專利名稱：可變電容值電容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明，涉及一種具有通過施加電壓改變介電常數(shù)的電介質層、并能夠通過改變電容來改變諧振頻率的可變電容值電容器，以及使用該電容器的電路模塊以及通信裝置。特別涉及一種在耐電、形變小、損耗低等特性上優(yōu)秀的可變電容值電容器、以及使用該電容的電路模塊以及通信裝置。
背景技術：
以往，提出有通過施加電壓改變電介質層的介電常數(shù)的薄膜電容器(例如，參照特開平11-260667號公報)。
此特開平11-260667號公報中提出的薄膜電容器，如圖12中其一例的剖面圖所示，薄膜電容器200為在支撐基板201上依次覆蓋形成下部電極層202、薄膜電介質層203、上部電極層204的可變電容值電容器。具體來說，在支撐基板201上的近似全面上、覆蓋形成構成下部電極層202的導體層后，對電極形狀實施圖案加工，形成規(guī)定形狀的下部電極層202。然后，在下部電極層202上形成薄膜電介質層203。此薄膜電介質層203，通過在規(guī)定位置上放置掩模、用薄膜形成法形成；或者用旋涂法形成之后，通過圖案形成為規(guī)定形狀來形成。另外，根據(jù)需要，對薄膜電介質層203實施加熱固化處理。接著，在薄膜電介質層203上的近似全面上形成構成上部電極層204的導體層后，對上部電極層204的電極形狀實施圖案加工，形成規(guī)定形狀的上部電極層204，來形成薄膜電容器200。再者，這里薄膜電介質層203中，實際上由下部電極層202和上部電極層204夾持的對置區(qū)域構成電容產生區(qū)域。
按照這種薄膜電容器200，能通過給薄膜電介質層203施加規(guī)定的直流偏置電壓(偏置信號)，將薄膜電介質層203的介電常數(shù)控制為期望值，來控制電容特性，從而，具有可變電容值電容器的功能。
然而，當使用此薄膜電容器200時，例如圖13A及圖13B的各等價電路圖分別所示，偏置信號由形成在薄膜電容器200所安裝的布線基板上的外部電路(偏置供給電路)G提供。
這里，圖13A中，在薄膜電容器200和偏置供給電路G的連接點A、和偏置端子V之間，配置有作為電感成分的扼流線圈205。
另外，在圖13B中，在偏置供給電路G中，設有相對用薄膜電容器200驅動的高頻信號的波長λ、線路長為λ/4的帶狀線206。而且，該帶狀線206的偏置端子V側的一端接地，再有，帶狀線206的偏置端子V側的一端和接地部分之間，形成有直流限制電容元件208。
這樣，當使用薄膜電容器200時，除了此薄膜電容器200以外，還必須在布線基板上準備出與薄膜電容器200的結構以及特性相應的偏置供給電路G。因此，必須設計與安裝在布線基板上的薄膜電容器200相對應的偏置供給電路G，從而產生在其調整中需要非常復雜的人力物力的問題。再有，由于薄膜電容器200和偏置供給電路G分別構成，因此整體上導致體積增大也是一個問題。
另外，當將上述這種薄膜電容器200用作高頻用電子部件時，需要給薄膜電容器200同時施加用于改變電容的直流偏置電壓、和輸入(高頻)信號的電壓(高頻電壓)。然而，當高頻電壓較高時，薄膜電容器200的電容也會因高頻電壓而改變，因此會發(fā)生向著不同于輸入信號頻率的頻率的能量變換而產生高頻信號，并因此輸出信號產生波形失真。另外，若設輸入信號為X，則來自非線性薄膜電容器200的輸出信號Y，可用式1表示。
Y=α1X+α2X2+α3X3+···αn-1Xn-1+αnXn···(1)]]>這里n為自然數(shù)，α1、α2、α3…αn-1、αn為常數(shù)。若給薄膜電容器200，施加下式、X＝Acosω1t+Bcosω2t(A、B為常數(shù))所表示的頻率不同的2個輸入信號的電壓，由于在式1中從右邊第2項到第n項，混合了(乘法運算)2個輸入信號，因此會因混合后的各項所表示的高頻，產生互調失真。
為了縮小這些波形失真或互調失真，必須降低高頻電場強度來縮小高頻電壓導致的電容變化，為此，雖然增加薄膜電介質層203的厚度可以產生一定效果，但由于如果增加薄膜電介質層203的厚度則直流電場強度也會縮小，從而帶來的問題是，由直流偏置電壓帶來的電容變化率也下降。
另外，由于在高頻帶電容器中容易流經(jīng)電流，因此將電容器在高頻帶使用，會因電容器的損耗電阻導致電容器發(fā)熱、損壞等耐電性能上的問題。針對這種耐電性能上的問題，雖然增加薄膜電介質層203的厚度、并縮小平均每單位體積發(fā)熱量能夠產生一定效果，但如前文所述，由于若增加薄膜電介質層203的厚度則直流電場強度也會縮小，因此帶來的問題是，由直流偏置電壓帶來的電容變化率也下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明，正是鑒于上述這種現(xiàn)有技術中的問題提出的，其目的在于提供一種無需形成相對可變電容值電容器獨立的外部偏置供給電路、且使用方便的可變電容值電容器。
另外，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種能夠抑制因高頻信號導致的電容變化、降低互調失真、耐電性能優(yōu)秀、且能用直流偏置大幅改變電容的可變電容值電容器。
本發(fā)明的再一個目的在于提供一種可適用于通信裝置等中的諧振電路的可變電容值電容器。
本發(fā)明第1發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于在高頻信號的輸入端子和輸出端子之間，串聯(lián)連接多個使用由施加電壓改變介電常數(shù)的薄膜電介質層的可變電容元件；所述施加電壓的高電位側的第1偏置線和低電位側的第2偏置線，與所述多個可變電容元件的相互連接的各個電極、和所述多個可變電容元件串聯(lián)連接構成的可變電容元件列的輸入端子以及輸出端子上連接的各個電極，交替連接。
另外本發(fā)明的第2發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，在上述第1發(fā)明的結構中，由所述多個可變電容元件中，所述第1偏置線連接所述輸入端子側的電極的可變電容元件構成的可變電容元件組A的電容值、和所述第1偏置線連接所述輸出端子側的電極的可變電容元件構成的可變電容元件組B的電容值實質相等。
另外本發(fā)明的第3發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，在上述第2發(fā)明的結構中，所述多個可變電容元件，由偶數(shù)個可變電容元件構成。
另外本發(fā)明的第4發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，在上述第3發(fā)明的結構中，所述可變電容元件組A以及所述可變電容元件組B，由具有相互實質相等的電容值的可變電容元件對構成。
另外本發(fā)明的第5發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，在上述第3發(fā)明的結構中，所述多個可變電容元件的電容值實質相等。
另外本發(fā)明的第6發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，在上述第2發(fā)明的結構中，所述多個可變電容元件，由奇數(shù)個可變電容元件構成。
另外本發(fā)明的第7發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，在上述第1～4及6的任意一個發(fā)明的結構中，連接在所述輸入端子上的所述可變電容元件以及連接在所述輸出端子上的可變電容元件，其電容值比其他的所述可變電容元件的電容值大。
另外本發(fā)明的第8發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，在上述第1發(fā)明的結構中，所述薄膜電介質層，由包含Ba、Sr以及Ti的鈣鈦礦(peropusukaito)型氧化物結晶構成。
另外本發(fā)明的第9發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，在上述第1發(fā)明的結構中，所述第1以及第2偏置線的阻抗，設置得比在使用的頻帶中各個可變電容元件的阻抗大。
