portion 122n of the beam. Each of the holes 125 is formed to increase the elasticity of the frame portion, which is a fixed portion, and to form a structure that is easily displaced. Here, FIG. 12A is a top view of the MEMS switch used in the fifth embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

構成要素としては前記実施の形態1で示した可変容量デバイスと同様である。
この構成によれば、上記実施の形態1の効果に加えて、MEMSスイッチ本体126が根元部122nにそれぞれ1つの孔125を形成しているため、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い状態にすることができる。
The constituent elements are the same as those of the variable capacitance device shown in the first embodiment.
According to this configuration, in addition to the effects of the first embodiment, the MEMS switch main body 126 has one hole 125 in the root portion 122n, so that the elasticity of the frame portion that is the fixing portion is increased and the displacement is increased. It is possible to make it easy to do.

なお可動電極及び固定電極は前記実施の形態2と同様に半径方向に1つずつ相対向して配置されている。
この構成によれば、安定した変位を得ることができ、高精度で信頼性の高いMEMSスイッチを提供することが可能である。
Note that the movable electrode and the fixed electrode are arranged to face each other in the radial direction, as in the second embodiment.
According to this configuration, a stable displacement can be obtained, and a highly accurate and reliable MEMS switch can be provided.

(実施の形態6)
次に、本発明の実施の形態6として、アンテナ装置に用いられるMEMSスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態6のアンテナ装置用の可変容量デバイスを構成するMEMSスイッチ120は、図13(a)および(b)に示すように、上記実施の形態5と同様、本実施の形態ではMEMSスイッチ本体126を、枠部130に連接された円盤状の板状体で構成したものである。そして、この板状体からなるMEMSスイッチ本体126を配設し、これに可動電極121を配設したものであるが、本実施の形態では、梁の122nに円周方向に沿って帯状の溝127を形成し、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い構造を形成したことを特徴とするものである。ここで図13(a)は本実施の形態6で用いられるMEMSスイッチの上面図、図13(b)は図13(a)のA−A断面図である。
(Embodiment 6)
Next, as a sixth embodiment of the present invention, a modification of the MEMS switch used in the antenna device will be described.
As shown in FIGS. 13A and 13B, the MEMS switch 120 constituting the variable capacitance device for an antenna device according to the sixth embodiment of the present invention is similar to the fifth embodiment in the present embodiment. The MEMS switch body 126 is constituted by a disk-shaped plate connected to the frame portion 130. Then, the MEMS switch main body 126 made of this plate-like body is provided, and the movable electrode 121 is provided thereon. In this embodiment, a belt-like groove is formed along the circumferential direction on the beam 122n. 127 to form a structure that is easy to displace by increasing the elasticity of the frame portion, which is a fixed portion. Here, FIG. 13A is a top view of the MEMS switch used in the sixth embodiment, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

構成要素としては前記実施の形態5で示した可変容量デバイスと同様である。
この構成によれば、上記実施の形態1の効果に加えて、MEMSスイッチ本体126が根元部122nに、円周方向に沿って帯状の溝127を形成しているため、固定部である枠部の弾性を高め、より変位し易い構造を提供することができる。
The constituent elements are the same as those of the variable capacitance device shown in the fifth embodiment.
According to this configuration, in addition to the effects of the first embodiment, since the MEMS switch body 126 forms the band-shaped groove 127 along the circumferential direction in the root portion 122n, the frame portion which is a fixed portion Therefore, it is possible to provide a structure that is more easily displaced.

なおここでも可動電極及び固定電極は前記実施の形態2と同様に半径方向に1つずつ相対向して配置されている。   In this case as well, the movable electrode and the fixed electrode are arranged so as to face each other in the radial direction as in the second embodiment.

(実施の形態7)
次に、本発明の実施の形態7として、アンテナ装置に用いられる可変容量デバイスの容量可変キャパシタの変形例について説明する。
本発明の実施の形態7のアンテナ装置用の可変容量デバイスは、図14(a)および(b)に概念説明図を示すように、図14(a)に示した従来例の可変容量デバイスの容量可変キャパシタC1を図14(b)に示すように5個の容量可変キャパシタC11、C12、C13、C14、C15の直列接続体で構成し、連続容量可変比の大きい微細容量の容量可変キャパシタを提供することを特徴とするものである。
(Embodiment 7)
Next, as a seventh embodiment of the present invention, a modified example of the variable capacitance capacitor of the variable capacitance device used in the antenna device will be described.
The variable capacitance device for an antenna device according to the seventh embodiment of the present invention is the same as that of the conventional variable capacitance device shown in FIG. 14A, as shown in FIGS. 14A and 14B. As shown in FIG. 14B, the variable capacitance capacitor C1 is composed of a series connection body of five variable capacitance capacitors C11, C12, C13, C14, and C15, and a fine capacitance variable capacitor having a large continuous capacitance variable ratio is formed. It is characterized by providing.

