WO2012066901A1 - 可変容量装置 - Google Patents

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WO2012066901A1
WO2012066901A1 PCT/JP2011/074378 JP2011074378W WO2012066901A1 WO 2012066901 A1 WO2012066901 A1 WO 2012066901A1 JP 2011074378 W JP2011074378 W JP 2011074378W WO 2012066901 A1 WO2012066901 A1 WO 2012066901A1
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variable capacitance
movable
support plate
movable beam
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PCT/JP2011/074378
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English (en)
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Inventor
梅田圭一
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
    • H01G5/18—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes due to change in inclination, e.g. by flexing, by spiral wrapping

Definitions

  • the present invention relates to a variable capacitance device that controls an RF (Radio Frequency) capacitance using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) driven by electrostatic force.
  • RF Radio Frequency
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the movable beam is elastically supported so as to face the support plate, and one or a plurality of pairs of counter electrodes are provided on the movable beam and the support plate.
  • a bias voltage By applying a bias voltage to the counter electrode pair, an electrostatic attractive force is generated between the counter electrode pair, and the movable beam is deformed so that the electrostatic attractive force comes close to the movable beam and the support plate.
  • the variable capacitance RF capacitance
  • Patent Document 1 discloses a switching capacitor device.
  • this switching capacitor device the entire surface of the movable beam is close to or separated from the support plate, thereby controlling the RF capacitance on or off.
  • This switching capacitor device has a drive capacitor electrode pair and a variable capacitor electrode pair as counter electrode pairs.
  • the drive capacitor electrode pair and the variable capacitor electrode pair are arranged in the main axis direction connecting between the support positions (anchors) of the movable beams, and the variable capacitor electrode pair is disposed between the two drive capacitor electrode pairs.
  • the variable capacitance device disclosed in Patent Document 2 includes a spring portion that extends in a direction parallel to the deflection direction of the movable beam, and suppresses the spring constant of the spring portion by reducing the thickness of the spring portion.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a relationship (CV characteristics) between a bias voltage and an RF capacitance in a variable capacitance device capable of continuously changing the RF capacitance.
  • a variable capacitance device has the following restrictions and requirements for a voltage region and a capacitance region (hereinafter simply referred to as a variable capacitance region) in which the RF capacitance in the CV characteristic changes continuously.
  • variable capacitance device is used for impedance matching in an RF circuit of a mobile phone, the size of the variable capacitance device itself is reduced, and a charge pump circuit that supplies a bias voltage to the variable capacitance device is provided. It is required to reduce the circuit size of the included DC voltage control circuit.
  • the circuit size of the DC voltage control circuit is determined by the upper limit bias voltage in the variable capacitance region. In order to reduce the size, it is desirable that the upper limit bias voltage in the variable capacitance region in the variable capacitance device is low.
  • the lower limit bias voltage of the variable capacitance region needs to be set higher than a certain level in accordance with the assumed power level of the RF signal.
  • variable capacity devices are required to arbitrarily adjust the CV characteristics. Adjusting the shape of movable beams and electrodes is effective for adjusting the CV characteristics, but the effect of each shape adjustment on the CV characteristics is complex, and there are restrictions on the shapes of the movable beams and electrodes themselves. Therefore, precise setting of the CV characteristics is extremely difficult.
  • an object of the present invention is to provide a variable capacitance device having a configuration in which it is easy to arbitrarily set a CV characteristic.
  • the variable capacity device of the present invention includes a support plate, a movable beam, a drive capacity section, and a variable capacity section.
  • the movable beam includes a movable part, an anchor part, and a connecting part.
  • the movable part is supported to face the support plate.
  • the anchor portion is fixed to the support plate.
  • the connecting portion connects the anchor portion and the movable portion.
  • the drive capacity unit generates an electrostatic force that deforms the movable unit so as to be close to the support plate in a region where the movable unit and the support plate are opposed to each other.
  • the variable capacitance portion generates an RF capacitance whose size changes in a region where the movable portion and the support plate are close to each other in a region where the movable portion and the support plate are close to each other.
  • the connecting portion includes a sensitivity adjustment region extending in a direction orthogonal to the extending direction of the movable portion.
  • the variable capacitance device is preferably provided with a lower limit voltage adjustment region in which the connecting portion extends in the extending direction of the movable portion.
  • the lower limit bias voltage and the slope ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region can be adjusted by adjusting the shape of the lower limit voltage adjustment region.
  • the slope ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region and the lower limit bias voltage can be set independently.
  • variable capacitance device may be configured such that the sensitivity adjustment region and the lower limit voltage adjustment region have a uniform thickness and have different dimensions in the width direction perpendicular to the extending direction.
  • the variable capacitance device may include a plurality of lower limit voltage adjustment regions in the connecting portion, and they may be configured such that the dimensions in the width direction orthogonal to the extending direction are different from each other.
  • the variable capacitance device may include a plurality of sensitivity adjustment regions in the connecting portion, and they may be configured so that the dimensions in the width direction orthogonal to the extending direction are different from each other.
  • variable capacitance device may be configured with a thickness in which the sensitivity adjustment region and the lower limit voltage adjustment region are different.
  • the slope ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region is independent of the lower limit bias voltage by adjusting the shape of the sensitivity adjustment region provided in the connecting portion so as to extend in a direction orthogonal to the extending direction of the movable portion. It is possible to set the CV characteristics in detail.
  • variable capacitance region it is possible to suppress the slope ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region, and it is possible to prevent the control accuracy of the RF capacitance from being lowered due to the ripple.
  • the upper limit bias voltage in the variable capacitance region can be suppressed, and the circuit size of the DC voltage control circuit can be reduced.
  • variable capacitance device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 2A is a plan view (XY plane plan view) of the variable capacitance device 1 according to the present embodiment.
  • 2B is a cross-sectional view (XZ plane cross-sectional view) of the variable capacitance device 1 at a position indicated by A-A ′ in FIG.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view (YZ plane cross-sectional view) of the variable capacitance device 1 at a position indicated by B-B ′ in FIG.
  • the RF capacitance value changes continuously according to the applied bias voltage.
