JP5619678B2 - Variable inductor - Google Patents
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Description
本発明は、電圧印加により薄膜インダクタと磁界遮蔽板の対向間隔を変化させる可変インダクタに関する。 The present invention relates to a variable inductor that changes a facing distance between a thin film inductor and a magnetic shielding plate by applying a voltage.
例えば携帯電話の発振回路や変調回路などに組み込まれる可変インダクタは、該回路が所望の出力を得られるようにインダクタンスを変化させることができ、近年ではＭＥＭＳ技術を利用して実現されている。ＭＥＭＳ可変インダクタは、薄膜形成された薄膜インダクタと、この薄膜インダクタと対向配置されて該薄膜インダクタからの漏れ磁束を遮蔽する磁界遮蔽板と、この磁界遮蔽板を薄膜インダクタに対して変位自在に支持する梁部と、薄膜インダクタと磁界遮蔽板の間に駆動電圧を印加するための駆動電極とを備え、駆動電圧が印加されたときに薄膜インダクタと磁界遮蔽板との間に生じる力（例えば静電力、磁力、圧電力など）の作用で磁界遮蔽板が変位し、薄膜インダクタと磁界遮蔽板の対向間隔が変化してインダクタンスが変化するように構成されている。 For example, a variable inductor incorporated in an oscillation circuit, a modulation circuit, or the like of a mobile phone can change the inductance so that the circuit can obtain a desired output, and has recently been realized using MEMS technology. The MEMS variable inductor includes a thin film inductor formed as a thin film, a magnetic shielding plate disposed opposite to the thin film inductor to shield leakage magnetic flux from the thin film inductor, and the magnetic shielding plate supported to be displaceable with respect to the thin film inductor. And a driving electrode for applying a driving voltage between the thin film inductor and the magnetic shielding plate, and a force generated between the thin film inductor and the magnetic shielding plate when the driving voltage is applied (for example, electrostatic force, The magnetic shielding plate is displaced by the action of magnetic force, piezoelectric power, etc., and the distance between the thin film inductor and the magnetic shielding plate changes to change the inductance.
従来の可変インダクタは、例えば特許文献１に記載されているように、薄膜インダクタと磁界遮蔽板の間に直流の駆動電圧を印加するＤＣ駆動タイプであった。このため、磁界遮蔽板の大きな変位量を得ようとすると高い駆動電圧が必要になり、消費電力が大きくなるほか、この高電圧を発生させるための昇圧回路が必要となって装置の大型化を避けられなかった。常に小型化及び薄型化が要求される携帯機器では、ＤＣ駆動タイプの可変インダクタを組み込むこと自体が小型化・薄型化を狙う上で不利になってしまう。磁界遮蔽板を変位自在に支持する梁部のばね定数を低くし、低い駆動電圧によって磁界遮蔽板を変位させることは可能であるが、この場合には、外部からの衝撃などの外乱の影響を磁界遮蔽板が受けやすくなり、好ましくない。また、短絡防止のために駆動電極と薄膜インダクタ及び磁界遮蔽板との間には絶縁膜が形成されているが、高い駆動電圧を印加し続けることで該絶縁膜が帯電し、薄膜インダクタと磁界遮蔽板が固着する場合があった。 A conventional variable inductor is a DC drive type in which a direct current drive voltage is applied between a thin film inductor and a magnetic shielding plate, as described in Patent Document 1, for example. For this reason, in order to obtain a large amount of displacement of the magnetic shielding plate, a high drive voltage is required, which increases power consumption and a booster circuit for generating this high voltage, which increases the size of the device. It was inevitable. In a portable device that is always required to be reduced in size and thickness, incorporating a DC drive type variable inductor itself is disadvantageous for aiming at reduction in size and thickness. It is possible to lower the spring constant of the beam part that supports the magnetic field shielding plate in a freely displaceable manner and to displace the magnetic field shielding plate with a low drive voltage. A magnetic shielding plate is easily received, which is not preferable. In addition, an insulating film is formed between the drive electrode, the thin film inductor, and the magnetic shielding plate to prevent a short circuit, but the insulating film is charged by continuously applying a high driving voltage, and the thin film inductor and the magnetic field are In some cases, the shielding plate was fixed.
上記ＤＣ駆動による課題を解消するには、直流の駆動電圧に替えて交流の駆動電圧を用いることが考えられる。しかし、交流の駆動電圧を用いると、薄膜インダクタと磁界遮蔽板の間に印加する駆動電圧自体が変動することから、薄膜インダクタに対して磁界遮蔽板が近づく方向と離れる方向とに振動する。このため、可変インダクタの出力にリップルが生じて回路部品として扱いづらかった。 In order to solve the problem due to the DC drive, it is conceivable to use an AC drive voltage instead of the DC drive voltage. However, when an AC driving voltage is used, the driving voltage itself applied between the thin film inductor and the magnetic shielding plate fluctuates, so that the magnetic field shielding plate is vibrated in a direction toward and away from the thin film inductor. For this reason, ripples occur in the output of the variable inductor, making it difficult to handle as a circuit component.
本発明は、上記課題を鑑み、低電圧で駆動でき、リップルを抑えて安定したインダクタンスが得られる可変インダクタを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a variable inductor that can be driven at a low voltage and that can suppress ripples and obtain a stable inductance.
