可変容量コンデンサ
【課題】 印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供すること。
【解決手段】 第１のコンデンサＣ１と可変インピーダンス素子Ｚとが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサＣ１および可変インピーダンス素子Ｚに第２のコンデンサＣ２が並列に接続されているとともに、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とが静電的に結合している可変容量コンデンサである。第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２を構成する誘電体にはＱ値の高い誘電体材料を用いることができ、また、全体の容量変化は可変インピーダンス素子Ｚの容量変化とともに、静電的に結合している第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２との結合の度合いおよび容量比によっても調整することができるので、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサとなる。
【解決手段】 第１のコンデンサＣ１と可変インピーダンス素子Ｚとが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサＣ１および可変インピーダンス素子Ｚに第２のコンデンサＣ２が並列に接続されているとともに、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とが静電的に結合している可変容量コンデンサである。第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２を構成する誘電体にはＱ値の高い誘電体材料を用いることができ、また、全体の容量変化は可変インピーダンス素子Ｚの容量変化とともに、静電的に結合している第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２との結合の度合いおよび容量比によっても調整することができるので、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサとなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧の印加により静電容量が変化する可変容量コンデンサに関するものであり、特に印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より使用されているコンデンサの中には、上下の電極層および誘電体層が薄膜で形成された薄膜コンデンサがある。これは通常、電気絶縁性の支持基板上に薄膜状の下部電極層、誘電体層および上部電極層がこの順に積層されて構成されている。
【０００３】
このような薄膜コンデンサでは、下部電極層および上部電極層がそれぞれスパッタリング法や真空蒸着法等で形成されており、誘電体層もスパッタリング法やゾルゲル法等で形成されている。また、このような薄膜コンデンサの製造には、通常、以下のようにフォトリソグラフィの手法が用いられる。
【０００４】
まず、絶縁性支持基板上の全面に下部電極層となる導体層を形成した後、必要部のみをフォトレジストで覆い、その後、ウエットエッチングまたはドライエッチングで不要部を除去して、所定形状の下部電極層を形成する。次に、支持基板上に薄膜誘電体層となる誘電体層を全面に形成し、下部電極層と同様に、不要部を除去して所定形状の薄膜誘電体層を形成する。最後に、上部電極層となる導体層を全面に形成し、不要部を除去して所定形状の上部電極層を形成する。また、保護層やハンダ端子部を形成することにより、表面実装が可能になる。
【０００５】
また、薄膜誘電体層の材料として、（ＢａｘＳｒ１−ｘ）ＴｉｙＯ３から成る誘電体材料を用いて、上部電極層と下部電極層との間に所定電位を与えて、薄膜誘電体層の誘電率を変化させて容量を変化させる可変容量コンデンサも同様な構造である。薄膜誘電体層への直流バイアス電圧の印加により容量を変化させる可変容量コンデンサとしては、例えば特許文献１に開示されている。
【０００６】
また、別の従来の可変容量コンデンサとして、２つの容量引出し用電極と２つの電圧印加電極との４つの電極を有しており、その内の少なくとも１つの電極が複数本の線状電極からなり、２つの電圧印加用電極に電圧を印加することにより２つの容量引出し用電極間の容量を変化することができるコンデンサが、特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平11−260667号公報
【特許文献２】特開平７−335490号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されたような従来の可変容量コンデンサでは、可変容量コンデンサの基本的な特性は使用する薄膜誘電体層の特性でほぼ決まってしまうため、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供するためには、印加電圧による誘電率変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な薄膜誘電体層を用意する必要がある。
【０００８】
しかしながら、通常、薄膜誘電体層には、印加電圧による誘電率変化が大きければ、Ｑ値が低くなったり温度特性が悪くなったりし、また、温度特性が良好であれば、印加電圧による誘電率変化が小さくなったりＱ値が低くなったりするという問題点がある。
【０００９】
また、特許文献２に示されたような可変容量コンデンサでは、コンデンサに印加される信号の電圧と同位相で容量制御用電圧を変化させる必要があるため、容量制御用電圧として直流電圧を用いた場合には、容量の変化は直流電圧に対してのみ可能であり、交流電圧に対しては周期的に容量が変動してしまうため、可変容量コンデンサとしては機能しないという問題点がある。
【００１０】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、薄膜誘電体層を用いなくとも実現可能な、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の可変容量コンデンサは、１）第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサおよび可変インピーダンス素子に第２のコンデンサが並列に接続されているとともに、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとが静電的に結合していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の可変容量コンデンサは、２）上記１）の構成において、前記可変インピーダンス素子は、印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサであることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の可変容量コンデンサは、３）上記１）の構成において、前記可変インピーダンス素子は、印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の可変容量コンデンサは、４）上記１）〜３）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサに抵抗またはインダクタが並列に接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の可変容量コンデンサは、５）上記１）〜４）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、下部電極と誘電体と上部電極とを有しており、それら下部電極同士および上部電極同士が隣接していることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の可変容量コンデンサは、６）上記１）〜４）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサは、誘電体基板とこの誘電体基板上に形成された２つの隣接した電極とからなり、前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサ上に形成された誘電体層とこの誘電体層上に形成された２つの隣接した電極とからなることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の可変容量コンデンサは、７）上記１）〜４）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、誘電体基板と、この誘電体基板上に形成された４つの隣接した電極とからなることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の可変容量コンデンサは、８）上記５）〜７）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの前記電極は、櫛型電極であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の可変容量コンデンサによれば、１）第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサおよび可変インピーダンス素子に第２のコンデンサが並列に接続されているとともに、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが静電的に結合しているものであり、第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とが直列に接続されていることから、第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とに印加される交流電圧は第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とのインピーダンス比に応じて分圧される。