特許 7443626 ＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-26

(45)【発行日】2024-03-05

(54)【発明の名称】ＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ

(51)【国際特許分類】

   H01G 5/16 20060101AFI20240227BHJP

   H01G 5/011 20060101ALI20240227BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240227BHJP

   H01G 5/01 20060101ALI20240227BHJP

【ＦＩ】

H01G5/16

H01G5/011

B81B3/00

H01G5/01 B

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2023512259

(86)(22)【出願日】2020-08-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-02

(86)【国際出願番号】 CN2020110778

(87)【国際公開番号】W WO2022027738

(87)【国際公開日】2022-02-10

【審査請求日】2022-11-08

(31)【優先権主張番号】202010771747.2

(32)【優先日】2020-08-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】522437717

【氏名又は名称】厚元技術（香港）有限公司

(73)【特許権者】

【識別番号】522248722

【氏名又は名称】アキュラ エレクトロニック テクノロジーズ プライベート リミテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】522437728

【氏名又は名称】アクルア テクノロジー インク

(73)【特許権者】

【識別番号】522437739

【氏名又は名称】アキュラ コミュニケーション エレクトロニック カンパニー プライベート リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100142365

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】孟慶南

【審査官】清水 稔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２５３１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８２３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１７１０９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】西元琢真、山下喜市、大畠賢一，CS2-1 低電圧駆動・広ダイナミックレンジＭＥＭＳ可変キャパシタ，電子情報通信学会２００７年総合大会講演論文集 エレクトロニクス１，日本，社団法人電子情報通信学会，2007年03月07日，S-29

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｇ ５／１６

Ｈ０１Ｇ ５／０１１

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｈ０１Ｇ ５／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下電極板（Ａ）、可動電極板（Ｂ）、上電極板（Ｃ）、固定装置（Ｄ）及び接続線導体（Ｅ）を含み、前記固定装置（Ｄ）の下端は、下電極板（Ａ）に固定接続され、固定装置（Ｄ）の上端は、上電極板（Ｃ）に固定接続され、前記可動電極板（Ｂ）には、固定装置（Ｄ）と嵌合して自由に平行移動可能な構造（Ｂ４）が設けられており、可動電極板（Ｂ）は、構造（Ｂ４）によって固定装置（Ｄ）に取付けられ、かつ固定装置（Ｄ）に沿って上下に移動可能であり、
前記下電極板（Ａ）には下部電極（Ａ１）が設けられており、前記可動電極板（Ｂ）には可動電極（Ｂ１）及び調整電極（Ｂ２）が設けられており、
前記下部電極（Ａ１）と可動電極（Ｂ１）はセルキャパシタを構成し、下部電極（Ａ１）と可動電極（Ｂ１）との間は誘電体によって分離されており、
前記上電極板（Ｃ）には上部電極（Ｃ１）、調整電極（Ｃ２）が設けられており、前記接続線導体（Ｅ）の両端は、それぞれ上部電極（Ｃ１）、可動電極（Ｂ１）に電気的に接続され、
前記調整電極（Ｃ２）と調整電極（Ｂ２）は調整ユニットを構成し、調整電極（Ｃ２）と調整電極（Ｂ２）との間は誘電体によって分離されており、
前記下部電極（Ａ１）は、作動状態に常に作動電圧が印加されており、作動電圧は可動電極（Ｂ１）に静電吸引力を発生させ、調整電極（Ｃ２）に印加される可変電圧または調整電極（Ｃ２）の面積、間隔、材料を制御することによって、調整電極（Ｃ２）の調整電極（Ｂ２）に対する静電吸引力を調節し、可動電極板（Ｂ）は、下部電極（Ａ１）の吸引力と調整電極（Ｃ２）の吸引力の大きさ関係によって変化され、それにより、可動電極板Ｂが固定装置（Ｄ）に沿って上下に移動してキャパシタの容量値を調整するようにする、ことを特徴とするＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項2】

前記下部電極（Ａ１）と可動電極（Ｂ１）はセルキャパシタを構成し、前記下部電極（Ａ１）には、下部電極（Ａ１）と可動電極（Ｂ１）とを分離させるための誘電体層（Ａ２）が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項3】

前記調整電極（Ｃ２）と調整電極（Ｂ２）は調整ユニットを構成し、調整電極（Ｃ２）には、調整電極（Ｃ２）と調整電極（Ｂ２）とを分離させるための誘電体層（Ｃ３）が設けられており、調整電極（Ｃ２）は可動電極（Ｂ１）及び下部電極（Ａ１）と重ならず、調整電極（Ｂ２）は上部電極（Ｃ１）及び下部電極（Ａ１）と重ならない、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項4】

前記下電極板（Ａ）は誘電体材料で構成され、下電極板（Ａ）の誘電体材料の表面には金属導体が覆われたり、嵌め込まれたりして下部電極（Ａ１）を形成し、下部電極（Ａ１）の表面には、下部電極（Ａ１）と可動電極（Ｂ１）とを分離させると共に、キャパシタの容量値及びＱ値を調整可能な単層または多層の誘電体材料層（Ａ２）が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項5】

前記可動電極板（Ｂ）は誘電体材料で構成され、可動電極板（Ｂ）の中央部には、固定装置と嵌合して自由に平行移動可能な構造（Ｂ４）が設けられ、可動電極板自体または構造（Ｂ４）によって固定装置（Ｄ）に外嵌めされており、可動電極板（Ｂ）の誘電体材料の表面には、金属導体が覆われたり、嵌め込まれたりして可動電極（Ｂ１）及び調整電極（Ｂ２）を形成し、調整電極（Ｂ２）は、可動電極（Ｂ１）の外周に分布されて誘電体によって互いに分離されており、可動電極（Ｂ１）は、下部電極（Ａ１）及び上部電極（Ｃ１）と同じ形状で垂直面に整列されており、調整電極（Ｂ２）及び調整電極（Ｃ２）は同じ形状で垂直面に整列される、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項6】

前記上電極板（Ｃ）は誘電体材料で構成され、上電極板（Ｃ）の誘電体材料の表面には金属導体が覆われたり、嵌め込まれたりして上部電極（Ｃ１）を形成し、上部電極（Ｃ１）の外周の誘電体材料の表面には金属導体が覆われたり、嵌め込まれたりして調整電極（Ｃ２）を形成し、上部電極（Ｃ１）と調整電極（Ｃ２）とは誘電体材料により分離され、調整電極（Ｃ２）の表面には誘電体層（Ｃ３）が設けられており、上電極板（Ｃ）には制御層（Ｃ４）が設けられており、調整電極（Ｃ２）は制御層（Ｃ４）におけるスイッチの一端に接続され、スイッチの他端は可変セルキャパシタの可変電圧ピンに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項7】

前記固定装置（Ｄ）は、一端が上電極板（Ｃ）の上部電極（Ｃ１）に固定され、他端が下電極板（Ａ）の下部電極（Ａ１）に固定され、上電極板（Ｃ）及び下電極板（Ａ）を支持し、上電極板と下電極板との平行を維持し、当該固定の方法には、溶接、圧接、接着が含まれる、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項8】

前記接続線導体（Ｅ）は１～Ｍ本の接続線導体で構成され、前記可動電極（Ｂ１）の上面には、１～Ｍ個のスロットが対応して設計されており、前記上部電極（Ｃ１）の下面には、１～Ｍ個のスロットが対応して設けられており、前記１～Ｍ本の接続線導体の一端は、上部電極（Ｃ１）の下面の１～Ｍ個のスロットに電気的に接続され、１～Ｍ本の接続線導体の他端は、可動電極（Ｂ１）上面の１～Ｍ個のスロットに電気的に接続され、１～Ｍ本の接続線は上部電極（Ｃ１）と可動電極（Ｂ１）とを電気的に接続し、１～Ｍ本の接続線の抵抗値が小さいほど良く、１～Ｍ本の接続線導体の長さが等しいことによって、可動電極板が自然状態で上電極板、下電極板と平行を維持可能であり、
前記接続線導体（Ｅ）は、静止状態及び移動状態のいずれでも、調整電極（Ｃ２）及び調整電極（Ｂ２）と短絡せず、前記接続線導体（Ｅ）は伸縮性を備えており、その引張り及び弾性力は変化せず、そのサイズは、可動電極板（Ｂ）が圧縮されると上電極板（Ｃ）と密着可能で、下に引張られると下電極板（Ａ）と密着可能なサイズを満たす、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項9】

前記接続線導体（Ｅ）、下部電極（Ａ１）、可動電極（Ｂ１）、調整電極（Ｂ２）、上部電極（Ｃ１）及び調整電極（Ｃ２）は、いずれも金属材料で製造されており、前記下電極板（Ａ）、可動電極板（Ｂ）、上電極板（Ｃ）の基板パネル材料は、いずれも誘電体材料で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項10】

作動電圧が印加されると、前記下部電極（Ａ１）が可動電極（Ｂ１）に対して発生する静電吸引力はＦｘであり、可変電圧が印加されると、調整電極（Ｃ２）が調整電極（Ｂ２）に対して発生する静電吸引力はＦｓであり、ＦｓがＦｘよりも小さい場合、可動電極板（Ｂ）は下電極板（Ａ）の側に移動して近接し、このとき、可変セルキャパシタの容量値が最大となり、ＦｓがＦｘよりも大きい場合、可動電極板（Ｂ）は上電極板（Ｃ）の側に移動して近接し、このとき、可変セルキャパシタの容量値が最小となり、調整電極（Ｃ２）に印加される可変電圧がゼロで、下部電極（Ａ１）に印加される作動電圧がゼロではない場合、可動電極板（Ｂ）は下電極板（Ａ）の側に移動され、可変セルキャパシタの容量値を最大状態に維持する、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項11】

前記セルキャパシタは、可動電極板（Ｂ）を介して調整ユニットと可変セルキャパシタを構成し、可変セルキャパシタにおいて、下部電極（Ａ１）が作動電圧ピンに接続され、上部電極（Ｃ１）がアースピンに接続され、調整電極（Ｃ２）が金属ビアホールを介して制御層（Ｃ４）のスイッチの一端に接続され、スイッチの他端は可変電圧ピンに接続され、スイッチデータ送受信バスは制御ピンに接続され、プロセッサは、バスを介してスイッチのオンオフ及び可変電圧ピンの電圧を制御することによって、可変セルキャパシタにおける可動電極の移動を制御し、それにより、可変セルキャパシタの容量値を変更する、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項12】

非金属材料でキャパシタの２つのピンが密封されないように上電極板及び下電極板をパッケージし、アースピン、作動電圧ピンまたは制御ピンをマークし、制御ピンが、キャパシタピンで空けられた位置またはそのうちアースピン内に配置された隙間位置を制御ピンとして、最後にパッケージして密封するか、または、上電極板（Ｃ）及び下電極板（Ａ）をデバイスパッケージの一部として、パッケージ材料を外から付加することによって、ＭＥＭＳキャパシタのパッケージを実現する、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項13】

