TW201428794A - 可調式電容裝置 - Google Patents

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Abstract

一種可調式電容裝置，包含一基板、至少一活動件、一第一電容板、一第二電容板、一第三電容板及至少一電極板組。活動件設置於基板，且活動件可相對遠離或相對靠近基板。第一電容板設於活動件且面向基板。第二電容板設於基板且面向第一電容板。第三電容板設於基板且面向第一電容板。電極板組設於基板且面向活動件。電極板組用以受電壓驅動而產生靜電力，以吸引活動件相對靠近基板而調整第一電容板分別與第二電容板及第三電容板間的電容量。

Description

可調式電容裝置
本提案係有關於一種可調式電容裝置，特別是一種採用高阻值半導體材料的可調式電容裝置。
無線通訊電路中，可調式電容扮演著不可或缺的角色。例如：應用於微波元件、可調式的匹配網路(Tunable Matching Networks)、電子式可調式濾波器(Electronic Tunable Filters)及電壓控制震盪器(Voltage-Controlled Oscillators，VCOs)等等。
一般可調式電容器是利用靜電力調整上下兩平行電容板的間距以改變可調式電容之電容值。而實際作法為將其中一電容板設置於一動件上，並利用靜電力吸引動件，使位於動件上之電容板朝另一電容板移動而改變可調式電容之電容值。然而，由於動件一般是使用絕緣體材料，故必須額外增加電極板以產生靜電力。此外，可調式電容之DC輸入訊號還必須透過轉換層與via結構層來傳輸。如此一來將易造成製程上的複雜與困難而增加可調式電容製作上的成本。
因此，如何簡化可調式電容器的結構設計與製程上的困難性以有效的降低製作成本與提升生產良率，將是研發人員必需克服的問題之一。
鑒於以上的問題，本提案是關於一種可調式電容裝置，藉以降低可調式電容器的製作成本。
根據本提案所揭露之可調式電容裝置，包含一基板、至少一活動件、一第一電容板、一第二電容板、一第三電容板及至少一電極板組。活動件設置於基板，且活動件可相對基板位移而具有相對遠離或相對靠近基板的一第一位置及一第二位置。第一電容板設於活動件且面向基板。第二電容板設於基板且面向第一電容板。第三電容板設於基板且面向第一電容板。電極板組設於基板且面向活動件。電極板組用以受電壓驅動而產生靜電力，以吸引活動件自第一位置位移至第二位置而調整第一電容板分別與第二電容板及第三電容板間的電容量。
根據上述本提案所揭露之可調式電容裝置，活動件係用高阻值半導體材料製成。落於此電阻值範圍內之活動件無需在活動件上另設置電極板，亦可受基板上之電極板組之靜電力吸引而調整可調式電容裝置之電容量，進而簡化可調式電容裝置的結構設計與製程上的困難性以有效的降低製作成本與提升生產良率。
再者，由於第一電極板及第二電極板與第二電容板及第三電容板彼此分離且電性絕緣，故各電極板與活動件間的電流訊號與各電容板間的訊號不會相互干擾，進而提升可調式電容裝置的品質因子。
以上之關於本提案內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本提案之原理，並且提供本提案之專利申請範圍更 進一步之解釋。
請參閱第1圖至第2A圖，第1圖為第一實施例所揭露之可調式電容裝置的立體示意圖，第2A圖為第1圖之活動件位於第一位置之剖面示意圖，第2B圖為第1圖之活動件位於第二位置之剖面示意圖。
本實施例之可調式電容裝置10包含一基板100、一活動件200、一第一電容板310、一第二電容板320、一第三電容板330及一電極板組400。
在本實施例中，基板100為一絕緣材料製成，例如為玻璃基板，但不以此為限，在其他實施例中，基板100也可以為非絕緣材料製成，而另外在基板100上設置一絕緣層。
活動件200可活動地設置於基板100，且活動件200可相對基板100位移而具有相對遠離或相對靠近基板100的一第一位置(如第2A圖所示)及一第二位置(如第2B圖所示)。詳細來說，活動件200包含相連的二支撐部210、二彈性部220及一貼附部230。貼附部230連接於二彈性部220之間。二彈性部220分別連接二支撐部210。支撐部210設置於基板100，使貼附部230與基板100間保持一間距。並且，藉由二彈性部220彈性力而可使貼附部230朝遠離或靠近基板100的方向位移。