このため、可変インピーダンス素子に直流電圧を印加してインピーダンス比を変化させると分圧比も変化し、第１のコンデンサに印加される交流電圧が変化する。ここで、直列に接続された第１のコンデンサおよび可変コンデンサに第２のコンデンサが並列に接続されているとともに、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが静電的に結合しているため、第１のコンデンサの電極上には印加された交流電圧に応じた電荷に加えて、静電誘導により第２のコンデンサの電荷に応じた電荷が生じ、同様に第２のコンデンサの電極上には印加された交流電圧に応じた電荷に加えて、静電誘導により第１のコンデンサの電荷に応じた電荷が生じる。この静電誘導による電荷のため、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサはともに形状および誘電体の誘電率で決定される静電容量よりも見かけの静電容量が増加することになる。そして、前述のように、可変インピーダンス素子のインピーダンスを変化させることにより第１のコンデンサに印加される交流電圧を変化させることができるので、静電誘導により第２のコンデンサに生じる電荷が変化することになり、第２のコンデンサの見かけの静電容量が変化し、その結果、全体の容量を変化させることができる可変容量コンデンサとなる。
【００２０】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、２）可変インピーダンス素子は印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサであるときには、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを構成する誘電体には印加電圧によって誘電率が変化する誘電体を用いる必要がなく、Ｑ値の高い誘電体材料を用いることができる。また、全体の容量変化は可変インピーダンス素子としての誘電体薄膜コンデンサの容量変化とともに、静電的に結合している第１のコンデンサと第２のコンデンサとの結合の度合いおよび容量比によっても調整することができるため、誘電体薄膜コンデンサの温度特性が良好であれば、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、さらに温度特性が良好な可変容量コンデンサを得ることができる。
【００２１】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、３）可変インピーダンス素子は印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードであるときには、バラクタダイオードは印加電圧による容量変化が大きく、温度特性も良好であるが、Ｑ値が低いという特性があるのに対して、前述のように第１のコンデンサおよび第２のコンデンサには印加電圧によって誘電率が変化する誘電体を用いる必要がなく、Ｑ値の高い誘電体材料を用いることができるので、第１のコンデンサ、第２のコンデンサおよびバラクタダイオードの容量比を調整することにより、印加電圧による容量変化が大きく、温度特性も良好で、さらにＱ値が高い可変容量コンデンサを得ることができる。
【００２２】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、４）第１のコンデンサに抵抗またはインダクタが並列に並列接続されているときには、抵抗またはインダクタのインピーダンスを可変インピーダンス素子の制御用に用いる直流電流は通すが交流電流は通さないように選ぶことにより、制御用の直流電圧は可変インピーダンス素子のみに印加されるようになり、低い電圧で可変インピーダンス素子のインピーダンスを変化できるようになり、低い電圧で全体の容量を変化させることができるようになる。
【００２３】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、５）第１のコンデンサおよび第２のコンデンサは下部電極と誘電体と上部電極を有しており、それら下部電極同士および上部電極同士が隣接しているときには、下部電極同士および上部電極同士が隣接していることから第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになり、以上のような本発明の可変容量コンデンサによる作用効果を確実に得ることができるものとなる。
【００２４】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、６）第１のコンデンサは誘電体基板とこの誘電体基板上に形成された２つの隣接した電極からなり、第２のコンデンサは第１のコンデンサ上に形成された誘電体層とこの誘電体層上に形成された２つの隣接した電極とからなるときには、第２のコンデンサが第１のコンデンサ上に形成された誘電体層上に形成されていることから第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになり、以上のような本発明の可変容量コンデンサによる作用効果を確実に得ることができるものとなる。
【００２５】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、７）第１のコンデンサおよび第２のコンデンサは誘電体基板とこの誘電体基板上に形成された４つの隣接した電極とからなるときには、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサが誘電体基板上に形成された４つの隣接した電極からなることから、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになり、以上のような本発明の可変容量コンデンサによる作用効果を確実に得ることができるものとなる。
【００２６】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、８）第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの電極は櫛型電極であるときには、電極形状を櫛型とすることで第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを形成する電極が隣接する距離を長くすることができるので、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの静電的な結合を強めることができ、以上のような本発明の可変容量コンデンサによる作用効果をさらに確実に得ることができるものとなる。
【００２７】
以上のように、本発明の可変容量コンデンサによれば、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の可変容量コンデンサについて図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の可変容量コンデンサの実施の形態の一例の等価回路を示す回路図である。図１において、Ｃ１は第１のコンデンサ、Ｃ２は第２のコンデンサであり、Ｚは可変インピーダンス素子である。前述のように本発明の可変容量コンデンサでは、第１のコンデンサＣ１と可変インピーダンス素子Ｚとが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサＣ１および可変インピーダンス素子Ｚに第２のコンデンサＣ２が並列に接続されているとともに、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とが静電的に結合している。図１に示す第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とを取り囲む破線は、これら第１および第２のコンデンサＣ１・Ｃ２が静電的に結合していることを示す。可変インピーダンス素子Ｚとしては印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサ、あるいは印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードを始めとして、印加電圧に応じて抵抗値が変化するバリスタの他、機械的に容量を変化できるコンデンサ，抵抗，インダクタ等が利用できる。これらのうち、可変インピーダンス素子Ｚとして印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサを利用するときには、全体の容量を電気的に制御できるとともに、インピーダンスの変化がリアクタンスの変化によるものであるので高Ｑ値の可変容量コンデンサを実現できるものとなる。また、可変インピーダンス素子Ｚとして印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードを利用するときには、全体の容量を電気的に制御できるとともに、インピーダンスの変化がリアクタンスの変化によるものであるので高Ｑ値の可変容量コンデンサを実現でき、さらに、バラクタダイオードは一般に温度特性に優れていることから、温度特性に優れた可変容量コンデンサを実現できるものとなる。