下部電極（Ａ１）に誘電体材料層（Ａ２）を覆う形状、厚さのパラメータを設定することによって、２つの信号は、振幅が等しく、位相が逆になり、互いに相殺するか、または無線周波数信号を印加後に生じる共振を防止する、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項14】

前記Ｎ個の可変セルキャパシタは結合キャパシタを構成し、
前記結合キャパシタを構成する方法のうちの１番目は、Ｎ個の可変セルキャパシタを縦方向に積層して１つの結合キャパシタを構成可能で、Ｎ個のセルキャパシタの下部電極（Ａ１）は、リード線を介して結合キャパシタの作動電圧ピンに接続され、Ｎ個のセルキャパシタの上部電極（Ｃ１）は、リード線を介して結合キャパシタのアースピンに接続され、Ｎ個のセルキャパシタの調整電極（Ｃ２１）～調整電極（Ｃ２Ｎ）は、それぞれリード線を介してＮ個のセルキャパシタの上電極板におけるＮ個のスイッチの一端に接続され、Ｎ個のスイッチの他端は、結合キャパシタにおけるＮ個の可変電圧の制御ピンの１つに接続され、Ｎ個の下部電極はすべて１つの作動電圧ピンに接続され、Ｎ個の上部電極はすべてアースに接続されるか、または、
前記結合キャパシタを結合構成する方法のうちの２番目は、結合キャパシタにおけるＮ個の上部電極が１つの下電極板に分布され、かつリード線を介して結合キャパシタのアースピンに接続され、Ｎ個の下部電極が１つの下電極板に分布され、かつリード線を介して結合キャパシタの作動電圧ピンに接続され、Ｎ個の調整電極（Ｃ２）１～調整電極（Ｃ２）Ｎは、それぞれ金属ビアホールを介して制御層（Ｃ４）に分布されたＮ個のスイッチの一端に接続され、Ｎ個のスイッチの他端は、結合キャパシタのＮ個の可変電圧の制御ピンに接続され、全てのリード線は、上部電極（Ｃ１）、可動電極（Ｂ１）及び下部電極（Ａ１）と重ならないか、または、
前記結合キャパシタを構成する方法のうちの３番目は、まず、Ｍ個の結合キャパシタを前記２番目の方法に従って横方向に拡張し、Ｍ個のセルキャパシタを横方向に拡張して得られたＮ個の結合キャパシタを前記１番目の方法のように縦方向に積層して拡張することで結合キャパシタを構成し、新しい結合キャパシタの各層のＭ個のセルキャパシタにおけるＭ個の上部電極（Ｃ１）が、リード線を介して接続された後、結合キャパシタのアースピンに接続され、Ｍ個の下部電極（Ａ１）が、リード線を介して接続された後、結合キャパシタの作動電圧ピンに接続され、Ｍ個の調整電極（Ｃ２１）～調整電極（Ｃ２Ｍ）が、それぞれＭ個のスイッチの一端に接続され、Ｍ個のスイッチの他端が、それぞれリード線を介して結合キャパシタのＭ個の可変電圧の制御ピンに接続され、結合キャパシタは、合計Ｍ*Ｎ個の可変電圧ピンを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項15】

前記結合キャパシタにおいて、制御層のＮ個のスイッチのうちの各スイッチのバス制御器は、それぞれ制御バスに接続され、バスに接続されるＮ個のスイッチのうちの各スイッチには、１つのアドレスが割り当てられており、バス制御プロトコールは、アドレスを介して各スイッチを具体的に識別し、外部または内部のメイン制御器は、アドレスを介して各スイッチのオンオフに対する制御を実現し、前記バスは、対応する導線を介してキャパシタパッケージの外部の対応するバス制御ピンに接続され、前記導線は、上電極板の電極層の上部電極、可動電極板の可動電極、下電極板の電極層の下部電極と重ならず、外部のプロセッサが、各スイッチのアドレスに基づいてＮ個のスイッチのオンオフを制御することによって、結合キャパシタのステッピング調整、及び結合キャパシタ容量値に対する任意の調整を実現し、内部の制御器と外部の制御器はバスを介して接続され、必要なキャパシタの容量値を転送する、ことを特徴とする請求項１４に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項16】

前記結合キャパシタにおいて、Ｎ個の可変セルキャパシタの使用モードは、最初の使用またはリセット使用時の動作モードであり、制御器によりスイッチのマトリックスを順に制御することによって、各可変セルキャパシタの上電極板の調整電極に、可変電圧を印加するかまたは可変電圧を印加せず、各下電極板の下部電極に作動電圧を印加しないかまたは作動電圧を印加することによって、結合キャパシタにおけるＮ個の可変セルキャパシタの容量値が最小値または最大値になり、最初またはリセットを完了し、
電源が印加された後に結合キャパシタの容量値が最小の場合、結合キャパシタのすべての下部電極に作動電圧を印加し、制御器を調整することで、スイッチマトリックスのスイッチのオンオフを制御し、可変電圧の大きさを調整するか調整しないことによって、結合キャパシタの総容量値を所望の容量値状態に調整すると共に、制御スイッチマトリックスのスイッチ状態及び対応するスイッチのアドレスを保存し、
電源が印加された後に結合キャパシタの容量値が最大の場合、結合キャパシタのすべての調整電極を制御して調整電圧を印加することによって、すべての下部電極に作動電圧を印加し、スイッチマトリックスのオンオフを制御することを調整し、可変電圧の大きさを調整するか調整しないことによって、結合キャパシタの総容量値を所望の容量値状態に調整すると共に、このとき制御スイッチマトリックスのスイッチ状態及び対応するスイッチのアドレスを保存し、
結合キャパシタが結合キャパシタの所望容量値に調整されると、電源を再印加した後、メイン制御器のスイッチマトリックスアドレスに対する記憶を利用して、スイッチマトリックスを結合キャパシタの所望容量値のスイッチマトリックスのオンオフ状態に調整し、下部電極の作動電圧及び調整電極の調整電圧を再印加することによって、結合キャパシタの所望の容量値を実現可能で、実現した後、結合キャパシタの容量値は、制御器でスイッチマトリックスにおける対応するアドレスのオンオフを制御することによって、新しい結合キャパシタの容量値の調整が実現可能で、
前記可変セルキャパシタの電源印加順番と容量値の調整変化、及び初期容量値が、使用回路に影響を与える場合、該結合キャパシタを適用する回路に保護措置を設計する必要があり、可変キャパシタの容量値を適切な位置に調整した後、アプリケーション回路を作動状態にする、ことを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項17】

前記結合キャパシタのパッケージシェルは、Ｎ個の可変キャパシタを１つの密封空間にパッケージし、結合キャパシタの外部作動電圧ピン、アースピン、可変電圧ピン及び制御ピンは、それぞれリード線とビアホールを介して、上電極板及び下電極板のパネルの下部電極、上部電極、調整電極及び制御スイッチに接続されることによって、Ｎ個の可変キャパシタに対するパッケージを実現する、ことを特徴とする請求項１４に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項18】

前記作動電圧ピン、アースピン及び制御ピンの表面には、いずれも材料コーディングが溶接されており、前記パッケージシェルは、非金属材料である、ことを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【請求項19】

前記結合キャパシタにおいて、各可変セルキャパシタは、いずれも個別に調整することが可能で、複数のキャパシタを任意に組合せて調整することも可能で、結合キャパシタの様々な調整ステッピングを実現し、具体的な実現方法は、内部または外部のプロセッサを利用して、制御層（Ｃ４）におけるＮ個の無線周波数スイッチのオンオフを制御することによって、Ｎ個の可変キャパシタの容量値に対する調整を実現することで、キャパシタの全体の容量値に対する調整を実現することである、ことを特徴とする請求項１または請求項１５に記載のＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、キャパシタデバイスの技術分野に属し、具体的に、ＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の無線周波数回路の適用では、同じ無線周波数回路を異なる動作周波数帯域で動作させる必要がよくある。無線周波数回路が異なる周波数帯域で動作する場合、最高の無線周波数性能を得るには、その対応する整合回路のキャパシタの容量値を適宜に調整する必要がある。したがって、無線周波数回路を異なる周波数帯域で動作させるには、無線周波数回路における整合キャパシタのパラメータ値を調整する必要がある。このタイプの無線周波数回路では可変キャパシタの使用が最適な設計ソリューションであり、現在、可変キャパシタを実現するには４つの方法がある。第１の方法は、バラクタダイオードを利用してキャパシタを調整することで、バラクタダイオードの容量値は、バラクタダイオードのバイアス電圧値を調整することで調整できるが、バラクタダイオードを使用する場合、その耐電圧値が比較的に低いため、低電力の無線周波数回路にのみ適用でき、無線周波数の高電力増幅器における高電力及び高耐電圧の要件を満たすことができないという問題が存在する。可変キャパシタを実現する第２の方法は、機械的可変キャパシタを使用することであり、キャパシタの容量値は、キャパシタの上電極板と下電極板の機械的サイズまたは間隔を調整することによって調整できる。純機械的構造を利用して実現する可変キャパシタソリューションには、可変キャパシタの体積が比較的に大きくて、キャパシタの調整可能なステップとキャパシタの調整可能な範囲が制限されており、リアルタイムの調整が実現できないという問題が存在する。可変キャパシタを実現する第３の方法は、複数組のキャパシタを直列または並列に接続し、直列及び並列の回線の中央部に無線周波数スイッチを直列に接続して、無線周波数スイッチのオンオフを制御することによって、異なる直列または並列キャパシタの組み合わせを実現することである。ただし、第３の方法は、可変キャパシタが高耐電圧と高耐電流値を必要とするため、対応するスイッチも高電力のスイッチを選択する必要があり、これに対応するコストが比較的に高く、また、スイッチが過剰損失をもたらし効率に影響を与えるという欠点がある。また、第３の方法は、調整可能な範囲と調整可能なステップが固定され変更できないか、任意に調整できない。第４の方法は、誘電体スイッチタイプのＭＥＭＳキャパシタを使用することである。通常、コンタクトアームはキャパシタの一端であり、回路の適用に高い直流バイアスをかけると、コンタクトアームとキャパシタの他端との間に静電引力が発生し、スイッチキャパシタをオンにすることが困難になり、また、コンタクトが曲がったり変形したりするため、閉じた時の静電容量が比較的に減少する。以上の様々な可変キャパシタに存在する問題を考慮して、容量値を任意に段階的に調整可能で、高いＱ値、高耐圧値、小型で低コストを有する可変キャパシタを開発することは、詳細に研究する価値のある課題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、従来の可変キャパシタの欠陥を考慮して、高いＱ値、高耐電圧値、小型で低コストを有する可変キャパシタを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