本発明は、交流の駆動電圧を用いれば低電圧駆動及び帯電による薄膜インダクタと磁界遮蔽板の固着防止を図れること、及び、直列接続した複数の薄膜インダクタを所定の位相差で駆動すれば、各薄膜インダクタのインダクタンスが合成されてリップルが抑えられ、安定した出力を得られることに着目して完成されたものである。 In the present invention, it is possible to prevent adhesion of a thin film inductor and a magnetic shielding plate by low voltage driving and charging by using an AC driving voltage, and by driving a plurality of thin film inductors connected in series with a predetermined phase difference, It was completed by focusing on the fact that the inductance of the thin film inductor is combined to suppress ripples and obtain a stable output.
すなわち、本発明によれば、薄膜形成された薄膜インダクタ、この薄膜インダクタと対向配置した金属材料または磁性材料からなる磁界遮蔽板、この磁界遮蔽板を変位自在に支持する梁部及び薄膜インダクタと磁界遮蔽板の対向間隔を変化させるための駆動電圧が与えられる駆動電極を有し、互いに直列接続された複数のインダクタ素子と、この複数のインダクタ素子の駆動電極に、該素子毎に所定の位相差をもって、交流の駆動電圧を順に印加する駆動制御手段とを備え、複数のインダクタ素子のインダクタンス総和をインダクタンスとすることを特徴としている。 That is, according to the present invention, a thin film inductor formed with a thin film, a magnetic field shielding plate made of a metal material or a magnetic material disposed opposite to the thin film inductor, a beam portion that supports the magnetic field shielding plate in a displaceable manner, and the thin film inductor and the magnetic field A plurality of inductor elements connected to each other in series and having a drive electrode to which a drive voltage for changing the opposing spacing of the shielding plates is provided, and a predetermined phase difference for each of the plurality of inductor elements. And a drive control means for sequentially applying an alternating drive voltage, and the inductance sum of the plurality of inductor elements is an inductance.
駆動制御手段は、駆動電極への電圧印加により薄膜インダクタと磁界遮蔽板の間に静電力を生じさせて該薄膜インダクタと磁界遮蔽板の対向間隔を変化させることが好ましい。 Preferably, the drive control means generates an electrostatic force between the thin film inductor and the magnetic shielding plate by applying a voltage to the driving electrode to change the facing distance between the thin film inductor and the magnetic shielding plate.
インダクタ素子は、短絡防止のため、磁界遮蔽板の薄膜インダクタと対向する面に形成された絶縁膜を備えていることが実際的である。
In order to prevent a short circuit, the inductor element is practically provided with an insulating film formed on a surface of the magnetic shielding plate facing the thin film inductor .
駆動制御手段が複数のインダクタ素子の駆動電極に印加する駆動電圧の周波数は、梁部により決定される磁界遮蔽板の共振周波数または該共振周波数との差が所定以内の周波数であることが好ましい。この態様によれば、磁界遮蔽板の共振による倍増効果で、低電圧駆動であっても磁界遮蔽板の変位量を大きく確保できる。 It is preferable that the frequency of the drive voltage applied by the drive control means to the drive electrodes of the plurality of inductor elements is a resonance frequency of the magnetic shielding plate determined by the beam portion or a frequency within a predetermined difference with the resonance frequency. According to this aspect, the effect of doubling due to the resonance of the magnetic shielding plate can ensure a large amount of displacement of the magnetic shielding plate even at low voltage driving.
駆動制御手段は、インダクタ素子毎の位相差を３６０°／素子数に設定することが実際的である。 It is practical that the drive control means sets the phase difference for each inductor element to 360 ° / number of elements.
本発明によれば、低電圧で駆動でき、リップルを抑えて安定したインダクタンスが得られる可変インダクタを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the variable inductor which can be driven with a low voltage and suppresses a ripple and can obtain the stable inductance can be provided.
図１は、本発明の可変インダクタの全体構成を示す模式ブロック図である。可変インダクタ１００は、互いに直列接続された複数のインダクタ素子Ｘ（Ｘ1〜Ｘn；ｎは整数）と、多分割位相シフターＹとを備えている。多分割位相シフターＹは、複数のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘnの駆動制御手段であって、外部交流電源Ｅから供給された交流の駆動電圧をインダクタ素子Ｘ1に与え、その後、所定の位相差αずつ遅らせて、対応するインダクタ素子Ｘ2〜Ｘnに与える複数の位相器Ｙ1〜Ｙn-1を備えている。 FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the variable inductor of the present invention. The variable inductor 100 includes a plurality of inductor elements X (X 1 to X n ; n is an integer) and a multi-division phase shifter Y connected in series with each other. The multi-division phase shifter Y is a drive control means for the plurality of inductor elements X 1 to X n , and applies an AC drive voltage supplied from the external AC power source E to the inductor element X 1 , and then a predetermined phase difference A plurality of phase shifters Y 1 to Y n-1 are provided which are delayed by α and given to the corresponding inductor elements X 2 to X n .