【００２９】
次に、図２は本発明の容量可変コンデンサの実施の形態の他の例の等価回路を示す回路図であり、第１のコンデンサＣ１に抵抗Ｒが並列に接続されている場合の本発明の可変容量コンデンサの等価回路を示すものである。この例の本発明の可変容量コンデンサによれば、印加される直流に対しては、第１および第２のコンデンサＣ１・Ｃ２はオープンであることから、可変インピーダンス素子Ｚと抵抗Ｒとが直列に接続されたものと同等になる。ここで、可変インピーダンス素子Ｚの抵抗値に比べて抵抗Ｒの抵抗値が十分小さければ、可変容量コンデンサ全体に印加された直流電圧とほぼ同じ電圧が可変インピーダンス素子Ｚに印加されることになる。また、印加される交流、特に高周波に対しては、第１および第２のコンデンサＣ１・Ｃ２のインピーダンスは小さくなるので、抵抗Ｒの抵抗値が第１のコンデンサＣ１のインピーダンスに対して十分大きければ、抵抗Ｒはオープンになり図２の等価回路は図１の等価回路と同等になる。これにより、可変容量コンデンサ全体に印加された直流電圧とほぼ同じ電圧が可変インピーダンス素子Ｚに印加されることになるので、低い電圧で可変インピーダンス素子Ｚのインピーダンスを変化できるようになり、低い電圧で可変容量コンデンサ全体の容量を変化させることができるものとなる。
【００３０】
なお、図２に示した抵抗Ｒは、以上のような適当なインピーダンスを持つインダクタであっても構わない。
【００３１】
次に、図３は、本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態の一例の断面構造を示す断面図である。図３において、１は支持基板であり、21は第１のコンデンサの下部電極であり、22はそれに隣接して配置された第２のコンデンサの下部電極である。31は第１のコンデンサの薄膜誘電体層であり、32は第２のコンデンサの薄膜誘電体層である。41は第１のコンデンサの上部電極であり、42はそれに隣接して配置された第２のコンデンサの上部電極である。なお、図３には示していないが、必要に応じてＢＣＢ樹脂やポリイミド樹脂等の有機物あるいはＳｉＮｘやＳｉＯｘ等の無機物から成る保護膜等が薄膜誘電体層31・32を大気に露出させないように設置されても構わない。
【００３２】
支持基板１はアルミナセラミックス等のセラミック基板，サファイア等の単結晶基板，ガラス基板，表面酸化されたＳｉ基板等である。そして、支持基板１の表面には、下部電極21・22が形成されている。下部電極21・22、薄膜誘電体層31・32、および上部電極41・42は、スパッタリング法等の成膜法によって支持基板１上の全面にそれぞれ同一バッチで形成され、全層のスパッタリング終了後に、上部電極41・42、薄膜誘電体層31・32、および下部電極21・22がそれぞれ所定形状のフォトレジスト層を用いて物理的または化学的にエッチングされて所定の形状に形成される。
【００３３】
下部電極21・22は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等の単体金属あるいは合金から成る電極層である。この下部電極21・22は、例えば、スパッタリング法等の成膜法によって基板温度が室温から400℃の範囲で形成されている。
【００３４】
この下部電極21・22の厚みは、これらに接続される端子部から容量形成部までの配線の抵抗成分、下部電極21・22の連続性（これらを良好にするには、いずれも下部電極21・22の厚みが厚い方が望ましい。）および支持基板１との密着性（これを良好にするには下部電極21・22の厚みが相対的に薄い方が望ましい。）を考慮して決定され、例えば、0.1〜10μｍとされる。下部電極21・22の厚みが0.1μｍよりも小さくなると、下部電極21・22自身の抵抗が大きくなると同時に、電極の連続性がなくなり、信頼性が劣る傾向にある。一方、下部電極21・22の厚みが10μｍを超えると、支持基板１との密着信頼性が低下したり、支持基板１に反りが生じたりする傾向がある。
【００３５】
薄膜誘電体層31・32は、例えば、ＳｉＯｘ等の酸化物あるいはＳｉＮｘ等の窒化物から成る誘電体材料の層である。例えば、ターゲットとしてＳｉ３Ｎ４を用い、基板温度を400℃としてスパッタリング法によって成膜することにより、Ｑ値が500程度の薄膜誘電体層31・32を得ることができる。
【００３６】
上部電極41・42は、下部電極21・22と同じくＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等の単体金属あるいは合金から成る電極層である。
【００３７】
このような第１および第２のコンデンサに対し、図示していない可変インピーダンス素子は外付けとしてもよいし、通常の薄膜工程により同一の支持基板１上に誘電体薄膜コンデンサを形成して接続するようにしても構わない。
【００３８】
図３に示すような第１および第２のコンデンサを用いた本発明の可変容量コンデンサによれば、下部電極21・22同士および上部電極41・42同士が隣接していることから第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになるので、可変インピーダンス素子のインピーダンス変化に応じて容量を変化させることができ、また、薄膜誘電体層31・32にＱ値の高い誘電体を用いることができるので、可変容量コンデンサ全体のＱ値を高くすることができるものとなる。
【００３９】
次に、図４は、本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態の他の例の断面構造を示す断面図である。図４において、10は誘電体基板であり、51および52は誘電体基板10上に形成された、第１のコンデンサを構成する２つの隣接した電極であり、61・62は誘電体基板10と２つの隣接した電極51・52とからなる第１のコンデンサ上に形成された誘電体層であり、71および72は誘電体層61・62上に形成された、第２のコンデンサを構成する２つの隣接した電極である。なお、図４には示していないが、必要に応じてＢＣＢ樹脂やポリイミド樹脂等の有機物あるいはＳｉＮｘやＳｉＯｘ等の無機物から成る保護膜等が誘電体層61・62を大気に露出させないように設置されても構わない。
【００４０】
誘電体基板10は、アルミナセラミックス等のセラミック基板，サファイア等の単結晶基板，ガラス基板等である。そして、誘電体基板10の表面には、第１のコンデンサを構成する２つの隣接した電極51および52が形成されている。
【００４１】
また、誘電体層61・62は、例えば、ＳｉＯｘ等の酸化物あるいはＳｉＮｘ等の窒化物から成る誘電体材料の層である。例えば、ターゲットとしてＳｉ３Ｎ４を用い、基板温度を400℃としてスパッタリング法によって成膜することにより、Ｑ値が500程度の誘電体層61・62を得ることができる。
【００４２】
２つの隣接した電極51・52および71・72は、前述の下部電極21・22および上部電極41・42と同様の電極層であり、前述の材料を用いて同じようにして形成される。第１のコンデンサおよび第２のコンデンサは、ともにギャップ型コンデンサと呼ばれるものであり、２つの電極間の距離と隣接している部分の長さおよび誘電体基板10，誘電体層61・62およびエアギャップの誘電率で容量が決まる。また、第２のコンデンサは第１のコンデンサ上に誘電体層61・62を介して積層されているので、第１および第２のコンデンサ間の距離を短くすることができ、両者の静電的な結合を強くすることができる。
【００４３】
なお、図４に示す例では第１のコンデンサ上に形成された誘電体層61・62はそれぞれ隣接した２つの電極51・52の上に独立した層として形成した場合を示したが、これら誘電体層61・62は連続した１つの層として形成してもよい。その場合には、その層の上に形成される隣接した２つの電極71・72間の誘電率がエアギャップを介した場合よりも大きくなり、容量がより大きい第２のコンデンサとすることができる。
【００４４】
このような第１および第２のコンデンサに対し、図示していない可変インピーダンス素子は外付けとしてもよいし、通常の薄膜工程により同一の誘電体基板10上に誘電体薄膜コンデンサを形成して接続するようにしても構わない。
【００４５】
図４に示すような第１および第２のコンデンサを用いた本発明の可変容量コンデンサによれば、第１のコンデンサ上に誘電体層61・62を介して第２のコンデンサが積層されており、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになるので、可変インピーダンス素子のインピーダンス変化に応じて容量を変化でき、また、誘電体層61・62にＱ値の高い誘電体を用いることができるので、可変容量コンデンサ全体のＱ値を高くすることができるものとなる。