另外本發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，用作構成電路模塊的諧振電路的電容器。
另外本發(fā)明的可變電容值電容器，其特征在于，用作構成諧振電路的電容器，該諧振電路是通信裝置中的作為濾波器機構使用的諧振電路。
按照本發(fā)明的可變電容值電容器(如圖1所示連接偏置端子V1、V2的可變電容值電容器)，由于第1發(fā)明，是在高頻信號的輸入端子和輸出端子之間，串聯(lián)連接多個使用由施加電壓改變介電常數(shù)的薄膜電介質層的可變電容元件；施加電壓的高電位側的第1偏置線和低電位側的第2偏置線，與所述多個可變電容元件的相互連接的各個電極、和所述多個可變電容元件串聯(lián)連接構成的可變電容元件列的輸入端子以及輸出端子上連接的各個電極連接，因此可以實現(xiàn)無需像現(xiàn)有技術的可變電容值電容器那樣在外部的布線基板上組裝的獨立的偏置供給電路(電感L1、L2)，從而能夠實現(xiàn)組裝可變電容值電容器的電路基板的小型化，并且便于使用。
另外，本發(fā)明的可變電容值電容器，由于多個可變電容元件串聯(lián)連接，施加電壓的高電位側的第1偏置線和低電位側的第2偏置線，與所述多個可變電容元件的相互連接的各個電極、和所述多個可變電容元件串聯(lián)連接構成的可變電容元件列的輸入端子以及輸出端子上連接的各個電極連接，因此通過由第1偏置線提供的施加電壓、即直流偏置電壓(偏置信號)，單獨施加給各個可變電容元件，之后通向第2偏置線，直流上各個可變電容元件并聯(lián)連接。因此，能夠給各個可變電容元件施加期望的直流偏置電壓，從而，能夠最大限度利用直流偏置電壓帶來的各個可變電容元件的電容變化率，并能大幅改變電容。另外，雖然本發(fā)明的可變電容值電容器具備多個可變電容元件，但由于相對偏置信號路徑，各個可變電容元件并聯(lián)連接，因此能將用于供給直流偏置電壓的偏置電源歸為2個(一端接地時為1個)，從而能夠簡化組裝有可變電容值電容器的基板的結構。
另外，由于本發(fā)明的可變電容值電容器為高頻串聯(lián)連接多個可變電容元件，可變電容值電容器上施加的高頻電壓被分壓給各個可變電容元件，因此施加給各個可變電容元件的高頻電壓被分壓減小，從而，能夠將可變電容值電容器的因高頻電壓導致的電容變化抑制得較小，因此能夠在高頻電子部件中對波形失真和互調失真等進行大幅遏制。再有，由于高頻串聯(lián)連接多個可變電容元件，在高頻上具有與增加電容元件的電介質層的厚度相同的效果，從而能夠降低因可變電容元件的損耗電阻導致的每單位體積的發(fā)熱量，從而提高耐電性能。
這樣，按照本發(fā)明的可變電容值電容器，通過高頻串聯(lián)連接多個可變電容元件，能夠抑制高頻信號導致的電容變化，從而作為高頻電子部件使用時，減小互調失真，耐電性能優(yōu)秀。
另外，按照本發(fā)明的可變電容值電容器，由于第2發(fā)明，是在第1發(fā)明的結構的基礎上，由所述多個可變電容元件中，第1偏置線連接輸入端子側的電極的可變電容元件構成的可變電容元件組A的電容值、和第1偏置線連接輸出端子側的電極的可變電容元件構成的可變電容元件組B的電容值，實質相等，因此即使因高頻電壓各個可變電容元件的電容發(fā)生變化，由于對構成可變電容元件組A的可變電容元件和構成可變電容元件組B的可變電容元件中施加了極性不同的直流偏置電壓，因此通過構成可變電容元件組A的可變電容元件和構成可變電容元件組B的可變電容元件的因高頻電壓造成的電容變化相互抵消，能夠進一步縮小可變電容值電容器整體的因高頻信號造成的電容值的變化，從而在作為高頻電子部件使用時，能夠縮小與高頻信號對應的波形失真和互調失真。
另外，按照本發(fā)明的可變電容值電容器，由于第3發(fā)明，是在第2發(fā)明的結構的基礎上，所述多個可變電容元件，由偶數(shù)個可變電容元件構成，因此雖然各個可變電容元件上所涉及的電流偏置電壓的方向交替不同，但是通過在相鄰的可變電容元件間因直流偏置電壓的方向不同造成的影響相互抵消，不再產生對應偏置信號的極性，從而，在組裝可變電容值電容器時無需注意極性，便于使用。
另外，按照本發(fā)明的可變電容值電容器，由于第4發(fā)明，是在第3發(fā)明的結構的基礎上，所述可變電容元件組A以及所述可變電容元件組B，由具有相互實質相等的電容值的可變電容元件對構成，因此即使因高頻電壓各個可變電容元件的電容發(fā)生變化，由于構成可變電容元件組A的可變電容元件和構成可變電容元件組B的可變電容元件中，施加了極性不同的直流偏置電壓，因此在構成可變電容元件組A的可變電容元件和構成可變電容元件組B的可變電容元件中，由具有相互實質相等的電容值的可變電容元件對將電容變化相互抵消，因此能夠進一步減小作為可變電容值電容器整體的因高頻信號造成的電容值的變化，從而能夠在作為高頻電子部件使用時，減少對應高頻信號的波形失真和互調失真。
另外，通過本發(fā)明的可變電容值電容器，由于第5發(fā)明，是在第3發(fā)明的結構的基礎上，令所述多個可變電容元件的電容值實質相等，因此通過可變電容元件組A的任意可變電容元件和可變電容元件組B的任意可變電容元件成為實質相等的電容值，即使因高頻電壓各個可變電容元件的電容發(fā)生變化，由于可變電容元件組A和可變電容元件組B中施加極性不同的直流偏置電壓，在可變電容元件組A和可變電容元件組B的電容值實質相等的成對的可變電容元件間，電容變化相互抵消，因此能夠進一步減小可變電容值電容器整體的因高頻信號造成的電容值的變化，從而，在作為高頻電子部件使用的情況下，能夠減少對應高頻信號的波形失真和互調失真。另外，由于可形成多個相同的可變電容元件，因此與將各個可變電容元件設計得不同相比，便于制造。
另外，按照本發(fā)明的可變電容值電容器，由于第6發(fā)明，是在第2發(fā)明的結構的基礎上，令所述多個可變電容元件，由奇數(shù)個可變電容元件構成，因此能將作為用于供給高頻信號的信號端子的輸入端子以及輸出端子、和連接第1以及第2偏置線的、供給偏置信號的偏置端子共用，從而，得到能夠增加組裝和圖案設計等的自由度、便于使用的可變電容值電容器。
另外，按照本發(fā)明的可變電容值電容器，由于第7發(fā)明，是在第1～4及6發(fā)明的結構的基礎上，令連接在所述輸入端子上的所述可變電容元件以及連接在所述輸出端子上的可變電容元件，其電容值比其他的所述可變電容元件的電容值大，因此與輸入端子和連接在輸入端子上的可變電容元件之間、以及輸出端子和連接在輸出端子上的可變電容元件之間產生的寄生電容值相比，連接在輸入端子上的可變電容元件以及連接在輸出端子上的可變電容元件的電容值較大，從而減小寄生電容值對輸入端子上連接的可變電容元件以及輸出端子上連接的可變電容元件的電容值的影響。詳細來說，由于可變電容元件串聯(lián)連接，可變電容值電容器的電容值，為各個可變電容元件的電容值的倒數(shù)的總和的倒數(shù)，因此連接在輸入端子上的可變電容元件以及連接在輸出端子上的可變電容元件的電容值，與其他的可變電容元件的電容值相比，對可變電容值電容器的電容值的貢獻較小，因此能夠抑制寄生電容的影響，從而制造出的多個可變電容值電容器中的電容值的零散偏差也較小。
另外，按照本發(fā)明的可變電容值電容器，由于第8發(fā)明，是在第1發(fā)明的結構的基礎上，令所述薄膜電介質層，由包含Ba、Sr以及Ti的鈣鈦礦型氧化物結晶構成，因此能夠令薄膜電介質層的介電常數(shù)較高，從而增大電容變化率，并且實現(xiàn)較低損耗。
另外，按照本發(fā)明的可變電容值電容器，由于第9發(fā)明，是在第1發(fā)明的結構的基礎上，令所述第1以及第2偏置線的阻抗，設置得比在使用的頻帶中各個可變電容元件的阻抗大，因此使用的頻帶的信號成分，不會泄漏到第1以及第2偏置線中，從而防止對高頻帶的阻抗帶來不良影響。
另外，若將上述第1發(fā)明的結構的本發(fā)明的可變電容值電容器，作為構成電路模塊的諧振電路的電容器來使用，則能夠增大電容器的電容變化率，并且能夠高精度地獲得期望的電容，從而實現(xiàn)能夠在較寬的頻率范圍內高精度地獲得期望的諧振頻率的諧振電路。另外，由于構成諧振電路的電容器的耐電性能優(yōu)秀，因此可靠性也很高。