図２〜図９は、インダクタ素子Ｘnの一実施形態を示している。図２はインダクタ素子Ｘnの概略構成を示す模式図である。インダクタ素子Ｘnは、対向間隔ｄをあけて薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２を配置し、薄膜インダクタ１１側に、多分割位相シフターＹに接続された駆動電極１３を設けている。磁界遮蔽板１２は、金属材料または磁性材料からなり、薄膜インダクタ１１からの漏れ磁束を遮蔽する。薄膜インダクタ１１及び磁界遮蔽板１２と駆動電極１３は、例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜を介して電気的に絶縁されている。 2 to 9 show an embodiment of the inductor element Xn . FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inductor element Xn . The inductor element X n has a thin film inductor 11 and a magnetic shielding plate 12 arranged with a facing distance d, and a drive electrode 13 connected to the multi-division phase shifter Y is provided on the thin film inductor 11 side. The magnetic shielding plate 12 is made of a metal material or a magnetic material, and shields leakage magnetic flux from the thin film inductor 11. Thin film inductor 11 and magnetic shield 12 and the driving electrode 13, for example, are electrically insulated via an insulating film made of SiO 2.
このインダクタ素子Ｘnにおいて、駆動電極１３に電圧印加がない状態では、磁界遮蔽板１２を変位自在に支持する梁部１４のばね力によって、該磁界遮蔽板１２が薄膜インダクタ１１に対して所定のデフォルト位置で保持されている。図２は、薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２の対向間隔ｄが所定の間隔ｄ０となるデフォルト位置を示している。そして、多分割位相シフターＹを介して駆動電極１３に交流の駆動電圧が印加されると、薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２の間に静電力が発生し、この静電力の作用により磁界遮蔽板１２が変位する。ここで生じる静電力は、一定ではなく、該印加された交流電圧の大きさに対応して変動する。このため、磁界遮蔽板１２は図示上下方向に振動し、この振動に伴って薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２の対向間隔ｄが変化し、インダクタ素子ＸnのインダクタンスＬnも変化する。駆動電極１３への電圧印加が停止されると、梁部１４のばね力によって、磁界遮蔽板１２は上述のデフォルト位置に復帰する。 In this inductor element X n , when no voltage is applied to the drive electrode 13, the magnetic field shielding plate 12 has a predetermined force with respect to the thin film inductor 11 by the spring force of the beam portion 14 that supports the magnetic field shielding plate 12 so as to be displaceable. It is held in the default position. FIG. 2 shows a default position where the facing distance d between the thin film inductor 11 and the magnetic shielding plate 12 is a predetermined distance d0. When an alternating drive voltage is applied to the drive electrode 13 via the multi-division phase shifter Y, an electrostatic force is generated between the thin film inductor 11 and the magnetic shielding plate 12, and the magnetic shielding plate is caused by the action of the electrostatic force. 12 is displaced. The electrostatic force generated here is not constant and fluctuates corresponding to the magnitude of the applied AC voltage. Therefore, the magnetic field shield 12 vibrates in the vertical direction in the figure, opposing distance d of the thin film inductor 11 and the magnetic field shielding plate 12 is changed in accordance with this vibration, also changes the inductance L n inductor element X n. When the voltage application to the drive electrode 13 is stopped, the magnetic shielding plate 12 returns to the default position described above by the spring force of the beam portion 14.
図３は、薄膜インダクタ１１及び磁界遮蔽板１２の対向間隔ｄとインダクタンスＬnの関係を示している。薄膜インダクタ１１及び磁界遮蔽板１２の対向間隔ｄが狭くなるほど、磁界遮蔽板１２により遮蔽される薄膜インダクタ１１の漏れ磁束は増え、インダクタンスＬnが小さくなる。 Figure 3 shows the relationship between the facing distance d and inductance L n of the thin film inductor 11 and magnetic shield 12. More opposing distance d of the thin film inductor 11 and magnetic shielding plate 12 is narrowed, the leakage magnetic flux of the thin film inductor 11 is shielded by the magnetic field shield 12 is increased, the inductance L n decreases.