すなわち、BST、PZT等の強誘電体は印加直流電圧により誘電率が変化する。従って、印加直流電圧で容量値を制御する容量可変キャパシタを構成することができるが、これらの強誘電体は誘電率が大きく、しかも容量値を制御する電圧値を小さくするために誘電体層の厚さを薄くしなければならないので、微細面積化が困難な場合には小さな容量値を得るのが困難となることがある。このような場合には、複数個の容量可変キャパシタを直列接続することで、小さな容量値を得ることができる。   That is, the dielectric constant of a ferroelectric such as BST or PZT changes depending on the applied DC voltage. Accordingly, it is possible to configure a variable capacitance capacitor that controls the capacitance value with the applied DC voltage. However, these ferroelectrics have a large dielectric constant, and in order to reduce the voltage value that controls the capacitance value, Since the thickness must be reduced, it may be difficult to obtain a small capacitance value when it is difficult to reduce the area. In such a case, a small capacitance value can be obtained by connecting a plurality of capacitance variable capacitors in series.

例えば、BSTを誘電体層として用いた容量可変キャパシタC1が、5から10pFの範囲で可変であるとすると、例えば5分の1の容量値を得たいとすると電極面積を5分の1にする必要がある。しかしながら、フォトリソグラフィでそれ以上小さなパターン形成を行うのが困難な場合には、図14(b)に示すように、5個の容量可変キャパシタC11、C12、C13、C14、C15の直列接続体で構成する。これにより、1から2pFの微細容量で連続容量可変比2を得ることができる。   For example, if the capacitance variable capacitor C1 using BST as a dielectric layer is variable in the range of 5 to 10 pF, for example, if it is desired to obtain a capacitance value of 1/5, the electrode area is reduced to 1/5. There is a need. However, when it is difficult to form a smaller pattern by photolithography, as shown in FIG. 14B, a series connection body of five capacitance variable capacitors C11, C12, C13, C14, and C15 is used. Constitute. Thereby, the continuous capacitance variable ratio 2 can be obtained with a fine capacitance of 1 to 2 pF.

(実施の形態8)
次に、本発明の実施の形態8として、前記実施の形態7のアンテナ装置を構成する容量可変キャパシタの構造について説明する。
本発明の実施の形態8のアンテナ装置用の可変容量デバイスを構成する第1の容量可変キャパシタは、図15に概念断面説明図を示すように、所定の間隔を隔てて形成された3つの第1の容量電極111a、111b、111cと、この第1の容量電極111a、111b、111c上に一体的に形成されたBSTからなる誘電体層112と、前記第1の容量電極111a、111b、111cと、所定幅aづつ重なるようにずらして形成された第2の容量電極113a、113b、113cとで構成され、第1の容量電極と第2の容量電極との重なる領域R1からR5で互いに直列接続された容量可変キャパシタC11、C12、C13、C14、C15を構成するものである。
(Embodiment 8)
Next, as an eighth embodiment of the present invention, the structure of a variable capacitance capacitor constituting the antenna device of the seventh embodiment will be described.
The first variable capacitance capacitor constituting the variable capacitance device for an antenna device according to the eighth embodiment of the present invention has three first capacitances formed at predetermined intervals as shown in the conceptual cross-sectional explanatory diagram of FIG. One capacitive electrode 111a, 111b, 111c, a dielectric layer 112 made of BST integrally formed on the first capacitive electrode 111a, 111b, 111c, and the first capacitive electrode 111a, 111b, 111c. And second capacitive electrodes 113a, 113b, 113c formed so as to overlap each other by a predetermined width a, and are connected in series in regions R1 to R5 where the first capacitive electrode and the second capacitive electrode overlap. The connected variable capacitance capacitors C11, C12, C13, C14, and C15 are configured.

この構成によれば、容易に効率よく、微細容量の容量可変キャパシタを形成することができる。
製造に際しても、BSTの形成工程が1回ですむため極めて容易に信頼性の高いデバイスを形成することができる。
According to this configuration, it is possible to easily and efficiently form a variable capacitance capacitor having a fine capacity.
In manufacturing, since the BST formation process is only required once, a highly reliable device can be formed very easily.