そこで、本発明の構成は、下電極板Ａ、可動電極板Ｂ、上電極板Ｃ、固定装置Ｄ及び接続線導体Ｅを含み、前記固定装置Ｄの下端は、下電極板Ａに固定接続され、固定装置Ｄの上端は、上電極板Ｃに固定接続され、前記可動電極板Ｂには、固定装置Ｄと嵌合して自由に平行移動可能な構造Ｂ４が設けられており、可動電極板Ｂは、構造Ｂ４によって固定装置Ｄに取付けられ、かつ固定装置Ｄに沿って上下に移動可能である。

【0005】

前記下電極板Ａには下部電極Ａ１が設けられており、前記可動電極板Ｂには可動電極Ｂ１及び調整電極Ｂ２が設けられている。

【0006】

前記下部電極Ａ１と可動電極Ｂ１はセルキャパシタを構成し、下部電極Ａ１と可動電極Ｂ１との間は誘電体によって分離されている。

【0007】

前記上電極板Ｃには上部電極Ｃ１、調整電極Ｃ２が設けられており、前記接続線導体Ｅの両端は、それぞれ上部電極Ｃ１、可動電極Ｂ１に電気的に接続されている。

【0008】

前記調整電極Ｃ２と調整電極Ｂ２は調整ユニットを構成し、調整電極Ｃ２と調整電極Ｂ２との間は誘電体によって分離されている。

【0009】

前記下部電極Ａ１は、作動状態に常に作動電圧が印加され、作動電圧は可動電極Ｂ１に静電吸引力を発生させ、調整電極Ｃ２に印加される可変電圧または調整電極Ｃ２の面積、間隔、材料を制御することによって、調整電極Ｃ２の調整電極Ｂ２に対する静電吸引力を調節し、可動電極板は、下部電極Ａ１の吸引力と調整電極Ｃ２の吸引力の大きさ関係によって変化され、それにより、可動電極板Ｂが固定装置Ｄに沿って上下に移動してキャパシタの容量値を調整する。

【0010】

好ましくは、前記下部電極Ａ１と可動電極Ｂ１はセルキャパシタを構成し、前記下部電極Ａ１には、下部電極Ａ１と可動電極Ｂ１とを分離させるための誘電体層Ａ２が設けられている。

【0011】

好ましくは、前記調整電極Ｃ２と調整電極Ｂ２は調整ユニットを構成し、調整電極Ｃ２には、調整電極Ｃ２と調整電極Ｂ２とを分離させるための誘電体層Ｃ３が設けられており、調整電極Ｃ２は可動電極Ｂ１、下部電極Ａ１と重ならず、調整電極Ｂ２は上部電極Ｃ１及び下部電極Ａ１と重ならない。

【0012】

好ましくは、前記下電極板Ａは誘電体材料で構成され、下電極板Ａの誘電体材料の表面には金属導体が覆われたり、嵌め込まれたりして下部電極Ａ１を形成し、下部電極Ａ１の表面には単層または多層の誘電体材料層Ａ２が設けられ、下部電極Ａ１と可動電極Ｂ１とを分離させると共に、キャパシタの容量値及びＱ値を調整できる。

【0013】

好ましくは、前記可動電極板Ｂは誘電体材料で構成され、可動電極板Ｂの中央部には、固定装置と嵌合して自由に平行移動可能な構造Ｂ４が設けられ、構造Ｂ４によって固定装置Ｄに外嵌めされており、可動電極板Ｂの誘電体材料の表面には金属導体が覆われたり、嵌め込まれたりして可動電極Ｂ１及び調整電極Ｂ２を形成し、調整電極Ｂ２は、可動電極Ｂ１の外周に分布されて誘電体によって互いに分離されており、可動電極Ｂ１は、下部電極Ａ１及び上部電極Ｃ１と同じ形状で垂直面に整列されており、調整電極Ｂ２及び調整電極Ｃ２は同じ形状で垂直面に整列される。

【0014】

好ましくは、前記上電極板Ｃは誘電体材料で構成され、上電極板Ｃの誘電体材料の表面には金属導体が覆われたり、嵌め込まれたりして上部電極Ｃ１を形成し、上部電極Ｃ１の外周の誘電体材料の表面には金属導体が覆われたり、嵌め込まれたりして調整電極Ｃ２を形成し、上部電極Ｃ１と調整電極Ｃ２とは誘電体材料により分離され、調整電極Ｃ２の表面には誘電体層Ｃ３が設けられており、上電極板Ｃには制御層Ｃ４が設けられており、調整電極Ｃ２は制御層Ｃ４におけるスイッチの一端に接続され、スイッチの他端は可変セルキャパシタの可変電圧ピンに接続される。

【0015】

好ましくは、前記固定装置Ｄは、一端が上電極板Ｃの上部電極Ｃ１に固定され、他端が下電極板Ａの下部電極Ａ１に固定され、上電極板Ｃ及び下電極板Ａを支持し、上電極板と下電極板との平行を維持し、当該固定の方法には、溶接、圧接、接着が含まれるが、これらに限定されない。

【0016】

好ましくは、前記接続線導体Ｅは１～Ｍ本の接続線導体で構成され、前記可動電極Ｂ１の上面には、１～Ｍ個のスロットが対応して設計されており、前記上部電極Ｃ１の下面には、１～Ｍ個のスロットが対応して設計されており、前記１～Ｍ本の接続線導体の一端は、上部電極Ｃ１の下面の１～Ｍ個のスロットに電気的に接続され、１～Ｍ本の接続線導体の他端は、可動電極Ｂ１上面の１～Ｍ個のスロットに電気的に接続され、１～Ｍ本の接続線導体の長さが等しいことによって、可動電極板が自然状態で上電極板、下電極板と平行を維持可能である。

【0017】

好ましくは、前記接続線導体Ｅは、静止状態及び移動状態のいずれでも、調整電極Ｃ２及びＢ２と短絡せず、前記接続線導体Ｅは伸縮性を備えており、その引張り及び弾性力は変化せず、そのサイズは、可動電極板Ｂが圧縮されると上電極板Ｃと密着可能で、下に引張られると下電極板Ａと密着可能なサイズであることを満すことができる。

【0018】

好ましくは、前記接続線導体Ｅ、下部電極Ａ１、可動電極Ｂ１、調整電極Ｂ２、上部電極Ｃ１及び調整電極Ｃ２は、いずれも金属材料で製造されており、前記下電極板Ａ、可動電極板Ｂ、上電極板Ｃの基板パネル材料は、いずれも誘電体材料で構成される。

【0019】

好ましくは、作動電圧が印加されると、前記下部電極Ａ１が可動電極Ｂ１に対して発生する静電吸引力はＦｘであり、可変電圧が印加されると、調整電極Ｃ２が調整電極Ｂ２に対して発生する静電吸引力はＦｓであり、ＦｓがＦｘより小さい場合、可動電極板Ｂは下電極板Ａに移動して近接し、このとき、可変セルキャパシタの容量値が最大となり、ＦｓがＦｘより大きい場合、可動電極板Ｂは上電極板Ｃに移動して近接し、このとき、可変セルキャパシタの容量値が最小となり、調整電極Ｃ２に印加される可変電圧がゼロで、下部電極Ａ１に印加される作動電圧がゼロではない場合、可動電極板Ｂは下電極板Ａに移動され、可変セルキャパシタの容量値を最大状態に維持する。

【0020】

好ましくは、前記セルキャパシタは、可動電極板Ｂを介して調整ユニットと可変セルキャパシタを構成し、可変セルキャパシタにおいて、下部電極Ａ１が作動電圧ピンに接続され、上部電極Ｃ１がアースピンに接続され、調整電極Ｃ２が金属ビアホールを介して制御層Ｃ４のスイッチの一端に接続され、スイッチの他端は可変電圧ピンに接続され、スイッチデータ送受信バスは制御ピンに接続され、プロセッサは、バスを介してスイッチのオンオフ及び可変電圧ピンの電圧を制御することによって、可変セルキャパシタにおける可動電極の移動を制御し、それによって、可変セルキャパシタの容量値を変更する。

【0021】

好ましくは、非金属材料で結合キャパシタの２つのピンが密封されないように下電極板及び下電極板をパッケージし、アースピンをマークし、制御ピンが、キャパシタピンで空けられた位置またはそのうちアースピン内に配置された隙間位置を制御ピンとして、最後にパッケージして密封するか、または上電極板Ｃ及び下電極板Ａをデバイスパッケージの一部として、パッケージ材料を外から付加ことによって、ＭＥＭＳキャパシタのパッケージを実現する。

【0022】

好ましくは、下部電極Ａ１に誘電体材料層Ａ２を覆う形状、厚さのパラメータを設定することによって、２つの信号は、振幅が等しく、位相が逆になり、互いに相殺するか、または無線周波数信号を印加後に生じる共振を防止する。

【0023】

好ましくは、前記Ｎ個の可変セルキャパシタは結合キャパシタを構成する。

【0024】

好ましくは、前記結合キャパシタを構成する方法のうちの１番目は、Ｎ個の可変セルキャパシタを縦方向に積層して１つの結合キャパシタを構成することができ、Ｎ個のセルキャパシタの下部電極Ａ１は、リード線を介して結合キャパシタの作動電圧ピンに接続され、上部電極Ｃ１は、リード線を介してアースピンに接続され、調整電極Ｃ２は、所在するキャパシタのスイッチの一端に接続され、スイッチの他端は、結合キャパシタにおけるＮ個の可変電圧の制御ピンの１つに接続され、Ｎ個の下部電極は全て１つの作動電圧ピンに接続され、Ｎ個の上部電極は全てアースに接続される。

【0025】

好ましくは、前記結合キャパシタを結合構成する方法のうちの２番目は、結合キャパシタにおけるＮ個の上部電極が１つの下電極板に分布され、かつリード線を介して結合キャパシタのアースピンに接続され、Ｎ個の下部電極が１つの下電極板に分布され、かつリード線を介して結合キャパシタの作動電圧ピンに接続され、Ｎ個の調整電極Ｃ２１～調整電極Ｃ２Ｎは、それぞれ金属ビアホールを介して制御層Ｃ４に分布されたＮ個のスイッチの一端に接続され、Ｎ個のスイッチの他端は、結合キャパシタのＮ個の可変電圧の制御ピンに接続され、全てのリード線は、上部電極Ｃ１、可動電極Ｂ１及び下部電極Ａ１と重ならない。

【0026】

好ましくは、前記結合キャパシタを構成する方法のうちの３番目は、まず、Ｍ個の結合キャパシタを請求項１７の方法に従って横方向に拡張し、Ｎ個のＭ個の組合せが請求項１６に従って縦方向に拡張し結合キャパシタを構成する。

