[发明专利]可变电容器、可变电容器装置、高频电路用滤波器及高频电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种可变电容器、使用该可变电容器的可变电容器装 置、高频电路用滤波器及高频电路。所述可变电容器及所述可变电容 器装置可用于例如无线通信装置或RF(Radio Frequency，射频)测 量装置等中。

背景技术

伴随手机等无线通信技术的发展，用于高频电路等的可变电容器 的重要性得以提高。以往，使用作为半导体器件的变容二极管 (varactor)来作为所述的可变电容器，但其Q值较小，从而导致种 种缺陷。

因此，在下述非专利文献1中，提出了一种使用MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)的可变电容 器。该可变电容器具备以形成平行平板的方式而配置的固定电极与可 动电极。所述可动部为了使两电极间的间隔发生变化而可相对于固定 电极而移动，并且为了产生使其恢复到两电极间的间隔成为预定间隔 (初始间隔)的位置的弹力而由支撑部所支撑。两电极被兼用作电容 电极与驱动电极，其中，所述电容电极用于形成该可变电容器的电容， 所述驱动电极用于产生对抗所述弹力的静电力来调整两者间的间隔。

然而，在非专利文献1所公开的可变电容器中，未能使得因可变 而获得的最大电容值相对于最小电容值的比值变得很大。其理由说明 如下。

在非专利文献1所公开的可变电容器中，可动电极停止在固定电 极和可动电极之间的静电力与所述弹力相平衡的位置上。所述弹力与 两电极间的间隔从初始间隔所变化的量成正比。另一方面，所述静电 力与两电极间的电压的平方成正比，且与两电极间的间隔的平方成反 比。

因此，如果增大两电极间的电压，则在两电极间的间隔从初始间 隔到成为初始间隔的1/3间隔为止的期间，所述弹力与所述静电力稳 定平衡，从而可动电极以与所施加的电压相对应的电极间隔而稳定停 止。另一方面，如果增大两电极间的电压而使两电极间的间隔比初始 间隔的1/3间隔更狭窄，则所述弹力与所述静电力无法稳定平衡，即 便不再增大两电极间的电压，所述静电力也会在两电极间的间隔比 1/3间隔更狭窄的任一位置上超出所述弹力。由此，如果施加的电压 大于使两电极间的间隔成为初始间隔的1/3间隔的电压，则无论该电 压的大小如何，都会产生可动电极趋近固定电极直至极限的所谓牵引 (pull-in)现象。

所以，利用施加到两电极间的电压而可连续调整两电极间的间隔 的范围(连续调整范围)，被限制在从初始间隔到初始间隔的1/3间 隔为止的范围内。从而，非专利文献1所公开的可变电容器只能从初 始间隔时的电容值变化到该电容值的1.5倍的电容值为止。

因此，在下述专利文献1、2中，为了能扩大电容可变范围等而 获得所需的电容可变范围，提出了一种将多个固定或可变的电容器与 除它们之外特别设置的开关组合而成的可变电容器装置。

专利文献1所公开的可变电容器装置(在专利文献1中，称作“可 变电容电容器”)是由隔着空隙而对置的两个电极构成的第一至第三 固定电容器、与第一及第二MEMS开关所构成。而且，第一固定电 容器(其电容为C1)、第二固定电容器(其电容为C2)和第一MEMS 开关的串联电路、以及第三固定电容器(其电容为C3)和第二MEMS 开关的串联电路之间相互并联。利用该可变电容器装置，根据第一及 第二MEMS开关的接通/断开(on/off)状态，可使所获得的合成电容 变为C1、C1+C2、C1+C2+C3的各电容值。

专利文献2中公开的可变电容器装置是将多个作为可变电容器 的MEMS电容器与MEMS开关的串联电路进行并联而构成的。利用 该可变电容器装置，也可以通过改变各MEMS开关的接通/断开状态 而使所获得的合成电容变为各种值。专利文献2的可变电容器装置中 所使用的可变电容器的单体基本上以与非专利文献1所公开的可变电 容器相同的方式构成。

专利文献1：日本特开平9-199376号公报

专利文献2：美国专利第6,593,672号说明书

非专利文献1：Darrin J.Young and Bernhard E.Boser，A micromachined variable capacitor for monolithic low-noise VCOs， Solid-State and Actuator Workshop，Hilton Head，June 1996 pp86-89