  • the variable capacitance device 1 includes a support plate 2, a movable beam 3, support plate side RF capacitance electrodes 4A and 4B, support plate side drive capacitance electrodes 5A and 5B, and a movable beam side RF capacitance. Electrode 6, movable beam side drive capacitance electrodes 7A and 7B, and dielectric film 8 are provided.
  • the support plate 2 is made of a glass substrate whose top surface (XY plane, positive direction of the Z axis) is rectangular.
  • the support plate 2 may be made of another insulating substrate such as a silicon single crystal substrate.
  • the support plate-side RF capacitive electrodes 4A and 4B and the support plate-side drive capacitive electrodes 5A and 5B are line-shaped electrodes that are long in the X-axis direction, and are arranged in the Y-axis direction.
  • the support plate side drive capacitance electrodes 5A and 5B are provided on both sides of the support plate side RF capacitance electrodes 4A and 4B in the Y-axis direction, and one end thereof is connected to the bias voltage control circuit.
  • the support plate side RF capacitance electrodes 4A and 4B are provided between the support plate side drive capacitance electrodes 5A and 5B.
  • One end of the support plate side RF capacitance electrode 4A is connected to an RF signal input terminal (or output terminal) RF
  • one end of the support plate side RF capacitance electrode 4B is an RF signal output terminal (or input terminal).
  • Connected to RF Connected to RF.
  • the dielectric film 8 is formed so as to cover the support plate side RF capacitance electrodes 4A and 4B and the support plate side drive capacitance electrodes 5A and 5B.
  • the dielectric film 8 has a thickness of 100 nm to 300 nm and has a top surface formed in a rectangular shape.
  • the dielectric film 8 is made of tantalum pentoxide.
  • the dielectric film 8 can be made of a dielectric material having excellent insulating properties such as SiN, SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, barium titanate, diamond, etc., depending on the required RF capacitance value.
  • the movable beam 3 is a cantilever having a substantially L-shaped side surface (XZ plane), and includes an anchor portion 3A, two connecting portions 3B1 and 3B2, and a movable portion 3C.
  • the movable beam 3 is made of a high resistance silicon substrate (insulating material).
  • the movable beam 3 may be a cantilever instead of a cantilever.
  • the anchor portion 3A has a rectangular shape that is long in the Y-axis direction in plan view, and is fixed to the support plate 2 on the lower surface (Z-axis negative direction).
  • the anchor portion 3 ⁇ / b> A is provided at the end of the movable beam 3 in the negative X-axis direction.
  • Each of the connecting portions 3B1 and 3B2 has a meander line shape meandering with respect to the X axis in a plan view, and is erected in the X axis positive direction from both ends of the anchor portion 3A in the Y axis direction.
  • the movable portion 3 ⁇ / b> C has a flat plate shape that is long in the X-axis direction in plan view, and is provided at the end portion of the movable beam 3 in the X-axis positive direction.
  • the movable portion 3C is connected to the connecting portions 3B1 and 3B2 at the end in the negative X-axis direction.
  • the connecting portions 3B1 and 3B2 and the movable portion 3C are supported by the anchor portion 3A in a state of facing the support plate 2.
  • the movable portion 3C is configured to be line symmetrical about the X axis, and has two divided regions 3D.
  • the divided region 3D is a region in which a plurality of through holes are arranged along the X axis.
  • the movable portion 3C has three regions divided by two divided regions 3D, and the outer regions of both of the movable portions 3C protrude from the central region at the end on the anchor portion 3A side, and the inner side surface (method)
  • the connecting portions 3B1 and 3B2 are connected in the direction of the line Y axis.
  • the movable beam-side RF capacitive electrode 6 and the movable beam-side drive capacitive electrodes 7A and 7B are line-shaped electrodes that are long in the X-axis direction, and are arranged in the Y-axis direction.
  • the movable beam side RF capacitive electrode 6 and the movable beam side drive capacitive electrodes 7A and 7B are made of tungsten.
  • the movable beam side drive capacitance electrodes 7A and 7B are provided on both sides of the movable beam side RF capacitance electrode 6 in the Y-axis direction.
  • the movable beam drive capacitance electrode 7A is provided so as to face the support plate drive capacitance electrode 5A and the dielectric film 8.
  • the movable beam drive capacitance electrode 7B is provided so as to face the support plate drive capacitance electrode 5B and the dielectric film 8.
  • the movable beam side drive capacitance electrodes 7A and 7B are connected to each other by wiring provided on the lower surfaces of the anchor portion 3A and the connecting portions 3B1 and 3B2, and are also connected to the ground terminal GND.
  • the movable beam side RF capacitive electrode 6 is provided between the movable beam side drive capacitive electrodes 7A and 7B. Specifically, the movable beam side RF capacitive electrode 6 is provided so as to face the support plate side RF capacitive electrodes 4A and 4B and the dielectric film 8.
  • the movable beam-side RF capacitive electrode 6 and the movable beam-side drive capacitive electrodes 7A and 7B are not limited to tungsten, and are preferably made of a low-resistance material that can adjust the film stress.
  • the movable beam 3 is made of a material having a linear expansion coefficient close to that of the high-resistance silicon substrate.
  • a thermal oxide film is formed between the movable beam side RF capacitive electrode 6 and the movable beam side drive capacitive electrodes 7A and 7B and the movable beam 3.
  • the insulation resistance can be increased by the thermal oxide film. More preferably, an adhesion improving film made of Cr, Ti, Ta is formed between the movable beam side RF capacitive electrode 6 and the movable beam side drive capacitive electrodes 7A, 7B and the thermal oxide film.
  • the movable beam side drive capacitance electrode 7A faces the support plate side drive capacitance electrode 5A and the dielectric film 8.
  • the movable beam drive capacitance electrode 7B faces the support plate drive capacitance electrode 5B and the dielectric film 8.
  • the movable beam side drive capacitance electrode 7A constitutes a drive capacitance portion C2A together with the opposing region of the support plate side drive capacitance electrode 5A and the dielectric film 8.