すなわち、BST、PZT等の強誘電体は印加直流電圧により誘電率が変化する。従って、印加直流電圧で容量値を制御する容量可変キャパシタを構成することができるが、これらの強誘電体は誘電率が大きく、微細面積化が困難な場合には小さな容量値を得るのが困難となることがある。このような場合には、複数個の容量可変キャパシタを直列接続することで、微細容量を得ることができる。   That is, the dielectric constant of a ferroelectric such as BST or PZT changes depending on the applied DC voltage. Therefore, it is possible to construct a variable capacitance capacitor that controls the capacitance value with the applied DC voltage. However, it is difficult to obtain a small capacitance value when these ferroelectrics have a large dielectric constant and it is difficult to reduce the area. It may become. In such a case, a fine capacitance can be obtained by connecting a plurality of variable capacitance capacitors in series.

例えば、BSTを誘電体層として用いた容量可変キャパシタC1が、5から10pFの範囲で可変であるとすると、例えば5分の1の容量値を得たいとすると電極面積を5分の1にする必要がある。しかしながら、フォトリソグラフィでそれ以上小さなパターン形成を行うのが困難な場合には、図14(b)に示すように、5個の容量可変キャパシタC11、C12、C13、C14、C15の直列接続体で構成する。これにより、1から2pFの微細容量で連続容量可変比2を得ることができる。   For example, if the capacitance variable capacitor C1 using BST as a dielectric layer is variable in the range of 5 to 10 pF, for example, if it is desired to obtain a capacitance value of 1/5, the electrode area is reduced to 1/5. There is a need. However, when it is difficult to form a smaller pattern by photolithography, as shown in FIG. 14B, a series connection body of five capacitance variable capacitors C11, C12, C13, C14, and C15 is used. Constitute. Thereby, the continuous capacitance variable ratio 2 can be obtained with a fine capacitance of 1 to 2 pF.

(実施の形態9)
次に、本発明の実施の形態9として、前記実施の形態7のアンテナ装置を構成する容量可変キャパシタの構造について説明する。
本発明の実施の形態9のアンテナ装置用の可変容量デバイスを構成する第1の容量可変キャパシタは、図13に概念断面説明図を示すように、積層構造で5個の容量可変キャパシタを形成したものである。
すなわち、前記実施の形態8では、5個の容量可変キャパシタを並べて配列し直列接続体を形成したがこの構造では、5個の容量可変キャパシタを積層配列し直列接続体を形成したものである。
この構成によれば、占有面積を低減することができる。また隣接電極は共通化することができるため、コンパクトな構造を得ることができる。
(Embodiment 9)
Next, as a ninth embodiment of the present invention, a structure of a variable capacitance capacitor constituting the antenna device of the seventh embodiment will be described.
The first variable capacitance capacitor constituting the variable capacitance device for an antenna device according to the ninth embodiment of the present invention has five capacitance variable capacitors formed in a laminated structure as shown in the conceptual cross-sectional explanatory diagram of FIG. Is.
That is, in the eighth embodiment, five capacitance variable capacitors are arranged side by side to form a series connection body, but in this structure, five capacitance variable capacitors are stacked to form a series connection body.
According to this configuration, the occupied area can be reduced. Further, since the adjacent electrodes can be shared, a compact structure can be obtained.

前記実施の形態のすべてにおいて、誘電体層を構成する材料としては、BST、PZTなどが適用可能である。
また、駆動部を構成する圧電薄膜としては、PZT、PLZT、AlN、ZnOなどが適用可能である。
また、基板表面を被覆する絶縁膜材料としてはSiO、SiNなどが適用可能であり、MEMS工程でエッチング除去する犠牲層として用いる場合にはエッチング選択比を考慮して材料を選択する必要がある。
さらにまた基板としてはシリコン(Si)を用いるのが望ましいがGaASなどの化合物半導体基板を用いてもよい。
In all of the above-described embodiments, BST, PZT, or the like can be applied as a material constituting the dielectric layer.
In addition, PZT, PLZT, AlN, ZnO, or the like can be applied as the piezoelectric thin film constituting the driving unit.
In addition, SiO 2 , SiN, or the like can be used as an insulating film material that covers the substrate surface. When used as a sacrificial layer that is removed by etching in the MEMS process, it is necessary to select the material in consideration of the etching selectivity. .
Furthermore, it is desirable to use silicon (Si) as the substrate, but a compound semiconductor substrate such as GaAS may be used.

また、前記実施の形態では、MEMSスイッチにおける可動電極121と固定電極123との接続部は金属同士で行ったが、可動電極121と固定電極123のうちいずれかの表面に酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜などの薄い絶縁膜を形成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the connection part of the movable electrode 121 and fixed electrode 123 in a MEMS switch was performed with metal, either a silicon oxide film or silicon nitride on the surface of the movable electrode 121 and the fixed electrode 123 is carried out. A thin insulating film such as a film may be formed.

