JP2010109035A - Variable capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は可変コンデンサに関し、詳しくは、低周波信号カット用コンデンサと可変コンデンサを組み合わせた低周波信号カットコンデンサ付き可変コンデンサに関する。 The present invention relates to a variable capacitor, and more particularly to a variable capacitor with a low frequency signal cut capacitor in which a low frequency signal cut capacitor and a variable capacitor are combined.
従来、制御電圧の印加により誘電率が変化する誘電体層を有する可変コンデンサが提供されている。この可変コンデンサの誘電体層には、(Ba,Sr)TiO3など容量変化率の高い強誘電体系薄膜材料が用いられる。電極間に誘電体層を挟持する容量部が並行平板(MIM)型の可変コンデンサでは、単一のスルーホールを介して上部及び下部電極が引き出され、外部回路に接続される。上部及び下部電極には、誘電体薄膜形成時の高温酸化雰囲気に対する耐性はあるが比抵抗の高いPtなどの材料が用いられている。 Conventionally, a variable capacitor having a dielectric layer whose dielectric constant is changed by application of a control voltage has been provided. A ferroelectric thin film material having a high capacitance change rate such as (Ba, Sr) TiO 3 is used for the dielectric layer of the variable capacitor. In a variable capacitor having a parallel plate (MIM) type capacitor that sandwiches a dielectric layer between electrodes, the upper and lower electrodes are drawn through a single through hole and connected to an external circuit. For the upper and lower electrodes, a material such as Pt that is resistant to a high-temperature oxidizing atmosphere during formation of the dielectric thin film but has a high specific resistance is used.
可変コンデンサを可変フィルタなどとして機能させて使用する場合は、制御電圧がRF(Radio Frequency)回路に影響を与えないように、低周波信号(DC含む)カット用コンデンサと組み合わせて使用する必要がある。そこで、低周波信号カット用コンデンサを可変コンデンサ素子部と同時に作り込み、1部品とすることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
すなわち、実使用回路においては、制御電圧(DC電圧)が高周波回路に影響を及ぼすのを防ぐため、図1に示すように、可変コンデンサ部6と高周波回路の間に1nF程度の低周波信号カット用コンデンサ部8,8a,8bが必要となる。図1において、端子2は高周波回路の入力端子に接続され、端子3は高周波回路の出力端子に接続される。端子4,4a,4bには、制御電圧(DC電圧)が印加される。
That is, in the actual use circuit, in order to prevent the control voltage (DC voltage) from affecting the high frequency circuit, as shown in FIG. 1, a low frequency signal cut of about 1 nF is provided between the
高周波用可変コンデンサの容量発生部面積は、数十から数百μm2(<30μm×30μm)程度であり、高い加工精度が要求される反面、占有面積が小さいため、他の機能を同時に形成することは容易である。 The capacity generating area of the high frequency variable capacitor is about several tens to several hundreds μm 2 (<30 μm × 30 μm). While high processing accuracy is required, the occupied area is small, so other functions are formed simultaneously. It is easy.
そのため、同時に1nF程度の低周波信号カット用コンデンサを作り込むことは大きなプロセス変更をする必要もなく、容易にできるため、実装面積・体積の縮小に有用である。また可変コンデンサの高周波での損失は、誘電ロス以外に導電ロスにも強く影響を受けているため、低周波信号カット用コンデンサを同じチップに作り込むことで、配線引き回しの導電ロス低減効果がある。 Therefore, it is useful to reduce the mounting area and volume since it is easy to make a low frequency signal cut capacitor of about 1 nF at the same time without requiring a large process change. In addition, the loss at high frequency of the variable capacitor is strongly influenced by the conductive loss as well as the dielectric loss. Therefore, by building the low-frequency signal cut capacitor on the same chip, there is an effect of reducing the conductive loss due to wiring. .
以上のような背景のもと、後述する比較例1のような素子構造が考えられる。すなわち、図8の平面図に示すように、低周波信号カット用コンデンサ部8xは、可変コンデンサ部6xと外部端子12との間にレイアウトされる。このような素子構造において、導電ロスの主原因は、各コンデンサ部6x,8xの上部電極及び下部電極を形成する電極層のみで配線されている部分である。コンデンサ部6x,8xの上部電極及び下部電極を構成する電極層は、一般に、高温での耐酸化性が高いPt,Pdなどが用いられ、Cuなど低抵抗材料で形成される引き出し電極32x,34xと比較して電気抵抗が高くなる。
Based on the background as described above, an element structure as in Comparative Example 1 described later is conceivable. That is, as shown in the plan view of FIG. 8, the low frequency signal
本発明は、かかる実情に鑑み、低周波信号カット用コンデンサ部と可変コンデンサ部とを組み合わせた1つの部品として導電ロスが少なくなる可変コンデンサを提供しようとするものである。 In view of such a situation, the present invention intends to provide a variable capacitor in which a conductive loss is reduced as one component in which a low frequency signal cut capacitor unit and a variable capacitor unit are combined.