図４は、薄膜インダクタ１１に対して磁界遮蔽板１２を所定の周期で振動させたときに得られるインダクタ素子ＸnのインダクタンスＬnの位相変化を示している。図４の横軸である位相（ｄｅｇ）は、駆動電圧の印加がない状態での薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２の対向間隔ｄ＝ｄ０（図２）のときを０°とした。駆動電圧の印加により磁界遮蔽板１２が薄膜インダクタ１１に近づく方向（図２の下方向）に変位して薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２の対向間隔ｄが徐々に狭くなると、磁界遮蔽板１２により遮蔽される薄膜インダクタ１１からの漏れ磁束は増え、インダクタ素子ＸnのインダクタンスＬnは小さくなっていく。逆に、磁界遮蔽板１２が薄膜インダクタ１１に離れる方向（図２の上方向）に変位して薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２の対向間隔ｄが拡がることから、磁界遮蔽板１２によって遮蔽される薄膜インダクタ１１からの漏れ磁束は減り、インダクタ素子ＸnのインダクタンスＬnは大きくなる。図４では、位相２７０°付近で薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２の対向間隔ｄが最大となり、インダクタンスＬnが最大となっている。このようにインダクタ素子ＸnのインダクタンスＬnは、１周期（３６０°）の間に、１回のピーク値（２７０°）を有している。 FIG. 4 shows a phase change of the inductance L n of the inductor element X n obtained when the magnetic field shielding plate 12 is vibrated with a predetermined period with respect to the thin film inductor 11. The phase (deg) which is the horizontal axis in FIG. 4 is 0 ° when the facing distance d = d0 (FIG. 2) between the thin film inductor 11 and the magnetic shielding plate 12 in the state where no driving voltage is applied. When the magnetic field shielding plate 12 is displaced in a direction approaching the thin film inductor 11 (downward in FIG. 2) by applying the driving voltage and the facing distance d between the thin film inductor 11 and the magnetic field shielding plate 12 gradually decreases, the magnetic field shielding plate 12 The leakage magnetic flux from the shielded thin film inductor 11 increases, and the inductance L n of the inductor element X n decreases. On the contrary, the magnetic field shielding plate 12 is displaced in the direction away from the thin film inductor 11 (upward in FIG. 2), and the facing distance d between the thin film inductor 11 and the magnetic field shielding plate 12 is widened. The leakage magnetic flux from the thin film inductor 11 decreases, and the inductance L n of the inductor element X n increases. In FIG. 4, the facing distance d between the thin film inductor 11 and the magnetic shielding plate 12 is maximum near the phase of 270 °, and the inductance L n is maximum. Thus, the inductance L n of the inductor element X n has a single peak value (270 °) during one period (360 °).
図５〜図９を参照し、可変インダクタ素子Ｘnのより具体的な構成例を説明する。図５は８個のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘ8（ｎ＝８）を備えた可変インダクタを示す平面図であり、図６は図５の部分拡大図であり、図７は図５のVII−VII線に沿う断面図である。図８及び図９は、図５〜図７の可変インダクタ素子Ｘnの製造工程を示す断面図である。 A more specific configuration example of the variable inductor element Xn will be described with reference to FIGS. 5 is a plan view showing a variable inductor having eight inductor elements X 1 to X 8 (n = 8), FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. 5, and FIG. It is sectional drawing which follows the VII line. 8 and 9 are cross-sectional views showing a manufacturing process of the variable inductor element Xn shown in FIGS.
８個のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘ8は、図５に示すように二次元的に配置され、図７の上基板２０及び下基板３０により構成されている。 The eight inductor elements X 1 to X 8 are two-dimensionally arranged as shown in FIG. 5 and are configured by the upper substrate 20 and the lower substrate 30 in FIG.
上基板２０は、厚さ１０μｍ程度のＳｉ基板であって、平面矩形状の中央部２０ａと、この中央部２０ａの各辺から各辺から外方に延出形成された線条体２０ｂとを備えている。中央部２０ａは図２の磁界遮蔽板１２に対応し、線条体２０ｂは、中央部２０ａを変位自在に支持する、図２の梁部１４に対応している。磁界遮蔽板１２は、中央部２０ａから外方に延出形成された配線部を介して外部交流電源Ｅに接続される。図示していないが、磁界遮蔽板１２の配線部は、梁部１４上に設けられている。梁部１４の終端は下基板３０に接合されており、この接合領域には、上基板２０の表面を覆う絶縁膜２１を介して、Ｔｉ／Ａｕ膜２２が形成されている。図８（ａ）〜（ｅ）は上基板２０の製造工程を示している。上基板２０を洗浄した後、図８（ａ）に示すように、その基板表面に例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜２１を１μｍ程度の厚さで形成する。次に、図８（ｂ）に示すように、絶縁膜２１上に、下基板３０との接合領域を画定するレジストＲ１を形成する。続いて、基板表面全体にＴｉ／Ａｕ膜２２をスパッタ成膜し、レジストＲ１をリフトオフする。すると、図８（ｃ）に示すように、下基板３０との接合領域のみにＴｉ／Ａｕ膜２２が形成される。続いて、図８（ｄ）に示すように、形成すべき中央部と線条体部を画定するレジストＲ２を形成する。そして、レジストＲ２で覆われていない絶縁膜２１をフッ酸系ガスでエッチングし、さらに、上基板２０をＳＦ6などのガスを用いて反応性イオンエッチングにより除去し、レジストＲ２を除去する。すると、図８（ｅ）に示すように、上基板２０の中央部２０ａからなる磁界遮蔽板１２及び線条体２０ｂからなる梁部１４が得られる。 The upper substrate 20 is a Si substrate having a thickness of about 10 μm, and includes a planar rectangular central portion 20a and a linear body 20b formed outwardly extending from each side of the central portion 20a. I have. The central portion 20a corresponds to the magnetic field shielding plate 12 of FIG. 2, and the linear member 20b corresponds to the beam portion 14 of FIG. 2 that supports the central portion 20a so as to be displaceable. The magnetic shielding plate 12 is connected to the external AC power source E through a wiring portion that extends outward from the central portion 20a. Although not shown, the wiring portion of the magnetic shielding plate 12 is provided on the beam portion 14. The end of the beam portion 14 is bonded to the lower substrate 30, and a Ti / Au film 22 is formed in this bonded region via an insulating film 21 that covers the surface of the upper substrate 20. 8A to 8E show the manufacturing process of the upper substrate 20. After cleaning the upper substrate 20, as shown in FIG. 8A, an insulating film 21 made of, for example, SiO 2 is formed on the surface of the substrate with a thickness of about 1 μm. Next, as illustrated in FIG. 8B, a resist R <b> 1 that defines a bonding region with the lower substrate 30 is formed on the insulating film 21. Subsequently, a Ti / Au film 22 is formed on the entire surface of the substrate by sputtering, and the resist R1 is lifted off. Then, as shown in FIG. 8C, the Ti / Au film 22 is formed only in the junction region with the lower substrate 30. Subsequently, as shown in FIG. 8D, a resist R2 that defines a central portion and a linear body portion to be formed is formed. Then, the insulating film 21 not covered with the resist R2 is etched with a hydrofluoric acid-based gas, and the upper substrate 20 is removed by reactive ion etching using a gas such as SF 6 to remove the resist R2. Then, as shown in FIG.8 (e), the magnetic field shielding board 12 which consists of the center part 20a of the upper board | substrate 20, and the beam part 14 which consists of the filament 20b are obtained.