また、前記実施の形態では、MEMSスイッチの駆動部は圧電素子で構成したが、静電力をもちいてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the drive part of the MEMS switch was comprised by the piezoelectric element, you may use an electrostatic force.

(実施の形態10)
次に、本発明の実施の形態10として、前記実施の形態1のアンテナ装置の変形例について説明する。前記実施の形態1では、第1および第2の容量可変キャパシタに接続する制御部を同一電位で制御したが、別途電圧生成回路を設け、第1及び第2の制御部で独立して制御するようにしてもよい。
(Embodiment 10)
Next, as a tenth embodiment of the present invention, a modification of the antenna device of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the control unit connected to the first and second capacitance variable capacitors is controlled with the same potential, but a separate voltage generation circuit is provided and controlled independently by the first and second control units. You may do it.

なお、前記実施の形態では2個の容量可変キャパシタを用いた例について説明したが、例えばn個の容量可変キャパシタとn―1個のMEMSスイッチを用いるなど、3個以上の容量可変キャパシタを用いた場合にも適用可能である。   In the above embodiment, an example using two capacitance variable capacitors has been described. However, for example, three or more capacitance variable capacitors are used, such as using n capacitance variable capacitors and n−1 MEMS switches. It is also applicable when

上記のように、MEMS技術を用いて製造するBSTキャパシタC1、C2及びスイッチSWによって可変容量デバイスを形成した結果、板状ループアンテナによる放射効率ηは、周波数帯域470〜770〔MHz〕において、図8に示す関係になる。図8は、放射効率と地上デジタル方法に用いる周波数帯域との関係を示す。板状ループアンテナによる放射効率ηは、600〔MHz〕において低下しているが、これは、可変容量デバイスにおけるスイッチSWを開放し、BSTキャパシタC1、C2を直列に接続したことによって、可変容量デバイス全体の等価直列抵抗Rsが増加するためである。しかし、この放射効率ηの低下は、極めて小さいため、本発明の実施の形態のアンテナ装置による地上デジタル放送波の送受信に与える影響はない。   As described above, as a result of forming the variable capacitance device by the BST capacitors C1 and C2 and the switch SW manufactured by using the MEMS technology, the radiation efficiency η by the plate loop antenna is shown in the frequency band 470 to 770 [MHz]. The relationship shown in FIG. FIG. 8 shows the relationship between the radiation efficiency and the frequency band used for the terrestrial digital method. The radiation efficiency η by the plate loop antenna decreases at 600 [MHz]. This is because the switch SW in the variable capacitance device is opened and the BST capacitors C1 and C2 are connected in series. This is because the entire equivalent series resistance Rs increases. However, since the decrease in the radiation efficiency η is extremely small, there is no influence on the transmission / reception of digital terrestrial broadcast waves by the antenna device according to the embodiment of the present invention.

以上、本発明の実施の形態のアンテナ装置によれば、BSTキャパシタを直列に接続した構成の可変容量デバイスによって、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができる。低い駆動電圧で周波数の整合を実現し、また、実装面積を抑えることができる本発明の実施の形態のアンテナ装置は、携帯端末装置に搭載されるアンテナ装置として要求される条件を満たしており、極めて有用である。   As described above, according to the antenna device of the embodiment of the present invention, transmission / reception in a wide frequency band can be realized by a variable capacitance device having a configuration in which BST capacitors are connected in series. The antenna device according to the embodiment of the present invention that achieves frequency matching with a low drive voltage and can reduce the mounting area satisfies the requirements for an antenna device mounted on a mobile terminal device, Very useful.

(実施の形態11)
上記実施の形態1乃至10ではBSTキャパシタを直列に接続した構成の可変容量デバイスを用いたが、本実施の形態では、一方のBSTキャパシタを、常誘電体薄膜を用いた容量固定キャパシタCsを用いるようにしたことを特徴とする。
次に、本発明の実施の形態11のアンテナ装置の等価回路を図15に示す。本実施の形態の可変容量デバイスでは、前記実施の形態1の容量絶縁膜として強誘電体薄膜を用いた容量可変キャパシタC1に代えて、常誘電体薄膜を用いた容量固定キャパシタCsを用いるようにしたことを特徴とする。すなわち、この容量固定キャパシタCsは、前記基板上に形成され、第1の電極と、第2の電極とで、常誘電体材料からなる誘電体薄膜を挟んだ薄膜素子であるものを含む。
(Embodiment 11)
In the first to tenth embodiments, a variable capacitance device having a configuration in which BST capacitors are connected in series is used. In this embodiment, one BST capacitor is a fixed capacitance capacitor Cs using a paraelectric thin film. It is characterized by doing so.
Next, FIG. 15 shows an equivalent circuit of the antenna device according to the eleventh embodiment of the present invention. In the variable capacitance device of the present embodiment, instead of the variable capacitance capacitor C1 using a ferroelectric thin film as the capacitive insulating film of the first embodiment, a fixed capacitance capacitor Cs using a paraelectric thin film is used. It is characterized by that. That is, the fixed capacitor Cs includes a thin film element that is formed on the substrate and sandwiches a dielectric thin film made of a paraelectric material between a first electrode and a second electrode.

