WO2012056889A1

WO2012056889A1 - 可変容量装置

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Publication number: WO2012056889A1
Application number: PCT/JP2011/073491
Authority: WO
Inventors: 梅田圭一
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2013-04-29

Abstract

　可変容量装置（１）は、支持板（２）と可動梁（３）と駆動容量部（Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ）と可変容量部（Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ）とを備える。可動梁（３）は可動部（３Ｃ）とアンカー部（３Ａ）と連結部（３Ｂ１，３Ｂ２）とを備える。駆動容量部（Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ）は、支持板（２）に近接するように可動部（３Ｃ）を変形させる駆動容量を生じる。可変容量部（Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ）は、可動部（３Ｃ）と支持板（２）とが近接する状態に応じて容量の大きさが変化する。連結部（３Ｂ１，３Ｂ２）は、梁幅方向を視て、駆動容量部（Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ）の可変容量部（Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ）側の端部に重なる位置、または、前記端部よりも可変容量部（Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ）側の位置で可動部（３Ｃ）に連結される。

Description

可変容量装置

　この発明は、静電力によって駆動するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）容量を制御する可変容量装置に関するものである。

　近年、静電力で駆動するＭＥＭＳを用いた可変容量装置やスイッチングキャパシタ装置が利用されている（例えば特許文献１参照。）。

　静電力で駆動するＭＥＭＳを利用した可変容量装置やスイッチングキャパシタ装置では、支持板に対向させて可動梁を弾性支持し、一組又は複数組の対向電極対を可動梁と支持板とに設ける。対向電極対にバイアス電圧を印加することにより、対向電極対の間に静電引力が発生し、その静電引力が可動梁と支持板とが近接するように可動梁を変形させる。可動梁と支持板との近接状態や接触面積が変化することにより、対向電極対の間に生じる可変容量（ＲＦ容量）が制御される。

　特許文献１にはスイッチングキャパシタ装置が開示されている。このスイッチングキャパシタ装置では、支持板に対して可動梁の全面が近接する状態または全面が離間する状態にし、これにより可変容量（ＲＦ容量）をオンまたはオフに制御する。このスイッチングキャパシタ装置は、対向電極対として、駆動容量電極対および可変容量電極対を有する。駆動容量電極対および可変容量電極対は可動梁の支持位置（アンカー）間を結ぶ主軸方向に配列され、２組の駆動容量電極対の間に可変容量電極対が配置されている。

米国特許第６５０７４５７号明細書

　静電力で駆動するＭＥＭＳを利用した可変容量装置やスイッチングキャパシタ装置では、バイアス電圧だけではなくＲＦ信号によっても可動梁の変形は引き起こされる。この現象はセルフアクチエーションと呼ばれ、セルフアクチエーションによる静電引力の大きさや可動梁の変形量は、ＲＦ信号の電力（振幅）の大きさに応じたものになる。そのため、可変容量装置において、印加されるＲＦ信号の電力が変動すると、可動梁と支持板との近接状態も変動し、駆動容量や可変容量（ＲＦ容量）も変動することになる。特に、印加されるＲＦ信号の電力が過大になると、駆動容量や可変容量（ＲＦ容量）が所望の値よりも大きくなって、可変容量（ＲＦ容量）の制御精度が低下してしまう。

　この問題を解決するために、駆動容量をモニタしてバイアス電圧をフィードバック制御して、セルフアクチエーションに起因する駆動容量の所望の値からのずれを校正することが考えられる。この場合、駆動容量と可変容量（ＲＦ容量）との相関性（以下、単に容量相関性と称する。）が高ければ、セルフアクチエーションに起因するＲＦ容量の制御値からのずれを無くすことができ、可変容量（ＲＦ容量）の制御精度を改善することができる。しかしながら、容量相関性自体がセルフアクチエーションの影響で変動する場合があり、可変容量（ＲＦ容量）の制御精度の低下を完全に防ぐことは難しかった。

　そこで、本発明の目的は、駆動容量と可変容量（ＲＦ容量）との容量相関性がセルフアクチエーションの影響で変動することを防ぐことができ、可変容量（ＲＦ容量）の制御精度を高いものにすることが可能な構成の可変容量装置を提供することにある。