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した可変コンデンサを提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a variable capacitor configured as follows.
可変コンデンサは、(a)一対の電極層と、(b)該一対の電極層の間に挟持され、制御電圧の印加により誘電率が変化する誘電体層と、(c)前記一対の電極層と前記誘電体層とによって形成された、複数のコンデンサ部とを備える。前記複数のコンデンサ部は、制御電圧の印加により容量が変化する可変コンデンサ部と、前記可変コンデンサ部以外の低周波信号カット用コンデンサ部とを、少なくとも1つずつ含む。少なくとも一つの前記低周波信号カット用コンデンサ部は、少なくとも一つの前記可変コンデンサ部の外周を取り囲むように、当該可変コンデンサ部の外側に形成されている。 The variable capacitor includes: (a) a pair of electrode layers; (b) a dielectric layer that is sandwiched between the pair of electrode layers and changes a dielectric constant when a control voltage is applied; and (c) the pair of electrode layers. And a plurality of capacitor portions formed by the dielectric layer. The plurality of capacitor units include at least one variable capacitor unit whose capacitance is changed by application of a control voltage and one low frequency signal cut capacitor unit other than the variable capacitor unit. At least one of the low-frequency signal cut capacitor portions is formed outside the variable capacitor portion so as to surround an outer periphery of the at least one variable capacitor portion.
上記構成において、低周波信号カット用コンデンサ部の内側に可変コンデンサ部が形成され、低周波信号カット用コンデンサ部と可変コンデンサ部のそれぞれの一方の電極部を形成する同一の電極層は、それぞれの電極部間を全周に渡って短い距離で接続する。そのため、低周波信号カット用コンデンサ部と可変コンデンサ部とが並んで形成され、低周波信号カット用コンデンサ部と可変コンデンサ部のそれぞれの一方の電極部を形成する同一の電極層が、それぞれの電極部間を接続する構成と比べると、電流パスが短くなる。したがって、導電ロスを低減することができる。 In the above configuration, the variable capacitor portion is formed inside the low frequency signal cut capacitor portion, and the same electrode layer forming one electrode portion of each of the low frequency signal cut capacitor portion and the variable capacitor portion is The electrodes are connected at a short distance over the entire circumference. Therefore, the low frequency signal cut capacitor part and the variable capacitor part are formed side by side, and the same electrode layer forming one electrode part of each of the low frequency signal cut capacitor part and the variable capacitor part is provided for each electrode. Compared with a configuration in which the units are connected, the current path is shortened. Therefore, the conductive loss can be reduced.
好ましくは、前記一対の電極層及び前記誘電体層に関して同じ側に形成された一対の外部端子の間に、2以上の自然数nの倍数である2n個の前記コンデンサ部が直列に接続されている。 Preferably, 2n capacitor parts that are multiples of two or more natural numbers n are connected in series between a pair of external terminals formed on the same side with respect to the pair of electrode layers and the dielectric layer. .
上記構成とは異なり、一対の外部端子の間に2n+1個のコンデンサ部が直列に接続されている場合には、コンデンサ部は一対の電極層の間をn往復半とするように形成され、直列に接続されたコンデンサ部と外部端子との間には、一対の電極層の間を半往復分延在する配線を形成する必要がある。 Unlike the above configuration, when 2n + 1 capacitor parts are connected in series between a pair of external terminals, the capacitor part is formed so as to be half a reciprocal half between a pair of electrode layers. Between the capacitor portion connected to the external terminal and the external terminal, it is necessary to form a wiring that extends halfway between the pair of electrode layers.
これに対し、一対の外部端子の間に2n個のコンデンサ部が直列に接続される場合には、i=2,3,・・・,2n−2とすると、一方の外部端子側からi番目に接続されるコンデンサ部とi+1番目に接続されるコンデンサ部とが一方の電極層側で接続され、i+1番目に接続されるコンデンサ部とi+2番目に接続されるコンデンサ部とが他方の電極層側で接続されるようにして、コンデンサ部が一対の電極層の間をn往復するように直列に接続できるので、一対の外部端子とコンデンサ部との間の電流パスを短くすることができる。 On the other hand, when 2n capacitor parts are connected in series between a pair of external terminals, i = 2, 3,..., 2n−2, i-th from one external terminal side. The capacitor part connected to the i + 1 and the capacitor part connected to the (i + 1) th are connected on one electrode layer side, and the capacitor part connected to the (i + 1) th and the capacitor part connected to the (i + 2) th are on the other electrode layer side Since the capacitor portion can be connected in series so as to reciprocate between the pair of electrode layers, the current path between the pair of external terminals and the capacitor portion can be shortened.
したがって、導電ロスをより小さくすることができる。 Therefore, the conductive loss can be further reduced.
本発明の可変コンデンサは、低周波信号カット用コンデンサ部と可変コンデンサ部とを組み合わせた1つの部品として導電ロスが少なくなる。 In the variable capacitor of the present invention, the conductive loss is reduced as one component in which the low frequency signal cut capacitor unit and the variable capacitor unit are combined.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図16を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
<実施例1> 実施例1の可変コンデンサについて、図1〜図9を参照しながら説明する。 Example 1 A variable capacitor of Example 1 will be described with reference to FIGS.