【００４６】
次に、図５は、本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態のさらに他の例の断面構造を示す断面図である。図５において、10は誘電体基板であり、211は第１のコンデンサの第１の電極であり、212は第１のコンデンサの第２の電極である。また、221は第２のコンデンサの第１の電極であり、222は第２のコンデンサの第２の電極である。
【００４７】
誘電体基板10はアルミナセラミックス等のセラミック基板，サファイア等の単結晶基板，ガラス基板等である。そして、誘電体基板10の上面には、４つの隣接した電極211・212・221・222が形成されて、誘電体基板10と２つの隣接した電極211・212とにより第１のコンデンサが形成され、誘電体基板10と２つの隣接した電極221・222とにより第２のコンデンサが形成されており、２つの電極212と221とが隣接していることによって第１のコンデンサと第２のコンデンサとが静電的に結合している。これら４つの隣接した電極211・212・221・222は、所定形状のフォトレジストを用いて物理的または化学的にエッチングされて形成される。
【００４８】
これら４つの隣接した電極211・212・221・222は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等の単体金属あるいは合金から成る電極層である。これら４つの隣接した電極211・212・221・222は、例えば、スパッタリング法により基板温度を室温から400℃の範囲として形成されている。
【００４９】
これら４つの隣接した電極211・212・221・222の厚みは、それぞれこれらに接続される端子部から容量形成部までの配線の抵抗成分、電極211・212・221・222の連続性（これらを良好にするには、いずれも電極211・212・221・222の厚みが厚い方が望ましい。）および誘電体基板10との密着性（これを良好にするには電極211・212・221・222の厚みが相対的に薄い方が望ましい。）を考慮して決定され、例えば、0.1〜10μｍとされる。これら４つの電極211・212・221・222の厚みが0.1μｍよりも小さくなると、電極211・212・221・222自身の抵抗が大きくなると同時に、電極の連続性がなくなり、信頼性が劣る傾向にある。一方、電極211・212・221・222の厚みが10μｍを超えると、誘電体基板10との密着信頼性が低下したり、誘電体基板10に反りが生じたりする傾向がある。
【００５０】
次に、図６（ａ）は、本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態のさらに他の例の平面構造を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図である。図６において、１は支持基板であり、21は第１のコンデンサの下部電極であり、22はそれに隣接して配置された第２のコンデンサの下部電極である。31は第１のコンデンサの薄膜誘電体層であり、32は第２のコンデンサの薄膜誘電体層である。41は第１のコンデンサの上部電極であり、42はそれに隣接して配置された第２のコンデンサの上部電極である。
【００５１】
そして、この例では、下部電極21・22および上部電極41・42をそれぞれ櫛型電極としている。このように下部電極21・22および上部電極41・42をそれぞれ櫛型電極とすることにより、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの隣接している部分が長くなるので、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを効率よく静電的に結合させることができるものとなる。
【００５２】
このような櫛型電極としては、第１のコンデンサと第２のコンデンサの静電的な結合度を強くするために第１のコンデンサと第２のコンデンサとの隣接している部分ができるだけ長くなるように、櫛歯の本数が多く、櫛歯部分の長さが長く、また、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間隔が短く配置されているようにすることが望ましい。
【００５３】
なお、この例では図３に示した例に対して下部電極21・22および上部電極41・42を櫛型電極とした場合を示したが、図４および図５に示した例についてそれらの電極51・52・71・72あるいは211・212・221・222を櫛型電極とした場合にも、同様の作用効果が得られるものである。
【００５４】
以上より、本発明の可変容量コンデンサによれば、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供することができる。
【００５５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、櫛型電極の櫛歯の形状を直線状の代わりに十字状等としてもよく、その場合には第１のコンデンサと第２のコンデンサとの隣接している部分がさらに長くなるので、両者の静電的な結合をさらに強くすることができる。
【実施例】
【００５６】
回路シミュレータを用いた等価回路によるインピーダンスの計算に基づいて、可変インピーダンス素子Ｚとして静電容量が１ｐＦであり、印加電圧による容量変化が63％であり、Ｑ値が60の誘電体薄膜コンデンサを用い、第１のコンデンサＣ１として静電容量が２ｐＦでＱ値が500のコンデンサを用い、第２のコンデンサＣ２として静電容量が0.2ｐＦでＱ値が500のコンデンサを用いて、図１に示す構成で本発明の可変容量コンデンサを構成した。この可変容量コンデンサについてその静電容量、Ｑ値および容量変化を測定したところ、全体の静電容量は0.87ｐＦとなり、Ｑ値は105であり、印加電圧による容量変化が41％であった。
【００５７】
この結果、可変インピーダンス素子のＱ値が60であるにもかかわらず、可変容量コンデンサ全体のＱ値は105であることから、本発明の可変容量コンデンサによりＱ値が高く、印加電圧による容量変化が大きなものとできるものであることが確認できた。
【００５８】
また、図３〜図６に示した例の可変容量コンデンサについても同様に構成したところ、いずれも可変容量コンデンサ全体のＱ値が高く、印加電圧による容量変化が大きなものとすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の可変容量コンデンサの実施の形態の一例の等価回路を示す回路図である。
【図２】本発明の可変容量コンデンサの実施の形態の他の例の等価回路を示す回路図である。
【図３】本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態の一例の断面構造を示す断面図である。
【図４】本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態の他の例の断面構造を示す断面図である。
【図５】本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態のさらに他の例の断面構造を示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態のさらに他の例の平面構造を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・支持基板
10・・・誘電体基板
21，22・・・下部電極
31，32・・・薄膜誘電体層
41，42・・・上部電極
51，52・・・２つの隣接した電極
61，62・・・誘電体層
71，72・・・２つの隣接した電極
211，212，221，222・・・４つの隣接した電極
Ｃ１・・・第１のコンデンサ
Ｃ２・・・第２のコンデンサ
Ｚ・・・可変インピーダンス素子
Ｒ・・・抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧の印加により静電容量が変化する可変容量コンデンサに関するものであり、特に印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より使用されているコンデンサの中には、上下の電極層および誘電体層が薄膜で形成された薄膜コンデンサがある。これは通常、電気絶縁性の支持基板上に薄膜状の下部電極層、誘電体層および上部電極層がこの順に積層されて構成されている。
【０００３】
このような薄膜コンデンサでは、下部電極層および上部電極層がそれぞれスパッタリング法や真空蒸着法等で形成されており、誘電体層もスパッタリング法やゾルゲル法等で形成されている。また、このような薄膜コンデンサの製造には、通常、以下のようにフォトリソグラフィの手法が用いられる。
【０００４】
まず、絶縁性支持基板上の全面に下部電極層となる導体層を形成した後、必要部のみをフォトレジストで覆い、その後、ウエットエッチングまたはドライエッチングで不要部を除去して、所定形状の下部電極層を形成する。次に、支持基板上に薄膜誘電体層となる誘電体層を全面に形成し、下部電極層と同様に、不要部を除去して所定形状の薄膜誘電体層を形成する。最後に、上部電極層となる導体層を全面に形成し、不要部を除去して所定形状の上部電極層を形成する。また、保護層やハンダ端子部を形成することにより、表面実装が可能になる。
【０００５】