　この発明の可変容量装置は、支持板と可動梁と駆動容量部と可変容量部とを備える。可動梁は可動部とアンカー部と連結部とを備える。可動部は支持板に対向して支持され、アンカー部は支持板に固定され、連結部はアンカー部と可動部とを連結する。駆動容量部は、可動部と支持板との対向領域に、支持板に近接するように可動部を変形させる静電力を生じさせる。可変容量部は、可動部と支持板との対向領域に、可動部と支持板とが近接する状態に応じて容量の大きさが変化する。駆動容量部と可変容量部とは、可動梁の梁幅方向に隣接するように配置される。このような構成において、連結部は、駆動容量部の可変容量部側の端部に重なる位置、または、前記端部よりも可変容量部側の位置で可動部に連結される。

　通常、可変容量装置にはバイアス電圧の印加により駆動容量が生じるとともに、ＲＦ信号の印加によりＲＦ容量も生じる。すると可動梁には、駆動容量による静電引力のほか、ＲＦ容量による静電引力も働く。駆動容量部と可変容量部とが梁幅方向に隣接する上記構成では、梁幅方向での静電引力の作用点と連結部の連結位置とにずれが生じるため、可動部には梁幅方向のモーメント荷重が作用する。このモーメント荷重は、可動部を梁幅方向に撓ませることになる。そして、セルフアクチエーションの影響でＲＦ容量による静電引力が変動すれば、可動部における梁幅方向の撓み量も変動する。可動部における梁幅方向の撓み量が変動すれば、駆動容量とＲＦ容量とで容量相関性が変動することになる。

　そこで上述の構成では、可変容量部の近傍に連結部を連結する構成により可変容量部に働く静電引力によるモーメント荷重が低減される。すると、セルフアクチエーションに起因して可変容量部に働く静電引力が変動しても、それによるモーメント加重の変動は抑制される。これにより、可動部における梁幅方向の撓み量が安定し、容量相関性を安定化することができる。

　上記可変容量装置において、連結部は、駆動容量部の可変容量部側の端部に重なる位置に連結されると好適である。

　可動梁がアンカー部を支点に変形して可動部と支持板との近接領域が拡大していく際に、連結部まで完全に近接状態にすることは難しく、可動部における連結部との連結位置周辺は支持板から浮き上がりやすい。したがって、仮に可変容量部に連結部が連結されていれば可変容量部を完全に支持板に近接状態にすることが難しく、ＲＦ容量の最大値が低減する要因に成ってしまう。そこで上記構成では、可動部と連結部とを連結する位置を、可変容量部からは外れるが可変容量部に近い位置とすることで、ＲＦ容量の最大値が低減することを防いでＲＦ容量の最大値を高めながら、容量相関性を安定させることができる。

　上記可変容量装置において、可動部は、駆動容量部の形成領域がアンカー部側に突出すると好適である。この構成では、ＲＦ容量の最大値が低減することをより確実に防ぐことができる。

　上記可変容量装置において、連結部は駆動容量部の可変容量部側を向く側面に連結されると好適である。この構成では、容量相関性をより安定させることができる。

　この発明によれば、可動部における可変容量部の近傍に連結部を連結することによって、可動容量部に働く静電引力の変動によるモーメント加重の変動を抑制することができ、可動部の梁幅方向の撓み量と容量間相関性とを安定化することができる。

本発明の実施形態に係る可変容量装置の模式図である。可動梁の変形態様について説明するコンター図である。駆動容量とＲＦ容量との関係を説明するグラフである。容量相関性に係る相関係数を説明するグラフである。ＲＦ容量の最大値について説明するコンター図である。バイアス電圧とＲＦ容量との関係、およびバイアス電圧と駆動容量との関係を説明するグラフである。本発明の他の実施例に係る可変容量装置の可動梁の構成を説明する模式図である。本発明のさらに他の実施例に係る可変容量装置の構成を説明する図である。可変容量装置のパッケージ構成例を説明する図である。

　以下、本発明の実施形態に係る可変容量装置の構成例について図を参照して説明する。なお、各図中に、可動梁の厚み方向をＺ軸方向、可動梁の長さ方向をＸ軸方向、可動梁の幅方向をＹ軸方向とする、直交座標形のＸ－Ｙ－Ｚ軸を付記する。