另外，由于將上述第1發(fā)明的結構的本發(fā)明的可變電容值電容器，用作構成諧振電路的電容器，該諧振電路是通信裝置中的作為濾波器機構使用的電路模塊的諧振電路，因此能夠在較寬的頻率范圍內高精度地設定期望的諧振頻率，從而作為濾波器機構可以使用的頻率范圍較寬，并且能夠實現(xiàn)可高精度地獲得期望的濾波器功能的發(fā)送裝置。
根據(jù)下述的詳細說明和附圖，能夠進一步了解本發(fā)明的目的、特點以及優(yōu)勢。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的可變電容值電容器的等效電路圖。
圖2是表示本發(fā)明的第1可變電容值電容器中的電容變化率的直流偏置電壓特性的示例的曲線圖。
圖3A以及圖3B是分別表示本發(fā)明的第1可變電容值電容器中、在高頻下觀察時的可變電容元件的連接結構的示意圖。
圖4A以及圖4B是分別表示本發(fā)明的另一個實施方式的可變電容值電容器的等效電路。
圖5是表示圖1所示的可變電容值電容器的示例的透視狀態(tài)的俯視圖。
圖6是圖5的VI-VI線剖面圖。
圖7是表示圖4A以及圖4B所示的可變電容值電容器的示例的透視狀態(tài)的俯視圖。
圖8是圖7的VIII-VIII線剖面圖。
圖9是表示單獨設置偏置供給電路的本發(fā)明的可變電容值電容器的實施方式的另一個示例的等效電路圖。
圖10是表示高頻信號的頻率、和可變電容值電容器的電容值的關系的圖表。
圖11是表示施加在可變電容值電容器的第1以及第2偏置端子間的偏置電壓，與輸入2GHz的高頻信號時的可變電容值電容器的電容值的關系的圖表。
圖12是表示現(xiàn)有的薄膜電容器的示例的剖面圖。
圖13A以及圖13B分別是現(xiàn)有可變電容器的等效電路圖。
具體實施例方式
參照下面的圖面對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。
下面，參照附圖，對本發(fā)明的可變電容值電容器、電路模塊以及通信裝置進行說明。
圖1為表示本發(fā)明的實施方式的可變電容值電容器Ct的等效電路圖。本實施方式的可變電容值電容器，具有4個可變電容元件C1、C2、C3、C4。
圖1所示的等價電路圖中，符號C1、C2、C3、C4均表示可變電容元件，符號B11、B12、B13，表示包含電阻成分以及電感成分至少一方的第1偏置線(該圖中表示的是電阻成分R11、R12、R13)，符號B21、B22表示包含電阻成分以及電感成分至少一方的第2偏置線(該圖中表示的是電阻成分R21、R22)?？勺冸娙葜惦娙萜鰿t，串聯(lián)連接多個可變電容元件C1、C2、C3、C4，并包含第1偏置線和第2偏置線，這些可變電容元件C1、C2、C3、C4使用的薄膜電介質層，通過在形成高頻信號第1信號端子的輸入端子I、和形成第2信號端子的輸出端子O之間施加電壓來改變介電常數(shù)。第1偏置線和第2偏置線，交替連接在多個可變電容元件C1、C2、C3、C4相互連接的各個電極、和由多個可變電容元件C1、C2、C3、C4串聯(lián)連接構成的可變電容元件列的輸入端子I以及輸出端子O的各個電極上。第1偏置線，通過電感L1連接第1偏置端子V1；第2偏置線，通過電感L2連接第2偏置端子V2。圖1中，第1偏置端子V1的電位設定得比第2偏置端子V2高(也可令第1偏置端子V1為正電位、第2偏置端子V2為負電位)。
本實施方式中，可變電容元件列中，可變電容元件C1、C3，構成第1偏置線連接在輸入端子I側的電極上的可變電容元件組A；可變電容元件列中，可變電容元件C2、C4，構成第1偏置線連接在輸出端子O側的電極上的可變電容元件組B。
在這種結構的可變電容值電容器Ct中，可變電容值電容器Ct的第1信號端子I和第2信號端子O之間，高頻信號通過串聯(lián)連接的可變電容元件C1、C2、C3、C4流動。此時，第1偏置線B11、B12、B13的電阻成分R11、R12、R13以及第2偏置線B21、B22的電阻成分R21、R22，相對可變電容元件C1、C2、C3、C4的高頻信號的頻帶下的阻抗，選擇較大的阻抗成分，從而高頻信號不會漏入第1偏置線B11、B12、B13以及第2偏置線B21、B22，不會對高頻帶的阻抗產生不良影響。
另外，控制可變電容元件C1的電容成分的偏置信號，從第1偏置端子V1通過電感L1以及第1偏置線B11提供給可變電容元件C1、并通過第2偏置線B21以及電感L2流入第2偏置端子V2。根據(jù)施加在此可變電容元件C1上的直流偏置電壓，可變電容元件C1的薄膜電介質層變?yōu)橐?guī)定的介電常數(shù)，從而獲得期望的電容成分。對于可變電容元件C2、C3、C4而言，由于它們通過第1偏置線B12、B13以及第2偏置線B21、B22直流并聯(lián)連接，因此也同樣被施加直流上大小相同的偏置信號，并能夠獲得規(guī)定的電容成分。電感L1、L2防止從第1以及第2偏置端子V1、V2施加在可變電容元件C1～C4上的直流電流發(fā)生變化，但在圖1的結構中可以不需要電感L1、L2。
從而，能夠將用于控制可變電容元件C1、C2、C3、C4的電容為規(guī)定值的直流偏置電壓，穩(wěn)定地分別單獨提供給各可變電容元件C1、C2、C3、C4，并通過直流偏置信號的施加，令可變電容元件C1、C2、C3、C4的薄膜電介質層的介電常數(shù)按照要求改變，從而構成電容成分的控制簡單的可變電容值電容器Ct。
另外，由于相對高頻信號的頻帶下的阻抗，電阻成分R11、R12、R13以及R21、R22構成較大的阻抗成分，因此可變電容元件C1、C2、C3、C4中輸入的高頻信號，不會通過第1偏置線B11、B12、B13以及第2偏置線B21、B22泄漏。也因此，偏置信號穩(wěn)定并獨立地施加給可變電容元件C1、C2、C3、C4，從而能最大限度地利用由偏置信號決定的各個可變電容元件C1、C2、C3、C4的電容變化率。
即，在可變電容值電容器Ct中，可變電容元件C1、C2、C3、C4在高頻上，可看作串聯(lián)連接的可變電容元件。
因此，由于這些串聯(lián)連接的可變電容元件C1、C2、C3、C4上施加的高頻電壓被可變電容元件C1、C2、C3、C4各自分壓，因此各個可變電容元件C1、C2、C3、C4上施加的電壓，比從輸入端子I輸入的高頻電壓有所減少。因此，能夠將對應高頻信號的電容變化控制得較小，并能在使用可變電容值電容器的高頻電子部件中控制波形失真或互調失真等。
另外，通過將可變電容元件C1、C2、C3、C4串聯(lián)連接，在高頻上能夠產生與增加電容元件的電介質層的層厚相同的效果，能夠減小由可變電容值電容器的損耗電阻帶來的平均每單位體積的發(fā)熱量，并能夠提高可變電容值電容器Ct的耐電性能。
另外，由于能夠用第1偏置線B11、B12、B13以及第2偏置線B21、B22，從第1及第2偏置端子V1、V2提供偏置信號，因此不需要以往的可變電容值電容器那樣外部的布線基板上組裝的獨立的偏置供給電路，從而實現(xiàn)安裝可變電容值電容器Ct的電路基板的小型化，便于使用。
另外，由于施加電壓的高電位側、即第1偏置端子V1側的第1偏置線B11、B12、B13，和低電位側、即第2偏置端子V2側的第2偏置線B21、B22，交替連接在多個可變電容元件C1、C2、C3、C4相互連接的各個電極、和連接著由多個可變電容元件C1、C2、C3、C4串聯(lián)連接構成的可變電容元件列的輸入端子I以及輸出端子O的各個電極上，因此能夠將可變電容元件C1以及C2的第2偏置端子V2側的偏置線、可變電容元件C2以及C3的第1偏置端子V1側的偏置線、可變電容元件C3以及C4的第2偏置端子V2側的偏置線公共化。從而，能夠減少偏置線的數(shù)量，簡化偏置線的結構。
另外，圖1所示的等效電路圖中，也可將第2偏置端子V2接地。此時，無需電感L2。
這里，優(yōu)選可變電容元件組A的電容值、即構成可變電容元件組A的可變電容元件的電容值的合計值，與可變電容元件組B的電容值、即構成可變電容元件組B的可變電容元件的電容值的合計值，實質相等。下面，參照圖2以及圖3A、圖3B，對其理由進行說明。