下基板３０は、上基板２０との接合領域３０ａとインダクタ形成用の凹部３０ｂを設けたＳｉ基板である。下基板３０の表面には、例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜３１が全面的に形成されている。接合領域３０ａには絶縁膜３１を介してＴｉ／Ａｕ膜３２が形成されており、凹部３０ｂ上には絶縁膜３１を介して薄膜インダクタ１１と駆動電極１３が形成されている。薄膜インダクタ１１は、所定の線幅を有する導体膜を所定間隔で角状に巻いて形成したものである。駆動電極１３は、薄膜インダクタ１１の導体膜が形成する内周領域に配設され、該内周領域よりも小さな平面矩形状を有している。薄膜インダクタ１１と駆動電極１３は、Ｔｉ／Ａｕ膜からなり、接合領域３０ａのＴｉ／Ａｕ膜３２と同一工程で形成されている。図９（ａ）〜（ｆ）は、下基板３０の製造工程を示している。下基板３０を洗浄した後、図９（ａ）に示すように接合領域３０ａを覆うレジストＲ３を下基板３０上に形成し、図９（ｂ）に示すようにレジストＲ３で覆われていない下基板３０の表面を所定厚さだけエッチングにより削ってインダクタ形成用の凹部３０ｂを形成する。エッチング後はレジストＲ３を除去する。続いて、図９（ｃ）に示すように、下基板３０の接合領域３０ａ及び凹部３０ｂを含む表面全体に、例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜３１を１μｍ程度の厚さで成膜する。続いて、図９（ｄ）に示すように、絶縁膜３１上に、形成すべき薄膜インダクタ、駆動電極及び接合部を画定するレジストＲ４を形成してから、Ｔｉ／Ａｕ膜３２を全面的に成膜する。Ｔｉ／Ａｕ膜３２は、１０００ÅのＴｉ膜と１μｍのＡｕ膜を連続スパッタ成膜することで得られる。Ｔｉ／Ａｕ膜３２を形成したら、レジストＲ４をリフトオフにより除去する。すると、図９（ｅ）に示すように、接合領域３０ａには絶縁膜３１を介してＴｉ／Ａｕ膜３２が形成され、かつ、凹部３０ｂには絶縁膜３１を介してＴｉ／Ａｕ膜３２からなる薄膜インダクタ１１及び駆動電極１３が形成された、下基板３０が得られる。 The lower substrate 30 is a Si substrate provided with a junction region 30a with the upper substrate 20 and a recess 30b for forming an inductor. An insulating film 31 made of, for example, SiO 2 is formed on the entire surface of the lower substrate 30. A Ti / Au film 32 is formed on the junction region 30a via an insulating film 31, and the thin film inductor 11 and the drive electrode 13 are formed on the recess 30b via the insulating film 31. The thin film inductor 11 is formed by winding a conductor film having a predetermined line width into a square shape at a predetermined interval. The drive electrode 13 is disposed in an inner peripheral region formed by the conductor film of the thin film inductor 11, and has a planar rectangular shape smaller than the inner peripheral region. The thin film inductor 11 and the drive electrode 13 are made of a Ti / Au film, and are formed in the same process as the Ti / Au film 32 in the junction region 30a. 9A to 9F show the manufacturing process of the lower substrate 30. FIG. After the lower substrate 30 is washed, a resist R3 covering the bonding region 30a is formed on the lower substrate 30 as shown in FIG. 9A, and the lower substrate not covered with the resist R3 as shown in FIG. The surface of the substrate 30 is etched by a predetermined thickness by etching to form an inductor forming recess 30b. After the etching, the resist R3 is removed. Subsequently, as shown in FIG. 9C, an insulating film 31 made of, for example, SiO 2 is formed to a thickness of about 1 μm on the entire surface including the bonding region 30a and the recess 30b of the lower substrate 30. Subsequently, as shown in FIG. 9 (d), a thin film inductor to be formed, a drive electrode, and a resist R4 that defines a junction are formed on the insulating film 31, and then the Ti / Au film 32 is entirely formed. Form a film. The Ti / Au film 32 is obtained by continuously sputtering a 1000 Å Ti film and a 1 μm Au film. After the Ti / Au film 32 is formed, the resist R4 is removed by lift-off. Then, as shown in FIG. 9E, a Ti / Au film 32 is formed in the junction region 30a via the insulating film 31, and the recess 30b is formed from the Ti / Au film 32 via the insulating film 31. Thus, the lower substrate 30 on which the thin film inductor 11 and the drive electrode 13 are formed is obtained.