　図１（Ａ）は、本実施形態に係る可変容量装置１の平面図（Ｘ－Ｙ面平面図）である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中にＡ－Ａ’で示す位置での可変容量装置１の断面図（Ｘ－Ｚ面断面図）である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）中にＢ－Ｂ’で示す位置での可変容量装置１の断面図（Ｙ－Ｚ面断面図）である。

　可変容量装置１は、印加されるバイアス電圧に応じてＲＦ容量値が連続的に変化するものである。図１に示すように、可変容量装置１は、支持板２と、可動梁３と、支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂと、支持板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極６と、可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂと、誘電体膜８とを備える。

　支持板２は、天面（Ｘ－Ｙ面、Ｚ軸正方向）形状が矩形のガラス基板からなる。なお、支持板２は、シリコン単結晶基板などの他の絶縁性基板からなるものであってもよい。支持板２の天面には、支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂと、支持板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、誘電体膜８とが形成されている。支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂと支持板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂとは、Ｘ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。

　支持板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４ＢのＹ軸方向の両脇に設けられていて、一方の端部がバイアス電圧制御回路に接続されている。支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂは、支持板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂの間に設けられている。支持板側ＲＦ容量電極４Ａの一方の端部はＲＦ信号の入力端子（または出力端子）ＲＦに接続され、支持板側ＲＦ容量電極４Ｂの一方の端部はＲＦ信号の出力端子（または入力端子）ＲＦに接続されている。誘電体膜８は、支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂと支持板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂをと覆うように形成されている。

　誘電体膜８は、１００ｎｍ～３００ｎｍの厚さを有し、天面形状が矩形に形成されている。誘電体膜８は、五酸化タンタルからなる。誘電体膜８は、必要なＲＦ容量値に応じて、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、チタン酸バリウム、ダイヤモンドなどの絶縁性に優れた誘電体材料により構成することができる。

　可動梁３は、側面（Ｘ－Ｚ面）形状が略Ｌ字状の片持ち梁構造であり、アンカー部３Ａと、２本の連結部３Ｂ１，３Ｂ２と、可動部３Ｃとを備える。可動梁３は、高抵抗シリコン基板（絶縁材料）からなる。なお、可動梁３は、片持ち梁構造ではなく両持ち梁構造であってもよい。アンカー部３Ａは、平面視してＹ軸方向に長尺な矩形状であり、下面（Ｚ軸負方向）で支持板２に固定されている。アンカー部３Ａは、可動梁３のＸ軸負方向端部に設けられている。連結部３Ｂ１，３Ｂ２は、それぞれ平面視してＸ軸に対して蛇行するミアンダライン状であり、アンカー部３ＡのＹ軸方向両端からそれぞれＸ軸正方向に立設する。可動部３Ｃは、平面視して、Ｘ軸方向に長尺な平板状であり、可動梁３のＸ軸正方向端部に設けられている。可動部３Ｃは、Ｘ軸負方向の端部で連結部３Ｂ１，３Ｂ２に連結されている。連結部３Ｂ１，３Ｂ２と可動部３Ｃとは、支持板２に対向した状態でアンカー部３Ａによって支持される。また、可動部３Ｃは、Ｘ軸を中心に線対称形に構成されていて、２つの分割領域３Ｄを有する。分割領域３Ｄは、それぞれＸ軸に沿って複数の貫通孔が配列された領域である。可動部３Ｃは、２つの分割領域３Ｄによって区画された３つの領域を有し、そのうち両外側の領域は、アンカー部３Ａ側の端部が中央の領域よりも突出し、突出部分の内側側面（法線Ｙ軸方向）に連結部３Ｂ１，３Ｂ２が接続されている。