圖2是表示可變電容元件C1、C2、C3、C4的電容變化率的施加電壓依賴性的曲線圖。圖2中，橫坐標表示施加電壓(單位V)、縱坐標表示電容變化率(單位％)。這里，白圈標記表示施加直流偏置電壓的狀態(tài)，黑圈標記表示在施加直流偏置電壓的狀態(tài)下重疊直流偏置電壓施加高頻電壓的狀態(tài)。
圖3A以及圖3B，表示的是圖1所示的可變電容值電容器Ct中的可變電容元件C1、C2、C3、C4的高頻觀察時的連接結構的示意圖，歸納表示構成可變電容元件組A的可變電容元件C1、C3，并歸納表示構成可變電容元件組B的可變電容元件C2、C4。
圖3A中，在施加直流偏置電壓的狀態(tài)中，將構成可變電容元件組A的可變電容元件C1、C2的電容值的合計值設為C，并將構成可變電容元件組B的可變電容元件C3、C4的電容值的合計值，設為構成可變電容元件組A的可變電容元件C1、C2的電容值的合計值C的x倍，即設為x×C。x，為大于0的數(shù)。
圖3B中，表示在施加直流偏置電壓的狀態(tài)下施加高頻電壓時的，構成可變電容元件組A的可變電容元件C1、C2的電容值的合計值以及構成可變電容元件組B的可變電容元件C3、C4的電容值的合計值。
如圖2所示，在對可變電容元件C1、C2、C3、C4，施加直流偏置電壓的狀態(tài)下施加高頻電壓的情況下，當高頻信號的相位為正電位時，直流偏置電壓為正電位時、即可變電容元件C1、C2、C3、C4中輸入端子I側的電極的電位比輸出端子O側的電極的電位高時，通過高頻電壓施加而給可變電容元件C1、C2、C3、C4實際施加的偏置電壓增大，從而，與僅施加直流偏置電壓的狀態(tài)相比，電容值減小。相反當直流偏置電壓為負電位時、即可變電容元件C1、C2、C3、C4中第1信號端子I側的電極的電位比第2信號端子O側的電極的電位低時，通過高頻電壓施加而給可變電容元件C1、C2、C3、C4實際施加的直流偏置電壓減小，從而，與僅施加直流偏置電壓的狀態(tài)相比，電容值增加。這樣，即使偏置電壓的絕對值相等，若其極性不同，則可變電容元件C1、C2、C3、C4的電容值也不同。另外，由于圖2表示的是可變電容元件C1、C2、C3、C4的電容變化率對施加電壓依賴性，因此可變電容元件C1、C2、C3、C4的電容變化量，因可變電容元件C1、C2、C3、C4各自的電容而異。
這里，在可變電容值電容器Ct中，關于可變電容元件組A的各個可變電容元件C1、C3，高電位的第1偏置線B11、B12連接在第1信號端子I側的電極上，而關于可變電容元件組B的各個可變電容元件C2、C4，高電位的第1偏置線B12、B13連接在第2信號端子O側的電極上，因此第1偏置端子V1為正電位、第2偏置端子V2為負電位，從而從高頻信號的第1信號端子I側看去，可變電容元件組A的各個可變電容元件C1、C3上被施加正電位的直流偏置電壓，可變電容元件組B的各個可變電容元件C2、C4上被施加負電位的直流偏置電壓。因此，可變電容元件組A的各個可變電容元件C1、C3中偏置電壓變大，其電容值的合計值從C減小至C-ΔC。而另一方面，可變電容元件組B中的各個可變電容元件C2、C4的偏置電壓變小，其電容值的合計值從x×C增大為x×(C+ΔC)。相反，當高頻信號的相位為負電位時，可變電容元件組A的各個可變電容元件C1、C3的電容值的合計值為C+ΔC，可變電容元件組B的各個可變電容元件C2、C4的電容值的合計值為x×(C-ΔC)。
這里，ΔC表示的是，以可變電容元件組A的各個可變電容元件C1、C3的電容值的合計值C為基準的、高頻信號下可變電容元件組A的電容變化量。再者，如圖2所示，可變電容元件C1～C4的電容變化率的施加電壓依賴性，在施加電壓為正的區(qū)域以及負的區(qū)域這兩個區(qū)域中不是一次函數(shù)的關系。因此，嚴格來說，高頻電壓下電容變化量ΔC的絕對值，在直流偏置電壓為正電壓時和負電壓時并不相等，但設可以看作可用近似一次函數(shù)來表示。
這里，表1表示的是，當設施加直流偏置電壓時的可變電容元件組A的各個可變電容元件C1、C3的電容值的合計值C為2.5pF、高頻信號下可變電容元件組A的電容變化量ΔC相當于施加直流偏置電壓時的可變電容元件組A的各個可變電容元件C1、C3的電容值的合計值C的25％即0.625pF時，計算的施加直流偏置電壓時的可變電容元件組A的各個可變電容元件C1、C3的電容值的合計值C以及可變電容元件組B的各個可變電容元件C2、C4的電容值的合計值x×C的合成電容值、即可變電容值電容器Ct的施加直流偏置電壓時的電容值CT；作為重疊直流偏置電壓施加高頻信號時的可變電容值電容器Ct的電容值，在高頻信號的相位為正電位時的電容值CT+以及高頻信號的相位為負電位時的電容值CT-；和通過重疊直流偏置電壓施加高頻信號得到的可變電容值電容器Ct的電容值的變化比率CT+/CT、CT-/CT的結果?？勺冸娙葜惦娙萜鰿t的電容值的變化的比率CT+/CT、CT-/CT，用百分率表示。


根據(jù)表1可知，x＝1.0時，即可變電容元件組A和可變電容元件組B的電容值相等時，重疊直流偏置電壓施加高頻信號時的可變電容值電容器Ct的電容值CT+和CT-相等。然而，隨著x增大，即隨著可變電容元件組A和可變電容元件組B的電容值之差增大，高頻信號的相位不同產生的電容值CT+和CT-的差也增大，當x＝1.6時，將相對可變電容值電容器Ct的電容值C的變化的比例之差用百分率表示，相差10％。因所述高頻信號的相位的不同帶來的電容值CT+和CT-的、相對可變電容值電容器Ct的電容值CT的變化的比率之差，即|{(CT+/CT)-(CT/CT)}|×100(％)、也即{(CT+/CT)-(CT-/CT)}的絕對值乘以數(shù)值“100”所得到的值，在10％以內時，認為可變電容元件組A和可變電容元件組B的電容值實質相等。
這樣，由于可變電容值電容器Ct，在可變電容元件組A和可變電容元件組B的電容值不同的情況下，作為對高頻信號的相位而言電容不同的電容器來工作，因此在高頻電子部件中，會對高頻信號產生波形失真、互調失真。從而，通過將可變電容元件組A的電容值的合計值和可變電容元件組B的電容值的合計值設定得基本相同，即令其實質相等，能夠在高頻電子部件中抑制波形失真或互調失真。
另外，由于將多個可變電容元件用偶數(shù)個(此處為4個)可變電容元件構成，因此如圖1所示，無論從信號端子I、O的哪個施加高頻信號，偏置信號的有關方式都不改變。即，盡管有關各個可變電容元件中的直流偏置電壓的方向交替不同，但由于可變電容元件為偶數(shù)個連接故在相鄰的可變電容元件間因直流偏置電壓的方向的不同而產生影響相互抵消，不會產生與偏置信號對應的極性，從而安裝可變電容值電容器時無需考慮極性，因而便于使用。
再有，當可變電容元件組A的可變電容元件C1、C3，和可變電容元件組B的可變電容C2、C4，構成電容值實質相等的對時，即所述可變電容元件組A及所述可變電容元件組B，由相互具有實質相等的電容值的可變電容元件對構成時，例如，通過令可變電容元件組A的可變電容元件C1的電容值為4pF、可變電容元件C3的電容值為2pF，令可變電容元件組B的可變電容元件C2的電容值為2pF、可變電容元件C4的電容值為4pF，成為相同電容值的可變電容元件以相同個數(shù)包含在各個可變電容元件組中。若設成對的各個可變電容元件的、在施加偏置電壓時的電容值為Cp，在作為重疊直流偏置電壓施加高頻信號的情況下，當高頻信號的相位為正電位時的電容值為Cp+、高頻信號的相位為負電位時的電容值為Cp-，則|{(Cp+/Cp)-(Cp-/Cp)}|×100(％)、即{(Cp+/Cp)-(Cp-/Cp)}的絕對值乘以數(shù)值“100”所得到的值處于10％以內時，視為成對的各個可變電容元件的電容值實質相等。
在這種可變電容值電容器Ct中，即使對于重疊直流偏置電壓施加的高頻電壓、各個可變電容元件的電容發(fā)生變化，也由于可變電容元件組A和可變電容元件組B中施加極性不同的直流偏置電壓，通過可變電容元件組A和可變電容元件組B的構成電容值實質相等的對的可變電容元件間電容變化相互抵消，從而能夠將可變電容值電容器Ct整體的、通過高頻信號重疊偏置電壓施加產生的電容值變化，進一步縮小，其結果是，能夠減少在高頻電子部件中，高頻信號對應的波形失真或互調失真。