在本實施例及其他實施例中，活動件200更包含二凸柱240。二凸柱240自貼附部230朝基板100凸出。第一電容板310介於 二凸柱240之間，且二凸柱240的長度皆大於第一電容板310之厚度與第二電容板320之厚度的總合。其中，本實施例之凸柱240係設於活動件200上，但並不以此為限，在其他實施例中，凸柱240應該設於基板100。
在本實施例中，活動件200由一高阻值之半導體材料製成。由於活動件200為半導體材料製成，所以無需在活動件200上另設置電極板，也能夠受靜電力的影響而相對基板100位移。詳細來說，活動件200具有一電阻值，電阻值的範圍介於103至105歐姆-公分之間。若活動件200之電阻值太大，則會因驅動電流不足，影響活動件200的移動速度。若活動件200之電阻值太小，則會導致高頻訊號衰減、品質因子(Q值)降低。因此，本實施例特選用電阻值範圍介於103至105歐姆-公分之間的活動件200以提升可調式電容裝置10的品質因子(Q值)。此外由於落於此電阻值範圍內之活動件200無需另設置電極板，亦可受基板100上之電極板組400之靜電力吸引而調整可調式電容裝置10之電容量，進而簡化可調式電容裝置10的結構設計與製程上的困難性以有效的降低製作成本與提升生產良率。活動件200的材料可選自由矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、硫化鎘(CdS)所構成的群組之其中之一。此處電容的品質因子(Q值)為電容之儲能除於電容耗能的比值。因此，電容的品質因子越大，則代表電容的儲能效率越好。
第一電容板310設於活動件200之貼附部230且面向基板100。第二電容板320設於基板100且面向第一電容板310。第三 電容板330設於基板100且面向第一電容板310。第一電容板310、第二電容板320及第三電容板330間彼此串聯。各電容板310、320、330被激發時可產生一電容量。此電容量與各電容板的間距成反比以及與各電容板之感應面積成正比。
此外，第一電容板310、第二電容板320及第三電容板330的材質為金屬。詳細來說，第一電容板310、第二電容板320及第三電容板330的材質可選自由金、銀、銅、鋁及鉑等金屬材質所構成的群組中的其中之一，但並不以此為限。
電極板組400設於基板100且面向活動件200。電極板組400包含一第一電極板410及一第二電極板420。第二電容板320及第三電容板330介於第一電極板410與第二電極板420之間。由於第一電極板410及第二電極板420與第二電容板320及第三電容板330的彼此分離且電性絕緣，故各電極板410、420與活動件200間的電流訊號與各電容板間的RF訊號不會相互干擾，進而提升可調式電容裝置10的品質因子。
如第2A圖所示，當電極板組400被激發時會受電壓驅動而產生靜電力，以吸引活動件200自第一位置位移至第二位置而調整第一電容板310與第二電容板320、第三電容板330兩者間的電容量。詳細來說，當活動件200未被電極板組400之靜電力吸引時，活動件200位於第一位置，使可調式電容裝置10具有一第一電容量。當活動件200受電極板組400之靜電力吸引而相對靠近基板100時，活動件200之二凸柱240分別抵靠於基板100而令活動件 200位於第二位置，以令活動件200上之第一電容板310與基板100上之第二電容板320與第三電容板330間保持一間距，進而讓可調式電容裝置10具有一第二電容量，而第二電容量大於第一電容量。
上述第一圖之實施例之活動件200的數量為一，但並不以此為限，在其他實施中，活動件200的數量也可以是兩個以上。請參閱第3圖與第4圖，第3圖為第二實施例所揭露之可調式電容裝置的平面示意圖，第4圖為第三實施例所揭露之可調式電容裝置的平面示意圖。如第3圖所示，在本實施例中，可調式電容裝置10包含一基板100、二活動件200、一第一電容板310、一第二電容板320、一第三電容板330、一第四電容板340及二電極板組400。二活動件200分別可活動地設置於基板100，且二活動件200皆可相對基板100位移而具有相對遠離或相對靠近基板100的一第一位置及一第二位置。二電極板組400分別設置於基板100且面向二活動件200，分別用來吸引二活動件200移動。