上基板２０の中央部２０ａからなる磁界遮蔽板１２と下基板３０の薄膜インダクタ１１を対向させ、高温高圧環境下（例えば３５０℃、１０気圧）で上基板２０と下基板３０を気密に接合すると、上基板２０のＴｉ／Ａｕ膜２２と下基板３０のＴｉ／Ａｕ膜３２が接合して接合部４０を形成し、図７の可変インダクタ素子Ｘnが得られる。磁界遮蔽板１２の薄膜インダクタ１１と対向する面に形成された絶縁膜２１及び薄膜インダクタ１１及び駆動電極１３の直下に形成された絶縁膜３１は、薄膜インダクタ１１及び磁界遮蔽板１２と駆動電極１３の短絡防止用の絶縁膜である。 When the magnetic field shielding plate 12 formed of the central portion 20a of the upper substrate 20 and the thin film inductor 11 of the lower substrate 30 are opposed to each other, and the upper substrate 20 and the lower substrate 30 are hermetically bonded in a high temperature and high pressure environment (for example, 350 ° C., 10 atm). Then, the Ti / Au film 22 of the upper substrate 20 and the Ti / Au film 32 of the lower substrate 30 are joined to form a joint 40, and the variable inductor element Xn of FIG. 7 is obtained. The insulating film 21 formed on the surface of the magnetic shielding plate 12 facing the thin film inductor 11 and the insulating film 31 formed immediately below the thin film inductor 11 and the driving electrode 13 are the thin film inductor 11, the magnetic shielding plate 12 and the driving electrode 13. This is an insulating film for preventing short circuit.
図１０及び図１１を参照し、多分割位相シフターＹによる複数のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘnの駆動制御について説明する。可変インダクタ１００のインダクタンスＬは、複数のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘnが直列接続されているから、各素子のインダクタンスＬ1〜Ｌnの総和である。多分割位相シフターＹの各位相器Ｙ1〜Ｙn-1の位相差αは、各インダクタ素子Ｘ1〜ＸnのインダクタンスＬ1〜Ｌnが１周期中に１回のピーク値を有することから、α＝３６０°／（素子数ｎ）により決定する。 The drive control of the plurality of inductor elements X 1 to X n by the multi-division phase shifter Y will be described with reference to FIGS. The inductance L of the variable inductor 100 is the sum of the inductances L 1 to L n of each element because a plurality of inductor elements X 1 to X n are connected in series. The phase difference α of the phase shifters Y 1 to Y n-1 of the multi-division phase shifter Y is such that the inductances L 1 to L n of the inductor elements X 1 to X n have a peak value once in one period. Therefore, α = 360 ° / (number of elements n).
図１０は、多分割位相シフターＹが８個のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘ8の駆動制御する場合のタイミングチャートである。図１０において、駆動電圧信号「１」の状態はインダクタ素子Ｘ1〜Ｘ8に交流の駆動電圧が印加されることを意味し、駆動電圧信号「０」の状態はインダクタ素子Ｘ1〜Ｘ8への駆動電圧が印加されていないことを意味している。多分割位相シフターＹは、基準パルス信号に基づいて動作し、７個の位相器Ｙ1〜Ｙ7が位相差α＝４５°で８個のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘ8に交流駆動電源Ｅからの駆動電圧を順番に印加していく。基準パルス信号の１パルス分のパルス間隔は各位相器Ｙ1〜Ｙ7の位相差α＝４５°に対応している。図１０のように位相差α＝４５°で８個のインダクタ素子Ｘn（Ｘ1〜Ｘ8）をｎ＝１から順に駆動させると、これら８個のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘ8の出力総和として得られる可変インダクタ１００のインダクタンスＬが平滑化され、リップルが低減する。 FIG. 10 is a timing chart when the multi-division phase shifter Y controls the drive of the eight inductor elements X 1 to X 8 . 10, the driving voltage state of the signal "1" means that the driving voltage of the alternating current in the inductor element X 1 to X 8 is applied, the state of the drive voltage signal "0" is the inductor element X 1 to X 8 This means that the drive voltage is not applied. The multi-divided phase shifter Y operates based on the reference pulse signal, and the seven phase shifters Y 1 to Y 7 are supplied from the AC drive power source E to the eight inductor elements X 1 to X 8 with a phase difference α = 45 °. Are sequentially applied. The pulse interval for one pulse of the reference pulse signal corresponds to the phase difference α of each phase shifter Y 1 to Y 7 = 45 °. As shown in FIG. 10, when the eight inductor elements X n (X 1 to X 8 ) are sequentially driven from n = 1 with a phase difference α = 45 °, the total output of these eight inductor elements X 1 to X 8 . As a result, the inductance L of the variable inductor 100 obtained is smoothed, and the ripple is reduced.