再有，可變電容元件C1、C2、C3、C4的電容值實質相等的情況下，例如，所有的電容值均為2.6pF時，由于所有的可變電容元件中的電容變化量的絕對值基本相等，因此通過在可變電容元件組A的任意可變電容元件和可變電容元件組B的任意可變電容元件之間電容變化相互抵消，從而可變電容值電容器Ct整體的、因高頻信號重疊偏置電壓施加而帶來的電容值的變化能夠進一步縮小，其結果是，能夠減少在高頻電子部件中，高頻信號對應的波形失真或互調失真。通過將可變電容元件C1、C2、C3、C4的各個電容值的零散偏差控制在10％以內，能夠令可變電容元件C1、C2、C3、C4的電容值實質相等。
另外，本發(fā)明的另一個實施方式的可變電容值電容器Ct’，如圖4A及圖4B等效電路圖分別所示，與圖1所示的可變電容值電容器Ct的結構相同，且可用奇數(shù)個可變電容元件來構成多個可變電容元件。這里，包含5個可變電容元件來構成可變電容元件。此圖中，與圖1相同的位置標記相同的符號，并且有時省略對它們進行重復說明。
圖4A以及圖4B中，為了給各個可變電容元件C1～C5施加直流偏置電壓，設置第1偏置線B11、B12、B13以及第2偏置線B21、B22、B23。在這種可變電容值電容器Ct’中，能如圖4A所示將信號端子I、O和第1及第2偏置端子V1、V2獨立設置，也能如圖4B所示將第1偏置端子V1與輸入端子I、第2偏置端子V2與輸出端子O共享使用，與普通的電容器同樣使用。其結果就是，能夠在達到與前文所述的實施方式的可變電容值電容器Ct相同的效果的同時，還能增加組裝或圖案設計等的自由度，獲得便于使用的可變電容值電容器Ct’。
另外，優(yōu)選在可變電容值電容器Ct中、輸入端子I上連接的可變電容元件C1及輸出端子O上連接的可變電容元件C4，與可變電容值電容器Ct’中、輸入端子I上連接的可變電容元件C1及輸出端子O上連接的可變電容元件C5的電容值，比其他的可變電容元件大。這是因為，通過與輸入端子I和輸入端子I上連接的可變電容元件C1之間、以及輸出端子O和輸出端子O上連接的可變電容元件C4或C5之間產生的寄生電容值相比，將輸入端子I上連接的可變電容元件C1以及輸出端子O上連接的可變電容元件C4或C5的電容值設定得較大，能夠抑制寄生電容的影響，縮小可變電容值電容器Ct、Ct’的電容值的零散偏差。
下面，對本發(fā)明的可變電容值電容器Ct的制作方法的示例進行說明。
圖5表示的是，對于本發(fā)明的可變電容值電容器Ct，具有4個可變電容元件C1～C4的可變電容值電容器Ct的示例的透視狀態(tài)的俯視圖。圖6為圖5所示的可變電容值電容器Ct的VI-VI線剖面圖。
圖5、圖6中，1為支撐基板；2為下部電極層；31、32、33為導體線；4為薄膜電介質層；5為上部電極層；61、62、63、64、65為薄膜電阻；7為絕緣層；8為引出電極層；9為保護層；10為焊錫擴散防止層；111、112及113、114為焊錫端子部。再者，用此焊錫擴散防止層10和焊錫端子部111、112，分別構成第1信號端子(輸入端子)以及第2信號端子(輸出端子)O。另外，用焊錫擴散防止層10和焊錫端子部114、113，分別構成第1偏置端子V1及第2偏置端子V2。
支撐基板1，為氧化鋁陶瓷等陶瓷基板、或藍寶石等單結晶基板等。在此支撐基板1上、沿支撐基板1的厚度的方向的一個表面1A的近似全面，依次成膜下部電極層2、薄膜電介質層4、上部電極層5。這各個層的成膜結束后，將上部電極層5、薄膜電介質層4以及下部電極層2，依次蝕刻成規(guī)定的形狀。
在進行下部電極層2、薄膜電介質層4、以及上部電極層5的成膜時，最好將下部電極層2和薄膜電介質層4之間以及薄膜電介質層4和上部電極層5之間的粒子(particle)等導致可變電容值電容器的特性惡化的主要原因的雜質的混入控制在最低限度。從而，優(yōu)選這些下部電極層2、薄膜電介質層4以及上部電極層5的成膜，用相同的成膜裝置、在成膜室對大氣密閉條件下連續(xù)進行。因此，作為具體的成膜方法，優(yōu)選濺射法。
由于薄膜電介質層4的形成需要高溫濺射，因此下部電極層2必須熔點較高以耐此高溫，具體來說，由Pt、Pd等金屬材料構成。此下部電極層2，也用高溫濺射形成。再有，下部電極層2，用高溫濺射形成后，通過加熱到薄膜電介質層4的濺射溫度700～900℃并保持一定時間直到薄膜電介質層4的濺射開始為止，來形成平坦的層。
雖然若考慮到從可變電容元件C1到可變電容元件C2的電阻成分、從可變電容元件C3到可變電容元件C4的電阻成分、以及下部電極層2的連續(xù)性，優(yōu)選下部電極層2的厚度較厚；但是若考慮到支撐基板1的密合性，則希望相對較薄，因此要考慮這雙方來決定。具體來說，選擇下部電極層2的厚度為0.1μm～10μm。下部電極層2的厚度若小于0.1μm，則不但下部電極層2自身的電阻變大，而且還可能無法確保下部電極層2的連續(xù)性。而若大于10μm，則內部應力增加，與支撐基板1的密合性下降，可能會翹離支撐基板1。
優(yōu)選薄膜電介質層4，為由至少含有Ba、Sr以及Ti的鈣鈦礦型氧化物結晶構成的高介電常數(shù)的電介質層。鈣鈦礦型氧化物，例如，可為鈦酸鋇鍶((BaxSr1-x)TiO3)，也可是在鈦酸鋇鍶((BaxSr1-x)TiO3)中摻雜Mn、Mg、La以及W中的至少1種。此薄膜電介質層4，形成在下部電極層2的表面(上面)上。例如，以鈣鈦礦型氧化物結晶獲得的電介質材料作為靶(target)，將通過濺射法進行成膜直到期望的厚度。此時，基板溫度升高，例如通過以800℃實施高溫濺射，可以不實施濺射后的熱處理，就能夠獲得介電常數(shù)高、電容變化率大、且損失小的薄膜電介質層4。
作為上部電極層5的材料，雖然為了降低此層的電阻，希望使用電阻率小的Au，但為了提高與薄膜電介質層4的密合性而希望使用Pt等作為密合層。此上部電極層5的厚度選為0.1μm～10μm。對于此上部電極層5的厚度的下限而言，與下部電極層2同樣，是考慮到上部電極層5自身的電阻以及連續(xù)性來設定的。另外，就上部電極層5的厚度的上限而言，是考慮到與薄膜電介質層4的密合性來設定。
如上所述成膜之后，將上部電極層5、薄膜電介質層4以及下部電極層2，依次蝕刻成規(guī)定的形狀。蝕刻，通過用旋涂法等將抗蝕劑均勻涂敷到整個面上、并用光刻法將抗蝕劑圖案成形為規(guī)定形狀后，用濕式蝕刻或干式蝕刻來實施。由于可變電容元件C1～C4的電容值，由上部電極層5的面積決定，因此上部電極層5的蝕刻，最好用精度較高的干式蝕刻。
干式蝕刻，使用例如電子回旋加速器共鳴裝置(ECR裝置)、將氬等離子作為蝕刻劑來實施。
再者，薄膜電介質層4的蝕刻，用濕式蝕刻及干式蝕刻的任一個來實施均可。
另外，下部電極層2的蝕刻，雖然也是用濕式蝕刻及干式蝕刻的任一個來實施均可，但是當下部電極層2的厚度較厚時，從圖案形成精度的角度出發(fā)，與上部電極層5同樣，最好通過干式蝕刻來實施。
進行蝕刻，使通過上述這種上部電極層5、薄膜電介質層4以及下部電極層2的蝕刻形成的各個可變電容元件C1～C4中的薄膜電介質層4的下面、即薄膜電介質層4的挨著下部電極層2的面，比下部電極層2的上面、即下部電極層2的挨著薄膜電介質層4的面??；上部電極層5的下面、即上部電極層5的挨著薄膜電介質層4的面，比薄膜電介質層4的上面、即薄膜電介質層4的挨著上部電極層5的面小。這樣，由于容易發(fā)生電場集中的下部電極層2的外緣部分上沒有薄膜電介質層4，因此能夠提高漏電流特性、即能夠抑制可變電容元件C1～C4中的漏電流的產生。
支撐基板1的厚度方向的一個表面1A上，在支撐基板1的長邊方向X上隔開規(guī)定的間隔設置下部電極層2，這里是設置2個下部電極層2。在2個下部電極層2各自的厚度方向的一個表面2A上，分別沿所述長邊方向X隔開規(guī)定的間隔設置2個薄膜電介質層4。在各個薄膜電介質層4的厚度方向的一個表面4A上，形成表面電極層5。構成可變電容元件C1～C4的各個下部電極2形成為相同的大小，并且各個薄膜電介質層4形成為相同的大小、各個表面電極層5形成為相同的大小。
這樣，能夠得到可變電容元件C1～C4。