このアンテナ装置は、図15に示すように、互いに直列接続された固定容量キャパシタCs及び容量可変キャパシタC2と、固定容量キャパシタCsに並列接続されたスイッチSWとを備えた可変容量部としての可変容量デバイスTDと、前記可変容量部に、両端を接続されたアンテナ素子ANTとを具備し、アンテナ素子の一方の端子は設置され、もう一方の端子は高周波集積処理回路RFICに接続されている。   As shown in FIG. 15, this antenna device includes a variable capacitor as a variable capacitor including a fixed capacitor Cs and a variable capacitor C2 connected in series to each other, and a switch SW connected in parallel to the fixed capacitor Cs. A device TD and an antenna element ANT having both ends connected to the variable capacitance section are provided. One terminal of the antenna element is installed, and the other terminal is connected to the high-frequency integrated processing circuit RFIC.

470〜770〔MHz〕程度の周波数帯域を確保するために、チューナブルデバイスTDの容量は、1.26〜3.39〔pF〕の範囲で変化する必要がある。このために、印加電圧Vtを1〔V〕から2〔V〕へ変化させたときに、次の容量に固定された固定容量キャパシタCs、及び次のように容量が変化する容量可変キャパシタC2を利用する。   In order to secure a frequency band of about 470 to 770 [MHz], the capacity of the tunable device TD needs to change in the range of 1.26 to 3.39 [pF]. For this purpose, when the applied voltage Vt is changed from 1 [V] to 2 [V], the fixed capacitance capacitor Cs fixed to the next capacitance and the capacitance variable capacitor C2 whose capacitance changes as follows. Use.

[固定容量キャパシタCs]
固定容量キャパシタCsは、4.00〔pF〕に容量が固定されている。
[容量可変キャパシタC2:スイッチSW短絡時]
1.82〜3.39〔pF〕に容量が変化する。なお、印加電圧Vtが1〔V〕のときに容量可変キャパシタC2の容量が3.39〔pF〕、印加電圧Vtが2〔V〕のときに容量可変キャパシタC2の容量が1.82〔pF〕になる。このとき、連続容量可変比は、3.39/1.82≒1.86になる。
[固定容量キャパシタCs、容量可変キャパシタC2の合成容量:スイッチSW開放時]
1.26〜1.82〔pF〕に容量が変化する。なお、印加電圧Vtが1〔V〕のときに合成容量が1.82〔pF〕、印加電圧Vtが2〔V〕のときに合成容量が1.26〔pF〕になる。
[Fixed capacitance capacitor Cs]
The fixed capacitor Cs has a fixed capacitance of 4.00 [pF].
[Capacitance variable capacitor C2: When switch SW is short-circuited]
The capacitance changes from 1.82 to 3.39 [pF]. The capacitance of the variable capacitance capacitor C2 is 3.39 [pF] when the applied voltage Vt is 1 [V], and the capacitance of the variable capacitance capacitor C2 is 1.82 [pF] when the applied voltage Vt is 2 [V]. 〕become. At this time, the continuous capacity variable ratio becomes 3.39 / 1.82≈1.86.
[Combined capacitance of fixed capacitor Cs and variable capacitor C2: When switch SW is opened]
The capacitance changes from 1.26 to 1.82 [pF]. When the applied voltage Vt is 1 [V], the combined capacity is 1.82 [pF], and when the applied voltage Vt is 2 [V], the combined capacity is 1.26 [pF].