第一電容板310及第四電容板340分別設於二活動件200之貼附部230且面向基板100。第二電容板320設於基板100且面向第一電容板310及第四電容板340。第三電容板330設於基板100且面向第一電容板310及第四電容板340。第一電容板310、第二電容板320與第三電容板330以及第四電容板340、第二電容板320與第三電容板330間彼此串聯，且第一電容板310與第四電容板具有相異的感應面積，使得第一電容板310與第二電容板320、 第三電容板330兩者間以及第四電容板340與第二電容板320、第三電容板330兩者間具有相異的電容值。如此一來，可調式電容裝置10之電容量可依據二電極板組400的運作狀態而可調整出四種相異大小的電容量。換句話說，二電極板組400全被激發、二電極板組400之一被激發或二電極板組400皆未被激發皆會使可調式電容裝置10具有相異的電容量。
如第4圖所示，在本實施例中，可調式電容裝置10包含一基板100、三活動件200、一第一電容板310、一第二電容板320、一第三電容板330、一第四電容板340、一第五電容板350及三電極板組400。三活動件200分別可活動地設置於基板100，且三活動件200皆可相對基板100位移而具有相對遠離或相對靠近基板100的一第一位置及一第二位置。三電極板組400分別設置於基板100且面向三活動件200，分別用來吸引三活動件200移動。
第一電容板310、第四電容板340及第五電容板350分別設於三活動件200之貼附部230且面向基板100。第二電容板320設於基板100且面向第一電容板310、第四電容板340及第五電容板350。第三電容板330設於基板100且面向第一電容板310、第四電容板340及第五電容板350。第一電容板310、第二電容板320與第三電容板330間以及第四電容板340、第二電容板320與第三電容板330以及第五電容板350、第二電容板320與第三電容板330間彼此串聯，且第一電容板310、第四電容板340與第五電容板350具有相異的感應面積，使得第一電容板310與第二電容板 320、第三電容板330間以及第四電容板340與第二電容板320、第三電容板330間以及第五電容板350與第二電容板320、第三電容板330間具有相異的電容值。如此一來，可調式電容裝置10之電容量可依據三電極板組400的運作狀態而可調整出八種相異大小的電容量。進一步來說，當活動件200及電極板組400的數量越多時，則可調式電容裝置10之可調電容量的值就越多，進而增加可調式電容裝置10之電容值解析度。
請參閱第5A圖至第5B圖，第5A圖為第四實施例所揭露之可調式電容裝置的剖面示意圖，第5B圖為第5A圖之活動件位於第二位置的剖面示意圖。第5A圖之實施例與第1圖之實施例相似，故以下僅針對相異處進行說明。
如第5A圖所示，本實施例之可調式電容裝置10包含一基板100、一活動件200、一第一電容板310、一第二電容板320、一第三電容板330、二絕緣層600及一電極板組400。活動件200可活動地設置於基板100，且活動件200可相對基板位移而具有相對遠離或相對靠近基板100的一第一位置(如第5A圖所示)或一第二位置(如第5B圖所示)。第一電容板310設於活動件200且面向基板100。第二電容板320與第三電容板330設於基板100且面向第一電容板310。二絕緣層600分別設於第二電容板320與第三電容板330，且面向第一電容板310。絕緣層600之材料為選自由二氧化矽及氮化矽所構成之群組。電極板組400設於基板100且面向活動件200。
如第5B圖所示，當電極板組400受電壓驅動而產生靜電力，以吸引活動件200自第一位置位移至第二位置時，活動件200之第一電容板310抵靠於絕緣層600，使第一電容板310與第二電容板320及第三電容板330間保持一間距而調整第一電容板310分別與第二電容板320及第三電容板330間的電容量。
然而，第5A圖之實施例之絕緣層600之數量及位置並非用以限制本提案。請參閱第5C圖，第5C圖為第五實施例所揭露之可調式電容裝置的剖面示意圖。第5C圖之實施例與第5B圖之實施例相似，故以下僅針對相異處進行說明。本實施例之可調式電容裝置10的絕緣層600數量為一，而絕緣層600設於第一電容板310，且分別面向第二電容板320及第三電容板330。