  • the movable beam side drive capacitance electrode 7B constitutes a drive capacitance portion C2B together with the opposing region of the support plate side drive capacitance electrode 5B and the dielectric film 8.
  • the bias voltage control circuit is a circuit that feedback-controls the bias voltage so as to monitor and stabilize the capacitance values of the drive capacitors C2A and C2B.
  • the movable beam side RF capacitive electrode 6 faces the support plate side RF capacitive electrodes 4A and 4B and the dielectric film 8.
  • the movable beam side RF capacitance electrode 6 constitutes RF capacitance portions C1A and C1B together with the opposing regions of the support plate side RF capacitance electrodes 4A and 4B and the dielectric film 8.
  • the RF capacitor portions C1A and C1B are formed between the movable beam side RF capacitor electrode 6 and the support plate side RF capacitor electrodes 4A and 4B, depending on the state in which the movable portion 3C of the movable beam 3 and the support plate 2 are close to each other. It functions as a variable capacitance section in which the size of the capacitance changes. That is, the RF capacitors C1A and C1B are variable capacitors.
  • the electrostatic attraction per unit area is larger than the configuration in which both are connected in series, and both are connected in series. This is more advantageous in reducing the electrode area than in the case of doing so.
  • the RF capacitors C1A and C1B are connected in series between the RF signal input terminal and the output terminal, the electrostatic attraction per unit area is smaller than the configuration in which both are connected in parallel, and the two are connected in parallel. This is more advantageous for suppressing the deformation (self-actuation) of the movable beam 3 due to the RF signal than in the case of doing so.
  • the connecting portions 3B1 and 3B2 are, in order from the anchor portion 3A side to the movable portion 3C side, a region having the X-axis direction as the extending direction, a region having the Y-axis direction as the extending direction, and the extending direction in the X-axis direction. And a meander line shape meandering with respect to the X axis in plan view.
  • the region having the Y-axis direction as the extending direction is a sensitivity adjustment region
  • the region having the X-axis direction as the extending direction is a lower limit voltage adjustment region.
  • 3 (A) to 3 (D) show the movable beams 13A, 23A, 33A, in which the lengths of the areas in the connecting portions 3B1 and 3B2 having the Y-axis direction as the extending direction, that is, the sensitivity adjustment areas are different. It is a top view of 43A.
  • symbol is attached
  • the movable portion 3C includes a drive capacitor portion formation region 3C1 and 3C2, an RF capacitor portion formation region 3C3, and a divided region. And 3D.
  • the RF capacitor part formation region 3C3 is a variable capacitor part formation region.
  • the drive capacitor portion forming regions 3C1 and 3C2, the RF capacitor portion forming region 3C3, and the divided region 3D are each long in the X-axis direction.
  • a divided region 3D is disposed between the drive capacitor portion forming region 3C1 and the RF capacitor portion forming region 3C3, and a divided region 3D is disposed between the drive capacitor portion forming region 3C2 and the RF capacitor portion forming region 3C3. Yes.
  • the end portion on the anchor portion 3A side protrudes from the RF capacitor portion forming region 3C3, and the connecting portions 3B1 and 3B2 are connected to the protruding portions.
  • the connecting portions 3B1 and 3B2 include a sensitivity adjustment region 3B3 extending in the Y-axis direction at the center.
  • the dimension in the extending direction of the sensitivity adjustment region 3B3 that is, the dimension in the Y-axis direction is gradually increased in the order of the movable beam 13A, the movable beam 23A, the movable beam 33A, and the movable beam 43A. is doing.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the bias voltage and the RF capacitance (CV characteristics) in the variable capacitance device including the movable beams 13A, 23A, 33A, and 43A.
  • the lower limit bias voltage is the same in each variable capacitance region, but the slope ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region is different.
  • the upper limit bias voltage is greatly different. Specifically, the inclination ⁇ C / ⁇ V is smaller as the dimension of the sensitivity adjustment region 3B3 in the Y-axis direction is shorter, and the inclination ⁇ C / ⁇ V is larger as the dimension is longer.
  • the dimension in the extending direction of the sensitivity adjustment region 3B3 has a great influence on the slope ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region in the CV characteristic of the variable capacitance device including the movable beams 13A, 23A, 33A, and 43A.
  • 5 (A) to 5 (D) show movable beams 13B, 23B, and 33B in which the lengths of the regions of the connecting portions 3B1 and 3B2 extending in the X-axis direction, that is, the lower limit voltage adjustment region are different. , 43B.
  • symbol is attached
  • the movable portion 3C includes the drive capacitor portion formation region 3C1, similarly to the movable beams 13A, 23A, 33A, and 43A. 3C2, an RF capacitor portion forming region 3C3, and a divided region 3D.
  • the end portion on the anchor portion 3A side protrudes from the RF capacitor portion forming region 3C3, and the connecting portions 3B1 and 3B2 are connected to the protruding portions.
  • the connecting portions 3B1 and 3B2 are configured only by the lower limit voltage adjustment region 3B4 having the extending direction in the X-axis direction.
  • the dimension in the extending direction of the lower limit voltage adjustment region 3B4 that is, the dimension in the X-axis direction, gradually increases in the order of the movable beam 13B, the movable beam 23B, the movable beam 33B, and the movable beam 43B. It is long.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the bias voltage and the RF capacitance (CV characteristics) in the variable capacitance device including the movable beams 13B, 23B, 33B, and 43B.
  • the lower limit bias voltage, the gradient ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region, and the upper limit bias voltage are different in each variable capacitance region. ing.
  • the lower limit bias voltage is higher as the X-axis direction dimension of the sensitivity adjustment region 3B3 is shorter, and the lower limit bias voltage is lower as it is longer.
  • the dimension in the extending direction of the lower limit voltage adjustment region 3B4 has a great influence on the lower limit bias voltage of the variable capacitance region in the CV characteristics of the variable capacitance device having the movable beams 13A, 23B, 33B, and 43A.
  • the inclination ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region is affected by the dimension (shape) in the extending direction of the sensitivity adjustment region 3B3 at the connecting portion, and the lower limit voltage adjustment region 3B4 is extended.