また、薄膜誘電体層の材料として、（ＢａｘＳｒ１−ｘ）ＴｉｙＯ３から成る誘電体材料を用いて、上部電極層と下部電極層との間に所定電位を与えて、薄膜誘電体層の誘電率を変化させて容量を変化させる可変容量コンデンサも同様な構造である。薄膜誘電体層への直流バイアス電圧の印加により容量を変化させる可変容量コンデンサとしては、例えば特許文献１に開示されている。
【０００６】
また、別の従来の可変容量コンデンサとして、２つの容量引出し用電極と２つの電圧印加電極との４つの電極を有しており、その内の少なくとも１つの電極が複数本の線状電極からなり、２つの電圧印加用電極に電圧を印加することにより２つの容量引出し用電極間の容量を変化することができるコンデンサが、特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平11−260667号公報
【特許文献２】特開平７−335490号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されたような従来の可変容量コンデンサでは、可変容量コンデンサの基本的な特性は使用する薄膜誘電体層の特性でほぼ決まってしまうため、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供するためには、印加電圧による誘電率変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な薄膜誘電体層を用意する必要がある。
【０００８】
しかしながら、通常、薄膜誘電体層には、印加電圧による誘電率変化が大きければ、Ｑ値が低くなったり温度特性が悪くなったりし、また、温度特性が良好であれば、印加電圧による誘電率変化が小さくなったりＱ値が低くなったりするという問題点がある。
【０００９】
また、特許文献２に示されたような可変容量コンデンサでは、コンデンサに印加される信号の電圧と同位相で容量制御用電圧を変化させる必要があるため、容量制御用電圧として直流電圧を用いた場合には、容量の変化は直流電圧に対してのみ可能であり、交流電圧に対しては周期的に容量が変動してしまうため、可変容量コンデンサとしては機能しないという問題点がある。
【００１０】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、薄膜誘電体層を用いなくとも実現可能な、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の可変容量コンデンサは、１）第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサおよび可変インピーダンス素子に第２のコンデンサが並列に接続されているとともに、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとが静電的に結合していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の可変容量コンデンサは、２）上記１）の構成において、前記可変インピーダンス素子は、印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサであることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の可変容量コンデンサは、３）上記１）の構成において、前記可変インピーダンス素子は、印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の可変容量コンデンサは、４）上記１）〜３）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサに抵抗またはインダクタが並列に接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の可変容量コンデンサは、５）上記１）〜４）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、下部電極と誘電体と上部電極とを有しており、それら下部電極同士および上部電極同士が隣接していることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の可変容量コンデンサは、６）上記１）〜４）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサは、誘電体基板とこの誘電体基板上に形成された２つの隣接した電極とからなり、前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサ上に形成された誘電体層とこの誘電体層上に形成された２つの隣接した電極とからなることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の可変容量コンデンサは、７）上記１）〜４）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、誘電体基板と、この誘電体基板上に形成された４つの隣接した電極とからなることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の可変容量コンデンサは、８）上記５）〜７）のいずれかの構成において、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの前記電極は、櫛型電極であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の可変容量コンデンサによれば、１）第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサおよび可変インピーダンス素子に第２のコンデンサが並列に接続されているとともに、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが静電的に結合しているものであり、第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とが直列に接続されていることから、第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とに印加される交流電圧は第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とのインピーダンス比に応じて分圧される。このため、可変インピーダンス素子に直流電圧を印加してインピーダンス比を変化させると分圧比も変化し、第１のコンデンサに印加される交流電圧が変化する。ここで、直列に接続された第１のコンデンサおよび可変コンデンサに第２のコンデンサが並列に接続されているとともに、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが静電的に結合しているため、第１のコンデンサの電極上には印加された交流電圧に応じた電荷に加えて、静電誘導により第２のコンデンサの電荷に応じた電荷が生じ、同様に第２のコンデンサの電極上には印加された交流電圧に応じた電荷に加えて、静電誘導により第１のコンデンサの電荷に応じた電荷が生じる。この静電誘導による電荷のため、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサはともに形状および誘電体の誘電率で決定される静電容量よりも見かけの静電容量が増加することになる。そして、前述のように、可変インピーダンス素子のインピーダンスを変化させることにより第１のコンデンサに印加される交流電圧を変化させることができるので、静電誘導により第２のコンデンサに生じる電荷が変化することになり、第２のコンデンサの見かけの静電容量が変化し、その結果、全体の容量を変化させることができる可変容量コンデンサとなる。
【００２０】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、２）可変インピーダンス素子は印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサであるときには、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを構成する誘電体には印加電圧によって誘電率が変化する誘電体を用いる必要がなく、Ｑ値の高い誘電体材料を用いることができる。また、全体の容量変化は可変インピーダンス素子としての誘電体薄膜コンデンサの容量変化とともに、静電的に結合している第１のコンデンサと第２のコンデンサとの結合の度合いおよび容量比によっても調整することができるため、誘電体薄膜コンデンサの温度特性が良好であれば、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、さらに温度特性が良好な可変容量コンデンサを得ることができる。
【００２１】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、３）可変インピーダンス素子は印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードであるときには、バラクタダイオードは印加電圧による容量変化が大きく、温度特性も良好であるが、Ｑ値が低いという特性があるのに対して、前述のように第１のコンデンサおよび第２のコンデンサには印加電圧によって誘電率が変化する誘電体を用いる必要がなく、Ｑ値の高い誘電体材料を用いることができるので、第１のコンデンサ、第２のコンデンサおよびバラクタダイオードの容量比を調整することにより、印加電圧による容量変化が大きく、温度特性も良好で、さらにＱ値が高い可変容量コンデンサを得ることができる。