　可動梁側ＲＦ容量電極６および可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂは、Ｘ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。可動梁側ＲＦ容量電極６および可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂは、タングステンからなる。可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂは、可動梁側ＲＦ容量電極６のＹ軸方向の両脇に設けられている。可動梁側駆動容量電極７Ａは、支持板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜８と対向するように設けられている。可動梁側駆動容量電極７Ｂは、支持板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜８と対向するように設けられている。可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂは、アンカー部３Ａおよび連結部３Ｂ１，３Ｂ２の下面に設けられた配線によって互いに接続されるとともに、接地端子ＧＮＤに接続されている。可動梁側ＲＦ容量電極６は、可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂの間に設けられている。具体的には、可動梁側ＲＦ容量電極６は、支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂおよび誘電体膜８と対向するように設けられている。可動梁側ＲＦ容量電極６および可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂは、タングステンに限らず、膜応力が調整でき、かつ低抵抗な材料によって構成されていることが好ましく、特に、タングステンやモリブデンのように可動梁３を構成している高抵抗シリコン基板と近い線膨張係数を有する材料によって構成されていることが好ましい。また、可動梁側ＲＦ容量電極６および可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂと可動梁３との間には、熱酸化膜が形成されていることが好ましい。熱酸化膜により、絶縁抵抗を大きくすることができる。可動梁側ＲＦ容量電極６および可動梁側駆動容量電極７Ａ，７Ｂと熱酸化膜との間に、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔａからなる密着性向上膜が形成されていることがより好ましい。

　可動梁側駆動容量電極７Ａは、支持板側駆動容量電極５Ａと誘電体膜８とに対向している。可動梁側駆動容量電極７Ｂは、支持板側駆動容量電極５Ｂと誘電体膜８とに対向している。可動梁側駆動容量電極７Ａは、支持板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜８の対向する領域とともに駆動容量部Ｃ２Ａを構成している。可動梁側駆動容量電極７Ｂは、支持板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜８の対向する領域とともに駆動容量部Ｃ２Ｂを構成している。バイアス電圧制御回路から支持板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂにバイアス電圧（駆動ＤＣ電圧）が印加されると、駆動容量部Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂにおいて静電引力が発生する。駆動容量部Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂは、その静電引力により可動梁３を支持板２側に引き付け、可動梁３を先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜８に接触させる。バイアス電圧が高電圧であるほど、可動梁３と誘電体膜８との接触面積は大きくなる。バイアス電圧制御回路は、駆動容量部Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂの容量値をモニタして安定化するように、バイアス電圧をフィードバック制御する回路である。

　可動梁側ＲＦ容量電極６は、支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂと誘電体膜８とに対向している。可動梁側ＲＦ容量電極６は、支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂおよび誘電体膜８の対向する領域とともにＲＦ容量部Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂを構成している。ＲＦ容量部Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂは、可動梁側ＲＦ容量電極６と支持板側ＲＦ容量電極４Ａ，４Ｂとの間に形成され、可動梁３の可動部３Ｃと支持板２とが近接する状態に応じて容量の大きさが変化する可変容量部として機能する。すなわち、ＲＦ容量部Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂは、可変容量部である。

　なお、駆動容量部Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂはバイアス電圧制御回路と接地端子ＧＮＤとの間に並列接続されるため、両者を直列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が大きく、両者を直列接続する場合よりも電極面積の低減に有利である。一方、ＲＦ容量部Ｃ１Ａ，Ｃ１ＢはＲＦ信号の入力端子と出力端子との間に直列接続されるため、両者を並列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が小さく、両者を並列接続する場合よりもＲＦ信号による可動梁３の変形（セルフアクチエーション）の抑制に有利である。

《可動部の変形態様》
　次に、可変容量装置における可動梁の変形態様について説明する。

　図２は、所定のバイアス電圧と大電力のＲＦ信号が印加された状態での可動梁の変形量を示すコンター図である。図２（Ａ），図２（Ｂ）には本発明の実施例に係る可動梁１３，２３を示しており、図２（Ｃ），図２（Ｄ）には比較例に係る可動梁３３，４３を示している。なお、各図中、共通する部位には同一の符号を付している。