  • the lower limit bias voltage of the variable capacitance region is affected by the direction dimension (shape).
  • the upper limit bias voltage of the variable capacitance region is determined by determining the slope ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region and the lower limit bias voltage. Therefore, the CV characteristics can be set almost arbitrarily by adjusting the shape of the sensitivity adjustment region 3B3 and the shape of the lower limit voltage adjustment region 3B4.
  • the CV characteristic so as to suppress the gradient ⁇ C / ⁇ V of the variable capacitance region
  • the CV characteristics so as to suppress the upper limit bias voltage in the variable capacitance region
  • the circuit size of the DC voltage control circuit can be reduced.
  • the CV characteristics so that the lower limit bias voltage of the variable capacitance range is secured to a certain level, the minimum capacity value is secured even if the CV characteristics shift due to self-activation. It becomes possible to do.
  • the slope ⁇ C / ⁇ V and the lower limit bias voltage in the variable capacitance region can be arbitrarily set. This is because changing the shapes of the sensitivity adjustment region 3B3 and the lower limit voltage adjustment region 3B4 is equivalent in that the spring constant of each region is changed, and this causes a similar effect. .
  • the sensitivity adjustment region 3B3 and the lower limit voltage adjustment region 3B4 are different from each other in the width direction. become. By confirming this, it is possible to grasp that the shape adjustment has been performed using the dimension in the width direction in each of the sensitivity adjustment region 3B3 and the lower limit voltage adjustment region 3B4.
  • each connecting portion when a plurality of lower limit voltage adjustment regions 3B4 are provided in each connecting portion, the CV characteristics can be set almost arbitrarily by adjusting the shape of each lower limit voltage adjustment region 3B4.
  • shape adjustment is performed, in most cases, the dimension in the extending direction and the dimension in the width direction of each lower limit voltage adjusting region 3B4 are different. Therefore, if these dimensions are confirmed, it becomes possible to grasp whether or not different shape adjustments have been made in each lower limit voltage adjustment region 3B4.
  • the CV characteristics can be set almost arbitrarily by adjusting the shape of each sensitivity adjustment region 3B3.
  • shape adjustment is performed, in most cases, the dimension in the extending direction and the dimension in the width direction of each sensitivity adjustment region 3B3 are different. Therefore, if these dimensions are confirmed, it becomes possible to grasp whether or not different shape adjustments have been made in each sensitivity adjustment region 3B3.
  • variable capacitance devices according to other embodiments of the present invention will be described.
  • FIG. 7 shows a variable capacitor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a plan view of the movable beam 53 in the variable capacitance device 51 according to the present embodiment.
  • FIG. 7B is a side view of the variable capacitance device 51 according to the present embodiment.
  • the movable beam 53 is configured to connect the anchor portion 3A and the movable portion 3C with one connecting portion 3B.
  • the movable portion 3C includes one drive capacitor portion formation region 3C1 and one RF capacitor portion formation region 3C3.
  • the connecting position between the movable part 3C and the connecting part 3B is a position that overlaps the area sandwiched between the drive capacitor part forming area 3C1 and the RF capacitor part forming area 3C3.
  • the connecting portion 3B has a configuration in which a lower limit voltage adjustment region 3B4, a sensitivity adjustment region 3B3, and a lower limit voltage adjustment region 3B4 are connected in this order. Even in such a configuration, the CV characteristics can be set almost arbitrarily by adjusting the shapes of the lower limit voltage adjustment region 3B4 and the sensitivity adjustment region 3B3 as in the above-described embodiment.
  • the thickness direction (Z-axis direction) dimension of the sensitivity adjustment region 3B3 is thinner than the thickness direction (Z-axis direction) size of the lower limit voltage adjustment region 3B4. is doing.
  • Making the thickness direction dimension thin in this way is equivalent to reducing the spring constant and extending the extending direction dimension.
  • FIG. 8 shows the movable beam of the variable capacitance device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of the movable beam 63 in the variable capacitance device according to the present embodiment.
  • the movable beam 63 is different from the above-described movable beam 53 that is a cantilever beam in that it is a double-sided beam.
  • the CV characteristics can be set almost arbitrarily by adjusting the shapes of the sensitivity adjustment region and the lower limit voltage adjustment region in the connecting portions 3B connected to both ends in the X-axis direction of the movable portion 3C. In this case, the same shape adjustment may be performed on the two connecting portions 3B, or separate shape adjustments may be performed.
  • FIG. 9 shows a movable beam of a variable capacitance device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of the movable beam 73 in the variable capacitance device according to the present embodiment.
  • the movable beam 73 has a configuration in which the shape and arrangement of the connecting portion 3B are different from those of the movable beam 53 described above.
  • the connecting position of the movable portion 3C and the connecting portion 3B in the movable beam 73 is the side surface (normal Y-axis direction) on the RF capacitor portion forming region 3C3 side.
  • the connecting portion 3B has a configuration in which a lower limit voltage adjustment region 3B4 and a sensitivity adjustment region 3B3 are connected in this order.
  • the number of the lower limit voltage adjustment region 3B4 and the sensitivity adjustment region 3B3 constituting the connecting portion 3B is one each, but any number is possible.
  • the dimension in the width direction of the sensitivity adjustment region 3B3 is set to be larger than the dimension in the width direction of the lower limit voltage adjustment region 3B4.
  • FIG. 10 shows the movable beam of the variable capacitance device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view of the movable beam 83 in the variable capacitance device according to the present embodiment.
  • the movable beam 83 has a configuration in which the arrangement of the anchor portion 3A and the shape of the connecting portion 3B are different from the above-described movable beam 73.
  • the connecting portion 3B is configured only by the sensitivity adjustment region 3B3.
  • the sensitivity of the CV characteristic can be arbitrarily set by adjusting the dimension in the extending direction (Y-axis direction) of the sensitivity adjustment region 3B3.
  • the sensitivity in the X-axis direction with the movable portion 3C it becomes possible to set the lower limit bias voltage in the variable capacitance region as in the dimension adjustment in the lower limit voltage adjustment region.