請參閱第6圖，第6圖為第六實施例所揭露之可調式電容裝置的剖面示意圖。本實施例之可調式電容裝置10包含一基板100、一活動件200、一中間層500、一第一電容板310、一第二電容板320、一第三電容板330及一電極板組400。在本實施例中，基板100為一絕緣材料製成，例如為玻璃基板，但不以此為限，在其他實施例中，基板100也可以為非絕緣材料製成，而另外在基板100上設置一絕緣層。
活動件200可活動地設置於基板100，且活動件200可相對基板100位移而具有相對遠離或相對靠近基板100的一第一位置及一第二位置。詳細來說，活動件200包含相連的二支撐部210、二彈性部220及一貼附部230。貼附部230連接於二彈性部220之 間。二彈性部220分別連接二支撐部210。支撐部210設置於基板100，使貼附部230與基板100間保持一間距。並且，藉由二彈性部220彈性力而可使貼附部230朝遠離或靠近基板100的方向位移。
在本實施例及其他實施例中，活動件200更包含二凸柱240。二凸柱240自貼附部230朝基板100凸出。第一電容板310介於二凸柱240之間，且二凸柱240的長度皆大於第一電容板310之厚度與第二電容板320之厚度的總合。
在本實施例中，活動件200由導電材料製成。由於活動件200為導電材料製成，所以無需在活動件200上另設置電極板，也能夠受靜電力的影響而相對基板100位移。中間層500設於貼附部230，且面向基板100。中間層500為一高阻值半導體材料製成。
第一電容板310設於中間層500且面向基板100。第二電容板320設於基板100且面向第一電容板310。第三電容板330設於基板100且面向第一電容板310。第一電容板310、第二電容板320及第三電容板330間彼此串聯。各電容板310、320、330被激發時可產生一電容量。此電容量與各電容板的間距成反比以及與各電容板之感應面積成正比。
電極板組400設於基板100且面向活動件200。電極板組400包含一第一電極板410及一第二電極板420。第二電容板320及第三電容板330介於第一電極板410與第二電極板420之間。由於第一電極板410及第二電極板420與第二電容板320及第三電容 板330彼此分離且電性絕緣，故各電極板410、420與活動件200間的電流訊號與各電容板間的RF訊號不會相互干擾，進而提升可調式電容裝置10的品質因子。
當電極板組400被激發時會受電壓驅動而產生靜電力，以吸引活動件200自第一位置位移至第二位置而調整第一電容板310分別與第二電容板320及第三電容板330兩者間的電容量。詳細來說，當活動件200未被電極板組400之靜電力吸引時，活動件200位於第一位置，使可調式電容裝置10具有一第一電容量。當活動件200受電極板組400之靜電力吸引而相對靠近基板100時，活動件200之二凸柱240分別抵靠於基板100而令活動件200位於第二位置，以令活動件200上之第一電容板310與基板100上之第二電容板320與第三電容板330間保持一間距，進而讓可調式電容裝置10具有一第二電容量，而第二電容量大於第一電容量。
根據上述本提案所揭露之可調式電容裝置，活動件係用高阻值半導體材料製成，且活動件之電阻值範圍介於103至105歐姆-公分之間。落於此電阻值範圍內之活動件無需在活動件上另設置電極板，亦可受基板上之電極板組之靜電力吸引而調整可調式電容裝置之電容量，進而簡化可調式電容器的結構設計與製程上的困難性以有效的降低製作成本與提升生產良率。
再者，由於第一電極板及第二電極板與第二電容板及第三電容板彼此分離且電性絕緣，故各電極板與活動件間的電流訊號與各電容板間的訊號不會相互干擾，進而提升可調式電容裝置的品 質因子。
雖然本提案之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本提案，任何熟習相關技藝者，在不脫離本提案之精神和範圍內，舉凡依本提案申請範圍所述之形狀、構造、特徵及數量當可做些許之變更，因此本提案之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧可調式電容裝置
100‧‧‧基板
200‧‧‧活動件
210‧‧‧支撐部
220‧‧‧彈性部
230‧‧‧貼附部
240‧‧‧凸柱
310‧‧‧第一電容板
320‧‧‧第二電容板
330‧‧‧第三電容板
340‧‧‧第四電容板
350‧‧‧第五電容板
400‧‧‧電極板組