這里，為了將第1信號端子I和可變電容元件C之間、以及可變電容元件C4和第2信號端子O之間電連接，最好在支撐基板1上的形成第1及第2信號端子I、O的位置上，形成由導電性材料構成的導電層42。此導電層42，雖然可通過在形成可變電容元件C1～C4之后重新成膜來形成，但也可通過在實施下部電極層2的圖案形成時，也同時實施圖案形成以形成這些導電層42，來用與下部電極層2相同的材料及相同的工序形成。在下部電極層2排列形成的下部電極層列的、所述排列方向的一方以及另一方、即支撐基板1的長邊方向的一方以及另一方上，離開下部電極層2規(guī)定的間隔來設置導電層42，。各個導體層42上，疊層焊錫擴散防止層10、且在一方的焊錫擴散防止層10上疊層來形成構成第1信號端子I的焊錫端子部111，在另一方的焊錫擴散防止層10上疊層來形成構成第2信號端子O的焊錫端子部112。
將可變電容元件C1～C4的上部電極層5，分別設為上部電極層5C1～5C4。上部電極層5C1連接在引出電極層8a上，上部電極層5C2、5C3連接在引出電極層8b上，上部電極層5C3連接在引出電極層8c上。引出電極層8a～8c，具有導電性，在長邊方向上隔開規(guī)定的間隔來設置。引出電極層8a～8c，在覆蓋各個可變電容元件C1～C4形成的絕緣層7上疊層形成，并且通過絕緣層7上形成的通孔，分別連接在要連接的上部電極層5C1～5C4上。引出電極層8a，與挨著可變電容元件C1設置的一個導體層42連接；引出電極層8b，與挨著可變電容元件C4設置的另一個導體層42連接。將引出電極層8a～8c總稱為引出電極層8。
第1偏置線B11、B12、B13，包含導體線32、33和薄膜電阻61、62、63而構成。第1偏置線B11，包含導體線32和薄膜電阻61構成，形成為將構成第1偏置端子V1的焊錫端子部114、和構成第1信號端子I以及可變電容元件C1的連接點的引出電極層8a連接。第1偏置線B12包含導體線32、33和薄膜電阻62而構成，形成為將構成第1偏置端子V1的焊錫端子部114、和構成可變電容元件C2和可變電容元件C3的連接點的引出電極層8b連接。第1偏置線B13，包含導體線32和薄膜電阻63構成，形成為將構成第1偏置端子V1的焊錫端子部114、和構成可變電容元件C4和第2信號端子O的連接點的引出電極層8c連接。第1偏置線B11、B12、B13，通過焊錫連接部114連接在第1偏置端子V1上，通過第1偏置端子V1與外部電路連接。
導體線32沿著可變電容元件C1的排列方向、換言之沿著支撐基板1的長邊方向X1延伸，并在與所述長邊方向X1以及支撐基板1的厚度方向相垂直的短邊方向X2上，在引出電極層8a、8b、8c的一側，離開引出電極層8a、8b、8c規(guī)定的距離設置。各個薄膜電阻61、62、63，沿著短邊方向X2延伸。導體線32和導體線33，通過薄膜電阻62連接。
第2偏置線B21、B22，包含導體線31和薄膜電阻64、65而構成。第2偏置線B21，包含導體線31和薄膜電阻64而構成，將構成第2偏置端子V2的焊錫連接部113，與可變電容元件C1和可變電容元件C2的連接點間、即由可變電容元件C1和可變電容元件C2共有的下部電極層2a連接。第2偏置線B22，包含導體線31和薄膜電阻65而構成，將構成第2偏置端子V2的焊錫連接部113，與可變電容元件C3和可變電容元件C4的連接點間、即由可變電容元件C3和可變電容元件C4共有的下部電極層2b連接。第2偏置線B21、B22，通過焊錫連接部113連接在第2偏置端子V2上，通過第1偏置端子V1與外部電路連接。
導體線31沿著可變電容元件C1的排列方向、換言之沿著支撐基板1的長邊方向X1延伸，在與所述長邊方向X1以及支撐基板1的厚度方向相垂直的短邊方向X2上，在引出電極層8a、8b、8c的另一側，離開引出電極層8a、8b、8c規(guī)定的距離設置。各個薄膜電阻64、65，沿著短邊方向X2延伸。
通過設置這種結構的第1以及第2偏置線B11、B12、B13以及B21、B22，可變電容元件C1～C4通過第1以及第2偏置線B11、B12、B13以及B21、B22并聯(lián)連接。
此導體線31、32、33，可以在形成上述下部電極層2、薄膜電介質層4以及上部電極層5之后，通過新成膜導體層來形成。此時，為了保護已經(jīng)形成的下部電極層2、薄膜電介質層4以及上部電極層5，最好使用升離(liftoff)法。另外，可通過在對下部電極層2進行圖案形成時、以同時形成這些導體線31～33的方式來實施圖案形成，來形成這些導體線31～33。
作為此導體線31～33的材料，為了抑制第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22的電阻值的零散偏差，雖然最好使用低電阻的金(Au)，但由于薄膜電阻61、62、63、64、65的電阻足夠大，因此也可使用白金(Pt)等，用與下部電極層2相同的材料以及相同的工序來形成。
這里，為了便于在支撐基板1上的構成第1以及第2偏置端子V1、V2的焊錫連接部113、114的形成位置上形成焊錫連接部113、114，最好形成分別連接在導體線31以及導體線32上的、由導電性材料構成的導電層。此導電層，雖然可在形成可變電容值電容器C1～C4之后新成膜來形成，但也可在形成導體線31～33時，通過配合構成第1以及第2偏置端子V1、V2的焊錫連接部113、114的形狀來形成導體線31、32的第1以及第2偏置端子V1、V2的形成位置中的形狀，以同時令這些導體層一體化形成的方式實施圖案形成，來用與導體線31～33相同的材料以及相同的工序來形成此導電層。
再者，通過將第1以及第2偏置端子V1、V2，配置在相對本發(fā)明的可變電容值電容器Ct的中心相互點對稱的位置，即配置在與可變電容元件C1～C4的排列方向以及支撐基板1的厚度方向相垂直的方向上、夾著多個可變電容元件C1～C4面對面的位置上，即使是將可變電容值電容器Ct在如圖5所示的俯視圖中上下顛倒，即繞著穿過圖的中心且垂直紙面的軸線旋轉180°角，也能組裝在布線基板上，便于使用。
而且，作為構成第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22的薄膜電阻61～65的材料，最好是含有鉭(Ta)、且其電阻率為1mΩ·cm以上的物質。作為具體的材料，可例如氮化鉭(TaN)或鉭及硅的氮化物(TaSiN)，鉭及硅的氧化物(Ta-Si-O)。例如，若使用氮化鉭，通過以Ta為靶，用將氮加入環(huán)境氣體中來實施濺射的反應性濺射(reactivesputter)，能夠成膜出期望的組成比以及電阻率的薄膜電阻61～65。
設薄膜電阻61～65的電阻值為R、其電阻率為ρ、薄膜電阻61～65沿電流方向的長度為1、薄膜電阻61～65的寬度為w、薄膜電阻61～65的膜厚為t，則它們之間的關系為R＝ρ·1/(w·t)。根據(jù)此關系式可知，電阻率較小時，由于必須減小膜厚(t)，因此容易發(fā)生斷線。另外，當電阻率較小時，必須增加長度和寬度之比的長寬比(1/w)，而為了增加長寬比，必須延長薄膜電阻61～65的長度，因此令元件形狀變大。從而，希望電阻率大一些。而另一方面，若電阻率過大，會惡化溫度特性以及再現(xiàn)性等。因此，電阻率的大小，要考慮薄膜電阻61～65的斷線問題、可變電容值電容器Ct的大小、和溫度特性以及再現(xiàn)性等來決定。例如，當要獲得10kΩ的偏置線的電阻值的情況下，令電阻率為1mΩ·cm以上、膜厚為50nm時，長寬比為50以下，是不用增加元件形狀的大小就可實現(xiàn)的長寬比。
通過對此濺射的條件進行適當選擇，能夠形成膜厚為40nm以上、電阻率為1mΩ·cm以上的薄膜電阻61～65。再有，在結束濺射之后，涂敷抗蝕劑、加工成規(guī)定的形狀后，通過將其作為掩模實施反應性離子蝕刻(RIE)等蝕刻工序，能夠簡便地實施圖案形成。