【0027】

好ましくは、前記結合キャパシタにおいて、制御層のＮ個のスイッチのうちの各スイッチのバス制御器は、それぞれ制御バスに接続され、バスに接続されるＮ個のスイッチのうちの各スイッチには、１つのアドレスが割り当てられており、バス制御プロトコールは、アドレスを介して各スイッチを具体的に識別し、外部または内部のメイン制御器は、アドレスを介して各スイッチのオンオフに対する制御を実現し、前記バスは、対応する導線を介してキャパシタパッケージの外部の対応するバス制御ピンに接続され、前記導線は、上電極板の電極層の上部電極、可動電極板の可動電極、下電極板の電極層の下部電極と重ならず、外部のプロセッサが、各スイッチのアドレスに基づいてＮ個のスイッチのオンオフを制御することによって、結合キャパシタのステッピング調整、及び結合キャパシタ容量値に対する任意の調整を実現し、そのうち、内部の制御器と外部の制御器はバスを介して接続され、必要なキャパシタの容量値を転送する。

【0028】

好ましくは、前記結合キャパシタにおいて、Ｎ個の可変セルキャパシタの使用モードは、最初の使用またはリセット使用時の動作モードであり、制御器によりスイッチのマトリックスを順に制御することによって、各可変セルキャパシタの上電極板の調整電極に、可変電圧を印加するかまたは可変電圧を印加せず、各下電極板の下部電極に作動電圧を印加しないかまたは作動電圧を印加することによって、結合キャパシタにおけるＮ個の可変セルキャパシタの容量値が最小値または最大値になり、最初またはリセットを完了する。

【0029】

電源が印加された後に結合キャパシタの容量値が最小の場合、結合キャパシタのすべての下部電極に作動電圧を印加し、制御器を調整することで、スイッチマトリックスのスイッチのオンオフを制御し、可変電圧の大きさを調整するか調整しないことによって、結合キャパシタの総容量値を所望の容量値状態に調整すると共に、スイッチマトリックスのアドレス記憶に対する制御を維持して保存する。

【0030】

電源が印加された後に結合キャパシタの容量値が最大の場合、結合キャパシタのすべての調整電極を制御して調整電圧を印加することによって、すべての下部電極に作動電圧を印加し、スイッチマトリックスのオンオフを制御することを調整し、可変電圧の大きさを調整するかまたは調整しないことによって、結合キャパシタの総容量値を所望の容量値状態に調整すると共に、このときスイッチのアドレス記憶に対する制御を維持して保存する。

【0031】

結合キャパシタが結合キャパシタの所望容量値に調整されると、電源を再印加し、メイン制御器のスイッチマトリックスアドレスに対する記憶を利用して、スイッチマトリックスを結合キャパシタの所望容量値のスイッチマトリックスのオンオフ状態に調整し、下部電極の作動電圧及び調整電極の調整電圧を再印加することによって、結合キャパシタの所望の容量値を実現することができ、実現した後、結合キャパシタの容量値は、制御器でスイッチマトリックスにおける対応するアドレスのオンオフを制御することによって、新しい結合キャパシタの容量値の調整が実現できる。

【0032】

上記の可変セルキャパシタの電源印加順番と容量値の調整変化、及び初期容量値が、使用回路に影響を与える場合、本結合キャパシタを適用する回路に保護措置を設計する必要があり、例えば、可変キャパシタの容量値を適切な位置に調整した後、アプリケーション回路を作動状態にする。

【0033】

好ましくは、前記結合キャパシタのパッケージシェルは、Ｎ個の可変キャパシタを１つの密封空間にパッケージし、結合キャパシタの外部作動電圧ピン、アースピン、可変電圧ピン及び制御ピンは、それぞれリード線とビアホールを介して、上電極板及び下電極板のパネルの下部電極、上部電極、調整電極及び制御スイッチに接続されることによって、Ｎ個の可変キャパシタに対するパッケージを実現する。

【0034】

好ましくは、前記作動電圧ピン、アースピン及び制御ピンの表面には、いずれも材料コーディングが溶接されており、前記パッケージシェルは、非金属材料である。

【0035】

好ましくは、前記結合キャパシタにおいて、各可変セルキャパシタは、いずれも個別に調整することが可能で、複数のキャパシタを任意に組合せて調整することも可能で、結合キャパシタの様々な調整ステッピングを実現し、具体的な実現方法は、内部または外部のプロセッサを利用して、制御層Ｃ４におけるＮ個の無線周波数スイッチのオンオフを制御することによって、Ｎ個の可変キャパシタの容量値に対する調整を実現することで、キャパシタの全体の容量値に対する調整を実現することである。

【発明の効果】

【0036】

本発明の有益な効果は、以下のとおりである。本発明に提供される、ＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタは、高いＱ値を有するだけでなく、高耐電圧および高耐電流の能力を有し、複数のセルキャパシタを１つのパッケージにパッケージすることによって、結合キャパシタの容量値を、連続的及び段階的に調整することができる。キャパシタの容量値は、外部または内部のプロセッサを利用してプログラム及び調整可能であり、適用環境の適合性が良好である。調整電極は可動電極であり、電位状態が固定されているため、可変キャパシタ両端の無線周波数回路の直流バイアスがスイッチアームの移動に与える影響を防止する。従来の可変キャパシタとの違いは、可動電極が水平に上下に移動し、電極自体に変形がないため、寄生容量を低減しかつ容量変化の直線性をより高めることができる。調整電極は常に電界ブロック状態にあり、外部の機械的振動の影響を低減する。半導体と誘電体材料は、より低温度の溶接を用いて溶接し、同時にウェハーレベルのパッケージを実現する。

【0037】

以下、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の第１の実施例に係る可変キャパシタの全体構成の断面図である。

【図2】本発明の第１の実施例に係る可変キャパシタの下電極板の構造図である。

【図3】本発明の第１の実施例に係る可変キャパシタの可動電極板の実施例の構造図である。

【図4】本発明の第１の実施例に係る可変キャパシタの上電極板電極の実施例の構造図である。

【図5】本発明の第１の実施例に係る可変キャパシタの上電極板電極の制御層の実施例の構造図である。

【図6】本発明の第１の実施例に係る可変キャパシタの固定装置の構造図である。

【図7】本発明の第１の実施例に係る可変キャパシタの接続線導体の構造図である。

【図8】本発明の第１の実施例に係る可変キャパシタのパッケージの構造図である。

【図9】本発明の第２の実施例に係る結合キャパシタの横断面の解析構造図である。

【図10】本発明の第２の実施例に係る結合キャパシタの下電極板の構造図である。

【図11】本発明の第２の実施例に係る結合キャパシタの上電極板の構造図である。

【図12】本発明の第２の実施例に係る結合キャパシタの上電極板の制御層の構造図である。

【図13】本発明の第２の実施例に係る可変セルキャパシタの構成全体の断面図である。

【図14】本発明の第２の実施例に係る結合キャパシタのパッケージの底面図である。

【図15】本発明の第２の実施例に係る結合キャパシタの接続線導体の構造図である。

【図16】本発明の第２の実施例に係る結合キャパシタのパッケージの上面図である。

【図17】本発明の第３の実施例に係る結合キャパシタのうちの２番目の組合せを示す図である。

【図18】本発明の第３の実施例に係る結合キャパシタのうちの３番目の組合せを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、本発明が所定の目的を達成するために採用される技術的手段及び効果をさらに説明するために、添付図面及び実施例を参照して、本発明の具体的な実施形態、構造の特徴及びその効果について詳細に説明する。

【0040】

以下、本発明の実施例の添付図面を参照しながら、本発明の実施例の技術案を明瞭かつ完全に説明する。説明される実施例は、本発明の一部の実施例にすぎず、全ての実施例ではないことが無論である。本発明の実施例を基に、当業者が創造的な作業がなされていない前提下で得られた全てのその他の実施例も、本発明の保護範囲に属する。

【0041】

本発明の説明において、「中心」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「整列」、「重なる」、「底」、「内」、「外」等の用語で指示される方位または位置関係は、添付図面に示される方位または位置関係に基づいており、本発明の説明を便利し、説明を簡単にするだけであって、指摘される装置または素子が必ずしも特定の方位を有したり、特定の方位で構造や操作されたりすることを、指示または示唆することではないため、本発明を限定すると理解されてはならない。

【0042】

用語「第１」、「第２」は、説明の目的でのみに使用され、相対的な重要性を指示または示唆するか、または指示される技術的特徴の数を暗黙的に示すと理解されてはならない。したがって、「第１」、「第２」と限定されている特徴は、該特徴の１つまたはそれ以上が明示的または暗黙的に含まれることができる。本発明の説明において、特に明記がない限り、「複数」の意味は２つ以上であることを意味する。

【0043】

（実施例１）
本発明により提供される、ＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタは、下電極板Ａ、可動電極板Ｂ、上電極板Ｃ、固定装置Ｄ及び接続線導体Ｅを含む。前記固定装置Ｄの下端は、下電極板Ａに垂直に接続固定され、固定装置Ｄの上端は、上電極板Ｃに垂直に接続固定される。前記可動電極板Ｂの中央部には、スロットまたは貫通孔Ｂ４が設けられており、可動電極板Ｂは、スロットまたは貫通孔Ｂ４によって固定装置Ｄの中央部に設けられ、可動電極板Ｂは、固定装置Ｄで上下に移動する。前記下電極板Ａには下部電極Ａ１が設けられており、前記可動電極板Ｂには可動電極Ｂ１及び調整電極Ｂ２が設けられている。前記下部電極Ａ１と可動電極Ｂ１はセルキャパシタを構成し、該セルキャパシタは平行板キャパシタである。前記上電極板Ｃには上部電極Ｃ１、調整電極Ｃ２が設けられており、前記接続線導体Ｅの両端は、それぞれ上部電極Ｃ１、可動電極Ｂ１に電気的に接続されており、前記調整電極Ｃ２と調整電極Ｂ２は調整ユニットを構成する。

【0044】

前記接続線導体Ｅは、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２とを含む。前記可動電極Ｂ１の上面には溝Ｂ３－１と溝Ｂ３－２が設けられており、前記上部電極Ｃ１の下面には溝Ｃ－１と溝Ｃ１－２が設けられている。前記接続線導体Ｅ１の一端は、上部電極Ｃ１の溝Ｃ１－１に電気的に接続され、接続線導体Ｅ１の他端は、可動電極Ｂ１の溝Ｂ３－１に電気的に接続されている。前記接続線導体Ｅ２の一端は、上部電極Ｃ１の溝Ｃ１－２に電気的に接続され、接続線導体Ｅ２の他端は、可動電極Ｂ１の溝Ｂ３－２に電気的に接続されている。このようにして、可動電極Ｂ１と上部電極Ｃ１は電気的接続を維持し、可動電極Ｂ１と上部電極Ｃ１との間の回路は連通状態になる。