図2は、実施例1の可変コンデンサ10の平面図である。図2に示すように、実施例1の可変コンデンサ10の上面には、一対の外部端子12,14と、制御電圧を印加する制御電圧印加部16とが形成されており、他の部分は表面保護膜19で覆われている。
FIG. 2 is a plan view of the
可変コンデンサ10の内部には、斜線を付した複数のコンデンサ部6,8が形成されている。すなわち、上部電極層26と下部電極層22との間に、制御電圧の印加により誘電率が変化する薄膜の誘電体層24(図2では図示せず)が挟持されており、上部電極層26及び下部電極層22と誘電体層24とがパターン加工されて、可変コンデンサ部6と低周波信号カット用コンデンサ部8とが形成されている。低周波信号カット用コンデンサ部8は、可変コンデンサ部6の外周を取り囲むように、可変コンデンサ部6の外側に形成されている。
Inside the
下部電極層22は円形に形成されており、その一部によって可変コンデンサ部6の下部電極と低周波信号カット用コンデンサ部8の下部電極とが形成されている。下部電極層22は、制御電圧印加部16に電気的に接続されている。
The
上部電極層26は、斜線を付した可変コンデンサ部6の上部電極となる部分と、斜線を付した低周波信号カット用コンデンサ部8の上部電極となる部分とが離れて形成されており、それぞれ、引き出し電極32,34を介して外部端子12,14に接続されている。
The
可変コンデンサ10は、図1(a)の等価回路図と同様に、一対の外部端子12,14の間に、低周波信号カット用コンデンサ部8と可変コンデンサ部6とが直列に接続され、低周波信号カット用コンデンサ部8と可変コンデンサ部6との接続点に制御電圧印加部16が接続されている。例えば、一方の外部端子12はRF回路の入力端子に接続され、他方の外部端子14は接地される。制御電圧印加部16に印加される電圧に応じて、可変コンデンサ部6の容量が変化する。
As in the equivalent circuit diagram of FIG. 1A, the
次に、可変コンデンサ10の作製方法について、図3〜図5を参照しながら説明する。図3及び図4は、図2の線A−Aに沿って切断した断面について製造工程を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図3(a)に示すように、基板20の表面20aに、密着層21、下部電極層22、誘電体層24、上部電極層26を成膜して、積層体を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, an
具体的には、表面20aにSiO2膜が形成されたSiO2/Si基板20の表面20a上に、化学溶液堆積(CSD)法により密着層21としてBa0.7Sr0.3TiO3(BST)薄膜を形成する。詳しくは、化学量論組成のBST原料溶液をSiO2膜上に塗布し、350℃のホットプレート上で乾燥させ、650℃、30minの熱処理により結晶化させてBST薄膜を得る。次いで、密着層21のBST薄膜上にRFマグネトロンスパッタ法により膜厚300nmのPt膜を成膜し、下部電極層22とする。次いで、下部電極層22のPt膜上に、密着層21のBST薄膜と同様に、CSD法によりBST薄膜を成膜し、誘電体層24とする。すなわち、原料溶液を下部電極層22上に塗布し、350℃のホットプレート上で乾燥させ、650℃、30minの熱処理により結晶化させてBST薄膜の誘電体層24を得る。次いで、誘電体層24のBST薄膜上にRFマグネトロンスパッタ法で膜厚300nmのPt膜を成膜し、第1の上部電極層とする。次いで、得られた積層構造を800℃、30minの条件で熱処理する。次いで、上部電極層26を低抵抗化するため、第1の上部電極層上に第2の上部電極層を形成する。詳しくは、RFマグネトロンスパッタ法により、Ti(10nm)、Cu(500nm)を順次成膜する。すなわち、上部電極層26は、Pt/Ti/Cuで形成される。
Specifically, on the
次いで、図3(b)に示すように、積層体の上部電極層26、誘電体層24、下部電極層22及び密着層21をパターニング加工して、可変コンデンサ部6と低周波信号カット用コンデンサ部8のキャパシタ構造を形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (b), the
このとき、上部電極層26のパターニング加工により、可変コンデンサ部6の上部電極26pと、低周波信号カット用コンデンサ部8の上部電極26qとを形成する。図5の要部平面図に示すように、可変コンデンサ部6の上部電極26pは円形に形成し、低周波信号カット用コンデンサ部8の上部電極26qは、可変コンデンサ部6の上部電極26pの外周26aを、全周に渡って隙間26bを設けて取り囲むドーナツ形状に形成する。
At this time, the
具体的には、積層体の上部電極層26の上に、フォトリソグラフィ法によってレジストマスクを形成した後、Arイオンミリング法により上部電極層26とその下の誘電体層24、下部電極層22と順次ドライエッチングし、図3(b)に示すように、可変コンデンサ部6と低周波信号カット用コンデンサ部8との2つのキャパシタ構造を形成する。
Specifically, after a resist mask is formed on the