  • VMD Very Matching Device
  • FIG. 11A is an equivalent circuit diagram of the VMD device 111.
  • the VMD device 111 includes a variable capacitance device array 100 and an inductor L.
  • the variable capacitance device array 100 includes variable capacitance devices 101A and 101B.
  • the variable capacitance device 101A is connected between a signal line connecting the external load 112A and the inductor L and the ground.
  • the variable capacitance device 101B is connected between a signal line connecting the antenna 112B and the inductor L and the ground.
  • the variable capacitance devices 101A and 101B are connected to each other via an inductor L.
  • An external load 112A and an antenna 112B are connected to both ends of the inductor L.
  • impedances of the external load 112A and the antenna 112B can be matched by controlling the RF capacities of the variable capacitance devices 101A and 101B.
  • FIG. 11B and FIG. 11C are diagrams illustrating the configuration of the variable capacitance device array 100.
  • FIG. 11B is a plan view (XY plane plan view) of the variable capacitance device array 100.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view (YZ plane cross-sectional view) of the variable capacitance device array 100 at a position indicated by C-C ′ in FIG.
  • the variable capacitance device array 100 has a package configuration in which two sets of variable capacitance devices 101A and 101B are provided on a single support plate. In the drawing, the variable capacity device 101B does not show the movable beam.
  • the variable capacitance devices 101A and 101B include a movable beam 103, support plate-side RF capacitance electrodes 104A and 104B, support plate-side drive capacitance electrodes 105A and 105B, a movable beam-side RF capacitance electrode 106, and a movable beam-side drive capacitance, respectively. Electrodes 107A and 107B, dielectric films 108A to 108E, and equipotential electrodes 109 are provided.
  • the movable beam 103 has a configuration having the characteristics of the present invention, and has a configuration including a lower limit voltage adjustment region and a sensitivity adjustment region in the connecting portion.
  • the support plate-side RF capacitive electrodes 104A and 104B and the movable beam-side RF capacitive electrode 106 together with the opposing dielectric film 108C constitute an RF capacitive portion.
  • the support plate side drive capacitance electrodes 105A and 105B and the movable beam side drive capacitance electrodes 107A and 107B constitute a drive capacitance portion together with the opposing dielectric films 108B and 108D.
  • the equipotential electrode 109 is provided on both sides of the support plate side drive capacitance electrodes 105A and 105B so as to face the movable beam side drive capacitance electrodes 107A and 107B, and has the same potential as the movable beam side drive capacitance electrodes 107A and 107B. Is done.
  • the dielectric films 108A, 108C, and 108E are partially thick so that the dielectric films 108B and 108D face the movable beam side drive capacitance electrodes 107A and 107B with a gap therebetween.
  • the equipotential electrode 109 is provided, and the dielectric films 108B and 108D are not in contact with the movable beam side drive capacitance electrodes 107A and 107B, so that the dielectric films 108B and 108D is prevented from being charged.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a package structure (WaferLevel ChipSize Package) of the variable capacitance device array 100.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view (XZ plane cross-sectional view) of the variable capacitance device array 100 at a position indicated by D-D ′ in FIG.
  • the support plate 102 made of a glass substrate and the movable beam 103 made of a high resistance silicon substrate are joined by thermocompression bonding of anchor portions 103A1 and 103A2 made of Au.
  • the variable capacitance device array 100 includes a package cover plate 102A made of a glass substrate, and the package cover plate 102A and the support plate 102 are joined by thermocompression bonding of support members 102B1 and 102B2 made of Au.
  • the support plate 102 and the package lid plate 102A may be made of a silicon substrate, and in that case, it is preferable to have a resistivity of 1 k ⁇ cm or more.
  • the present invention can be implemented even with various configurations as described above.
  • the CV characteristics can be set almost arbitrarily by adjusting the shapes of the lower limit voltage adjustment region and the sensitivity adjustment region in the connecting portion.
  • the movable beam is made insulative, and a separate electrode is formed to configure the drive capacitor unit and the RF capacitor unit.
  • the present invention can be implemented in various configurations, and the scope of the present invention is not limited to the description of the above-described embodiment.
  • the scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
  • Variable capacity device 2 102... Support plate 3, 13A, 13B, 23A, 23B, 33A, 33B, 43A, 43B, 53, 63, 73, 83 , 103 ... movable beam 3A ... anchor part 3B1, 3B2, 3B ... coupling part 3B3 ... sensitivity adjustment area 3B4 ... lower limit voltage adjustment area 3C ... movable part 3C1, 3C2 ... drive capacitor part formation area 3C3 ... RF capacitor part formation area 3D ... Divided regions 4A, 4B ... support plate side RF capacitance electrodes 5A, 5B ...