【0045】

前記調整電極Ｂ２は、調整電極Ｂ２－１と調整電極Ｂ２－２とを含み、前記調整電極Ｃ２は、調整電極Ｃ２－１と調整電極Ｃ２－２とを含む。前記調整電極Ｃ２－１は調整電極Ｂ２－１と対向して設けられており、前記調整電極Ｃ２－２は調整電極Ｂ２－２と対向して設けられている。

【0046】

前記上電極板Ｃの上面には、接続リード線Ｃ４－２、接続リード線Ｃ４－３及びスイッチＣ４－１を含む制御層Ｃ４が設けられている。前記接続リード線Ｃ４－２は、上部電極Ｃ１をセルキャパシタパッケージのアースピンに接続し、前記接続リード線Ｃ４－３は、調整電極Ｃ２－１と調整電極Ｃ２－２とを接続させた後、スイッチＣ４－１の一端に接続し、スイッチＣ４－１の他端は、セルキャパシタの可変電圧ピンに接続される。

【0047】

前記下部電極Ａ１の上面には誘電体分離層Ａ２が設けられている。

【0048】

前記調整電極Ｃ２の下面には誘電体分離層Ｃ３が設けられている。

【0049】

具体的に言うと、前記固定装置Ｄの一端は、下電極板Ａの電極層の下部電極Ａ１の中心位置に固定され、下部電極Ａ１と垂直に維持されており、固定装置Ｄの他端は、上電極板の電極層の上部電極Ｃ１の中心位置に固定され、上部電極Ｃ１と垂直に維持されている。固定装置Ｄにより、上電極板Ｃ及び下電極板Ａを固定及び支持し、上電極板Ｃと下電極板Ａとの間を、所定の間隔を離れるように、平行に維持する。可動電極板Ｂは静電力の作用下で、上電極板Ｃと下電極板Ａとの間で上下に移動することができる。可動電極板Ｂの移動により、可動電極Ｂ１と下部電極Ａ１との間の距離が変化し、それにより、セルキャパシタの大きさが変化する。前記調整電極Ｃ２と調整電極Ｂ２は調整ユニットを構成し、調整電極Ｃ２は、上部電極Ｃ１の外周に位置され、誘電体材料を介して上部電極Ｃ１と分離されている。調整電極Ｃ２は、可動電極Ｂ１及び下部電極Ａ１と重ならず、調整電極Ｃ２と可動電極板Ｂの調整電極Ｂ２とは、誘電体分離層Ｃ３を介して分離されている。調整電極Ｂ２は、可動電極Ｂ１の外周に位置し、調整電極Ｂ２と可動電極Ｂ１は誘電体材料を介して分離されている。調整電極Ｂ２は、上部電極Ｃ１及び下部電極Ａ１と重ならず、下部電極Ａ１、可動電極Ｂ１、調整電極Ｂ２及び上部電極Ｃ１、調整電極Ｃ２は、いずれも金属により構成される。

【0050】

前記下電極板Ａ、可動電極板Ｂ、上電極板Ｃは、いずれも単結晶シリコンにより製造される。

【0051】

本実施例において、可変キャパシタの容量値は、具体的に下部電極Ａ１、可動電極Ｂ１の面積、下部電極Ａ１に覆われる誘電体分離層Ａ２の層数、厚さ及び誘電体分離層Ａ２の誘電率、下部電極Ａ１と可動電極Ｂ１との間の距離により決定され、具体的な計算プロセスは次のとおりである。

【0052】

本実施例において、下部電極Ａ１に覆われる誘電体分離層Ａ２は、本実施例で単層であるが、多層であってもよい。誘電体分離層Ａ２の厚さはｄ_１で、誘電率はε_１であり、可動電極Ｂ１と下部電極Ａ１との間の空気距離はｄ_２で、空気誘電率はそれぞれε_２であり、両者の容量はそれぞれＣ_１、Ｃ_２である。本実施例において、可動電極Ｂ１及び下部電極Ａ１の面積はいずれもＳであり、該平行板キャパシタの計算式によると、以下の通りである。

【数1】

【数2】

【0053】

本実施例において、可変セルキャパシタＣは、Ｃ１及びＣ２の直列値の合計で、以下の通りである。

【数3】

【0054】

ここで、ｄ_２は可動電極Ｂ１と下部電極Ａ１の間の距離であり、静電力を調整することによってｄ_２の値を調整することができ、ｄ_２の具体的な調整方法は以下のとおりである。

【0055】

本実施例において、作動電圧Ｖが印加されると、下電極板Ａの電極層の下部電極Ａ１が可動電極板Ｂの可動電極Ｂ１に対して発生する静電力がＦｘで、可変電圧Ｖ１が印加されると、上電極板Ｃの電極層の調整電極Ｃ２が可動電極板Ｂの調整電極Ｂ２に対して発生する静電力がＦｓで、可動電極板Ｂの自己重力がＦｇで、可動電極板Ｂが固定装置Ｄで移動するときに固定装置Ｄとの間の摩擦力がＦｚで、接続線導体Ｅ１及び接続線導体Ｅ２の引張力の合力は、引っ張られる過程全体でずっと均一でかつ引張力値がＦ１であり、接続線導体Ｅ１及び接続線導体Ｅ２の弾性力は、接続線導体が圧縮される過程全体でずっと均一でかつ弾性力値がＦｔであり、Ｆｓ>Ｆｘ＋Ｆｇ＋Ｆｚ＋Ｆｔの場合、可動電極板Ｂは、上向きの静電力により上電極板Ｃに向かって引き寄せられ、このときｄ_２の値が最大になる。式３から分かるように、その他のパラメータが変更せず、ｄ_２値が最大の場合、可変セルキャパシタの容量値Ｃは最小になる。Ｆｘ＋Ｆｇ＞Ｆｓ＋Ｆｌ＋Ｆｚの場合、可動電極板は、下向きの静電引力によって下電極板に向かって引き寄せられ、このときｄ_２の値が最小になる。式３から分かるように、その他のパラメータが変更せず、ｄ_２の値が最小の場合、可変セルキャパシタの容量値は最大になる。Ｆｓ＋Ｆｌ＝Ｆｘ＋Ｆｇ＋Ｆｔの場合、可動電極板Ｂは、上電極板と下電極板との間のある不確定の位置にあり、このとき可変セルキャパシタの容量値は中間の不確定値になる。可変キャパシタの容量値が不確定状態になることを防ぐために、可変電圧の電圧値を制御することによって、Ｆｓ＋Ｆｌ＝Ｆｘ＋Ｆｇ＋Ｆｔのような状態が出現するのを回避する必要があり、それにより、可変セルキャパシタの容量値が不確定状態になることを回避する。

【0056】

また、本実施例における可変キャパシタは、外部の機械的摂動または振動を受けると、振動によりｄ_２は微小に変化し、変化量がΔｄ_２で、対応する総容量Ｃの変化量はΔＣであると仮定する。上記の式３に基づいて、ｄ_２を自己変数のＣに関する関数として、C= f（d₂）であり、微分を求めると得ることができる。

【数4】

計算して得られる総容量変化のパーセンテージは、

【数5】

である。

【0057】

上記の式によれば、

は

よりもはるかに小さいと結論付けることができ、該構造は外部の機械的振動の影響を効果的に克服し、静電容量値に対する外部の摂動の影響を無視できることを説明する。

【0058】

本実施例において、前記可変キャパシタのＱ値の計算式は、Ｑ＝１／ｗＣＲであり、そのうち、Ｒはキャパシタの等価抵抗値であり、該値は主に、下部電極Ａ１からキャパシタピンまでの抵抗Ｒ１、下部電極の抵抗値Ｒ２、可動電極Ｂ１の抵抗値Ｒ３、上部電極Ｃ１の抵抗値Ｒ４、接続線導体Ｅ１及び接続線導体Ｅ２の抵抗値の合計Ｒ５で構成され、Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５である。Ｒの値が最小になるように保証するためには、各部分の抵抗値が全て最小値を取るように保証する必要がある。このとき、本実施例における可変セルキャパシタのＱ値は最小となることができる。

【0059】

前記本実施例において、上部電極Ｃ１、可動電極Ｂ１及び下部電極Ａ１は、形状及びサイズが完全に同じの長方形であり、前記上電極板Ｃの調整電極Ｃ２と可動電極板Ｂの調整電極Ｂ２は、調整電極Ｃ２－１と調整電極Ｃ２－２、及び調整電極Ｂ２－１と調整電極Ｂ２－２により構成される。調整電極Ｃ２－１と調整電極Ｃ２－２は、上部電極Ｃ１の両側に対称的に分布されており、調整電極Ｂ２－１と調整電極Ｂ２－２は、可動電極Ｂ１の両側に対称的に分布されている。調整電極Ｃ２－１と調整電極Ｂ２－１は、垂直方向に重なっており、調整電極Ｃ２－２と調整電極Ｂ２－２は、垂直方向に重なっている。固定装置Ｄの一端は、上部電極Ｃ１の中心位置に固定され、固定装置Ｄの他端は、下部電極Ａ１の中心位置に固定されている。可動電極板Ｂの中心位置には、スロットまたは貫通孔Ｂ４が形成されている。スロットまたは貫通孔Ｂ４の形状は、固定装置Ｄの横断面の形状と同じで、サイズが若干大きい。２つの接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２の固定点は、可動電極板の中心平衡線にあり、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２が自然に吊り下げられている場合、可動電極板Ｂは、上電極板Ｃ及び下電極板Ａと自然に平行になることができ、上記のサイズと外観の設計により、電源が印加されると、調整電極Ｃ２－１と調整電極Ｃ２－２が、調整電極Ｂ２－１と調整電極Ｂ２－２に対する静電吸引力の均一と対称性を確保し、電源が印加されると、下部電極Ａ１が可動電極Ｂ１に対して発生する静電力の均一と対称性を確保し、それにより、可動電極板Ｂが、上電極板Ｃと下電極板Ａとの間で上下に移動するときに安定して移動することができ、可動電極板Ｂと固定装置Ｄとの間で発生する摩擦力が最小になるように保証する。