【００２２】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、４）第１のコンデンサに抵抗またはインダクタが並列に並列接続されているときには、抵抗またはインダクタのインピーダンスを可変インピーダンス素子の制御用に用いる直流電流は通すが交流電流は通さないように選ぶことにより、制御用の直流電圧は可変インピーダンス素子のみに印加されるようになり、低い電圧で可変インピーダンス素子のインピーダンスを変化できるようになり、低い電圧で全体の容量を変化させることができるようになる。
【００２３】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、５）第１のコンデンサおよび第２のコンデンサは下部電極と誘電体と上部電極を有しており、それら下部電極同士および上部電極同士が隣接しているときには、下部電極同士および上部電極同士が隣接していることから第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになり、以上のような本発明の可変容量コンデンサによる作用効果を確実に得ることができるものとなる。
【００２４】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、６）第１のコンデンサは誘電体基板とこの誘電体基板上に形成された２つの隣接した電極からなり、第２のコンデンサは第１のコンデンサ上に形成された誘電体層とこの誘電体層上に形成された２つの隣接した電極とからなるときには、第２のコンデンサが第１のコンデンサ上に形成された誘電体層上に形成されていることから第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになり、以上のような本発明の可変容量コンデンサによる作用効果を確実に得ることができるものとなる。
【００２５】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、７）第１のコンデンサおよび第２のコンデンサは誘電体基板とこの誘電体基板上に形成された４つの隣接した電極とからなるときには、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサが誘電体基板上に形成された４つの隣接した電極からなることから、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになり、以上のような本発明の可変容量コンデンサによる作用効果を確実に得ることができるものとなる。
【００２６】
また、本発明の可変容量コンデンサによれば、８）第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの電極は櫛型電極であるときには、電極形状を櫛型とすることで第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを形成する電極が隣接する距離を長くすることができるので、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの静電的な結合を強めることができ、以上のような本発明の可変容量コンデンサによる作用効果をさらに確実に得ることができるものとなる。
【００２７】
以上のように、本発明の可変容量コンデンサによれば、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の可変容量コンデンサについて図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の可変容量コンデンサの実施の形態の一例の等価回路を示す回路図である。図１において、Ｃ１は第１のコンデンサ、Ｃ２は第２のコンデンサであり、Ｚは可変インピーダンス素子である。前述のように本発明の可変容量コンデンサでは、第１のコンデンサＣ１と可変インピーダンス素子Ｚとが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサＣ１および可変インピーダンス素子Ｚに第２のコンデンサＣ２が並列に接続されているとともに、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とが静電的に結合している。図１に示す第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とを取り囲む破線は、これら第１および第２のコンデンサＣ１・Ｃ２が静電的に結合していることを示す。可変インピーダンス素子Ｚとしては印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサ、あるいは印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードを始めとして、印加電圧に応じて抵抗値が変化するバリスタの他、機械的に容量を変化できるコンデンサ，抵抗，インダクタ等が利用できる。これらのうち、可変インピーダンス素子Ｚとして印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサを利用するときには、全体の容量を電気的に制御できるとともに、インピーダンスの変化がリアクタンスの変化によるものであるので高Ｑ値の可変容量コンデンサを実現できるものとなる。また、可変インピーダンス素子Ｚとして印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードを利用するときには、全体の容量を電気的に制御できるとともに、インピーダンスの変化がリアクタンスの変化によるものであるので高Ｑ値の可変容量コンデンサを実現でき、さらに、バラクタダイオードは一般に温度特性に優れていることから、温度特性に優れた可変容量コンデンサを実現できるものとなる。
【００２９】
次に、図２は本発明の容量可変コンデンサの実施の形態の他の例の等価回路を示す回路図であり、第１のコンデンサＣ１に抵抗Ｒが並列に接続されている場合の本発明の可変容量コンデンサの等価回路を示すものである。この例の本発明の可変容量コンデンサによれば、印加される直流に対しては、第１および第２のコンデンサＣ１・Ｃ２はオープンであることから、可変インピーダンス素子Ｚと抵抗Ｒとが直列に接続されたものと同等になる。ここで、可変インピーダンス素子Ｚの抵抗値に比べて抵抗Ｒの抵抗値が十分小さければ、可変容量コンデンサ全体に印加された直流電圧とほぼ同じ電圧が可変インピーダンス素子Ｚに印加されることになる。また、印加される交流、特に高周波に対しては、第１および第２のコンデンサＣ１・Ｃ２のインピーダンスは小さくなるので、抵抗Ｒの抵抗値が第１のコンデンサＣ１のインピーダンスに対して十分大きければ、抵抗Ｒはオープンになり図２の等価回路は図１の等価回路と同等になる。これにより、可変容量コンデンサ全体に印加された直流電圧とほぼ同じ電圧が可変インピーダンス素子Ｚに印加されることになるので、低い電圧で可変インピーダンス素子Ｚのインピーダンスを変化できるようになり、低い電圧で可変容量コンデンサ全体の容量を変化させることができるものとなる。
【００３０】
なお、図２に示した抵抗Ｒは、以上のような適当なインピーダンスを持つインダクタであっても構わない。
【００３１】
次に、図３は、本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態の一例の断面構造を示す断面図である。図３において、１は支持基板であり、21は第１のコンデンサの下部電極であり、22はそれに隣接して配置された第２のコンデンサの下部電極である。31は第１のコンデンサの薄膜誘電体層であり、32は第２のコンデンサの薄膜誘電体層である。41は第１のコンデンサの上部電極であり、42はそれに隣接して配置された第２のコンデンサの上部電極である。なお、図３には示していないが、必要に応じてＢＣＢ樹脂やポリイミド樹脂等の有機物あるいはＳｉＮｘやＳｉＯｘ等の無機物から成る保護膜等が薄膜誘電体層31・32を大気に露出させないように設置されても構わない。
【００３２】
支持基板１はアルミナセラミックス等のセラミック基板，サファイア等の単結晶基板，ガラス基板，表面酸化されたＳｉ基板等である。そして、支持基板１の表面には、下部電極21・22が形成されている。下部電極21・22、薄膜誘電体層31・32、および上部電極41・42は、スパッタリング法等の成膜法によって支持基板１上の全面にそれぞれ同一バッチで形成され、全層のスパッタリング終了後に、上部電極41・42、薄膜誘電体層31・32、および下部電極21・22がそれぞれ所定形状のフォトレジスト層を用いて物理的または化学的にエッチングされて所定の形状に形成される。
【００３３】
下部電極21・22は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等の単体金属あるいは合金から成る電極層である。この下部電極21・22は、例えば、スパッタリング法等の成膜法によって基板温度が室温から400℃の範囲で形成されている。
【００３４】