410‧‧‧第一電極板
420‧‧‧第二電極板
500‧‧‧中間層
600‧‧‧絕緣層
第1圖為第一實施例所揭露之可調式電容裝置的立體示意圖。
第2A圖為第1圖之活動件位於第一位置之剖面示意圖。
第2B圖為第1圖之活動件位於第二位置之剖面示意圖。
第3圖為第二實施例所揭露之可調式電容裝置的平面示意圖。
第4圖為第三實施例所揭露之可調式電容裝置的平面示意圖。
第5A圖為第四實施例所揭露之可調式電容裝置的剖面示意圖。
第5B圖為第5A圖之活動件位於第二位置的剖面示意圖。
第5C圖為第五實施例所揭露之可調式電容裝置的剖面示意圖。
第6圖為第六實施例所揭露之可調式電容裝置的剖面示意圖。
10‧‧‧可調式電容裝置
100‧‧‧基板
200‧‧‧活動件
210‧‧‧支撐部
220‧‧‧彈性部
230‧‧‧貼附部
240‧‧‧凸柱
310‧‧‧第一電容板
320‧‧‧第二電容板
330‧‧‧第三電容板
400‧‧‧電極板組
410‧‧‧第一電極板
420‧‧‧第二電極板

Claims (12)

  1. 一種可調式電容裝置，包含：一基板；至少一活動件，該活動件設置於該基板，且該活動件可相對該基板位移而具有相對遠離或相對靠近該基板的一第一位置或一第二位置；一第一電容板，設於該活動件且面向該基板；一第二電容板，設於該基板且面向該第一電容板；一第三電容板，設於該基板且面向該第一電容板；以及至少一電極板組，設於該基板且面向該活動件，該電極板組用以受電壓驅動而產生靜電力，以吸引該活動件自該第一位置位移至該第二位置，而調整該第一電容板分別與該第二電容板及該第三電容板間的電容量。
  2. 如請求項1所述之可調式電容裝置，其中該活動件具有一電阻值，該電阻值的範圍介於103至105歐姆-公分之間。
  3. 如請求項1所述之可調式電容裝置，其中該電極板組包含一第一電極板及一第二電極板，該第二電容板及該第三電容板介於該第一電極板與該第二電極板之間。
  4. 如請求項1所述之可調式電容裝置，其中該活動件包含相連的二支撐部、二彈性部及一貼附部，該貼附部連接於該二彈性部之間，該二彈性部分別連接該二支撐部，且該第一電容板設置於該貼附部。
  5. 如請求項4所述之可調式電容裝置，其中該活動件更包含二凸柱，該二凸柱自該貼附部朝該基板凸出，該第一電容板介於該二凸柱之間，且該二凸柱的長度皆大於該第一電容板之厚度與該第二電容板之厚度的總合，該活動件位於該第二位置時，該二凸柱分別抵靠於該基板，以令該第一電容板分別與該第二電容板及該第三電容板間保持一間隙。
  6. 如請求項1所述之可調式電容裝置，其中該基板為一絕緣材質。
  7. 如請求項1所述之可調式電容裝置，其中該活動件的材質為選自由矽、砷化鎵及硫化鎘所構成的群組中的其中之一。
  8. 如請求項1所述之可調式電容裝置，其中該第一電容板、該第二電容板及該第三電容板的材質為金屬。
  9. 如請求項1所述之可調式電容裝置，更包含至少一絕緣層，該絕緣層設於該第一電容板，且面向該第二電容板及該第三電容板。
  10. 如請求項1所述之可調式電容裝置，更包含至少一絕緣層，該絕緣層分別設於該第二電容板及該第三電容板，且分別面向該第一電容板。
  11. 如請求項1所述之可調式電容裝置，更包含一第四電容板，該至少一活動件的數量為二，該至少一電極板組的數量為二，該第一電容板與該第四電容板分別設於該二活動件，且皆分別面向該第二電容板及該第三電容板，該二電極板組分別用以受電壓驅動而產生靜電力，以分別吸引該二活動件自該第一位置位 移至該第二位置以調整該第一電容板分別與該第二電容板及該第三電容板間、該第四電容板分別與該第二電容板及該第三電容板間的電容量。
  12. 如請求項1所述之可調式電容裝置，更包含一第四電容板及一第五電容板，該至少一活動件的數量為三，該至少一電極板組的數量為三，該第一電容板、該第四電容板及該第五電容板分別設於該三活動件，且皆分別面向該第二電容板及該第三電容板，該三電極板組分別用以受電壓驅動而產生靜電力，以分別吸引該三活動件自該第一位置位移至該第二位置以調整該第一電容板分別與該第二電容板及該第三電容板間、該第四電容板分別與該第二電容板及該第三電容板間、該第五電容板分別與該第二電容板及該第三電容板間的電容量。
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