专利名称：可变电容元件的制作方法
可变电容元件相关申请的交叉引用本申请以在2009年7月10日提交的在先日本专利申请第2009-163583号为基础 并主张其优先权，后者的全部内容通过引用被包含于此。
背景技术：
在便携式电话系统中，使用频率跨越从70MHz至5GHz的宽的范围。为了在一台终 端装置中处理如上所述的多个频带的信号，以往，需要在终端装置内，准备分别接收不同频 带的信号的RF (Radio Frequency 射频)电路。对于终端装置，为了小型化及薄型化而要求尽可能地减小硬件占用的面积。但是， 在此方法中存在如下问题必须对每个频带域设置RF电路，所以电路占用的面积变得非常 大。因此，为了将几个系统共有化，而进行如下尝试导入基于使用MEMS(Micrc) Electro Mechanical System 微电子机械系统)技术而形成的可变电容元件的整合器件，寻求系统 的简化。如此，作为可变电容元件，例如，在(日本)特开2004-327877号公报中，公开了如 下可变电容元件具有一对平行平板型的正方形电容电极和驱动电极，其中，该驱动电极之 一与电容电极之一机械地连接。在这样的可变电容元件中，在驱动电极间给予电压差而产 生静电引力。通过使与驱动电极之一机械地连接的电容电极之一移动而使电极间的距离变 化，从而使由一对电容电极而形成的电容的静电容量变化。而且，在这样的可变电容元件 中，若在电容电极以外的部分存在静电容量则容量的可变比降低。因此，为了去除在电容电 极以外的部分的静电容量的存在，与各电容电极连接的电容布线被配置为垂直。因此，为满足容量提高的要求而扩大电容电极的面积时，为了防止电容的自共振 频率数的降低而需要降低电容的电感(inductance)。例如，将自共振频率数抑制为5GHz， 且有效静电容量为IpF时，将有效电感设为InH以下则足够。对此，将电容电极的面积扩大 且将有效静电容量提高至IOpF时，需要将有效电感设为IOOpH以下。但是，以往，因为与各 电容电极连接的电容布线被配置为垂直，所以电感大，从而若考虑安装可变电容元件整体 的封装体，则存在将电感减少至IOOpH以下的困难。进而，为了确保电容电极的可动性，需要通过中空的气密密封构造体来密封可变 电容元件整体。在半导体晶片加工中制造可变电容元件时，优选在晶片加工中直到气密密 封构造体为止进行制造，并建议通过薄的绝缘膜而形成该气密密封构造体的方法。但是，在 为了容量提高而扩大电容电极的面积时，气密密封构造体的自身尺寸也大型化，通过薄的 绝缘膜不能确保机械强度，从而存在可变电容元件不正常工作的问题。如上所述，因为电感降低及密封体的机械强度的确保是困难的，所以实现可变电 容元件的容量提高是困难的。
发明内容
若基于本发明的一方式，则提供一种可变电容元件，具有基板；一对电容电极，平面形状大致为长方形状，且一个电极为可动；一对驱动电极，与上述一对电容电极连接， 而且被绝缘；及一对电容布线，从上述一对电容电极的连接部位分别平行延伸，而且被电连接。若基于本发明的另一方式，则提供一种可变电容元件，具有基板；一对电容电 极，平面形状大致为长方形状，且一个电极为可动；一对驱动电极，与上述一对电容电极连 接，而且被绝缘；及多对电容布线，与上述一对的电容电极的各电容电极电连接。若基于本发明的再另一方式，则提供一种可变电容元件，具有基板；一对电容电 极，平面形状大致为长方形状，且一个电极为可动；两对以上的驱动电极，与上述一对电容 电极连接，而且被绝缘；多对电容布线，从上述一对电容电极的连接部位分别平行延伸，而 且被电连接。
图1是在实施方式涉及的可变电容元件的立体图。图2是在图1中示出的通过A-A线切断的截面图。图3是在图1中示出的通过B-B线切断的截面图。图4是在实施方式涉及的可变电容元件的气密密封构造体外观图。图5是表示在实施方式涉及的可变电容元件的其他例的立体图。