この下部電極21・22の厚みは、これらに接続される端子部から容量形成部までの配線の抵抗成分、下部電極21・22の連続性（これらを良好にするには、いずれも下部電極21・22の厚みが厚い方が望ましい。）および支持基板１との密着性（これを良好にするには下部電極21・22の厚みが相対的に薄い方が望ましい。）を考慮して決定され、例えば、0.1〜10μｍとされる。下部電極21・22の厚みが0.1μｍよりも小さくなると、下部電極21・22自身の抵抗が大きくなると同時に、電極の連続性がなくなり、信頼性が劣る傾向にある。一方、下部電極21・22の厚みが10μｍを超えると、支持基板１との密着信頼性が低下したり、支持基板１に反りが生じたりする傾向がある。
【００３５】
薄膜誘電体層31・32は、例えば、ＳｉＯｘ等の酸化物あるいはＳｉＮｘ等の窒化物から成る誘電体材料の層である。例えば、ターゲットとしてＳｉ３Ｎ４を用い、基板温度を400℃としてスパッタリング法によって成膜することにより、Ｑ値が500程度の薄膜誘電体層31・32を得ることができる。
【００３６】
上部電極41・42は、下部電極21・22と同じくＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等の単体金属あるいは合金から成る電極層である。
【００３７】
このような第１および第２のコンデンサに対し、図示していない可変インピーダンス素子は外付けとしてもよいし、通常の薄膜工程により同一の支持基板１上に誘電体薄膜コンデンサを形成して接続するようにしても構わない。
【００３８】
図３に示すような第１および第２のコンデンサを用いた本発明の可変容量コンデンサによれば、下部電極21・22同士および上部電極41・42同士が隣接していることから第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになるので、可変インピーダンス素子のインピーダンス変化に応じて容量を変化させることができ、また、薄膜誘電体層31・32にＱ値の高い誘電体を用いることができるので、可変容量コンデンサ全体のＱ値を高くすることができるものとなる。
【００３９】
次に、図４は、本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態の他の例の断面構造を示す断面図である。図４において、10は誘電体基板であり、51および52は誘電体基板10上に形成された、第１のコンデンサを構成する２つの隣接した電極であり、61・62は誘電体基板10と２つの隣接した電極51・52とからなる第１のコンデンサ上に形成された誘電体層であり、71および72は誘電体層61・62上に形成された、第２のコンデンサを構成する２つの隣接した電極である。なお、図４には示していないが、必要に応じてＢＣＢ樹脂やポリイミド樹脂等の有機物あるいはＳｉＮｘやＳｉＯｘ等の無機物から成る保護膜等が誘電体層61・62を大気に露出させないように設置されても構わない。
【００４０】
誘電体基板10は、アルミナセラミックス等のセラミック基板，サファイア等の単結晶基板，ガラス基板等である。そして、誘電体基板10の表面には、第１のコンデンサを構成する２つの隣接した電極51および52が形成されている。
【００４１】
また、誘電体層61・62は、例えば、ＳｉＯｘ等の酸化物あるいはＳｉＮｘ等の窒化物から成る誘電体材料の層である。例えば、ターゲットとしてＳｉ３Ｎ４を用い、基板温度を400℃としてスパッタリング法によって成膜することにより、Ｑ値が500程度の誘電体層61・62を得ることができる。
【００４２】
２つの隣接した電極51・52および71・72は、前述の下部電極21・22および上部電極41・42と同様の電極層であり、前述の材料を用いて同じようにして形成される。第１のコンデンサおよび第２のコンデンサは、ともにギャップ型コンデンサと呼ばれるものであり、２つの電極間の距離と隣接している部分の長さおよび誘電体基板10，誘電体層61・62およびエアギャップの誘電率で容量が決まる。また、第２のコンデンサは第１のコンデンサ上に誘電体層61・62を介して積層されているので、第１および第２のコンデンサ間の距離を短くすることができ、両者の静電的な結合を強くすることができる。
【００４３】
なお、図４に示す例では第１のコンデンサ上に形成された誘電体層61・62はそれぞれ隣接した２つの電極51・52の上に独立した層として形成した場合を示したが、これら誘電体層61・62は連続した１つの層として形成してもよい。その場合には、その層の上に形成される隣接した２つの電極71・72間の誘電率がエアギャップを介した場合よりも大きくなり、容量がより大きい第２のコンデンサとすることができる。
【００４４】
このような第１および第２のコンデンサに対し、図示していない可変インピーダンス素子は外付けとしてもよいし、通常の薄膜工程により同一の誘電体基板10上に誘電体薄膜コンデンサを形成して接続するようにしても構わない。
【００４５】
図４に示すような第１および第２のコンデンサを用いた本発明の可変容量コンデンサによれば、第１のコンデンサ上に誘電体層61・62を介して第２のコンデンサが積層されており、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが効率よく静電的に結合されることになるので、可変インピーダンス素子のインピーダンス変化に応じて容量を変化でき、また、誘電体層61・62にＱ値の高い誘電体を用いることができるので、可変容量コンデンサ全体のＱ値を高くすることができるものとなる。
【００４６】
次に、図５は、本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態のさらに他の例の断面構造を示す断面図である。図５において、10は誘電体基板であり、211は第１のコンデンサの第１の電極であり、212は第１のコンデンサの第２の電極である。また、221は第２のコンデンサの第１の電極であり、222は第２のコンデンサの第２の電極である。
【００４７】
誘電体基板10はアルミナセラミックス等のセラミック基板，サファイア等の単結晶基板，ガラス基板等である。そして、誘電体基板10の上面には、４つの隣接した電極211・212・221・222が形成されて、誘電体基板10と２つの隣接した電極211・212とにより第１のコンデンサが形成され、誘電体基板10と２つの隣接した電極221・222とにより第２のコンデンサが形成されており、２つの電極212と221とが隣接していることによって第１のコンデンサと第２のコンデンサとが静電的に結合している。これら４つの隣接した電極211・212・221・222は、所定形状のフォトレジストを用いて物理的または化学的にエッチングされて形成される。
【００４８】
これら４つの隣接した電極211・212・221・222は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等の単体金属あるいは合金から成る電極層である。これら４つの隣接した電極211・212・221・222は、例えば、スパッタリング法により基板温度を室温から400℃の範囲として形成されている。
【００４９】
これら４つの隣接した電極211・212・221・222の厚みは、それぞれこれらに接続される端子部から容量形成部までの配線の抵抗成分、電極211・212・221・222の連続性（これらを良好にするには、いずれも電極211・212・221・222の厚みが厚い方が望ましい。）および誘電体基板10との密着性（これを良好にするには電極211・212・221・222の厚みが相対的に薄い方が望ましい。）を考慮して決定され、例えば、0.1〜10μｍとされる。これら４つの電極211・212・221・222の厚みが0.1μｍよりも小さくなると、電極211・212・221・222自身の抵抗が大きくなると同時に、電極の連続性がなくなり、信頼性が劣る傾向にある。一方、電極211・212・221・222の厚みが10μｍを超えると、誘電体基板10との密着信頼性が低下したり、誘電体基板10に反りが生じたりする傾向がある。
【００５０】
次に、図６（ａ）は、本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態のさらに他の例の平面構造を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図である。図６において、１は支持基板であり、21は第１のコンデンサの下部電極であり、22はそれに隣接して配置された第２のコンデンサの下部電極である。31は第１のコンデンサの薄膜誘電体層であり、32は第２のコンデンサの薄膜誘電体層である。41は第１のコンデンサの上部電極であり、42はそれに隣接して配置された第２のコンデンサの上部電極である。
【００５１】
そして、この例では、下部電極21・22および上部電極41・42をそれぞれ櫛型電極としている。このように下部電極21・22および上部電極41・42をそれぞれ櫛型電極とすることにより、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの隣接している部分が長くなるので、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを効率よく静電的に結合させることができるものとなる。
【００５２】