次いで、図3(c)に示すように、基板20の表面20a及びキャパシタ構造を覆う絶縁保護膜28を形成し、その上に、開口29a,29bを有する有機保護膜29を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, an insulating
具体的には、絶縁保護膜28として、窒化シリコン(SiNX)膜をスパッタリング法により膜厚300nmとなるように成膜する。次いで、ポリイミド樹脂からなる有機保護膜29をSiNx膜上に形成する。具体的には感光性樹脂材料をスピンコートで塗布し、125℃で5分間加熱し、露光、現像工程を経て350℃で1時間加熱を行い、図3(c)に示すように開口29a,29bを有する膜厚2μmのポリイミド膜の有機絶縁膜29を形成する。
Specifically, as the insulating
次いで、図3(d)において矢印29xで示すように、有機保護膜29を介してエッチング加工を行い、絶縁保護膜28に、有機保護膜29の開口29a,29bに連通し、可変コンデンサ部6の上部電極26p又は低周波信号カット用コンデンサ部8の上部電極26qが露出する開口29a,29bを形成する。
Next, as shown by an
具体的には、ポリイミド膜の有機保護膜29をマスクとして、CHF3ガスを用いてSiNX膜の絶縁保護膜28をドライエッチングし、図3(d)に示すように、上部電極26p,26qの一部を露出させる。
Specifically, using the organic
次いで、図4(e)に示すように、可変コンデンサ部6の上部電極26p又は低周波信号カット用コンデンサ部8の上部電極26qに接続され、絶縁保護膜28の開口28a,28b及び有機保護膜29の開口29a,29bから有機保護膜29の上面29sに延在する引き出し電極32,34を形成する。
Next, as shown in FIG. 4E, the
具体的には、RFマグネトロンスパッタ法により、Ti(100nm)、Cu(2000nm)を順次成膜した後、フォトリソグラフィ法によってレジストマスクを形成し、Arイオンミリング法によりエッチングしてCu/Tiからなる引き出し電極32,34を形成する。
Specifically, Ti (100 nm) and Cu (2000 nm) are sequentially formed by RF magnetron sputtering, then a resist mask is formed by photolithography, and etching is performed by Ar ion milling to form Cu /
次いで、図4(f)に示すように、有機保護膜29の上面29sと引き出し電極32,34とを覆い、引き出し電極32,34の一部が露出する開口19a,19bを有する表面保護膜19を形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (f), the surface
具体的には、感光性樹脂原料をスピンコートで塗布し、125℃で5分間加熱し、露光、現像工程を経て350℃で1時間キュアを行い、開口19a,19bを有する膜厚2μmのポリイミド膜の表面保護膜19を形成する。
Specifically, a photosensitive resin material is applied by spin coating, heated at 125 ° C. for 5 minutes, cured by exposure and development steps at 350 ° C. for 1 hour, and a polyimide film having a thickness of 2
最後に、表面保護膜19の開口19a,19bから露出する引き出し電極32,34上にメッキ等により外部端子12,14を形成し、可変コンデンサ10が完成する。
Finally, the
なお、制御電圧印加部16についても、外部端子12,14と同様に形成する。すなわち、図3(b)に示された、上部電極・誘電体膜・下部電極の加工を行うときに、下部電極22が最表層となる、制御電圧印加用外部電極接続部を設ける。そこに可変容量部らと一括でSiNX保護膜形成→ポリイミド膜形成→開口部形成→Cu/Ti引き出し電極形成→表面保護膜形成→外部接続端子形成を行う。上記のように、プロセス変更を行うことなくパターン変更のみを行うので、制御電圧印加部が形成される。
The control
次に、実施例1の変形例及び比較例について説明する。以下では、実施例1と同じ構成部分には同じ符号を用い、実施例1との相違点を中心に説明する。 Next, a modified example and a comparative example of Example 1 will be described. In the following, the same reference numerals are used for the same components as in the first embodiment, and differences from the first embodiment will be mainly described.