第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22的電阻值，被設定成在使用的頻帶中第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22的阻抗大于各個可變電容元件C1～C4的阻抗。所述使用的頻帶，為例如100MHz～3GHz。由于導體線31～33的電阻值，與薄膜電阻61～65的電阻值相比極小，因此第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22的電阻值與薄膜電阻61～65的電阻值基本相等。因此，將薄膜電阻61～65的電阻值，設定成在使用的頻帶中、大于各個可變電容元件C1～C4的阻抗。例如，當將可變電容值電容器Ct在頻率1GHz下使用，并令可變電容元件C1～C4的電容為5pF時，若為了防止從此頻率的1/10(100MHz)起使用的頻帶的信號成分，泄漏到第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22中，對阻抗產生不良影響，而將薄膜電阻61～65設定成具有可變電容元件C1～C4的100MHz下的阻抗的10倍以上的電阻值，則所需的第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22的電阻值為約3.2kΩ以上。當令可變電容值電容器中的薄膜電阻61～65的電阻率為1mΩ·cm以上、作為第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22的電阻值為10kΩ時，由于在令膜厚為50nm時薄膜電阻61～65的長寬比(長度/寬度)可為50以下，因此形成具有無需增大元件形狀的大小即可實現(xiàn)的長寬比的薄膜電阻61～65。
包含這些薄膜電阻61～65的第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22，直接形成在支撐基板1上。從而，不再需要在形成可變電容元件C1～C4時所必須的、用于確保下部電極層2、上部電極層4以及引出電極層8的絕緣的絕緣層，可以減少構成可變電容元件C1～C4的層的數(shù)量。再有，通過使用高電阻的薄膜電阻61～65，無需增大形狀，就能制造可變電容值電容器Ct。
接著，具有電絕緣性的絕緣層7，對于確保其上形成的引出電極層8和下部電極層2之間的絕緣來說是必要的。再有，由于此絕緣層7，覆蓋著第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22，從而能夠防止薄膜電阻61～65被氧化，因此能將第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22的電阻值歷經(jīng)長時間而保持一定，從而提高可靠性。為了提高耐濕性能，絕緣層7的材料，最好由氮化硅以及氧化硅的至少1種構成?？紤]到覆蓋性，其最好用化學氣態(tài)堆積(CVD)法來進行成膜。
另外，通過使用普通的抗蝕劑的干式蝕刻法等，可以將絕緣層7加工為規(guī)定的形狀。而且，絕緣層7上，為了確保薄膜電阻61～65和引出電極層8的連接，設有到達導體線33的通孔。此外，從提高耐濕性能的觀點出發(fā)，優(yōu)選只讓上部電極層4以及焊錫端子部111、112、113、114，為從此絕緣層7露出的部位。
接著，引出電極層8，通過絕緣層7的通孔分別連接第1可變電容元件C1的上部電極層5C1和，第1信號端子I、即第1信號端子I形成部的導電層42之間；可變電容元件C2，和可變電容元件C3的上部電極層5C2、5C3相互之間；可變電容元件C4的上部電極層5C4，和第2信號端子O、即第2信號端子O形成部的導電層42之間，。通過如此形成引出電極層8，從第1信號端子I到第2信號端子O，可變電容元件C1～C4被依次串聯(lián)連接。再有，跨過可變電容元件C2、C3的引出電極層8b，通過絕緣層7的通孔，與導體線33相連接。作為此引出電極層8的材料，最好使用金(Au)、銅(Cu)等電阻較小的金屬。另外，考慮到和對應引出電極層8的與絕緣層7的密合性，可使用鈦(Ti)、鎳(Ni)等密合層。
再者，形成引出電極層8時，優(yōu)選在輸入端子I和輸出端子O以及第1和第2偏置端子V1、V2的形成位置上，形成由構成引出電極層8的材料構成的層。其原因在于，通過使形成第1信號端子I和輸出端子O以及第1和第2偏置端子V1、V2的位置的高度，即形成焊錫端子部111、112、113、114的位置的距支撐基板1的一個表面1A的高度統(tǒng)一，可以便于組裝。
接著，以覆蓋住全體只露出焊錫端子部111、112、113、114的方式，形成保護層9。保護層9，除了物理保護以可變電容元件C1為首的可變電容值電容器Ct的構成部件，還用于防止因化學品等造成污染。但是，形成此保護膜9時，要露出焊錫端子部111、112、113、114。作為保護層9的材料，希望具有電絕緣性、耐熱性較高、對階梯差的覆蓋性優(yōu)秀，具體來說，使用聚酰亞胺樹脂或BCB(苯并環(huán)丁烯)樹脂等。在涂敷樹脂原料之后，通過用規(guī)定的溫度使其固化來形成。
在焊錫端子部111、112、113、114形成時的再熔(reflow)或組裝時，形成焊錫擴散防止層10，以防止焊錫端子部111、112、113、114的焊錫擴散至引出電極層8或下部電極層2。作為此焊錫擴散防止層10的材料，優(yōu)選使用Ni。另外，焊錫擴散防止層10的表面上，為了提高焊錫濕潤性，也可為0.1μm左右形成焊錫濕潤性較高的Au、Cu等。
最后，在焊錫擴散防止層10上形成焊錫端子部111、112、113、114。形成這些，以便于將可變電容值電容器Ct向外部的布線基板上組裝。一般來說，這些焊錫端子部111、112、113、114，是通過用規(guī)定的掩模將焊錫膏印刷在焊錫端子部111、112、113、114上之后，實施再熔來形成。
按照以上所述的可變電容值電容器Ct，通過令第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22或者其一部分中使用含有氮化鉭、且電阻率在1mΩ·cm以上的薄膜電阻61～65，能夠降低薄膜電阻61～65的長寬比，實現(xiàn)可變電容值電容器Ct的小型化。再有，通過將第1以及第2偏置線B11、B12、B13、B21、B22直接形成在支撐基板1上，能夠減少構成可變電容元件C1等各個元件的層的數(shù)量。另外，由于可以將構成各個元件的各個導體層或電介質層等的形成工序通用，因此盡管結構相對復雜，也能非常簡單地形成。
下面，對本發(fā)明的可變電容值電容器Ct’的制作方法進行說明。
圖7為，表示具有5個可變電容元件C1～C5的本發(fā)明的可變電容值電容器Ct’的示例的透視狀態(tài)的俯視圖，圖8為圖7所示的可變電容值電容器Ct’的VIII-VIII線剖面圖。再者，在這些圖中，與圖5、圖6相同的位置標記相同的符號，并省略對其重復說明。
圖7以及圖8中，C5為可變電容元件，用與可變電容元件C1～C4相同的材料、相同的工序，形成在可變電容元件C4和第2信號端子O之間?？勺冸娙菰﨏5的下部電極，與挨著可變電容元件C4的導體層42b一體化形成。薄膜電介質層4，疊層在導體層42b上，疊層在此薄膜電介質層4上形成上部電極層5C5。各個可變電容元件C1～C5的薄膜電介質層4以及上部電極層5，選用相同的大小。引出電極層8c，將上部電極層5c4以及5c5連接。
34為導體線，66為薄膜電阻，構成偏置供給電路的第1偏置線B13，包含導體線34和薄膜電阻63而構成，第2偏置線B23，包含導體線31和薄膜電阻66構成。薄膜電阻63，將導體線34和引出電極層8c連接。薄膜電阻66，將導體線31和電極層42b連接。
此第1偏置線B13以及第2偏置線B23，用與第1偏置線B11、B12以及第2偏置線B21、B22相同的材料以及相同的工序形成。
另外，為了確保薄膜電阻61和引出電極層8c的連接，在絕緣層7上形成到達導體線33、34的通孔，在此通孔上形成薄膜電阻61的一部分，將薄膜電阻61和引出電極層8c連接。
要從第1信號端子I到第2信號端子O，將可變電容元件C1～C5串聯(lián)連接，可例如將第1信號端子I和可變電容元件C1的上部電極層4、通過引出電極層8連接；并通過用可變電容元件C1、C2共有下部電極層2來將這二者電連接；并將可變電容元件C2、C3的上部電極層4、通過引出電極層8電連接；以下同樣，共有下部電極層2、將可變電容元件C3、C4間電連接；通過引出電極層8、將可變電容元件C4、C5的上部電極層4間電連接；共有下部電極層2、將可變電容元件C5和輸出端子O之間電連接。
按照上述的可變電容值電容器Ct’，由于能將作為用于供給高頻信號的信號端子的第1信號端子I以及第2信號端子O，與連接第1以及第2偏置線的、供給偏置信號的偏置端子V1、V2共通化，即將第1信號端子I和偏置端子V1通用、將第2信號端子O和偏置端子V2通用，因此能夠增加組裝和圖案設計等的自由度、并能獲得容易使用的可變電容值電容器Ct’。此處，無需形成焊錫端子113、114。