このため、容量可変キャパシタC2の連続容量可変比が1.8以上であれば、スイッチSWを短絡、または開放して、固定容量キャパシタCs及び容量可変キャパシタC2、または容量可変キャパシタC2のみをループアンテナANTに接続することにより、容量可変キャパシタC2のみを接続したときは470〜650MHzの周波数帯域幅を、容量可変キャパシタC1及び容量可変キャパシタC2を接続したときは650〜770の周波数帯域幅を、それぞれ確保することができる。このようにして、広帯域のアンテナ装置を提供することができる。   For this reason, if the continuous capacitance variable ratio of the capacitance variable capacitor C2 is 1.8 or more, the switch SW is short-circuited or opened, and only the fixed capacitance capacitor Cs and the capacitance variable capacitor C2, or the capacitance variable capacitor C2 is a loop antenna. By connecting to the ANT, the frequency bandwidth of 470 to 650 MHz is obtained when only the capacitance variable capacitor C2 is connected, and the frequency bandwidth of 650 to 770 is obtained when the capacitance variable capacitor C1 and the capacitance variable capacitor C2 are connected. Can be secured. In this way, a broadband antenna device can be provided.

この構成によれば、製造が容易で、かつ小型化が可能となる。また、第1及び第2の電極は容量可変キャパシタと同一工程で形成することができ、誘電体薄膜のみを変更すればよいため、製造が容易で、かつ小型化が可能である。さらにまた強誘電体薄膜に比べて低抵抗であるため、寄生抵抗の低減をはかることができる。   According to this structure, manufacture is easy and size reduction is attained. In addition, the first and second electrodes can be formed in the same process as the capacitance variable capacitor, and only the dielectric thin film needs to be changed. Therefore, manufacturing is easy and miniaturization is possible. Furthermore, since the resistance is lower than that of the ferroelectric thin film, the parasitic resistance can be reduced.

本発明の可変容量デバイスによれば、連続容量可変比が高く、微細で信頼性の高いものであるため、複数の周波数帯域または帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができ、広帯域化と高放射効率を実現することを目的とする無線端末などの情報通信機器におけるフィルタやアンテナ装置の分野において有用である。   According to the variable capacitance device of the present invention, since the continuous capacitance variable ratio is high, and it is fine and highly reliable, transmission / reception in a plurality of frequency bands or a wide frequency band can be realized. It is useful in the field of filters and antenna devices in information communication equipment such as wireless terminals for the purpose of realizing high radiation efficiency.

本発明の実施の形態1の可変容量デバイスを用いたアンテナ装置を示す等価回路図1 is an equivalent circuit diagram illustrating an antenna device using the variable capacitance device according to the first embodiment of the present invention. 一つの容量可変キャパシタにより構成されるチューナブルデバイスの等価回路(参考例)Equivalent circuit of a tunable device composed of one variable capacitor (reference example) 放射効率と等価直列抵抗との関係Relationship between radiation efficiency and equivalent series resistance 同装置の可変容量デバイスを構成する半導体チップを示す図、(a)は上面図、(b)は下面図The figure which shows the semiconductor chip which comprises the variable capacitance device of the apparatus, (a) is a top view, (b) is a bottom view 図4のA−A断面図AA sectional view of FIG. 図4の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す図、(a)は図4のB−B断面図、(b)は上面図4A and 4B are views showing a MEMS switch of the variable capacitance device of FIG. 4, FIG. 同可変容量デバイスに用いられる容量可変キャパシタの誘電体層の比誘電率と印加電界との関係を示す図The figure which shows the relationship between the relative dielectric constant of the dielectric layer of the capacitance variable capacitor used for the variable capacitance device, and the applied electric field 放射効率と地上デジタル方法に用いる周波数帯域との関係Relationship between radiation efficiency and frequency band used for terrestrial digital method 本発明の実施の形態2の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す図、(a)は上面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は(a)のB−B断面図The figure which shows the MEMS switch of the variable capacity device of Embodiment 2 of this invention, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) is BB of (a). Cross section 本発明の実施の形態3の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す図、(a)は上面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は(a)のB−B断面図The figure which shows the MEMS switch of the variable capacity device of Embodiment 3 of this invention, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) is BB of (a). Cross section 本発明の実施の形態4の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す図、(a)は上面図、(b)は(a)のA−A断面図The figure which shows the MEMS switch of the variable capacitance device of Embodiment 4 of this invention, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a). 本発明の実施の形態5の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す図、(a)は上面図、(b)は(a)のA−A断面図The figure which shows the MEMS switch of the variable capacitance device of Embodiment 5 of this invention, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a). 本発明の実施の形態6の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す図、(a)は上面図、(b)は(a)のA−A断面図The figure which shows the MEMS switch of the variable capacitance device of Embodiment 6 of this invention, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a). 本発明の実施の形態7の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す説明図、(a)は回路概要図、(b)は(a)の要部詳細図Explanatory drawing which shows the MEMS switch of the variable capacitance device of Embodiment 7 of this invention, (a) is a circuit schematic diagram, (b) is a principal part detail drawing of (a). 本発明の実施の形態8の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す概念断面図Sectional drawing which shows the MEMS switch of the variable capacitance device of Embodiment 8 of this invention 本発明の実施の形態9の可変容量デバイスのMEMSスイッチを示す概念断面図Conceptual sectional view showing the MEMS switch of the variable capacitance device according to the ninth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態11の可変容量デバイスを用いたアンテナ装置を示す等価回路図Equivalent circuit diagram showing an antenna apparatus using the variable capacitance device according to the eleventh embodiment of the present invention.