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Abstract

Ｃ－Ｖ特性をほぼ任意に設定することが容易な構成の可変容量装置の提供を図る。可変容量装置（１）は、支持板（２）と可動梁（３）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、可動部（３Ｃ）は支持板（２）に対向し、アンカー部（３Ａ）が支持板（２）に固定され、連結部（３Ｂ１，３Ｂ２）がアンカー部（３Ａ）と可動部（３Ｃ）とを連結する。連結部（３Ｂ１，３Ｂ２）は、可動部（３Ｃ）の延設方向と直交するＹ軸方向に延設された感度調整領域を備える。

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１，２参照。）。
　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近接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とし、これにより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。
　特許文献２に開示されている可変容量装置は、可動梁のたわみ方向に対して平行方向に延びるバネ部を設け、バネ部の厚みを薄くすることによってバネ部のバネ定数を抑えている。
米国特許第６５０７４５７号明細書 特開平１０－７００４０号公報
　図１は、ＲＦ容量を連続的に変えることができる可変容量装置における、バイアス電圧とＲＦ容量との関係（Ｃ－Ｖ特性）を例示する図である。一般的に可変容量装置では、Ｃ－Ｖ特性におけるＲＦ容量が連続的に変化する電圧域および容量域（以下、単に可変容量域と称する。）について、下記のような制約や要求がある。
　第一に、可変容量装置は携帯電話のＲＦ回路におけるインピーダンスのマッチング用などに利用されるため、可変容量装置自体の装置サイズの小型化や、可変容量装置にバイアス電圧を供給するチャージポンプ回路を含んだＤＣ電圧制御回路の回路サイズの小型化が要求される。ＤＣ電圧制御回路の回路サイズは可変容量域の上限バイアス電圧によって決まり、その小型化のためには、可変容量装置における可変容量域の上限バイアス電圧が低いことが望ましい。
　第二に、ＤＣ電圧制御回路の出力するバイアス電圧には多少なりリップルが重畳する。このため、可変容量装置における可変容量域でのバイアス電圧に対するＲＦ容量の感度が高すぎると、リップルの影響でＲＦ容量を高精度に制御することが難しくなる。この点からは可変容量装置における可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶはできるだけ小さい方が望ましい。
　第三に、静電力で駆動するＭＥＭＳを利用した可変容量装置では、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。ＲＦ信号の電力が大きければセルフアクチエーションの影響でＣ－Ｖ特性に低電圧側へのシフトが生じ、可変容量域の最小容量値を実現することが難しくなる（図中、実線から破線、一点鎖線へのシフトを参照。）。そのため、可変容量域の下限バイアス電圧は想定されるＲＦ信号の電力の大きさに合わせて、ある程度以上に高くしておく必要がある。
　以上のような制約や要求から、可変容量装置ではＣ－Ｖ特性を任意に調整することが求められる。Ｃ－Ｖ特性の調整には、可動梁や電極の形状調整が有効であるが、それぞれの形状調整がＣ－Ｖ特性に及ぼす影響は複雑であり、可動梁や電極の形状自体にも制約があるためＣ－Ｖ特性の細緻な設定は極めて困難であった。
　そこで本発明の目的は、Ｃ－Ｖ特性を任意に設定することが容易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る。アンカー部は支持板に固定される。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大きさが変化するＲＦ容量を生じさせる。このような構成において、連結部は、可動部の延設方向と直交する方向に延設された感度調整領域を備えることを特徴とする。この構成では、感度調整領域の形状調整によって、可変容量域の最大容量値や下限バイアス電圧から独立して、可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶを調整することが可能になる。これにより、Ｃ－Ｖ特性の細緻な設定が容易になる。
　上記可変容量装置は、連結部が可動部の延設方向に延設された下限電圧調整領域を備えると好適である。この構成では、下限電圧調整領域の形状調整によって、下限バイアス電圧や可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶを調整することが可能になる。下限電圧調整領域の形状調整と感度調整領域の形状調整とを組み合わせることで、可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶと、下限バイアス電圧とをそれぞれ独立に設定することが可能になる。
　上記可変容量装置は、感度調整領域と下限電圧調整領域とがそれぞれ均一の厚みで、それぞれの延設方向に直交する幅方向での寸法が互いに相違するように構成されてもよい。
　上記可変容量装置は、連結部に複数の下限電圧調整領域を備え、それらは延設方向に直交する幅方向での寸法がそれぞれ互いに相違するように構成されてもよい。
　上記可変容量装置は、連結部に複数の感度調整領域を備え、それらは延設方向に直交する幅方向での寸法がそれぞれ互いに相違するように構成されてもよい。
　上記可変容量装置は、感度調整領域と下限電圧調整領域とが相違する厚みで構成されてもよい。
　この発明によれば、連結部に可動部の延設方向と直交する方向に延設して設けられた感度調整領域の形状調整によって、下限バイアス電圧から独立して可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶを設定でき、Ｃ－Ｖ特性の細緻な設定をすることが可能になる。
　したがって、可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶを抑制することができ、リップルの影響でＲＦ容量の制御精度が低下することを防ぐことができる。また、可変容量域の上限バイアス電圧を抑制することができ、ＤＣ電圧制御回路の回路サイズを小型化することが可能になる。
可変容量装置のＣ－Ｖ特性について説明する図である。 本発明の実施形態に係る可変容量装置の模式図である。 感度調整領域の変形例を示す可動梁の平面図である。 感度調整領域と可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶの関係について説明するグラフである。 下限電圧調整領域の変形例を示す可動梁の平面図である。 下限電圧調整領域と可変容量域の下限バイアス電圧の関係について説明するグラフである。 本発明の第１の実施例に係る可変容量装置を説明する模式図である。 本発明の第２の実施例に係る可変容量装置の可動梁を説明する模式図である。 本発明の第３の実施例に係る可変容量装置の可動梁を説明する模式図である。 本発明の第４の実施例に係る可変容量装置の可動梁を説明する模式図である。 本発明の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、可動梁の延設方向を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２（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２（Ｂ）は、図２（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２（Ｃ）は、図２（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２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とを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、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、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、片持ち梁ではなく両持ち梁であってもよい。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。