図6は、変形例1の可変コンデンサ10aの平面図である。図6に示すように、変形例1の可変コンデンサ10aは、実施例1の構成に、低周波信号カット用コンデンサ部8aと、制御電圧印加部18とが追加されており、2つの低周波信号カット用コンデンサ部8,8aと、1つの可変コンデンサ部6とを備えている。
FIG. 6 is a plan view of the
追加された低周波信号カット用コンデンサ部8aは、低周波信号カット用コンデンサ部8と同じく、上部電極層26sと下部電極層22sとの間に誘電体層(図示せず)が挟まれた構成である。低周波信号カット用コンデンサ部8aの上部電極を形成する上部電極層26sは、引き出し電極36sを介して、可変コンデンサ部6の上部電極に接続されている。追加された制御電圧印加部18は、この引き出し電極36sを介して、可変コンデンサ部6の上部電極に接続されている。追加された低周波信号カット用コンデンサ部8aの下部電極を形成する下部電極層22sは、引き出し電極34aを介して他方の外部端子14に接続されている。
The added low frequency signal
変形例1の可変コンデンサ10aは、図1(b)の等価回路図と同様に、低周波信号カット用コンデンサ部8,8aの間に可変コンデンサ部6が直列に接続され、可変コンデンサ部6の両端が制御電圧印加部16,18にそれぞれ接続されている。
As in the equivalent circuit diagram of FIG. 1 (b), the
図7は、変形例2の可変コンデンサ10bの平面図である。図7に示すように、変形例2の可変コンデンサ10bは、実施例1の構成に、可変コンデンサ部6t、低周波信号カット用コンデンサ部8b及び制御電圧印加部18が追加されている。すなわち、2つの低周波信号カット用コンデンサ部8,8bと、2つの可変コンデンサ部6,6tとを備えている。
FIG. 7 is a plan view of the
追加された可変コンデンサ部6tと低周波信号カット用コンデンサ部8bとは、可変コンデンサ部6及び低周波信号カット用コンデンサ部8と同じ構成であり、上部電極層26tと下部電極層22tとの間に誘電体層(図示せず)が挟まれ、可変コンデンサ部6tの外周を低周波信号カット用コンデンサ部8bが取り囲むように形成されている。
The added
可変コンデンサ部6,6tの上部電極は、引き出し電極36tを介して接続されている。この引き出し電極36tに、追加された制御電圧印加部18が電気的に接続されている。
The upper electrodes of the
追加された可変コンデンサ部6tの下部電極と追加された低周波信号カット用コンデンサ部8bの下部電極とは、共通の下部電極層22tによって形成され、互いに電気的に接続されている。追加された低周波信号カット用コンデンサ部8bの上部電極を形成する上部電極層26tは、引き出し電極34bを介して、他方の外部端子14に接続されている。
The added lower electrode of the
制御電圧印加部16は、追加された可変コンデンサ部6tの下部電極を形成する下部電極層22tにも、電気的に接続されている。
The control
図8は、比較例1のコンデンサ10xの平面図である。図8に示すように、比較例1の可変コンデンサ10xは、1つの可変コンデンサ部6xと1つの低周波信号カット用コンデンサ部8xとを備える。比較例1の可変コンデンサ10xは、実施例1とは異なり、可変コンデンサ部6xが低周波信号カット用コンデンサ部8xの外側に形成されている。
FIG. 8 is a plan view of the
図9は、比較例2の可変コンデンサ10yの平面図である。図9に示すように、比較例2の可変コンデンサ10yは、1つの可変コンデンサ部6xと2つの低周波信号カット用コンデンサ部8x,8yとを備える。比較例2の可変コンデンサは、図6の変形例1とは異なり、可変コンデンサ部6xが低周波信号カット用コンデンサ部8x,8yの外側に形成されている。
FIG. 9 is a plan view of the
次の表1は、低周波信号カット用コンデンサ部の外側に可変コンデンサ部を配置する従来構造の比較例1(図8)及び比較例2(図10)と、低周波信号カット用コンデンサ部の内側に可変コンデンサ部を配置する本発明の構造の実施例1(図2)、変形例1(図6)及び変形例2(図7)とについて、有限要素法により2GHzにおける外部端子間の抵抗Rsを計算した結果を示す。なお、図2と図8で、低周波信号カット用コンデンサ部の形状が異なっているが、抵抗値の計算にはほとんど影響がない。
表1から、本発明の構造(実施例1、変形例1及び変形例2)は、いずれも、従来構造(比較例1及び比較例2)より、外部端子間の抵抗Rsを低減できることが分かる。
From Table 1, it can be seen that the structures (Example 1,
また図7に示す、低周波信号カット用コンデンサ部を2個備え、両方の低周波信号カット用コンデンサ部に本発明の素子構造を用いた変形例2には、可変コンデンサ部が2個直列接続の場合でもRsはほとんど増加せず、コンデンサ部の面積を大きくできるため、作製が容易となる。また、図7に示すように2つの可変コンデンサ部6,6aに制御電圧印加部16,18を接続することで、制御電圧に対する可変コンデンサ部6,6aの容量変化量は、外部端子12,14間の電圧が変化しても、変化しない。
7 includes two low-frequency signal cut capacitor sections, and two variable capacitor sections are connected in series in
実施例1及び変形例1、2の可変コンデンサは、可変コンデンサ部の周囲を囲むように低周波信号カット用コンデンサ部が配置され、下部電極層によって、可変コンデンサ部の下部電極の引き出し部が、直接、低周波信号カット用コンデンサ部の下部電極に接続される。そのため、可変コンデンサ部と低周波信号カット用コンデンサ部との間の電流パスが増加し、外部端子間の抵抗Rsが低減する。
In the variable capacitors of Example 1 and
さらに、可変コンデンサ部及び低周波信号カット用コンデンサ部は同時にパターニング・形成できる。そのため、可変コンデンサ部と低周波信号カット用コンデンサ部との間の間隔はマスクアライメントに依存しなくなり、作製が容易となり、低コスト化できる。 Furthermore, the variable capacitor portion and the low frequency signal cut capacitor portion can be patterned and formed simultaneously. For this reason, the interval between the variable capacitor portion and the low frequency signal cut capacitor portion does not depend on the mask alignment, facilitating fabrication, and reducing the cost.