このような櫛型電極としては、第１のコンデンサと第２のコンデンサの静電的な結合度を強くするために第１のコンデンサと第２のコンデンサとの隣接している部分ができるだけ長くなるように、櫛歯の本数が多く、櫛歯部分の長さが長く、また、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間隔が短く配置されているようにすることが望ましい。
【００５３】
なお、この例では図３に示した例に対して下部電極21・22および上部電極41・42を櫛型電極とした場合を示したが、図４および図５に示した例についてそれらの電極51・52・71・72あるいは211・212・221・222を櫛型電極とした場合にも、同様の作用効果が得られるものである。
【００５４】
以上より、本発明の可変容量コンデンサによれば、印加電圧による容量変化が大きく、Ｑ値が高く、温度特性の良好な可変容量コンデンサを提供することができる。
【００５５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、櫛型電極の櫛歯の形状を直線状の代わりに十字状等としてもよく、その場合には第１のコンデンサと第２のコンデンサとの隣接している部分がさらに長くなるので、両者の静電的な結合をさらに強くすることができる。
【実施例】
【００５６】
回路シミュレータを用いた等価回路によるインピーダンスの計算に基づいて、可変インピーダンス素子Ｚとして静電容量が１ｐＦであり、印加電圧による容量変化が63％であり、Ｑ値が60の誘電体薄膜コンデンサを用い、第１のコンデンサＣ１として静電容量が２ｐＦでＱ値が500のコンデンサを用い、第２のコンデンサＣ２として静電容量が0.2ｐＦでＱ値が500のコンデンサを用いて、図１に示す構成で本発明の可変容量コンデンサを構成した。この可変容量コンデンサについてその静電容量、Ｑ値および容量変化を測定したところ、全体の静電容量は0.87ｐＦとなり、Ｑ値は105であり、印加電圧による容量変化が41％であった。
【００５７】
この結果、可変インピーダンス素子のＱ値が60であるにもかかわらず、可変容量コンデンサ全体のＱ値は105であることから、本発明の可変容量コンデンサによりＱ値が高く、印加電圧による容量変化が大きなものとできるものであることが確認できた。
【００５８】
また、図３〜図６に示した例の可変容量コンデンサについても同様に構成したところ、いずれも可変容量コンデンサ全体のＱ値が高く、印加電圧による容量変化が大きなものとすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の可変容量コンデンサの実施の形態の一例の等価回路を示す回路図である。
【図２】本発明の可変容量コンデンサの実施の形態の他の例の等価回路を示す回路図である。
【図３】本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態の一例の断面構造を示す断面図である。
【図４】本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態の他の例の断面構造を示す断面図である。
【図５】本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態のさらに他の例の断面構造を示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の可変容量コンデンサにおける第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量形成部の実施の形態のさらに他の例の平面構造を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・支持基板
10・・・誘電体基板
21，22・・・下部電極
31，32・・・薄膜誘電体層
41，42・・・上部電極
51，52・・・２つの隣接した電極
61，62・・・誘電体層
71，72・・・２つの隣接した電極
211，212，221，222・・・４つの隣接した電極
Ｃ１・・・第１のコンデンサ
Ｃ２・・・第２のコンデンサ
Ｚ・・・可変インピーダンス素子
Ｒ・・・抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサおよび可変インピーダンス素子に第２のコンデンサが並列に接続されているとともに、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとが静電的に結合していることを特徴とする可変容量コンデンサ。
【請求項２】
前記可変インピーダンス素子は、印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサであることを特徴とする請求項１記載の可変容量コンデンサ。
【請求項３】
前記可変インピーダンス素子は、印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードであることを特徴とする請求項１記載の可変容量コンデンサ。
【請求項４】
前記第１のコンデンサに抵抗またはインダクタが並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項５】
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、下部電極と誘電体と上部電極とを有しており、それら下部電極同士および上部電極同士が隣接していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項６】
前記第１のコンデンサは、誘電体基板と該誘電体基板上に形成された２つの隣接した電極とからなり、前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサ上に形成された誘電体層と該誘電体層上に形成された２つの隣接した電極とからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項７】
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、誘電体基板と、該誘電体基板上に形成された４つの隣接した電極とからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項８】
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの前記電極は、櫛型電極であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項１】
第１のコンデンサと可変インピーダンス素子とが直列に接続され、これら直列に接続された第１のコンデンサおよび可変インピーダンス素子に第２のコンデンサが並列に接続されているとともに、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとが静電的に結合していることを特徴とする可変容量コンデンサ。
【請求項２】
前記可変インピーダンス素子は、印加電圧に応じて容量が変化する誘電体薄膜コンデンサであることを特徴とする請求項１記載の可変容量コンデンサ。
【請求項３】
前記可変インピーダンス素子は、印加電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードであることを特徴とする請求項１記載の可変容量コンデンサ。
【請求項４】
前記第１のコンデンサに抵抗またはインダクタが並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項５】
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、下部電極と誘電体と上部電極とを有しており、それら下部電極同士および上部電極同士が隣接していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項６】
前記第１のコンデンサは、誘電体基板と該誘電体基板上に形成された２つの隣接した電極とからなり、前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサ上に形成された誘電体層と該誘電体層上に形成された２つの隣接した電極とからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項７】
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、誘電体基板と、該誘電体基板上に形成された４つの隣接した電極とからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項８】
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの前記電極は、櫛型電極であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−９３３２２（Ｐ２００６−９３３２２Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７５５１６（Ｐ２００４−２７５５１６）
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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