　図２（Ａ）～（Ｄ）に示す可動梁１３は，２３，３３，４３において、可動部３Ｃが、駆動容量部形成領域３Ｃ１，３Ｃ２と、ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３と、分割領域３Ｄとによって構成されている。ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３は、可変容量部形成領域である。駆動容量部形成領域３Ｃ１，３Ｃ２と、ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３と、分割領域３Ｄとは、それぞれＸ軸方向に長尺である。駆動容量部形成領域３Ｃ１とＲＦ容量部形成領域３Ｃ３との間に分割領域３Ｄが配置されており、駆動容量部形成領域３Ｃ２とＲＦ容量部形成領域３Ｃ３との間に分割領域３Ｄが配置されている。駆動容量部形成領域３Ｃ１，３Ｃ２は、アンカー部３Ａ側（Ｘ軸負方向）の端部がＲＦ容量部形成領域３Ｃ３よりも突出しており、突出部分に連結部３Ｂ１，３Ｂ２が接続されている。

　図２（Ａ）に示す可動梁１３において、可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置は、駆動容量部形成領域３Ｃ１，３Ｃ２の突出部分の内側側面（ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３側の側面）である。この場合、可動部３Ｃの梁幅方向の撓みはあまり起こっていない。

　図２（Ｂ）に示す可動梁２３は，可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置が可動梁１３と相違する構成であり、可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置は、アンカー部３Ａ側（Ｘ軸負方向）の端部側面における、駆動容量部形成領域３Ｃ１，３Ｃ２の突出部分の内側側面（ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３側の側面）の縁に重なる領域である。この場合にも、可動部３Ｃの梁幅方向の撓みはほとんど起こっていない。

　図２（Ｃ），（Ｄ）に示す可動梁３３，４３も可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置が可動梁１３と相違する構成であり、可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置は、駆動容量部形成領域３Ｃ１，３Ｃ２の外側側面（ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３とは逆側の側面）である。この場合、可動部３Ｃの中央が大きく撓んでいる。

　このように、大電力のＲＦ信号が印加された状態では、可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置の違いによって可動部３Ｃの梁幅方向での変形量が異なる。これは、セルフアクチエーションによる静電引力がＲＦ容量部形成領域３Ｃ３に作用し、その静電引力の作用点と上記連結位置との距離によって、モーメント加重が変化するためと考えられる。したがって、本発明の実施例に係る可動梁１３，２３のように、セルフアクチエーションによる静電引力の作用点であるＲＦ容量部形成領域３Ｃ３の近傍を上記連結位置とすることにより、ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３に作用する静電引力による可動部３Ｃの梁幅方向の撓み量を抑制することができる。

《容量相関性》
　次に、可変容量装置における駆動容量とＲＦ容量との容量相関性について説明する。

　図３は図２に示した構成例ごとに駆動容量とＲＦ容量との関係を説明するグラフであり、図４は図２に示した構成例の間での容量相関性に係る相関係数の差を説明するグラフである。

　図３（Ａ）～図３（Ｄ）のそれぞれには、ＲＦ信号を印加していない状態（ＤＣ＝０Ｖ）と、大電力のＲＦ信号を印加している状態（ＤＣ＝２０Ｖ）とでの駆動容量とＲＦ容量との関係を示している。いずれの構成例でも、ＲＦ信号を印加していない状態よりも大電力のＲＦ信号を印加している状態では、セルフアクチエーションの作用によってＲＦ容量が増大している。

　図４には、図３に示したグラフにおけるＲＦ信号を印加していない状態（ＤＣ＝０Ｖ）と、大電力のＲＦ信号を印加している状態（ＤＣ＝２０Ｖ）とでの、容量相関性に係る相関係数を示している。ＲＦ信号を印加していない状態（ＤＣ＝０Ｖ）では、本発明の実施例（可動梁１３，２３）でも比較例（可動梁３３，４３）でも、相関係数が略１．００であるが、大電力のＲＦ信号を印加している状態（ＤＣ＝２０Ｖ）では、本発明の実施例（可動梁１３，２３）での相関係数が略１．００であるのに対して、比較例（可動梁３３，４３）での相関係数が大きく低下していることがわかる。

　このように、比較例（可動梁３３，４３）ではセルフアクチエーションの影響によって相関係数が変動するのに対して、本発明の実施例（可動梁１３，２３）では相関係数がセルフアクチエーションの影響を殆ど受けず、容量相関性を安定したものにすることができる。このことから、本発明に係る可変容量装置では、ＲＦ容量の制御精度を高いものにすることが可能といえる。