以上のように、低周波信号カット用コンデンサ部の内側に可変コンデンサ部を配置する素子構造を採用することにより、低Rs化による素子特性の向上のみでなく、低コスト化も可能となる。 As described above, by adopting the element structure in which the variable capacitor part is disposed inside the low frequency signal cut capacitor part, not only the element characteristics can be improved but also the cost can be reduced.
<実施例2> 実施例2の可変コンデンサについて、図10〜図16を参照しながら説明する。 <Example 2> The variable capacitor of Example 2 will be described with reference to FIGS.
図10は実施例2の可変コンデンサ11の平面図である。図10に示すように、実施例2の可変コンデンサ11は、実施例1と同じ構成の可変コンデンサ部6及び低周波信号カット用コンデンサ部8に加え、2つの可変コンデンサ部6a,6bを備えている。すなわち、複数の可変コンデンサ部6,6a,6bを備える点が、実施例1の可変コンデンサ10とは異なる。
FIG. 10 is a plan view of the
可変コンデンサ部6,6a,6bは直列に接続され、追加された可変コンデンサ部6a,6bは、実施例1と同じ構成の可変コンデンサ部6よりも、一方の外部端子12から離れている。一方の外部端子12に最も近い可変コンデンサ部6と一方の外部端子12との間に、低周波信号カット用コンデンサ部8が直列に接続されている。低周波信号カット用コンデンサ部8は、可変コンデンサ部6の外周を取り囲むように、可変コンデンサ部6の外側に形成されている。
The
一方の外部端子12は、引き出し電極32を介して低周波信号カット用コンデンサ部8の上部電極に接続されている。低周波信号カット用コンデンサ部8の下部電極と第1の可変コンデンサ部6の下部電極とは、共通の下部電極層22により形成され、電気的に接続されている。制御電圧印加部16は、この下部電極層22に電気的に接続されている。
One
実施例1と異なり、第1の可変コンデンサ部6の上部電極は、引き出し電極36aを介して、隣の第2の可変コンデンサ部6aの上部電極に接続されている。第2の可変コンデンサ部6aの下部電極と、その隣の第3の可変コンデンサ部6bの下部電極とは、共通の下部電極層22aによって形成され、電気的に接続されている。第3の可変コンデンサ部6bの上部電極は、引き出し電極35を介して他方の外部端子14に接続されている。
Unlike the first embodiment, the upper electrode of the first
次に、実施例2の変形例及び比較例について説明する。 Next, a modified example and a comparative example of Example 2 will be described.
図11は、変形例3の可変コンデンサ11aの平面図である。図11に示すように、変形例3の可変コンデンサ11aは、実施例2の可変コンデンサ11と略同じ構成であるが、実施例2の可変コンデンサ11と異なり、第3の可変コンデンサ部6bと他方の外部端子14との間に直列に接続された第4の可変コンデンサ部6cが追加されている。この第4の可変コンデンサ部6cの上部電極は、第3の可変コンデンサ部6bの上部電極とともに、共通の上部電極層36bによって形成され、電気的に接続されている。第4の可変コンデンサ部6cの下部電極を形成する下部電極層22bと他方の外部端子14との間は、引き出し電極35aを介して接続されている。
FIG. 11 is a plan view of the
図12は、変形例4の可変コンデンサ11bの平面図である。図12に示すように、変形例4の可変コンデンサ11bは、変形例3の可変コンデンサ11aと略同じ構成であるが、変形例3の可変コンデンサ11aと異なり、第4の可変コンデンサ部6cと他方の外部端子14との間に直列に接続された第5の可変コンデンサ部6dが追加されている。第5の可変コンデンサ部6dの下部電極は、第4の可変コンデンサ部6cの下部電極層とともに、下部電極層22tにより形成され、電気的に接続されている。第5の可変コンデンサ部6dの上部電極は、引き出し電極35bを介して、他方の外部端子14に接続されている。
FIG. 12 is a plan view of the
図13は、比較例3の可変コンデンサ11xの平面図である。図13に示すように、比較例3の可変コンデンサ11xは、実施例2の可変コンデンサ11と同じく、一方の端子12と他方の外部端子14の間に、1つの低周波信号カット用コンデンサ部8xと3つの可変コンデンサ部6x,6p,6qとが直列に接続され、略同様に構成されている。
FIG. 13 is a plan view of the
比較例3の可変コンデンサ11xは、実施例2の可変コンデンサ11と異なり、低周波信号カット用コンデンサ部8xの外側に、一方の外部端子12に最も近い可変コンデンサ部6xが形成されている。
Unlike the
次の表2は、低周波信号カット用コンデンサ部の内側に可変コンデンサ部を配置する本発明の構造の実施例2(図10)、変形例3(図11)及び変形例4(図12)と、低周波信号カット用コンデンサ部の外側に可変コンデンサ部を配置する従来構造の比較例3(図13)とについて、有限要素法により2GHzにおける外部端子間の抵抗Rsを計算した結果を示す。
直列に接続されるコンデンサ部の個数が合計4個である実施例2と、直列に接続されるコンデンサ部の個数が合計5個である変形例3とを比較すると、Rsの差は0.14Ωである。これに対して、直列に接続されるコンデンサ部の個数が合計5個である変形例3と、直列に接続されるコンデンサ部の個数が合計6個である変形例4とを比較すると、Rsの差は0.06Ωであり、0.14Ωよりも小さい。
Comparing Example 2 in which the total number of capacitor parts connected in series is four and
このことから、直列に接続されるコンデンサ部の合計個数が2n(n≧2)の方が2n+1の場合と比較して低コストかつ高歩留まりで高周波帯でのRsを低減でき、低ロス化できることが分かる。 From this, it is possible to reduce Rs in the high-frequency band at a lower cost and with a higher yield compared to the case where the total number of capacitor units connected in series is 2n (n ≧ 2) is 2n + 1, and the loss can be reduced. I understand.