圖10，是表示高頻信號的頻率、和可變電容值電容器Ct的電容值的關系的圖表。圖10中，橫坐標表示高頻信號的頻率(單位Hz)，縱坐標表示可變電容值電容器Ct的電容值(單位pF)。另外此處，表示了將施加在第1以及第2偏置端子V1、V2間的偏置電壓設為0V、1V、2V以及3V時的可變電容值電容器Ct的電容值。設高頻信號的電壓，為0.5Vrms。如圖10的圖表所示，本發(fā)明的可變電容值電容器Ct中，電容值由施加在第1以及第2偏置端子V1、V2間的偏置電壓決定，即增大偏置電壓、電容值減小，而在1MHz～3GHz之間，即使改變高頻信號的頻率，可變電容值電容器Ct的電容值也幾乎不依賴于頻率的變化。即可變電容值電容器Ct中，抑制了因高頻信號導致的電容變化，從而能在高頻電子部件中，大幅抑制波形失真以及互調失真。
圖11，是表示施加在可變電容值電容器Ct的第1以及第2偏置端子V1、V2之間的偏置電壓、和輸入2GHz的高頻信號時的可變電容值電容器Ct的電容值的關系的圖表。圖11中，橫坐標表示偏置電壓(單位V)，縱坐標表示電容值(單位pF)。令高頻信號的電壓，為0.5Vrms?？梢?，通過增大或減小偏置電壓，能夠改變可變電容值電容器Ct的電容。這里，令第2偏置端子V2為0V，當給第1偏置端子V1上施加正的電位時，偏置電壓的值作為正值表示；令第2偏置端子V2為0V，當給第1偏置端子V1施加負的電位時，偏置電壓的值作為負值表示。偏置電壓為0V時，可變電容值電容器Ct的電容最大，當偏置電壓從0V逐步增大，隨之可變電容值電容器Ct的電容減小。另外，當偏置電壓從0V逐步減小，即偏置電壓的絕對值逐步增大時，隨之可變電容值電容器Ct的電容減小。當偏置電壓為0V時，可變電容值電容器Ct的電容值，約為2.6pF；當偏置電壓的絕對值為3V時，可變電容值電容器Ct的電容值，約為1.4pF。這樣，通過較小的偏置電壓的變化，就能將可變電容值電容器Ct的電容值改變2倍之大。
下面，對使用本發(fā)明的可變電容值電容器的電路模塊以及通信裝置進行說明。
上述本發(fā)明的可變電容值電容器，可用作具備電感以及電阻的至少其一、和能對其施加電壓的電壓供給部的諧振電路。由于本發(fā)明的的可變電容值電容器用作構成電路模塊的諧振電路的電容器，從而能夠通過增加電容器的電容變化率、且高精度地獲得期望的精度，能夠由施加直流偏置電壓，在很寬的頻率范圍內高精度地獲得期望的諧振頻率。另外，由于電容器在耐電性能上很優(yōu)秀，因此可靠性高，制作簡單，生產性能好。另外，在可變電容元件為偶數(shù)的情況下，可以不依賴于直流偏置電壓的極性，因此便于使用。
另外，由上述本發(fā)明的可變電容值電容器、電感以及電阻的至少其一、和能對其施加電壓的電壓供給部構成的諧振電路模塊，可用作通信裝置中的濾波器機構。例如，將這種濾波器機構分別設置于發(fā)送電路以及接收電路中，通過將發(fā)送電路和接收電路借助收發(fā)切換裝置連接，能夠得到通信裝置。這種濾波器機構，例如有通過將上述電路模塊和電感以及電容等組合可得到的帶通濾波器，由于能在很寬的頻率范圍中高精度地設置期望的諧振頻率，能夠擴展可以使用的頻率范圍，并且能高精度地獲得期望的通過頻帶。這樣，用本發(fā)明的可變電容值電容器構成的通信裝置中，由于能在很寬的頻率范圍中高精度地設置期望的諧振頻率，從而能擴展可以作為濾波器機構使用的頻率范圍，并且能夠高精度地獲得期望的濾波器功能。
再者，本發(fā)明并不限于上述的實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內，可以進行各種改變。例如，在上述實施方式的示例中，雖然作為偏置供給電路的第1偏置線B11、B12、B13以及第2偏置線B21、B22共用，但也可以是對各個可變電容元件C1、C2、C3、C4單獨設置偏置線B11、B12、B13、B21、B22構成的可變電容值電容器Ct。另外，如圖9所示，可從輸入端子I施加偏置電壓V1。圖9所示的可變電容值電容器Ct中，與圖1所示的可變電容值電容器Ct中，只有供給偏置電壓V1的部位不同，其他的結構相同。另外，構成可變電容值電容器的可變電容元件的個數(shù)，也不限于上述的4個或5個。
另外，可在支撐基板上的多個區(qū)域中，形成由分別串聯(lián)連接的可變電容元件構成的本發(fā)明的可變電容值電容器，還可用電感或傳送線路來形成第1以及第2偏置線。
本發(fā)明，也可在不偏離其精神或主要特征的前提下，用其他各種方式實施。因此，總之上述的實施方式均不過是示例，本發(fā)明的范圍為權利要求所示的范圍，并不受說明書本身的任何限制。再有，屬于權利要求范圍的變形或變更也包含在本發(fā)明的范圍之內。
權利要求
1.一種可變電容值電容器，其特征在于在高頻信號的輸入端子和輸出端子之間，串聯(lián)連接多個使用由施加電壓改變介電常數(shù)的薄膜電介質層的可變電容元件；所述施加電壓的高電位側的第1偏置線和低電位側的第2偏置線，與所述多個可變電容元件的相互連接的各個電極、和所述多個可變電容元件串聯(lián)連接構成的可變電容元件列的輸入端子以及輸出端子上連接的各個電極交替連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的可變電容值電容器，其特征在于由所述多個可變電容元件中，所述第1偏置線連接所述輸入端子側的電極的可變電容元件構成的可變電容元件組A的電容值、和由所述第1偏置線連接所述輸出端子側的電極的可變電容元件構成的可變電容元件組B的電容值實質相等。
3.根據(jù)權利要求2所述的可變電容值電容器，其特征在于所述多個可變電容元件，由偶數(shù)個可變電容元件構成。
4.根據(jù)權利要求3所述的可變電容值電容器，其特征在于所述可變電容元件組A以及所述可變電容元件組B，由具有相互實質相等的電容值的可變電容元件對構成。
5.根據(jù)權利要求3所述的可變電容值電容器，其特征在于所述多個可變電容元件的電容值實質相等。
6.根據(jù)權利要求2所述的可變電容值電容器，其特征在于所述多個可變電容元件，由奇數(shù)個可變電容元件構成。
7.根據(jù)權利要求1～4及6的任一項所述的可變電容值電容器，其特征在于連接在所述輸入端子上的所述可變電容元件以及連接在所述輸出端子上的可變電容元件，其電容值比其他的所述可變電容元件的電容值大。
8.根據(jù)權利要求1所述的可變電容值電容器，其特征在于所述薄膜電介質層，由包含Ba、Sr以及Ti的鈣鈦礦型氧化物結晶構成。
9.根據(jù)權利要求1所述的可變電容值電容器，其特征在于所述第1以及第2偏置線的阻抗，設置得比在使用的頻帶中各個可變電容元件的阻抗大。
10.根據(jù)權利要求1所述的可變電容值電容器，其特征在于用作構成電路模塊的諧振電路的電容器。
11.根據(jù)權利要求1所述的可變電容值電容器，其特征在于用作構成諧振電路的電容器，該諧振電路是通信裝置中的作為濾波器機構使用的電路模塊的諧振電路。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種波形失真和互調失真小、耐電性能優(yōu)秀、損耗低的可變諧振電路。在高頻信號的輸入端子和輸出端子之間，串聯(lián)連接多個使用由施加電壓改變介電常數(shù)的薄膜電介質層的可變電容元件，由于施加電壓的高電位側的第1偏置線和低電位側的第2偏置線，與所述多個可變電容元件的相互連接的各個電極，和所述多個可變電容元件串聯(lián)連接構成的可變電容元件列的輸入端子以及輸出端子上連接的各個電極交替連接，因此能夠最大限度地利用偏置信號帶來的可變電容值電容器的電容變化率，來在較寬的頻率范圍內改變諧振頻率，并且能夠獲得在高頻電子部件中波形失真和互調失真小、耐電性能優(yōu)秀、即使在高頻下?lián)p失也很低的可變電容值電容器。
文檔編號H01L27/01GK1716481SQ20051008103
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月28日 優(yōu)先權日2004年6月28日
發(fā)明者山形佳史, 勝田宏 申請人:京瓷株式會社