　連結部３Ｂ１，３Ｂ２は、それぞれ、アンカー部３Ａ側から可動部３Ｃ側まで順に、Ｘ軸方向を延設方向とする領域、Ｙ軸方向を延設方向とする領域、Ｘ軸方向を延設方向とする領域となり、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る。ここで、Ｙ軸方向を延設方向とする領域は、感度調整領域であり、Ｘ軸方向を延設方向とする領域は、下限電圧調整領域である。
《可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶの調整》
　次に、連結部の形状により可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶが受ける影響について説明する。
　図３（Ａ）～図３（Ｄ）は、連結部３Ｂ１，３Ｂ２におけるＹ軸方向を延設方向とする領域、則ち感度調整領域の長さ寸法が異なる、可動梁１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａの平面図である。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３（Ａ）～図３（Ｄ）に示す可動梁１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａにおいては、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。
　連結部３Ｂ１，３Ｂ２は、Ｙ軸方向に延設された感度調整領域３Ｂ３を中央に備えている。可動梁１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａにおいて、感度調整領域３Ｂ３の延設方向の寸法、則ちＹ軸方向の寸法は、可動梁１３Ａ、可動梁２３Ａ、可動梁３３Ａ、可動梁４３Ａの順に次第に長くしている。
　図４は、可動梁１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａをそれぞれ備える可変容量装置における、バイアス電圧とＲＦ容量との関係（Ｃ－Ｖ特性）を例示する図である。可動梁１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａをそれぞれ備える可変容量装置のＣ－Ｖ特性では、それぞれの可変容量域において、下限バイアス電圧は同一であるが、可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶが相違し、上限バイアス電圧が大きく異なっている。具体的には、感度調整領域３Ｂ３のＹ軸方向の寸法が短いほど傾きΔＣ／ΔＶが小さく、長いほど傾きΔＣ／ΔＶが大きくなっている。このことから、可動梁１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａをそれぞれ備える可変容量装置のＣ－Ｖ特性における可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶに対して、感度調整領域３Ｂ３の延設方向の寸法が大きな影響を持つことがわかる。
《下限バイアス電圧の調整》
　次に、連結部の形状により可変容量域の下限バイアス電圧が受ける影響について説明する。
　図５（Ａ）～図５（Ｄ）は、連結部３Ｂ１，３Ｂ２におけるＸ軸方向を延設方向とする領域、則ち下限電圧調整領域の長さ寸法が異なる、可動梁１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂの平面図である。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５（Ａ）～図５（Ｄ）に示す可動梁１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂにおいては、可動梁１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａと同様に、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。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。連結部３Ｂ１，３Ｂ２は、Ｘ軸方向を延設方向とする下限電圧調整領域３Ｂ４のみで構成されている。可動梁１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂにおいて、下限電圧調整領域３Ｂ４の延設方向の寸法、則ちＸ軸方向の寸法は、可動梁１３Ｂ、可動梁２３Ｂ、可動梁３３Ｂ、可動梁４３Ｂの順に次第に長くしている。
　図６は、可動梁１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂをそれぞれ備える可変容量装置における、バイアス電圧とＲＦ容量との関係（Ｃ－Ｖ特性）を例示する図である。可動梁１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂをそれぞれ備える可変容量装置のＣ－Ｖ特性では、それぞれの可変容量域において、下限バイアス電圧、可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶ、上限バイアス電圧のいずれもが異なっている。具体的には、感度調整領域３Ｂ３のＸ軸方向寸法が短いほど下限バイアス電圧が高く、長いほど下限バイアス電圧が低くなっている。このことから、可動梁１３Ａ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ａをそれぞれ備える可変容量装置のＣ－Ｖ特性における可変容量域の下限バイアス電圧に対して、下限電圧調整領域３Ｂ４の延設方向の寸法が大きな影響を持つことがわかる。
　以上に説明したように、本実施形態では、連結部において感度調整領域３Ｂ３の延設方向の寸法（形状）によって可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶが影響を受け、下限電圧調整領域３Ｂ４の延設方向の寸法（形状）によって可変容量域の下限バイアス電圧が影響を受ける。そして、可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶと下限バイアス電圧とが定まることにより、可変容量域の上限バイアス電圧が定まることになる。したがって、感度調整領域３Ｂ３の形状や下限電圧調整領域３Ｂ４の形状を調整することによって、Ｃ－Ｖ特性をほぼ任意に設定することが可能になる。
　すると、例えばＣ－Ｖ特性を、可変容量域の傾きΔＣ／ΔＶを抑制するように設定することにより、リップルの影響でＲＦ容量の制御精度が低下することを防ぐことが可能になる。また、Ｃ－Ｖ特性を、可変容量域の上限バイアス電圧を抑制するように設定することにより、ＤＣ電圧制御回路の回路サイズを小型化することが可能になる。また、Ｃ－Ｖ特性を、可変容量域の下限バイアス電圧をある程度の大きさで確保するように設定することにより、セルフアクチエーションによるＣ－Ｖ特性のシフトが生じても、最小容量値を確保することが可能になる。
　なお、感度調整領域３Ｂ３および下限電圧調整領域３Ｂ４の延設方向の寸法を変化させる他にも、延設方向に直交する幅方向の寸法や厚み方向の寸法を変化させるような形状調整によっても、同様に可変容量域における傾きΔＣ／ΔＶと下限バイアス電圧とを任意に設定することが可能である。これは、感度調整領域３Ｂ３および下限電圧調整領域３Ｂ４の形状を変化させることが、各領域のバネ定数を変化させるという点で等価であり、このことが、同様な作用効果を生じさせるためである。そのため、例えば感度調整領域３Ｂ３および下限電圧調整領域３Ｂ４にそれぞれのバネ定数を変化させるような補強部材（補強板など）を付設するようにしても、同様にＣ－Ｖ特性をほぼ任意に設定することが可能である。