すなわち、一対の外部端子の間に2n+1個のコンデンサ部が直列に接続されている場合には、コンデンサ部は一対の電極層の間をn往復半とするように形成され、直列に接続されたコンデンサ部と外部端子との間には、一対の電極層の間を半往復分延在する配線を形成する必要がある。 That is, when 2n + 1 capacitor parts are connected in series between a pair of external terminals, the capacitor part is formed so as to have n reciprocal halves between a pair of electrode layers, and connected in series. Between the capacitor portion and the external terminal, it is necessary to form a wiring that extends half a round trip between the pair of electrode layers.
これに対し、一対の外部端子の間に2n個のコンデンサ部が直列に接続される場合には、コンデンサ部は一対の電極層の間をn往復するように形成できるので、一対の外部端子とコンデンサ部との間の電流パスを短くすることができる。 On the other hand, when 2n capacitor parts are connected in series between a pair of external terminals, the capacitor part can be formed so as to reciprocate between a pair of electrode layers. The current path between the capacitor portion can be shortened.
したがって、直列に接続されるコンデンサ部の合計個数が2n(n≧2)の方が2n+1の場合と比較して低コストかつ高歩留まりで高周波帯でのRsを低減でき、低ロス化できる。 Therefore, Rs in the high frequency band can be reduced at a lower cost and with a higher yield as compared with the case where the total number of capacitor portions connected in series is 2n (n ≧ 2) is 2n + 1, and the loss can be reduced.
次に、2つの制御電圧印加部16,18を備える変形例について、図14〜図16を参照しながら説明する。
Next, a modified example including the two control
図14は、変形例4の可変コンデンサ11pの平面図である。図14に示すように、変形例4の可変コンデンサ11pは、実施例2の可変コンデンサ11の構成に、制御電圧印加部18が追加されている。追加された制御電圧印加部18は、可変コンデンサ部6,6aの上部電極を接続する引き出し電極36pに電気的に接続されている。また、制御電圧印加部16は、可変コンデンサ部6の下部電極を形成する下部電極層22に加え、可変コンデンサ部6a,6bの下部電極を形成する下部電極層22pにも電気的に接続されている。
FIG. 14 is a plan view of the
図15は、変形例6の可変コンデンサ11qの平面図である。図15に示すように、変形例6の可変コンデンサ11qは、変形例4の構成に、可変コンデンサ部6cが追加されている。他方の制御電圧印加部18は、可変コンデンサ部6b,6cの上部電極に接続された引き出し電極36qにも電気的に接続されている。可変コンデンサ6cの下部電極を形成する下部電極層22qと他方の外部端子14との間は、引き出し電極35qによって接続されている。
FIG. 15 is a plan view of a variable capacitor 11q according to the sixth modification. As shown in FIG. 15, the variable capacitor 11q of
図16は、変形例7の可変コンデンサ11rの平面図である。図16に示すように、変形例7の可変コンデンサ11rは、変形例6の構成に、さらに可変コンデンサ部6dが追加されている。一方の制御電圧印加部16は、可変コンデンサ部6c,6dの下部電極を形成する下部電極層22qにも電気的に接続されている。可変コンデンサ6dの下部電極を形成する下部電極層22qと他方の外部端子14との間は、引き出し電極35qによって接続されている。
FIG. 16 is a plan view of the
ここで、直列に接続されるコンデンサ接続数が2n(n≧2)、2n+1、2(n+1)かつ低周波信号カット用コンデンサが1つの場合を考える。n=2の場合に、接続数2n(図10)と2n+1(図11)を比較すると、2n+1の方は、下部電極層22bのみで配線される部分が増加するため、Rsは増大する。また容量発生部の追加に起因する導電ロスの上昇を低減するため、なるべく容量発生部の近くで下部電極層22bからの配線(引き出し電極)を引き出す必要があるため、誘電体層の加工時に高精度なパターニングや、下部電極部のオーバーエッチングの抑制などが要求される。
Here, consider the case where the number of capacitors connected in series is 2n (n ≧ 2), 2n + 1, 2 (n + 1), and there is one low-frequency signal cut capacitor. When n = 2, the number of connections 2n (FIG. 10) and 2n + 1 (FIG. 11) are compared. In the case of 2n + 1, the portion wired only by the
一方、2n+1(図11)と2(n+1)(図12)を比較すると、2(n+1)では、下部電極層のみで配線される部分が変化しない(追加されない)ため、Rsは変化しない。また、高周波信号が流れる下部電極層はすべて誘電体層に覆われているため、素子特性がオーバーエッチングによる高抵抗化やパターンずれによる特性変化をしない。そのため、誘電体層の加工が容易である。また直列接続数が増えたことにより、同じ容量値を得るための可変コンデンサ部1つあたりの面積は大きくなり、プロセスマージンが増えるため、作製が容易となる。また直列接続された可変コンデンサ部に独立して制御電圧を印加する場合でも、図14〜図16に示すように、追加した制御電圧印加部18に関する配線が増加するのみであるため、作製難易度はほとんど変化しない。またチップ全体に対する、電極引き出し部を含むコンデンサ部の面積は2n+1と2(n+1)ではほとんど変化しない。