《ＲＦ容量の最大値》
　次に、可変容量装置におけるＲＦ容量の最大値について説明する。

　図５は可動梁の変形量を示すコンター図であり、具体的にはバイアス電圧を最大化した状態での可動梁の変形量を示している。図５（Ａ）には本発明の実施例に係る可動梁５３を示しており、図５（Ｂ）には比較例に係る可動梁６３を示している。なお、各図中、共通する部位には同一の符号を付している。

　可動梁５３において、可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置は、駆動容量部形成領域３Ｃ１，３Ｃ２の突出部分の内側側面（ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３側の側面）である。可動梁６３において、可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置は、ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３である。

　バイアス電圧を最大化（ＤＣ＝５０Ｖ印加状態を図示）すると、可動梁５３と可動梁６３とにおける駆動容量部形成領域３Ｃ１，３Ｃ２が全長に亘って支持板２に近接した状態となり、ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３における変形量とＲＦ容量とが最大化する。この際、可動部３Ｃと連結部３Ｂ１，３Ｂ２との連結位置近傍は、完全に近接した状態にはならず、支持板２から浮き上がった状態となる。

　このため、図５に示すように、可動梁５３ではＲＦ容量部形成領域３Ｃ３が全長に亘って支持板２に近接した状態に成るのに対して、可動梁６３ではＲＦ容量部形成領域３Ｃ３の一端近傍が支持板２から浮き上がった状態となる。

　図６は、バイアス電圧とＲＦ容量との関係、およびバイアス電圧と駆動容量との関係を説明するグラフである。図６において、Ａは図５（Ａ）に示す可動梁５３であり、Ｂは図５（Ｂ）に示す可動梁６３である。

　図６に示すように、同じ値のバイアス電圧を印可した場合、本発明の実施例に係る可動梁５３の方が比較例に係る可動梁６３よりもＲＦ容量が大きくなっている。可動梁５３のようにＲＦ容量部形成領域３Ｃ３が全長に亘って支持板２に近接した状態になれば、可変容量装置として実現可能なＲＦ容量の最大値が大きくなる。一方、可動梁６３のようにＲＦ容量部形成領域３Ｃ３の一端近傍が支持板２から浮き上がった状態になれば、可変容量装置として実現可能なＲＦ容量の最大値が小さくなってしまう。

　このことから、本発明に係る可変容量装置では、梁幅方向を視て、連結部３Ｂ１，３Ｂ２が駆動容量部Ｃ２Ａ，Ｃ２ＢのＲＦ容量部Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ側の端部に重なる位置、または、駆動容量部Ｃ２Ａ，Ｃ２ＢのＲＦ容量部Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ側の端部よりもＲＦ容量部Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ側でＲＦ容量部Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂから外れた位置で可動部３Ｃに連結されることにより、駆動容量とＲＦ容量との容量相関性を高めたまま、ＲＦ容量の最大値を大きくすることが可能といえる。

《その他の実施例》
　図７は、本発明の他の実施例に係る可変容量装置の可動梁の構成を説明する概略図である。

　図７（Ａ）～（Ｃ）に示す可動梁７３，８３，９３は、１つの連結部３Ｂによってアンカー部３Ａと可動部３Ｃとを連結する構成である。可動部３Ｃは、１つの駆動容量部形成領域３Ｃ１と、１つのＲＦ容量部形成領域３Ｃ３とを備える。図７（Ａ）に示す可動梁７３において、可動部３Ｃと連結部３Ｂとの連結位置は、駆動容量部形成領域３Ｃ１のＲＦ容量部形成領域３Ｃ３側の辺縁に重なる位置である。この構成では、ＲＦ容量の最大値が低減する可能性は残るが、少なくとも駆動容量とＲＦ容量との容量相関性を高めることができる。

　図７（Ｂ）に示す可動梁８３は、上記可動梁７３とは可動部３Ｃと連結部３Ｂとの連結位置が相違しており、駆動容量部形成領域３Ｃ１とＲＦ容量部形成領域３Ｃ３との間の間隙に重なる位置である。この構成では、上記可動梁７３よりもＲＦ容量の最大値を高めることが可能である。