具体实施例方式以下参照附图，详细说明本发明的实施方式涉及的可变电容元件。另外，不通过这 些实施方式来限定本发明。而且，在附图的记载中，在同一部分赋予同一符号。而且，需要注意附图是示意图，各层的厚度与宽度的关系、各层的比例等与实际不 同。即使在附图的相互之间也存在相互的尺寸的关系与比例不同的部分。图1是本发明的实施方式涉及的可变电容元件的立体图。图2是在图1中示出的 通过A-A线切断的截面图，且为从箭头方向观察切截面的图。图3是在图1中示出的通过 B-B线切断的截面图，且为从箭头方向观察切截面的图。如图1所示，本发明的实施方式涉及的可变电容元件1为使用MEMS技术制造成微 小形状的元件。如图1 图3所示，可变电容元件1在基板2上具有一对平行平板型的电 容电极11、12及多对平行平板型的驱动电极15a、16a、15b、16b、15c、16c、15d、16d。各对驱 动电极中的位于上部的驱动电极15a、15b、15c、15d，经由各连接部17a、17b、17c、17d，与位 于电容电极12的上部的电容电极11的边缘部连接。因为该连接部17a、17b、17c、17d由绝 缘体形成，所以驱动电极15a、15b、15c、15d与电容电极11以绝缘的状态连接。基板2由例 如硅或者石英形成，电容电极11、12通过施加例如铝、铜或金等电阻率小的金属材料的溅 射处理或蒸镀处理而形成。驱动电极15a 15d、16a 16d通过施加例如铝、铜或金等电 阻率小的金属材料的溅射处理或蒸镀处理而形成。而且，电容电极11、12位于图2中示出 的区域Al及图3中示出的区域Bl中，驱动电极15a、16a、15b、16b位于图3中示出的区域 B2中。电容电极11、12中的电容电极12以层叠在基板2上的绝缘膜22上的状态形成， 且被固定配置在基板2正上方。电容电极11被配置为隔着空隙与电容电极12相对。而且，电容电极11通过驱动电极15a、15b、15c、15d自两端被支撑，从而以上下可动的状态被 保持。进而，电容电极11、12的平面形状大致为长方形状。长方形状的短边将由图4中示 出的气密密封构造体的机械强度决定的值设为上限值，长边由用于满足必要的电容量的长 度决定。而且，如图2及图3所示，电容电极12为在表面形成绝缘膜21、且防止与电容电极 11的电短路的构造。而且，因为图2中所示的截面图为从各个箭头方向观察切截面的截面 图，所以电容布线14c、14d在比切截面还内部的位置与电容电极12电连接。驱动电极15a、15b、15c、15d隔着空隙与各自成对的驱动电极16a、16b、16c、16d相 对。各驱动电极16a 16d也与电容电极12相同，为在表面形成有绝缘膜21、且防止与驱 动电极16a 16d之间的电短路的构造。而且，驱动电极15a 15d、16a 16d形成在绝 缘膜22上。各对驱动电极中的驱动电极15a、16a，与电容电极11、12之一的短边连接。驱 动电极15b、16b与作为电容电极11、12的另一个短边，于与驱动电极15a、16a相对的位置 连接。驱动电极15c、16c与电容电极11、12的长边连接。驱动电极15d、16d与作为电容电 极11、12的另一个长边，于驱动电极15c、16c相对的位置连接。该可变电容元件1被如下构成通过使电容电极11与电容电极12的距离D变化， 调整可变电容元件1的静电容量。具体地，针对可变电容元件1的静电容量调整方法来进 行说明。首先，如图3的箭头所示，通过在驱动电极15a 15d、16a 16d之间给予电压 差，产生静电引力。而且，通过在分别与各驱动电极15a 15d、16a 16d连接的驱动布线 18、19上施加规定的电压而产生该电压差。而且，因为图3所示的截面图为分别从箭头方向 观察切截面的截面图，所以驱动布线19在比切截面还内部的位置与驱动电极16a、16b电连 接。而且，通过产生的静电引力，上部驱动电极15a 15d被下部的驱动电极16a 16d吸引，从而上部驱动电极15a 15d下降。因为该上部驱动电极15a 15d与电容电 极11经由连接部17a 17d被机械地连接，所以通过上部驱动电极15a 15d下降，电容 电极11也下降。其结果，电容电极11与电容电极12的距离D变化，可变电容元件1的静 电容量也随着该距离D的变化而变化。