ANT ループアンテナ
C1、C2 容量可変キャパシタ
TD 可変容量デバイス
SW MEMSスイッチ
100 シリコン基板
110a、110b 容量可変キャパシタ
111a、111b 第1の容量電極
112a、112b 強誘電体層
113a、113b 第2の容量電極
120 スイッチ
121 可動電極
121S 突起部(バンプ)
122 MEMSスイッチ本体
122n 根元部
123 固定電極
130 駆動部
ANT Loop antenna C1, C2 Capacitance variable capacitor TD Variable capacitance device SW MEMS switch 100 Silicon substrates 110a, 110b Capacitance variable capacitors 111a, 111b First capacitance electrodes 112a, 112b Ferroelectric layers 113a, 113b Second capacitance electrodes 120 switches 121 Movable electrode 121S Protrusion (bump)
122 MEMS switch body 122n Root part 123 Fixed electrode 130 Drive part

Claims (25)

強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタと、
前記容量可変キャパシタと直列に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと並列に接続されたスイッチとを具備した可変容量デバイス。
A variable capacitance capacitor using a ferroelectric material;
A capacitor connected in series with the variable capacitance capacitor;
A variable capacitance device comprising a switch connected in parallel with the capacitor.
請求項1に記載の可変容量デバイスであって、
前記容量可変キャパシタが、前記基板上に形成され、第1の電極と、第2の電極とで、強誘電体材料からなる誘電体薄膜を挟んだ薄膜素子で構成された可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 1,
The variable capacitance device, wherein the capacitance variable capacitor is formed on the substrate, and includes a thin film element in which a dielectric thin film made of a ferroelectric material is sandwiched between a first electrode and a second electrode.
請求項1または2に記載の可変容量デバイスであって、
前記キャパシタは、前記基板上に形成され、第1の電極と、第2の電極とで、常誘電体材料からなる誘電体薄膜を挟んだ薄膜素子である可変容量デバイス。
The variable capacity device according to claim 1 or 2,
The capacitor is a variable capacitance device which is a thin film element formed on the substrate and sandwiching a dielectric thin film made of a paraelectric material between a first electrode and a second electrode.
請求項1乃至3のいずれかに記載の可変容量デバイスであって、
前記容量可変キャパシタの連続容量可変比は、2.7未満である可変容量デバイス。
The variable capacity device according to any one of claims 1 to 3,
The variable capacitance device wherein a continuous capacitance variable ratio of the capacitance variable capacitor is less than 2.7.
請求項4に記載の可変容量デバイスであって、
前記容量可変キャパシタの連続容量可変比は、1.6以上である可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 4,
A variable capacitance device having a continuous capacitance variable ratio of the capacitance variable capacitor of 1.6 or more.
請求項1乃至5のいずれかに記載の可変容量デバイスであって、
前記スイッチは、駆動部によって変位可能に形成されたスイッチ本体と、前記スイッチ本体に形成された可動電極と、前記可動電極に対向するように前記基板表面に形成された固定電極とを具備した可変容量デバイス。
A variable capacitance device according to any one of claims 1 to 5,
The switch includes a switch main body formed to be displaceable by a driving unit, a movable electrode formed on the switch main body, and a fixed electrode formed on the substrate surface so as to face the movable electrode. Capacity device.
請求項6に記載の可変容量デバイスであって、
前記駆動部は、前記スイッチ本体に取り付けられた圧電素子である可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 6,
The drive unit is a variable capacitance device that is a piezoelectric element attached to the switch body.
請求項7に記載の可変容量デバイスであって、
前記駆動部は、前記スイッチ本体上に形成された第1の駆動電極と、前記第1の駆動電極の上層に形成された圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に形成された第2の駆動電極とで構成された可変容量デバイス。
The variable capacity device according to claim 7,
The drive unit includes a first drive electrode formed on the switch body, a piezoelectric thin film formed on an upper layer of the first drive electrode, and a second drive formed on the piezoelectric thin film. A variable capacitance device composed of electrodes.
請求項8に記載の可変容量デバイスであって、
前記圧電体薄膜は、PZTである可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 8, wherein
The piezoelectric thin film is a variable capacitance device that is PZT.
請求項6に記載の可変容量デバイスであって、
前記駆動部は、前記スイッチ本体に取り付けられた静電駆動素子である可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 6,
The drive unit is a variable capacitance device that is an electrostatic drive element attached to the switch body.
請求項2乃至10のいずれかに記載の可変容量デバイスであって、
前記誘電体薄膜は、BST(チタン酸バリウムストロンチウム)である可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to any one of claims 2 to 10,
The dielectric thin film is a variable capacitance device which is BST (barium strontium titanate).