　図７（Ｃ）に示す可動梁９３は、上記可動梁７３とは可動部３Ｃの形状が相違しており、可動部３Ｃにおける駆動容量部形成領域３Ｃ１がＲＦ容量部形成領域３Ｃ３よりも連結部３Ｂ側に突出する構成である。そして、可動部３Ｃと連結部３Ｂとの連結位置が、突出する駆動容量部形成領域３Ｃ１の側壁面である。この構成では、上記可動梁８３よりもＲＦ容量の最大値をさらに高めることが可能である。

　次に、通信装置のアンテナに接続されてインピーダンスマッチングに用いられるＶＭＤ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｍａｔｃｈｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ）装置について説明する。

　図８（Ａ）は、ＶＭＤ装置１１１の等価回路図である。ＶＭＤ装置１１１は、可変容量装置アレイ１００と、インダクタＬとを備える。可変容量装置アレイ１００は、可変容量装置１０１Ａ，１０１Ｂを備える。可変容量装置１０１Ａは、外部負荷１１２ＡとインダクタＬとの間を接続する信号ラインとグランドとの間に接続されている。可変容量装置１０１Ｂは、アンテナ１１２ＢとインダクタＬとの間を接続する信号ラインとグランドとの間に接続されている。可変容量装置１０１Ａ，１０１Ｂは、インダクタＬを介して互いに接続されている。インダクタＬの両端に、外部負荷１１２Ａとアンテナ１１２Ｂとが接続されている。ＶＭＤ装置１１１では、可変容量装置１０１Ａ，１０１ＢのＲＦ容量を制御することにより、外部負荷１１２Ａとアンテナ１１２Ｂとのインピーダンスをマッチングさせることができる。

　図８（Ｂ）、図８（Ｃ）は、可変容量装置アレイ１００の構成を説明する図である。具体的には、図８（Ｂ）は、可変容量装置アレイ１００の平面図（Ｘ－Ｙ面平面図）である。図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）中にＣ－Ｃ’で示す位置での可変容量装置アレイ１００の断面図（Ｙ－Ｚ面断面図）である。ここで可変容量装置アレイ１００は２組の可変容量装置１０１Ａ，１０１Ｂを単一の支持板１０２に設けたパッケージ構成のものである。なお、図中、可変容量装置１０１Ｂは可動梁の図示を省いている。

　可変容量装置１０１Ａ，１０１Ｂはそれぞれ、可動梁１０３と、支持板側ＲＦ容量電極１０４Ａ，１０４Ｂと、支持板側駆動容量電極１０５Ａ，１０５Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極１０６と、可動梁側駆動容量電極１０７Ａ，１０７Ｂと、誘電体膜１０８Ａ～１０８Ｅと、同電位電極１０９とを備える。

　可変容量装置１０１Ａ，１０１Ｂにおいて、可動梁１０３は、本発明の特徴を持つ構成であり、連結部と可動部との連結位置がＲＦ容量部形成領域の近傍である。支持板側ＲＦ容量電極１０４Ａ，１０４Ｂと可動梁側ＲＦ容量電極１０６とは、対向する誘電体膜１０８ＣとともにＲＦ容量部を構成する。支持板側駆動容量電極１０５Ａ，１０５Ｂと可動梁側駆動容量電極１０７Ａ，１０７Ｂとは、対向する誘電体膜１０８Ｂ，１０８Ｄとともに駆動容量部を構成する。同電位電極１０９は、可動梁側駆動容量電極１０７Ａ，１０７Ｂに対向するように、支持板側駆動容量電極１０５Ａ，１０５Ｂの両脇に設けられ、可動梁側駆動容量電極１０７Ａ，１０７Ｂと同電位にされる。誘電体膜１０８Ａ，１０８Ｃ，１０８Ｅは、誘電体膜１０８Ｂ，１０８Ｄが可動梁側駆動容量電極１０７Ａ，１０７Ｂと間隔を隔てて対向するように、部分的に厚く構成されている。可変容量装置１０１Ａ，１０１Ｂにおいては、同電位電極１０９を設けるとともに、誘電体膜１０８Ｂ，１０８Ｄが可動梁側駆動容量電極１０７Ａ，１０７Ｂと接触しないようにすることで、バイアス電圧によって誘電体膜１０８Ｂ，１０８Ｄが帯電することを防いでいる。