进而，因为把驱动电极15a 15d、16a 16d之间 的电压差设为0时，在驱动电极15a 15d、16a 16d之间产生的静电引力也消失，所以通 过电极的张力，上部驱动电极15a 15d返回至原来的位置。随之，电容电极11也返回至 原来的位置，可变电容元件1的静电容量也返回至原来的值。在该电容电极11中，与外部电路连接的电容布线13a、13b、13c、13d被整体地形 成。由此，电容布线13a、13b、13c、13d与电容电极11电连接。而且，在电容电极12中，与 外部电路连接的电容布线14a、14b、14c、14d被整体地形成。由此，电容布线14a、14b、14c、 14d与电容电极12电连接。电容电极11、12经由电容布线13a 13d、14a 14d，将生成 的静电容量供给至外部电路。一对电容布线13a、14a被形成为，在接近的部位与电容电极11、12连接，并且从连 接部位分别沿着相同方向延伸。因此，从可变电容元件1上方观察电容布线13a、14a时，电 容布线13a、14a被形成为相互不重叠地平行延伸。进而，如图3所示，从侧面观察电容布线 13a、14a时，电容布线13a、14a也平行地相对配置。而且，即使在从可变电容元件1上方观察 时及从侧面观察时的任何一种情况下，到与电容电极11、12分别连接为止，以平行延伸的 状态形成电容布线13a、14a。而且，为了减少有效电感，配置成不影响电容电极11、12之间
6的容量的程度，将电容布线13a、14a的布线间距离配置成从几μπι到几十μπι的程度。该电 容布线设置有多对，可变电容元件1例如具有4对电容布线，其为形成在与电容布线13a、 14a相对的位置上的电容布线13b、14b，与电容布线13a、14a形成在电容电极11、12的同一 边的电容布线13c、14c，及形成在与电容布线13c、14c相对位置上的电容布线13d、14d。如 上所述，驱动电极15a、16a、15b、16b、15c、16c、15d、16d也设置有多对，各对电容布线13a 13d、14a 14d和驱动电极15a 15d、16a 16d，沿着电容电极11、12的各周交替设置。 因为电容布线及驱动电极沿着电容电极11、12的各周交替设置，所以如图1例示，优选是偶 数对。如此，本实施方式涉及的可变电容元件1，一对电容电极11、12的平面形状大致为 长方形状，与电容电极11、12分别连接的成对的电容布线，在接近的部位与电容电极11、12 分别连接，并且在从上方观察电容布线时，该成对的电容布线被形成为从连接部位分别平 行延伸。而且，为了确保可变电容元件1的可动性，而需要如图4中例示的中空的气密密封 构造体20。在半导体晶片加工中制造可变电容元件1时，优选在晶片加工中直到气密密封 构造体20为止进行制造。该气密密封构造体20，例如，通过以CVD处理形成了薄的绝缘膜 之后，由蚀刻处理进行加工而形成。气密密封构造体20的平面形状，与密封对象的可变电 容元件1的电容电极11、12的形状相对应，大致具有长方形状，并且与电容电极11、12连接 的驱动电极15a 15d、16a 16d也一同密封，所以在与驱动电极位置相对应的区域具有 凸部。而且，将有效静电容量设为C、将有效电感设为L时，自共振频率f通过以下的(1) 式来表不。f = 1/2/π/(LC)1/2 . . . (1)如该(1)式所示，在采用以往的可变电容元件的构造时、为了满足容量提高的要 求而原样地扩大电容电极的面积时，作为防止电容的自共振频率的降低而需要降低电容的 电感。例如，在通过分别延伸正方形状的各边来扩大电容电极面积而将有效静电容量提高 至IOpF时，必须将有效电感设为IOOpH以下。在本实施方式的可变电容元件1中，如图1 图3所示，通过将电容电极11、12扩 大为使一组对边延伸的大致长方形状，而使电容电极11、12的面积扩大化且提高至被要求 的静电容量。在该状态下，为了防止自共振频率的降低而必须使有效电感比以往还缩小。因此， 在从上方观察时，将与电容电极11连接的各自成对的电容布线13a 13d、14a 14d形成 为从连接部位分别平行延伸。例如，在一个布线13a上，电流朝流入电容的方向流动时，对 于另一个布线14a，电流朝从电容流出的方向流动。