【0060】

図２は、本実施例に係る可変キャパシタの下電極板Ａの構造の斜視図及び断面図である。本実施例における下電極板Ａの実現プロセスは、まず、単結晶シリコンに下電極板Ａの基板を形成し、キャパシタ領域に浅い溝をエッチングして形成し、金属をスパッタリングして可変キャパシタの下部電極Ａ１を形成してから、可変キャパシタの下部電極Ａ１に誘電体材料を沈殿させて誘電体分離層Ａ２を形成し、沈殿される該誘電体材料の層数は、必要に応じて実現されるキャパシタの容量値及びＱ値に基づいて選択することができる。本実施例において、沈殿される誘電体材料は一層であるが、多層でもよく、沈殿される誘電体分離層Ａ２の表面は平滑な表面であるため、可動電極Ｂ１が下部電極Ａ１に接近する場合、誘電体分離層Ａ２と可動電極Ｂ１とが容易に密接に接触することができる。それにより、この状態でのキャパシタの振動防止能力が増強されると共に、誘電体材料層Ａ２の厚み値の選択は、可変キャパシタの動作周波数帯域も参照する必要があり、可変キャパシタの共振周波数及びキャパシタの動作周波数は、共振の発生を防止するように異なる周波数とする。下部電極Ａ１に無線周波数信号と直流型信号とを同時に印加する場合、振動信号の振幅が等しく、位相が逆になり、互いに相殺するか、または無線周波数信号を印加後に生じる共振を防止する。同時に、下部電極Ａ１の金属導体の抵抗値は可変キャパシタのＱ値にも影響を与え、その抵抗値が小さいほど、可変キャパシタのＱ値は大きくなる。同時に、下部電極Ａ１及びその上に覆われる誘電体材料Ａ２の抵抗値とサイズは、可変キャパシタの下部電極の耐電圧と耐電流の能力にも影響を与える。

【0061】

図３は、本実施例に係る可変キャパシタの可動電極板Ｂの構造の斜視図及び横断面図である。本実施例において、その実現プロセスは、単結晶シリコンを基板として可動電極板Ｂを製造する。可動電極の領域と調整電極の領域にそれぞれ浅い溝をエッチングし、金属をスパッタリングして平坦化し、溝の内部に金属を充填して可動電極Ｂ１及び調整電極Ｂ２をそれぞれ形成する。そのうち、可動電極Ｂ１の面積及び形状は、下部電極Ａ１の面積及び形状と完全に一致することによって、電源が印加されると、下部電極Ａ１が可動電極Ｂ１に対する静電力を可動電極の各ストレスポイントで均一で対称的に分布するように保証する。調整電極Ｂ２－１と調整電極Ｂ２－２の面積及び形状は、調整電極Ｃ２－１と調整電極Ｃ２－２の面積及び形状と完全に一致することによって、電源が印加されると、調整電極Ｃ２が調整電極Ｂ２に対する各ストレスポイントを均一で対称的に分布するように確保する。可動電極板Ｂは中央部に、固定装置の断面形状と同じのスロットまたは貫通孔Ｂ４をエッチングすることによって、固定装置Ｄと嵌合して上下に安定して移動することを実現し、スロットまたは貫通孔Ｂ４の両側に対称する可動電極板Ｂの縦方向の中軸線に接続線導体を固定する箇所に、溝Ｂ３－１及び溝Ｂ３－２が設けられる。スロットの深さは、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２が圧縮された後、可動電極板の溝Ｂ３－１と溝Ｂ３－２の内部に少なくとも５０％隠れるように確保することができ、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２の一端を、溝Ｂ３－１と溝Ｂ３－２の内部にそれぞれ固定することによって、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２とがそれぞれ可動電極と回路で連通する。

【0062】

図４は、本実施例に係る可変キャパシタの上電極板Ｃの構造の斜視図及び横断面図である。本実施例において、その実現プロセスは、単結晶シリコンを基板として上電極板Ｃを製造する。上部電極の領域及びその両側の調整電極の領域に浅い溝をエッチングし、浅い溝を形成した後、可変電極の領域の中央部に引き続き穴を開けて深い溝をエッチングし、金属をスパッタリングして平坦化する。溝の内部に金属を充填し、上層の浅い溝の金属は、可変キャパシタの上部電極Ｃ１、調整電極Ｃ２－１及び調整電極Ｃ２－２を形成し、調整電極Ｃ２－１及び調整電極Ｃ２－２は、調整電極Ｂ２－１及び調整電極Ｂ２－２と位置が対向し、形状が似ていることによって、可変電圧が印加されると、調整電極Ｃ２は可動電極Ｂ２の各ストレスポイントに対する静電吸引力を均一で対称的に分布する。調整電極Ｃ２－１及び調整電極Ｃ２－２の表面に誘電体を沈殿して、誘電体保護層Ｃ３－１及び誘電体保護層Ｃ３－２を形成して、誘電体層Ｃ３の表面が滑らかになるように保護し、調整電極Ｃ２と調整電極Ｂ２とを分離することに用いられる。上部電極Ｃ１の横方向の中軸線で両側に対称する位置と、可動電極板の調整電極に類似して対応する位置に、それぞれエッチングを利用して溝Ｃ１－１及び溝Ｃ１－２を設け、溝の深さと幅のサイズは、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２とが圧縮されたとき、スロットの内部に５０％以上隠れる要件を満たす必要があり、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２の他端をそれぞれ溝Ｃ１－１と溝Ｃ１－２の内部に固定することによって、接続線導体Ｅと上部電極Ｃ１は回路で連通を維持する。

【0063】

図５は、本実施例に係る可変キャパシタの上電極板の制御層の断面図である。上電極板Ｃの上表層は制御層Ｃ４であり、制御層Ｃ４には主に接続リード線Ｃ４－２、接続リード線Ｃ４－３及びスイッチＣ４－１が分布されている。ここで、接続リード線Ｃ４－２は、主に上部電極Ｃ１をキャパシタのパッケージに接続するアースピンである。接続リード線Ｃ４－３の役割は、調整電極Ｃ２－１と調整電極Ｃ２－２とを接続させた後にスイッチＣ４－１に接続する。スイッチＣ４－１の他端は、可変キャパシタの可変電圧ピンに接続されると共に、スイッチＣ４－１のデータ送受信制御バスは、リード線を介してキャパシタの制御ピンに接続される。

【0064】

図６は、本実施例に係る可変キャパシタの固定装置Ｄの実施例の構造図である。その具体的な実現プロセスは、堆積またはボンディング方法により固定装置Ｄを実現することができる。固定装置Ｄの一端は、下電極板Ａの下部電極Ａ１の中心に固定され、下電極板Ａと垂直になる。固定装置Ｄの他端は、可変キャパシタの上電極板Ｃの上部電極Ｃ１の中心位置に固定され、上電極板Ｃと垂直になる。固定装置Ｄは、上電極板Ｃと下電極板Ａとの間で上電極板Ｃと下電極板Ａとを支持し、かつ上電極板Ｃと下電極板Ａとの平行を維持する。固定装置Ｄの固定形態には、固定軸、固定パネル、固定キャビティ、固定バネ等の形態が含まれるが、これらに限定されない。

【0065】

図７は、本実施例に係る可変キャパシタの接続線導体Ｅの実施例の構造図である。前記接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２は、伸縮性能を備える金属導体で構成される。接続線導体Ｅ１の一端は溝Ｂ３－１の内部に固定され、接続線導体Ｅ１の他端は溝Ｃ１－１の内部に固定される。接続線導体Ｅ２の一端は溝Ｂ３－２の内部に固定され、接続線導体Ｅ２の他端は溝Ｃ１－２の内部に固定される。構造図から分かるように、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２は３つの典型的な状態を有し、それぞれは以下のとおりである。第１の形態は、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２が最長状態に引張られ、このとき、可動電極Ｂ１が受けた下電極板の下部電極Ａ１に作動電圧が印加され、かつ作動電圧により発生する静電力に可動電極板の自己重力を加えた合計は、可動電極板の摩擦力、上向きの引張り力、上電極板の調整電極Ｃ２－１、Ｃ２－２が可動電極板に対する静電吸引力の合計よりも大きくなると、可動電極板Ｂは下電極板Ａに密接に接触する。第２の状態は、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２が最短状態に圧縮され、このとき、可動電極板Ｂの調整電極Ｂ２－１と調整電極Ｂ２－２は、上電極板Ｃの調整電極Ｃ２－１及び調整電極Ｃ２－２に可変電圧が印加された後に発生する静電力を受け、それは、可動電極板の自己重力、摩擦力、下向きの弾性力、下電極板の下部電極Ａ１が可動電極板に対する静電力の合計よりも大きい。このとき、上電極板の調整電極Ｃ２－１及び調整電極Ｃ２－２は、可動電極板Ｂを吸引して上電極板Ｃに密接に接触させ、このような状態下で、接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２は溝Ｂ３－１、溝Ｂ３－２及び溝Ｃ１－１、溝Ｃ１－２の内部に隠される。第３の状態は、接続線導体Ｅが中間の任意値の状態であり、通常はキャパシタの動作過程でこのような状態が現れることを回避すべきである。その理由は、該状態下で、可変キャパシタの容量値は不確定値になるため、選択される接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２は疲労耐性の特徴があり、引張りと圧縮が繰り返して行われることができ、接続線導体が切断されず、同時に引張りと圧縮の過程において、接続線導体の引張り力と圧縮されるときの弾性力は、常に所定値に維持される。接続線導体の抵抗値が可変キャパシタのＱ値に与える影響を低減するために、選択される接続線導体の材料は高導電率の材料である。

【0066】

図８は、本実施例に係る可変キャパシタパッケージの実施例の構造図である。単一の可変キャパシタは、金属をスパッタリングしてキャパシタの下部電極Ａ１を形成し、下部電極Ａ１の基に誘電体材料を沈殿して誘電体分離層Ａ２を形成する。キャパシタの下部電極Ａ１は、堆積された金属リード線に接続して、作動電圧ピンに引き出される。堆積またはボンディング方法により、誘電体分離層Ａ２の中央位置に固定装置Ｄを製造し、固定装置の形態には、固定軸、固定パネル、固定キャビティ、固定バネ等の形態を含まれるが、これらに限定されない。固定装置Ｄは、可動電極板Ｂを上電極板Ｃと下電極板Ａとの間で上下に安定して移動させ、かつ水平方向に偏移せず、移動するときに引っ掛からず、抵抗を増加させない。

【0067】

単結晶シリコンを基板として可動電極板Ｂを製造し、可動電極Ｂ１の領域及び調整電極Ｂ２の領域にそれぞれ浅い溝をエッチングし、金属をスパッタリングして平坦化する。溝の内部に金属を充填して可動電極Ｂ１及び調整電極Ｂ２を形成し、可動電極板に溝Ｂ３－１及び溝Ｂ３－２を設ける。そして、可動電極板の中央部に固定装置の断面形状と同じのスロットまたは貫通孔Ｂ４をエッチングする。可動電極板のスロットまたは貫通孔Ｂ４は、固定装置Ｄを貫通し、可動電極Ｂ１の面は下に向いており、調整電極Ｂ２の面は上に向いている。溝Ｂ３－１及び溝Ｂ３－２には、それぞれ接続線導体Ｅ１と接続線導体Ｅ２の一端が固定される。