　また、感度調整領域３Ｂ３と下限電圧調整領域３Ｂ４とを幅方向の寸法を用いて形状調整すると、ほとんどの場合、感度調整領域３Ｂ３と下限電圧調整領域３Ｂ４は互いの幅方向の寸法が相違することになる。このことを確認することで、感度調整領域３Ｂ３と下限電圧調整領域３Ｂ４とのそれぞれで幅方向の寸法を用いて形状調整がなされたことを把握することができる。
　同様に、各連結部に複数の下限電圧調整領域３Ｂ４を設ける場合には、各下限電圧調整領域３Ｂ４それぞれの形状調整によってもＣ－Ｖ特性をほぼ任意に設定できる。そのような形状調整を行うとほとんどの場合には、下限電圧調整領域３Ｂ４ごとの延設方向の寸法や幅方向の寸法が相違することになる。そのため、それらの寸法を確認すれば各下限電圧調整領域３Ｂ４で異なる形状調整がなされたか否かを把握することが可能になる。
　また同様に、各連結部に複数の感度調整領域３Ｂ３を設ける場合には、各感度調整領域３Ｂ３それぞれの形状調整によってもＣ－Ｖ特性をほぼ任意に設定できる。そのような形状調整を行うとほとんどの場合には、感度調整領域３Ｂ３ごとの延設方向の寸法や幅方向の寸法が相違することになる。そのため、それらの寸法を確認すれば各感度調整領域３Ｂ３で異なる形状調整がなされたか否かを把握することが可能になる。
《その他の実施例》
　以下、本発明のその他の実施例に係る可変容量装置について説明する。
　図７に、本発明の第１の実施例に係る可変容量装置を示す。図７（Ａ）は、本実施例に係る可変容量装置５１における可動梁５３の平面図である。図７（Ｂ）は、本実施例に係る可変容量装置５１の側面図である。可動梁５３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。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とＲＦ容量部形成領域３Ｃ３との間に挟まれる領域に重なる位置である。連結部３Ｂは、下限電圧調整領域３Ｂ４、感度調整領域３Ｂ３、下限電圧調整領域３Ｂ４がこの順に接続された構成である。このような構成でも、上述の実施形態と同様に下限電圧調整領域３Ｂ４と感度調整領域３Ｂ３との形状調整により、Ｃ－Ｖ特性をほぼ任意に設定することができる。
　また、図７（Ｂ）に示すように、可変容量装置５１では、感度調整領域３Ｂ３の厚み方向（Ｚ軸方向）寸法を、下限電圧調整領域３Ｂ４の厚み方向（Ｚ軸方向）寸法よりも薄くしている。このように厚み方向寸法を薄くすることは、バネ定数を低減することや延設方向寸法を伸長することと等価である。このような厚み方向寸法の調整により、連結部３ＢのＸ軸方向寸法やＹ軸方向寸法を調整する必要がなくなり、可動梁５３の面積を大きくすることなくＣ－Ｖ特性をほぼ任意に設定することが可能になる。
　図８に、本発明の第２の実施例に係る可変容量装置の可動梁を示す。図８は、本実施例に係る可変容量装置における可動梁６３の平面図である。可動梁６３は、片持ち梁であった前述の可動梁５３に対して、両持ち梁である点で相違する。この場合にも、可動部３ＣのＸ軸方向両端それぞれに接続される連結部３Ｂにおいて、感度調整領域と下限電圧調整領域との形状調整によってＣ－Ｖ特性をほぼ任意に設定可能である。この場合、２つの連結部３Ｂに同じ形状調整を施しても良く、別々の形状調整を施しても良い。
　図９に、本発明の第３の実施例に係る可変容量装置の可動梁を示す。図９は、本実施例に係る可変容量装置における可動梁７３の平面図である。可動梁７３は、連結部３Ｂの形状および配置が上述の可動梁５３と相違する構成である。可動梁７３における可動部３Ｃと連結部３Ｂとの連結位置は、ＲＦ容量部形成領域３Ｃ３側の側面（法線Ｙ軸方向）である。連結部３Ｂは、下限電圧調整領域３Ｂ４と感度調整領域３Ｂ３とがこの順に接続された構成である。本実施例では、連結部３Ｂを構成する下限電圧調整領域３Ｂ４と感度調整領域３Ｂ３との数をそれぞれ一つずつとしているが、それぞれの数はいくつでもよい。また、本実施例では、感度調整領域３Ｂ３の幅方向の寸法を、下限電圧調整領域３Ｂ４の幅方向の寸法よりも太くしている。このように幅寸法の太くすることはバネ定数を向上させることや延設方向寸法を短縮することと等価である。このような形状調整によってもＣ－Ｖ特性をほぼ任意に設定することが可能である。
　図１０に、本発明の第４の実施例に係る可変容量装置の可動梁を示す。図１０は、本実施例に係る可変容量装置における可動梁８３の平面図である。可動梁８３は、アンカー部３Ａの配置および連結部３Ｂの形状が上述の可動梁７３と相違する構成である。可動梁８３において、連結部３Ｂは、感度調整領域３Ｂ３のみで構成されている。この場合、感度調整領域３Ｂ３の延設方向（Ｙ軸方向）の寸法を調整することにより、Ｃ－Ｖ特性の感度を任意に設定可能である。また、可動部３ＣでＸ軸方向の寸法を調整することにより、下限電圧調整領域の寸法調整のように可変容量域の下限バイアス電圧を設定することが可能になる。
　次に、通信装置のアンテナに接続されてインピーダンスの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１１（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１１（Ｂ）、図１１（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１１（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１１（Ｃ）は、図１１（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、連結部に下限電圧調整領域と感度調整領域とを備える構成である。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１２は、可変容量装置アレイ１００のパッケージ構造（ＷａｆｅｒＬｅｖｅｌ ＣｈｉｐＳｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）を説明する図である。具体的には、図１２は、図１１（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。これらの構成では、連結部における下限電圧調整領域と感度調整領域との形状調整によって、Ｃ－Ｖ特性をほぼ任意に設定することができる。
　なお、上述の各実施形態では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…可変容量装置
２，１０２…支持板
３，１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ，５３，６３，７３，８３，１０３…可動梁
３Ａ…アンカー部
３Ｂ１，３Ｂ２，３Ｂ…連結部
３Ｂ３…感度調整領域
３Ｂ４…下限電圧調整領域
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
１１１…ＶＭＤ装置

Claims (6)

  1. 　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大きさが変化するＲＦ容量を生じさせる可変容量部と、を備え、
    　前記連結部が、前記可動部の延設方向と直交する方向に延設された感度調整領域を備える、ことを特徴とする可変容量装置。
  2. 　前記連結部が前記可動部の延設方向に延設された下限電圧調整領域を備える、請求項１に記載の可変容量装置。
  3. 　前記感度調整領域と前記下限電圧調整領域とがそれぞれ均一の厚みで、それぞれの延設方向に直交する幅方向での寸法が互いに相違するように構成される、請求項２に記載の可変容量装置。
  4. 　前記連結部に複数の前記下限電圧調整領域を備え、それらは延設方向に直交する幅方向での寸法がそれぞれ互いに相違するように構成される、請求項２または請求項３に記載の可変容量装置。
  5. 　前記連結部に複数の前記感度調整領域を備え、それらは延設方向に直交する幅方向での寸法がそれぞれ互いに相違するように構成される、請求項１～４のいずれかに記載の可変容量装置。
  6. 　前記感度調整領域と前記下限電圧調整領域とが相違する厚みで構成される、請求項１～５のいずれかに記載の可変容量装置。
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