請求項2乃至10のいずれかに記載の可変容量デバイスであって、
前記誘電体薄膜は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)である可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to any one of claims 2 to 10,
The dielectric thin film is a variable capacitance device which is PZT (lead zirconate titanate).
請求項6に記載の可変容量デバイスであって、
前記スイッチ本体は、片持ち梁である可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 6,
The switch body is a variable capacitance device that is a cantilever.
)
請求項6に記載の可変容量デバイスであって、
前記スイッチ本体は、両持ち梁である可変容量デバイス。
)
The variable capacitance device according to claim 6,
The switch body is a variable capacitance device that is a doubly supported beam.
請求項6に記載の可変容量デバイスであって、
前記スイッチ本体は、枠状に形成された固定部と、前記固定部から伸長する変位部とで構成された可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 6,
The switch body is a variable capacitance device including a fixed portion formed in a frame shape and a displacement portion extending from the fixed portion.
請求項15に記載の可変容量デバイスであって、
前記スイッチ本体は、変位部は、前記固定部から伸長する十字状の梁部であり、前記十字状の中心に前記可動電極の接点が設けられた可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 15,
The switch body is a variable capacitance device in which the displacement portion is a cross-shaped beam portion extending from the fixed portion, and a contact point of the movable electrode is provided at the center of the cross-shape.
請求項6に記載の可変容量デバイスであって、
前記スイッチ本体は、周縁部を固定された円盤状体であり、前記円盤状体の中心に前記可動電極の接点が設けられた可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 6,
The switch body is a disk-shaped body having a fixed peripheral edge, and a variable capacitance device in which a contact point of the movable electrode is provided at the center of the disk-shaped body.
請求項15乃至17のいずれかに記載の可変容量デバイスであって、
前記固定部と前記変位部との境界部に、前記変位部の変位を補助する変位補助部を具備した可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to any one of claims 15 to 17,
A variable capacitance device comprising a displacement assisting part for assisting displacement of the displacement part at a boundary part between the fixed part and the displacement part.
請求項18に記載の可変容量デバイスであって、
前記変位補助部は、貫通穴である可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 18, comprising:
The displacement assisting unit is a variable capacitance device that is a through hole.
請求項18に記載の可変容量デバイスであって、
前記変位補助部は、肉薄部である可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 18, comprising:
The displacement assisting part is a variable capacitance device that is a thin part.
請求項1乃至20のいずれかに記載の可変容量デバイスであって、
前記可変容量デバイスは同一基板上に形成されたモノリシックデバイスである可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to any one of claims 1 to 20,
The variable capacitance device is a variable capacitance device that is a monolithic device formed on the same substrate.
請求項1に記載の可変容量デバイスであって、
前記容量可変キャパシタは、複数の容量可変キャパシタの直列接続体で構成した可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 1,
The variable capacitance capacitor is a variable capacitance device configured by connecting a plurality of variable capacitance capacitors in series.
請求項22に記載の可変容量デバイスであって、
前記容量可変キャパシタは、所定の間隔で配設された少なくとも2つの第1の容量電極と、前記第1の容量電極の上層に一体的に形成された強誘電体薄膜と、前記強誘電体薄膜の上層に前記第1の容量電極と一部領域で重なるように形成された少なくとも2つの第2の容量電極とで構成された可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 22,
The capacitance variable capacitor includes at least two first capacitance electrodes arranged at a predetermined interval, a ferroelectric thin film integrally formed on an upper layer of the first capacitance electrode, and the ferroelectric thin film A variable capacitance device comprising at least two second capacitance electrodes formed on the upper layer so as to overlap the first capacitance electrode in a partial region.
請求項22に記載の可変容量デバイスであって、
前記容量可変キャパシタは、3つ以上の容量電極と、各容量電極間に挟持された強誘電体薄膜とで構成された可変容量デバイス。
The variable capacitance device according to claim 22,
The variable capacitance capacitor is a variable capacitance device including three or more capacitance electrodes and a ferroelectric thin film sandwiched between the capacitance electrodes.
請求項1から24のいずれかに記載の可変容量デバイスを備えた携帯端末。   A mobile terminal comprising the variable capacitance device according to claim 1.
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