【0068】

単結晶シリコンを基板として上電極板Ｃを製造し、キャパシタの領域及びその両側の可変電極の領域に浅い溝をエッチングする。浅い溝を形成した後、可変電極の領域の中央部に引き続き穴を開けて深い溝をエッチングし、金属をスパッタリングして平坦化する。溝の内部に金属を充填し、上層の浅い溝の金属はキャパシタの上部電極Ｃ１、調整電極Ｃ２－１及び調整電極Ｃ２－２を形成し、下部の深い溝に金属を充填してリード線を形成し、かつスイッチＣ４－１に接続する。堆積された金属リード線は上部電極及び調整電極を上電極板のエッジに引き出す。上電極板の製造を完了した後、上電極板Ｃを固定装置Ｄにボンディングすることによって、上電極板Ｃと下電極板Ａとを電気的に組み立て、パッケージの両端から、上電極板Ｃにおける制御層Ｃ４の上部電極のリード線、スイッチの制御リード線及び可変電圧リード線を、それぞれキャパシタの両端の側面からキャパシタのアースピン、制御ピン及び可変電圧ピンにそれぞれ引き出す。

【0069】

（実施例２）
図９～図１６に示すように、本実施例は、９個の可変セルキャパシタにより構成される結合キャパシタを提供する。９個の可変セルキャパシタの上部電極Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６、Ｃ１７、Ｃ１８、Ｃ１９、及び９ペアの上電極板の調整電極Ｃ２１１とＣ２２１、Ｃ２１２とＣ２２２、Ｃ２１３とＣ２２３、Ｃ２１４とＣ２２４、Ｃ２１５とＣ２２５、Ｃ２１６とＣ２２６、Ｃ２１７とＣ２２７、Ｃ２１８とＣ２２８、Ｃ２１９とＣ２２９は、１つの上電極板に共に分布されており、互いに分離されている。そのうち、上部電極Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３は、電極層で互いに接続されて１組になり、上部電極Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６は、電極層で互いに接続されて１組になり、上部電極Ｃ１７、Ｃ１８、Ｃ１９は、電極層で互いに接続されて１組になり、合計３組を形成する。各組は１つのメインリード線導体にそれぞれ接続され、メインリード線導体はキャパシタのアースピンに接続される。上電極板の９ペアの調整電極における各ペアの調整電極は、いずれもリード線導体を介して互いに接続されており、各ペアの調整電極は、スイッチマトリックスにおける１つのスイッチの一端にさらに接続され、該スイッチの他端は、いずれもリード線導体を介して可変セルキャパシタの可変電圧ピンに接続される。結合キャパシタにおける９個の下部電極Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、Ａ１６、Ａ１７、Ａ１８、Ａ１９は、１つの下電極板に共に分布しており、互いに分離されている。下部電極Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３は、互いに接続されて１組になり、下部電極Ａ１４、 Ａ１５、Ａ１６は、互いに接続されて１組になり、下部電極Ａ１７、Ａ１８、Ａ１９は、互いに接続されて１組になる。合計３組の下部電極は、さらに１本のリード線導体にそれぞれ接続され、リード線導体は、結合キャパシタの作動電圧ピンに接続される。このうち、上電極板の電極層における上部電極と上部電極のリード線の間、上部電極と調整電極のリード線との間は、誘電体により互いに絶縁分離され、下電極板の下部電極同士のリード線とリード線の間は分離されている。リード線と上電極板の電極層の上部電極、調整電極、下電極板の下部電極との間は分離されているかまたは重ならない。９個の上部電極と９個の下部電極は同じ外形寸法を有し、また、垂直方向で厳密に整列している。対応する９個の固定装置と９組の接続線導体は、共に結合キャパシタを構成し、下電極板の電極層に分布される９個の下部電極と、９個の固定装置で移動できる９個の対応する可動電極板の可動電極は、９個のセルキャパシタを構成する。各セルキャパシタにおいて、可動電極板の可動電極は、下電極板の下部電極と垂直方向に厳密に整列される。そのうち、９個の可動電極板の可動電極における対応する９ペアのスロットは、それぞれ対応する９ペアの接続線導体の一端に接続し、９ペアの接続線導体の他端は、９個の可動電極板の可動電極に対応する上電極板の電極層の９個の上部電極における９ペアのスロットに接続する。上電極板の電極層に分布される９個の上部電極の中心位置は、９個の対応する固定装置の中心位置にそれぞれ垂直に接続して固定され、９個の固定装置の中心位置の他端は、９個の下部電極の中心位置にそれぞれ垂直に接続して固定される。９個の固定装置により結合キャパシタの上電極板と下電極板を固定することによって、結合キャパシタの上電極板と下電極板は所定の距離を離れるように平行しており、上電極板と下電極板の外周は整列されている。９個の可動電極板は、上電極板と下電極板との間で、それぞれ任意に組合せて移動することによって、結合キャパシタの大きさを調節する。前記上電極板の電極層の９個の調整電極は、９個の固定装置における平行に移動可能な９個の平行可動電極板に対応する調整電極と９個の調整ユニットを構成し、前記結合キャパシタにおける９個のセルキャパシタと９個の対応する調整ユニットは、９個の固定装置に組み立てられた９個の可動電極板により、９個の可変セルキャパシタを構成する。

【0070】

本実施例に係る結合キャパシタにおいて、９個の可変セルキャパシタの各キャパシタの容量値は、いずれも個別に調整可能で、また、複数の可変セルキャパシタの容量値を任意に組合せて調整することも可能で、それにより、結合キャパシタの異なる容量値を実現する。具体的な調整方法は、ＩＩＣバスを介して外部の制御器を本実施例に係る結合キャパシタのＩＩＣ制御ピンに接続し、外部にはメイン制御器を設け、結合キャパシタの内部の９個のスイッチにおけるＩＩＣは、いずれもサブ制御器である。９個のセルキャパシタにおける各セルキャパシタの制御スイッチには、いずれも１つのアドレスが割り当てられており、バスアドレスを介してメイン制御器が９個のスイッチの各スイッチを具体的に識別し、具体的にある１つまたは１組のスイッチを正確にオン、オフ制御することを実現し、それにより、結合キャパシタの異なる容量値を実現する。

【0071】

前記本実施例に係る結合キャパシタの適用過程において、制御器への電源印加順番が必要であり、具体的な電源印加順番は、まず、可変電圧ピンに可変電圧を印加し、次に、作動電圧ピンに作動電圧を印加する。また、整合回路の動作需要に基づいて、スイッチマトリックスにおける９個のスイッチのオンオフの制御を調整することによって、結合キャパシタの容量値の所要の容量値への調整を実現する。キャパシタの容量値を調整した後、最後に、適用回路に作動電圧を印加し、該結合キャパシタをパワーアンプ回路に適用する場合、上記の順に従ってキャパシタの容量値を調整した後、最後にパワーアンプチューブのグリッド電圧に給電し、それにより、容量値の調整と切り替え過程において、適用回路に不安定をもたらす問題を避けることができる。

【0072】

図１０は、本発明の第２の実施例に係る結合キャパシタの下電極板の構造図である。本実施例において、前記下電極板には９個の下部電極Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、Ａ１６、Ａ１７、Ａ１８、Ａ１９が分布されており、９個の下部電極の間は誘電体材料を介して互いに分離されている。そのうち、下部電極Ａ１１、Ａ１２及びＡ１３は、リード線導体をスパッタリングすることによって互いに接続された後、下部電極Ａ１４、Ａ１５及びＡ１６は、リード線導体をスパッタリングすることによって互いに接続され、下部電極Ａ１７、Ａ１８及びＡ１９は、リード線導体をスパッタリングすることによって互いに接続される。そして、３組の下部電極は、１本のメインリード線導体にそれぞれ接続され、該メインリード線導体は、結合キャパシタの作動電圧ピンに接続される。上記の全てのリード線導体はルーティング過程に、上電極板の電極層の上部電極、可動電極板の可動電極のいずれとも重ならず、それにより、リード線によって発生する可能性のある寄生容量を回避する。同時に、リード線導体と１つの下部電極の材料、サイズ、抵抗値によって、結合キャパシタの作動電圧電極の耐電圧能力が決定される。各下部電極の上面に覆われる誘電体材料は、分離層Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４、Ａ２５、Ａ２６、Ａ２７、Ａ２８及びＡ２９をそれぞれ形成し、各可変キャパシタにおける可動電極と下部電極を分離するために用いられる。

【0073】

図１１は、第２の本実施例に係る結合キャパシタの上電極板の電極層の構造の模式図である。本実施例において、上電極板の電極層には、９個の上部電極Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６、Ｃ１７、Ｃ１８、Ｃ１９が分布されており、それぞれ対応する下電極板における９個の下部電極Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、Ａ１６、Ａ１７、Ａ１８、Ａ１９と形状及び面積の大きさが同じで、かつ整列に分布され、９個の上部電極の間は誘電体材料を介して互いに分離される。そのうち、上部電極Ｃ１１、Ｃ１２及びＣ１３はリード線導体を介して互いに接続された１組であり、上部電極Ｃ１４、Ｃ１５及びＣ１６はリード線導体を介して互いに接続された１組であり、上部電極Ｃ１７、Ｃ１８及びＣ１９はリード線導体を介して互いに接続された１組である。各組の上部電極は、リード線を介して１本のメインリード線に接続され、該メインリード線は、キャパシタの側辺のパッケージの外経路を介して、キャパシタのアースピンにさらに接続される。各上部電極の両側には１ペアの調整電極がそれぞれ分布されており、合計９ペアの調整電極は、それぞれ調整電極Ｃ２１１とＣ２２１、調整電極Ｃ２１２とＣ２２２、調整電極Ｃ２１３とＣ２２３、調整電極Ｃ２１４とＣ２２４、調整電極Ｃ２１５とＣ２２５、調整電極Ｃ２１６とＣ２２６、調整電極Ｃ２１７とＣ２２７、調整電極Ｃ２１８とＣ２２８、調整電極Ｃ２１９とＣ２２９である。９ペアの調整電極における各ペアの調整電極は、それぞれ対応する９個の可動電極板のうち１つの可動電極板の１ペアの調整電極と整列し、各調整電極には、上電極板の制御層の対応するリード線導体に接続される金属ビアホールがある。上記の前記リード線導体は、上電極板の電極層の上部電極、可動電極板の可動電極、下電極板の電極層の下部電極のいずれとも重ならず、リード線とリード線との間は、できる限り交差を回避し、それにより、発生可能な寄生キャパシタを低減する。