図１１は、図１０のタイミングチャートで駆動制御された可変インダクタ１００のインダクタンスＬの位相変化を示すグラフである。この図１１から明らかなように、可変インダクタ１００のインダクタンスＬは、リップルが±１％以内に抑えられ、ほぼ一定となった。 FIG. 11 is a graph showing a phase change of the inductance L of the variable inductor 100 whose drive is controlled by the timing chart of FIG. As is apparent from FIG. 11, the inductance L of the variable inductor 100 is almost constant with ripples suppressed within ± 1%.
図１２は、可変インダクタが備えるインダクタ素子数ｎとリップルの関係を示している。図１２に示すように、インダクタ素子数ｎが増えるほどリップルは低減し、ｎ≧８ではリップルを±１％以内に抑えられることが明らかである。 FIG. 12 shows the relationship between the number of inductor elements n included in the variable inductor and the ripple. As shown in FIG. 12, the ripple decreases as the number n of inductor elements increases, and it is clear that the ripple can be suppressed within ± 1% when n ≧ 8.
上記複数のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘnに与える交流の駆動電圧の周波数は、１〜１００ｋＨｚの範囲で適宜設定でき、本実施形態では磁界遮蔽板１２の共振周波数付近に設定してある。この共振周波数付近の駆動電圧を用いると、磁界遮蔽板１２の共振による増倍効果で大きな変位量が得られ、低電圧駆動の実現に有利である。磁界遮蔽板１２の共振周波数は、梁部１４の形状、ばね定数、重さ等により決定される。また、可変インダクタ１００のインダクタンスＬの大きさは、複数のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘnに印加する駆動電圧の大きさにより任意に設定可能である。 The frequency of the alternating drive voltage applied to the plurality of inductor elements X 1 to X n can be set as appropriate within a range of 1 to 100 kHz, and is set near the resonance frequency of the magnetic shielding plate 12 in this embodiment. When a driving voltage near this resonance frequency is used, a large displacement can be obtained by a multiplication effect due to resonance of the magnetic shielding plate 12, which is advantageous for realizing low voltage driving. The resonance frequency of the magnetic shielding plate 12 is determined by the shape of the beam portion 14, the spring constant, the weight, and the like. The magnitude of the inductance L of the variable inductor 100 can be arbitrarily set according to the magnitude of the drive voltage applied to the plurality of inductor elements X 1 to X n .
本実施形態によれば、複数のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘnを直列接続し、これら複数のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘnを所定の位相差αで交流の駆動電圧を印加して駆動制御するので、複数のインダクタ素子Ｘ1〜Ｘnの出力総和として得られる可変インダクタ１００のインダクタンスＬが平滑化され、リップルは低減される。これにより、交流の駆動電圧を用いても安定したインダクタンスＬが得られ、回路部品として扱いやすくなった。
そして、交流の駆動電圧を用いたことにより低電圧駆動を実現でき、本可変インダクタを組み込む装置側の低消費電力化、小型化及び薄型化に貢献できる。さらに、駆動電圧の周波数を磁界遮蔽板の共振周波数付近に設定したので、低い駆動電圧であっても磁界遮蔽板の変位量を大きく確保でき、可変比を大きくすることが可能である。また、交流の駆動電圧を用いたことにより薄膜インダクタ及び磁界遮蔽板の上下少なくとも一方に形成された絶縁膜の帯電がリセットされる（ゼロになる）瞬間があり、薄膜インダクタと磁界遮蔽板の固着を防止することができる。
According to the present embodiment, the plurality of inductor elements X 1 to X n are connected in series, and the plurality of inductor elements X 1 to X n are driven and controlled by applying an alternating drive voltage with a predetermined phase difference α. The inductance L of the variable inductor 100 obtained as the total output of the plurality of inductor elements X 1 to X n is smoothed, and the ripple is reduced. As a result, a stable inductance L can be obtained even when an AC drive voltage is used, and it becomes easy to handle as a circuit component.
By using an alternating drive voltage, low voltage drive can be realized, which contributes to low power consumption, size reduction, and thickness reduction on the device side incorporating the variable inductor. Furthermore, since the frequency of the drive voltage is set in the vicinity of the resonance frequency of the magnetic shielding plate, a large amount of displacement of the magnetic shielding plate can be secured even with a low driving voltage, and the variable ratio can be increased. In addition, there is a moment when the charging of the insulating film formed on at least one of the upper and lower sides of the thin film inductor and the magnetic shielding plate is reset (becomes zero) by using the AC driving voltage, and the thin film inductor and the magnetic shielding plate are fixed. Can be prevented.