如此，电流在相反方向上流动的布线对 的情况下，有效电感Leff为Leff = L13a+L14a-2M其中，L13a为布线13a的自感，L14a为布线14a的自感，M为布线13a与布线14a的 互感。互感越大，有效电感变得越小。因为互感由布线间的电磁的相互作用的大小决定，所 以在布线平行时变得最大，在布线垂直时变得最小。因此，若从上方观察时，将与电容电极11连接的各自成对的电容布线13a 13d、14a 14d形成为分别从连接部位平行延伸，则与以往垂直配置的电容布线相比，减小产生 在电容布线13a 13d、14a 14d之间的有效电感变为可能。进而，在可变电容元件1中，可以通过将电容电极11、12大致设为长方形状，在长 边方向上设置多对电容布线13a 13d、14a 14d。例如将布线对设置成4对时，因为在一 个布线对中流动的电流减少至1/4，所以电流变化率也减少至1/4。其结果，表观上可视为 与电感降低至1/4是同等的。因此，可以容易地设置比以往还多的对数的电容布线13a 13d、14a 14d，所以可变电容元件1可以将有效电感进一步减少。而且，虽然在该电容布 线13a 13d、14a 14d中也发生静电容量，但是因为使面积扩大的电容电极的静电容量 特别大，所以在电容布线13a 13d、14a 14d中发生的静电容量，不影响可变电容元件1 的动作。而且，若电容布线与成对的电容布线间以外的导电体具有电的接合，则有时导致 寄生电容的增加及有效电感的增加。在可变电容元件1中，电容布线13a 13d、14a 14d 及驱动电极15a 15d、16a 16d，沿着电容电极11、12的周方向被相交配置。进而，从上 方观察电容电极11、12时，在各对电容布线之间，设置有经由由绝缘体构成的连接部17a 17d而与电容电极11、12连接的驱动电极15a 15d、16a 16d。因此，因为电容布线13a 13d、14a 14d被形成为不与成对的电容布线以外的导电体电接合，所以可以使无用的电 接合为最小限，因此可以回避寄生电容的增加及有效电感的增加。在以往的低容量型的可变电容元件中，即使电容值为几百fF 几pF限度，电容的 有效电感值也上升至几百PH 几nH，与之相对，本实施方式涉及的可变电容元件1中，能够 以几十μ m 几mm的大小形成电容电极11、12的长边，且使容量值提高至几十pF 几百 pF，进而，可以将电容的有效电感值降低至几十pH 几百pH。而且，气密密封构造体通过薄的绝缘膜形成，且对于外力的变形，从电容电极上方 观察时，气密密封构造体的中央附近最容易变形。在可变电容元件1中，通过将电容电极 11、12的平面形状大致设为长方形状来扩大面积，且气密密封构造体20的平面形状也大致 设为长方形状，该大致长方形状具有与驱动电极及电容布线对应的凸部。换言之，从上方观 察气密密封构造体20时，因为宽度方向的宽度短，所以仅长度方向的宽度设为宽。因此，与 将电容电极维持正方形状不变的大型化的以往技术相比，与气密密封构造体20的短边对 应的宽度窄，所以施加外力时的气密密封构造体的变形与以往相比也变小。所以，即使在通 过厚度几μ m的薄的绝缘膜来形成气密密封构造体20的情况下，也可以充分地确保机械强 度。其结果，因为可以将气密密封构造体20的中央部分不向下方弯曲地，切实中空地支持 电容电极11，所以可以保持可变电容元件的正常的驱动。而且，电容布线13a 13d、14a 14d及驱动电极15a 15d、16a 16d被分别 设置偶数对。进而，电容布线13a 13d、14a 14d及驱动电极15a 15d、16a 16d，间 隔着电容电极11、12的各边相对配置。因为气密密封构造体20的凸部，也对应于这些电容 布线13a 13d、14a 14d及驱动电极15a 15d、16a 16d的位置相对地形成，所以通 过该凸部，气密密封构造体20的大致长方形状的长边及短边被分别从两侧支撑，进而成为 可以确保机械强度的构造。而且，在可变电容元件1中，从上方观察时，与电容电极11连接的电容布线13a I3d和与电容电极12连接的电容布线14a 14d，被分别交替配置。