【0074】

図１２は、第２の本実施例に係る結合キャパシタの上電極板の制御層の構造の模式図である。本実施例において、前記結合キャパシタの上電極板の制御層に分布される９個のスイッチは、それぞれスイッチＣ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５、Ｃ４６、Ｃ４７、 Ｃ４８、Ｃ４９である。各ペアの調整電極は、いずれも金属ビアホールを介して制御層の９個のスイッチのうち１つのスイッチの一端に接続される。３個のスイッチごとに１組を形成し制御バスに接続されており、制御バスには各スイッチに１つのアドレスが割り当てられており、９個のスイッチには合計９個のアドレスが割り当てられる。外部または内部のプロセッサは、バスアドレスを利用して各スイッチを識別して、各スイッチに対するオンオフ制御を実現する。最後に、９個のスイッチの他端は互いに接続された後、リード線を介してキャパシタの可変電圧ピンに接続し、前記バスは、対応するリード線を介してキャパシタパッケージの外部の対応するバス制御ピンに接続する。上記の前記リード線は、上電極板の電極層の上部電極、可動電極板の可動電極、下電極板の電極層の下部電極のいずれとも重ならない。

【0075】

図１３～図１６は、本実施例に係る結合キャパシタパッケージの関連模式図である。前記結合キャパシタは１つの密封空間にパッケージされており、具体的なパッケージの実現過程は以下のとおりである。まず、単結晶シリコンの上で、単結晶シリコンを用いて、単結晶シリコンにエッチングすることによって、結合キャパシタの下電極板及びパッケージの周りの壁板を形成する。下電極板の表面に、スパッタリングにより形状が規則的な９個の下部電極を形成し、９個の下部電極の表面に、高いＱ値及び高誘電率の誘電体を沈殿することによって、９個の下部電極に分離層をそれぞれ形成する。そして、金属リード線をスパッタリングすることによって、９個の下部電極を３組に分割し、各列の３個の下部電極を互いに接続させた後、１つのスパッタリングしたバスに接続し、バスは結合キャパシタの作動電圧ピンに接続する。その後、堆積またはボンディング方法により、下電極板の９個の下部電極の中心位置に、９個の固定装置を形成または製造する。固定装置の形態には、固定軸、固定パネル、固定キャビティ、固定バネ等の形態が含まれるが、これらに限定されない。また、単結晶シリコンを基板として、同じ形状と同じサイズの９枚の可動電極板を製造する。各可動電極板の両側の可動電極の領域及び調整電極の領域には、それぞれ溝をエッチングし、金属をスパッタリングして平坦化し、溝の内部に金属を充填することによって、各可動電極板の可動電極及び調整電極を形成する。可動電極板の真中には、固定装置の断面形状と同じで、サイズが若干大きい貫通孔をエッチングすると共に、可動電極の上面に接続線導体の接続に用いられるスロットをエッチングして、各可動電極板のスロットの内部には、１つの接続線導体が固定される。

【0076】

単結晶シリコンを基板として上電極板を製造し、上電極板に９個の可動電極板の面積及び形状が同じの９ブロックの領域を分布する。この９ブロックの領域の一面は電極層として、それぞれ金属をスパッタリングすることによって、上電極板の調整電極及び上部電極を形成し、他面は制御層として対応するスイッチのウェハー回路を制御層にエッチングし、かつ対応する接続線導体をスパッタリングすることによって、全てのスイッチ及び接続線導体は、いずれも上部電極と調整電極との間の隙間に分布され、上部電極及び調整電極と重ならない。金属化のビアホールを開けることによって、調整電極を対応するスイッチに接続し、対応する接続リード線を電極層及び制御層のエッジにスパークリングして、結合キャパシタのアース極と可変電圧電極に引き出して接続することに用いる。最後に、９個の可動電極板の接続線導体の他端を、それぞれ９個の上部電極のスロットに対応して接続及び固定し、上電極板全体及び９個の可動電極板を、下電極板のベース溝に取り付け、結合キャパシタ全体に対する密封及び外部ピンの表層の処理を行うことによって、最終的にキャパシタのパッケージを実現する。

【0077】

説明の便宜上、上記装置は説明では、単一の可変セルキャパシタ及び９個の可変セルキャパシタから構成される結合キャパシタのみが、それぞれ説明されている。もちろん、本出願を実施する場合、Ｎ個の異なるセルキャパシタを任意に組合せて、各モジュールまたはユニットの機能を、１つ又は複数のハードウェアで実現することができる。当業者は、本出願の実施例が方法、デバイス、実現プロセス及び製品として提供され得ることを、理解できる。

【0078】

図１７は、本発明の実施例のうちの３番目である。本実施例において、Ｎ個の結合キャパシタを縦方向に積層して結合キャパシタを形成することができる。本実施例では、Ｎ個の積層するキャパシタのうち、２個のキャパシタを選択して積層し、結合キャパシタを形成する模式図である。該実施例において、２個の可変セルキャパシタ１００と可変セルキャパシタ２００を縦方向に積層して結合キャパシタを形成し、可変セルキャパシタ１００の下電極板Ａ０と可変セルキャパシタ２００の上電極板Ｃは、１つの電極板を共用する。可変セルキャパシタ２００の調整電極Ｂ２は、ビアホールを介して制御層のスイッチの一端に接続され、スイッチの他端は、リード線を介して可変電圧の制御ピンＹ２に接続される。可変セルキャパシタ１００の調整電極Ｂ２２は、ビアホールを介して制御層のスイッチの一端に接続され、スイッチの他端は、リード線を介して可変電圧の制御ピンＹ３に接続される。可変電圧の制御ピンＹ２及びＹ３は、それぞれ異なる制御電圧を印加されることによって、個別に制御されるか、同じ制御電圧に接続されて共に制御されることができる。前記可変セルキャパシタ１００の上部電極Ｃ１１及び可変セルキャパシタ２００の上部電極Ｃ１は、それぞれリード線を介してアースピンＹ０に接続される。前記可変セルキャパシタ１００の下部電極Ａ０及び可変セルキャパシタ２００の下部電極Ａ１は、それぞれリード線を介して給電用の作動電圧ピンＹ１に接続される。縦方向にパッケージされた結合キャパシタにおけるＮ個の可変セルキャパシタは、縦方向にパッケージされており、キャパシタのパッケージが小さく、占有面積が小さいという特徴がある。

【0079】

図１８は、本発明の実施例のうちの３番目である。本実施例において、まず、横方向に組合せられた３個の可変セルキャパシタ３００、３１０、３２０は、１つの結合キャパシタ５００を構成し、また、横方向に組み合わせられた３個の可変セルキャパシタ３３０、３４０、３５０は、１つの結合キャパシタ４００を構成する。２つの結合キャパシタ４００及び結合キャパシタ５００を積層して、新しい結合キャパシタを構成し、結合キャパシタ４００の下電極板と結合キャパシタ５００の上電極板は、同じ電極板を共用する。そのうち、可変セルキャパシタ３００、３１０、３２０の下部電極Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３は、いずれも同じ下電極板に分布され、誘電体材料を介して互いに分離されており、３個の下部電極は、リード線を介して互いに接続された後、最後に給電電圧ピンＹ１に接続される。可変セルキャパシタ３００、３１０、３２０の上部電極Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３は、いずれも同じ上電極板に分布され、誘電体材料を介して互いに分離されており、３個の上部電極は、リード線を介して互いに接続された後、結合キャパシタのアースピンＹ０にさらに接続される。可変セルキャパシタ３００、３１０、３２０の調整電極Ｂ２１１、Ｂ２２１は、リード線を介して互いに接続された後、さらにリード線を介してスイッチＣ４１の一端に接続され、スイッチＣ４１の他端は、リード線を介して可変電圧の制御ピンＹ２に接続される。調整電極Ｂ２１２、Ｂ２２２は、リード線を介して互いに接続された後、さらにリード線を介してスイッチＣ４２の一端に接続され、スイッチＣ４２の他端は、リード線を介して可変電圧の制御ピンＹ２に接続される。調整電極Ｂ２１３、Ｂ２２３は、リード線を介して互いに接続された後、さらにリード線を介してスイッチＣ４３の一端に接続され、スイッチＣ４３の他端は、リード線を介して可変電圧の制御ピンＹ２に接続される。

【0080】

そのうち、可変セルキャパシタ３３０、３４０、３５０の下部電極Ａ１４、Ａ１５、Ａ１６は、いずれも１つの下電極板に分布され、誘電体材料を介して互いに分離されており、３個の下部電極は、リード線を介して互いに接続された後、最後に給電電圧ピンＹ１に接続する。可変セルキャパシタ３３０、３４０、３５０の上部電極Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６は、いずれも上電極板に分布され、誘電体材料を介して互いに分離されており、３個の上部電極は、リード線を介して互いに接続された後、結合キャパシタのアースピンＹ０にさらに接続される。可変セルキャパシタ３３０、３４０、３５０の調整電極Ｂ２１４、Ｂ２２４は、リード線を介して互いに接続された後、さらにリード線を介してスイッチＣ４４の一端に接続され、スイッチＣ４４の他端は、リード線を介して可変電圧の制御ピンＹ３に接続される。調整電極Ｂ２１５、Ｂ２２５は、リード線を介して互いに接続された後、さらにリード線を介してスイッチＣ４５の一端に接続され、スイッチＣ４５の他端は、リード線を介して可変電圧の制御ピンＹ３に接続される。調整電極Ｂ２１６、Ｂ２２６は、リード線を介して互いに接続された後、さらにリード線を介してスイッチＣ４６の一端に接続され、スイッチＣ４６の他端は、リード線を介して可変電圧の制御ピンＹ３に接続される。

【0081】

上記のように、ＭＥＭＳ構造に基づく可変キャパシタは、高いＱ値を有するだけでなく、同時に高耐電圧、高耐電流の能力も有する。また、複数の可変キャパシタを１つのパッケージにパッケージすることによって、結合キャパシタの容量値を連続的、段階的に調整することができ、キャパシタの容量値が外部または内部のプロセッサを利用してプログラム及び調整可能であるため、適用環境への適応性が良好で、また、調節電極が移動可能な電極であり、電位状態が固定されることによって、可変キャパシタの両端の無線周波数回路の直流バイアスがスイッチアームの移動に与える影響を回避する。従来の可変キャパシタとの違いは、可動電極が水平に上下に移動し、電極自体に変形がないため、寄生容量が減少でき、容量変化の直線性をより高めることができる。調節電極は、常に電界ブロック状態にあるため、外部の機械的振動の影響を低減する。半導体と誘電体材料は、低温の半田を用いて溶接し、同時にウェハーレベルのパッケージを実現する。

【0082】

上記の内容は、具体的な好ましい実施形態を参照して、本発明をさらに詳細に説明したものである。本発明の具体的な実施が、これらの説明に限定されると考えてはならない。本発明が属する技術分野の通常の技術者にとって、本発明の思想を逸脱しない範囲で、いくつかの簡単な推論または置換えを行うことができ、これらはいずれも本発明の保護範囲内に属するものと見なすべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】