On the other hand, comparing 2n + 1 (FIG. 11) and 2 (n + 1) (FIG. 12), in 2 (n + 1), the portion wired only by the lower electrode layer does not change (is not added), so Rs does not change. In addition, since the lower electrode layer through which the high-frequency signal flows is entirely covered with the dielectric layer, the element characteristics do not increase due to over-etching or change in characteristics due to pattern deviation. Therefore, it is easy to process the dielectric layer. In addition, since the number of series connections increases, the area per variable capacitor portion for obtaining the same capacitance value increases, and the process margin increases, which facilitates manufacture. Even when the control voltage is independently applied to the variable capacitor portions connected in series, as shown in FIGS. 14 to 16, only the wiring relating to the added control
以上の点より、直列に接続されるコンデンサ接続数が2n(n≧2)の方が効率よく素子が得られる。これは低周波信号カット用コンデンサが2つの場合でも同様である。 From the above points, an element can be obtained more efficiently when the number of capacitors connected in series is 2n (n ≧ 2). This is the same even when there are two low frequency signal cut capacitors.
<まとめ> 低周波信号カット用コンデンサ部を可変コンデンサ部の上部電極の外周すべて取り囲むように形成することにより、抵抗の高い容量部の上下電極を形成する電極層のみで配線される部分を極力減らすことで導電ロスを低減し、低損失な素子が提供できるようになる。 <Summary> By forming the low frequency signal cut capacitor part so as to surround the entire outer periphery of the upper electrode of the variable capacitor part, the portion wired only by the electrode layers that form the upper and lower electrodes of the high resistance capacitor part is reduced as much as possible. As a result, the conductive loss can be reduced, and a low-loss element can be provided.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
6,6a,6b,6c,6d,6p,6q,6t,6x 可変コンデンサ部
8,8a,8b,8t,8x,8y 低周波信号カット用コンデンサ部
10,10a,10b,10x,10y 可変コンデンサ
11,11a,11b,11p,11q,11r,11x,11y 可変コンデンサ
12 外部端子
14 外部端子
19 表面保護膜
20 基板
21 密着層
22,22a,22b,22p,22q,22s,22t 下部電極層
24 誘電体層
26,26s,26t,26x,26y 上部電極層
28 絶縁保護膜
29 有機保護膜
6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6p, 6q, 6t, 6x
Claims (2)
該一対の電極層の間に挟持され、制御電圧の印加により誘電率が変化する誘電体層と、
前記一対の電極層と前記誘電体層とによって形成された、複数のコンデンサ部と、
を備え、
前記複数のコンデンサ部は、制御電圧の印加により容量が変化する可変コンデンサ部と、前記可変コンデンサ部以外の低周波信号カット用コンデンサ部とを、少なくとも1つずつ含み、
少なくとも一つの前記低周波信号カット用コンデンサ部は、少なくとも一つの前記可変コンデンサ部の外周を取り囲むように、当該可変コンデンサ部の外側に形成されていることを特徴とする、可変コンデンサ。 A pair of electrode layers;
A dielectric layer sandwiched between the pair of electrode layers, the dielectric constant of which changes by application of a control voltage;
A plurality of capacitor portions formed by the pair of electrode layers and the dielectric layer;
With
The plurality of capacitor units include at least one variable capacitor unit whose capacitance is changed by application of a control voltage and one low frequency signal cut capacitor unit other than the variable capacitor unit,
The variable capacitor according to claim 1, wherein at least one of the low frequency signal cut capacitor portions is formed outside the variable capacitor portion so as to surround an outer periphery of the at least one variable capacitor portion.
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