　図９は、可変容量装置アレイ１００のパッケージ構造（ＷａｆｅｒＬｅｖｅｌＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）を説明する図である。具体的には、図９は、図８（Ｂ）中にＤ－Ｄ’で示す位置での可変容量装置アレイ１００の断面図（Ｘ－Ｚ面断面図）である。ここでは、ガラス基板からなる支持板１０２と高抵抗シリコン基板からなる可動梁１０３との間を、Ａｕからなるアンカー部１０３Ａ１，１０３Ａ２の熱圧着により接合している。また、可変容量装置アレイ１００は、ガラス基板からなるパッケージ蓋板１０２Ａを備え、パッケージ蓋板１０２Ａと支持板１０２との間を、Ａｕからなる支持部材１０２Ｂ１，１０２Ｂ２の熱圧着により接合している。

　このような構成により、パッケージ内部空間を減圧雰囲気に保持できるとともに、可動梁１０３側から支持板１０２に引き回す電極の抵抗を、Ａｕ－Ａｕ接合を介することによって、低くすることができる。なお、支持板１０２とパッケージ蓋板１０２Ａとは、シリコン基板からなるものであってもよく、その場合、１ｋΩｃｍ以上の抵抗率を持つことが好ましい。

　以上のような各種構成であっても本発明は実施できる。ＲＦ容量部形成領域の近傍を可動部と連結部との連結位置とすることにより、セルフアクチエーションによりＲＦ容量部形成領域に作用する静電引力の変動による、可動部の梁幅方向の撓みを抑制して、駆動容量とＲＦ容量との容量相関性を改善することができる。

　なお、上述の各実施形態では可動梁として片持ち梁構成のものを説明したが、本発明は両持ち梁構成の可動梁に対しても同様に実施することができる。また、可動梁を絶縁性のものとして、別途電極を形成して駆動容量部とＲＦ容量部とを構成する構成を示したが、導電性の可動梁に対しても同様に実施することができる。その他、多様な構成で本発明は実施でき、本発明の範囲は上述の実施形態の記載に制限されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ…ＲＦ容量部
Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ…駆動容量部
１，１０１Ａ，１０１Ｂ…可変容量装置
２，１０２…支持板
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３，１０３…可動梁
３Ａ…アンカー部
３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２…連結部
３Ｃ…可動部
３Ｃ１，３Ｃ２…駆動容量部形成領域
３Ｃ３…ＲＦ容量部形成領域
３Ｄ…分割領域
４Ａ，４Ｂ…支持板側ＲＦ容量電極
５Ａ，５Ｂ…支持板側駆動容量電極
６…可動梁側ＲＦ容量電極
７Ａ，７Ｂ…可動梁側駆動容量電極
８…誘電体膜
１００…可変容量装置アレイ

Claims

　支持板と、
　前記支持板に対向して支持される可動部と、前記支持板に固定されるアンカー部と、前記アンカー部と前記可動部とを連結する連結部とを備える可動梁と、
　前記可動部と前記支持板との対向領域に、前記支持板に近接するように前記可動部を変形させる静電力を生じさせる駆動容量部と、
　前記可動部と前記支持板との対向領域に、前記可動部と前記支持板とが近接する状態に応じて容量の大きさが変化する可変容量部と、を備え、
　前記駆動容量部と前記可変容量部とは、前記可動梁の梁幅方向に隣接するように配置され、
　前記連結部は、前記駆動容量部の前記可変容量部側の端部に重なる位置、または、前記端部よりも前記可変容量部側の位置で前記可動部に連結される、可変容量装置。
　前記連結部は、前記駆動容量部の前記可変容量部側の端部に重なる位置に連結される、請求項１に記載の可変容量装置。
　前記可動部は、前記駆動容量部の配置領域が前記アンカー部側に突出する、請求項２に記載の可変容量装置。
　前記連結部は前記駆動容量部の配置領域の前記可変容量部側を向く側面に連結される、請求項３に記載の可変容量装置。