因此，在半导体封装体中搭载该可变电容元件1时，可以容易地进行该封装体外部端子被配置为交替地连接电容 电极11及电容电极12的封装设计。而且，在本实施方式中，如图1所示，以在电容电极11、12的各短边配置了两对驱 动电极15a、16a、15b、16b的情况为例进行了说明，但是当然不限定于此，如图5所示，也能 够以与电容电极211、212的各短边分别连接的方式，配置两对电容布线213a、214a、213b、 214b。此时，如图5所示，在电容电极211、212的各长边，使两对驱动电极15a 15d、16a 16d分别相对配置，在这些各驱动电极15a 15d、16a 16d之间，配置两对电容布线213c、 214c、213d、214d，从而沿着电容电极211、212的各周方向，交替配置电容布线和驱动电极。对本领域的技术人员来说，在本发明的说明书和实施例的基础上得到本发明的其 他实施方式是显而易见的。需要指出的是，上述说明书和实施例只是举例说明，本发明真正 的范围和精神实质由权利要求书限定。
权利要求
一种可变电容元件，其特征在于，具有基板；一对电容电极，平面形状大致为长方形状，且一个电极为可动；一对驱动电极，与上述一对电容电极连接，而且与电容电极绝缘；及一对电容布线，从上述一对电容电极的连接部位分别平行延伸，而且与电容电极电连接。
2.如权利要求1记载的可变电容元件，其中， 上述一对驱动电极设置了两对以上。
3.如权利要求1记载的可变电容元件，其中，上述电容电极及上述驱动电极通过薄膜被气密密封。
4.如权利要求1记载的可变电容元件，其中， 上述基板为硅或者石英。
5.如权利要求1记载的可变电容元件，其中， 上述一对电容电极为铝、铜或者金。
6.如权利要求1记载的可变电容元件，其中， 上述一对电容电极之一被固定在基板上。
7.如权利要求1记载的可变电容元件，其中，在上述一对电容电极及驱动电极之一的表面，形成有绝缘膜。
8.—种可变电容元件，具有 基板；一对电容电极，平面形状大致为长方形状，且一个电极为可动； 一对驱动电极，与上述一对电容电极连接，而且与电容电极绝缘；及 多对电容布线，与上述一对电容电极的各电容电极电连接。
9.如权利要求8记载的可变电容元件，其中， 上述一对驱动电极设置了两对以上。
10.如权利要求8记载的可变电容元件，其中，上述电容电极及上述驱动电极通过薄膜被气密密封。
11.如权利要求8记载的可变电容元件，其中， 上述基板为硅或者石英。
12.如权利要求8记载的可变电容元件，其中， 上述一对电容电极为铝、铜或者金。
13.如权利要求8记载的可变电容元件，其中， 上述一对电容电极之一被固定在基板上。
14.如权利要求8记载的可变电容元件，其中，在上述一对电容电极及驱动电极的一个表面，形成有绝缘膜。
15.一种可变电容元件，具有 基板；一对电容电极，平面形状大致为长方形状，且一个电极为可动；两对以上的驱动电极，与上述一对电容电极连接，而且与电容电极绝缘；及多对电容布线，从上述一对电容电极的连接部位分别平行延伸，而且与电容电极电连接。
16.如权利要求15记载的可变电容元件，其中， 上述电容电极及上述驱动电极通过薄膜被密封。
17.如权利要求15记载的可变电容元件，其中， 上述基板为硅或者石英。
18.如权利要求15记载的可变电容元件，其中， 上述一对电容电极为铝、铜或者金。
19.如权利要求15记载的可变电容元件，其中， 上述一对电容电极的一方被固定在基板上。
20.如权利要求15记载的可变电容元件，其中，在上述一对电容电极及驱动电极之一的表面，形成有绝缘膜。
全文摘要
一种可变电容元件，具有基板；一对电容电极，平面大致为长方形状，且一个电极为可动；一对驱动电极，与上述一对电容电极连接，且被绝缘；及一对电容布线，从上述一对电容电极的连接部位分别平行延伸，且电连接。
文档编号H01G5/16GK101950671SQ20101012485
公开日2011年1月19日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年7月10日
发明者远藤光芳 申请人:株式会社东芝