以上では、薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２を１ずつ備えた実施形態について説明したが、磁界遮蔽板１２を挟んで両側に薄膜インダクタ１１を一対で備えるタイプにも本発明は適用可能である。磁界遮蔽板の両側に一対の薄膜インダクタを設けた場合、この一対の薄膜インダクタに対して一つの位相器から位相が１８０°異なる駆動電圧を同時に与えることができるので、備える位相器の数を減らすことが可能である。具体的には、薄膜インダクタと磁界遮蔽板を１ずつ備えた場合は８個のインダクタ素子に対して７個の位相器が必要となるが、磁界遮蔽板の両側に一対の薄膜インダクタを備えた場合は、インダクタ素子に対して位相差２２５°（＝４５°＋１８０°）、２７０°（＝９０°＋１８０°）、３１５°（＝１３５°＋１８０°）を与える位相器を省略でき、４個の位相器のみで制御可能となる。このように位相器の数を減らせれば、位相器の配置スペースを省略できるので、小型化及び薄型化の利点がある。この場合も、多分割位相シフターの各位相器の位相差αは、α＝３６０°／（素子数ｎ）により決定する。 In the above, the embodiment in which one thin film inductor 11 and one magnetic shielding plate 12 are provided has been described. However, the present invention can also be applied to a type in which the thin film inductor 11 is paired on both sides of the magnetic shielding plate 12. When a pair of thin film inductors are provided on both sides of the magnetic shielding plate, a drive voltage having a phase difference of 180 ° can be simultaneously applied from one phase shifter to the pair of thin film inductors, thereby reducing the number of phase shifters provided. It is possible. Specifically, when one thin film inductor and one magnetic shielding plate are provided, seven phase shifters are required for eight inductor elements, but a pair of thin film inductors are provided on both sides of the magnetic shielding plate. In this case, the phase shifter that gives a phase difference of 225 ° (= 45 ° + 180 °), 270 ° (= 90 ° + 180 °), 315 ° (= 135 ° + 180 °) to the inductor element can be omitted. Control is possible only with the phase shifter. If the number of phase shifters can be reduced in this way, the space for arranging the phase shifters can be omitted, and there is an advantage of downsizing and thinning. Also in this case, the phase difference α of each phase shifter of the multi-division phase shifter is determined by α = 360 ° / (number of elements n).
また、薄膜インダクタ１１と磁界遮蔽板１２の間に静電力を生じさせる駆動電圧を供給するための駆動電極１３は、本実施形態のように薄膜インダクタ１１側（薄膜インダクタ１１と同一基板上）に設ける構成としても、磁界遮蔽板１２側（磁界遮蔽板１２と同一基板上）に設ける構成としてもよい。 Further, the drive electrode 13 for supplying a drive voltage for generating an electrostatic force between the thin film inductor 11 and the magnetic shielding plate 12 is on the thin film inductor 11 side (on the same substrate as the thin film inductor 11) as in the present embodiment. The configuration provided may be a configuration provided on the magnetic field shielding plate 12 side (on the same substrate as the magnetic field shielding plate 12).
以上では、駆動電圧の印加により薄膜インダクタと磁界遮蔽板の間に静電力を発生させ、該静電力の作用によりその対向間隔を変化させる実施形態で本発明を説明したが、駆動電圧の印加により薄膜インダクタと磁界遮蔽板の間に磁力または圧電力を生じさせてその対向間隔を変化させる態様にも、本発明は適用可能である。 In the above, the present invention has been described in the embodiment in which an electrostatic force is generated between the thin film inductor and the magnetic shielding plate by applying the driving voltage, and the facing distance is changed by the action of the electrostatic force. The present invention can also be applied to an embodiment in which a magnetic force or a piezoelectric force is generated between the magnetic field shielding plate and the facing distance is changed.
１００ 可変インダクタ
１１ 薄膜インダクタ
１２ 磁界遮蔽板
１３ 駆動電極
１４ 梁部
２０ 上基板
２０ａ 中央部
２０ｂ 線条体
２１ 絶縁膜
２２ Ｔｉ／Ａｕ膜
３０ 下基板
３１ 絶縁膜
３２ Ｔｉ／Ａｕ膜
４０ 接合部
Ｅ 外部交流電源
Ｒ１〜Ｒ４ レジスト
Ｘ（Ｘ1〜Ｘn） インダクタ素子
Ｙ 多分割位相シフター
Ｙ1〜Ｙn-1 位相器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Variable inductor 11 Thin film inductor 12 Magnetic shielding board 13 Drive electrode 14 Beam part 20 Upper board | substrate 20a Center part 20b Line body 21 Insulating film 22 Ti / Au film 30 Lower board 31 Insulating film 32 Ti / Au film 40 Junction E External AC power R1~R4 resist X (X 1 ~X n) inductor element Y multi-division phase shifter Y 1 to Y n-1 phaser
Claims (5)
この複数のインダクタ素子の駆動電極に、該素子毎に所定の位相差をもって、交流の駆動電圧を順に印加する駆動制御手段とを備え、
前記複数のインダクタ素子のインダクタンス総和をインダクタンスとすることを特徴とする可変インダクタ。 A thin film inductor formed with a thin film, a magnetic shielding plate made of a metal material or a magnetic material arranged opposite to the thin film inductor, a beam portion that supports the magnetic shielding plate so as to be displaceable, and a gap between the thin film inductor and the magnetic shielding plate are changed. A plurality of inductor elements each having a drive electrode to which a drive voltage is applied and connected in series with each other;
Drive control means for sequentially applying an alternating drive voltage to the drive electrodes of the plurality of inductor elements with a predetermined phase difference for each element;
A variable inductor, wherein an inductance sum of the plurality of inductor elements is an inductance.
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