(57)【要約】【課題】  バリキャップダイオードを用いず、少ない層構造でカップリングコンデンサと可変容量コンデンサとを有する低コストの可変容量コンデンサ部品を提供する。【解決手段】  絶縁性基板１１と、該絶縁性基板１１上にパターン形成された一対の下部電極１２と、絶縁性基板１１上及び下部電極１２上にパターン形成された強誘電体薄膜１３と、一対の下部電極１２の直上かつ強誘電体薄膜１３上にパターン形成され一対のカップリングコンデンサを構成する一対の端子電極１４と、一対の下部電極１２の両方の直上に跨って配されて強誘電体薄膜１３上にパターン形成され可変容量コンデンサを構成する上部電極１５と、強誘電体薄膜１３上にパターン形成され一対の下部電極１２に接続された一対の制御電圧電極１６と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、
該絶縁性基板上にパターン形成された一対の下部電極と、
前記絶縁性基板上及び前記下部電極上にパターン形成された強誘電体薄膜と、
一対の前記下部電極の直上かつ前記強誘電体薄膜上にパターン形成され一対のカップリングコンデンサを構成する一対の端子電極と、
一対の前記下部電極の両方の直上に跨って配されて前記強誘電体薄膜上にパターン形成され可変容量コンデンサを構成する上部電極と、
前記強誘電体薄膜上又は前記絶縁性基板上にパターン形成され一対の前記下部電極に接続された一対の制御電圧電極と、を備えていることを特徴とする可変容量コンデンサ部品。
【請求項２】
請求項１に記載する可変容量コンデンサ部品において、
前記絶縁性基板上に前記強誘電体薄膜に覆われてパターン形成され、一端が前記制御電圧電極に接続されていると共に、他端が前記下部電極に接続されてデカップリングインダクタを構成する一対のインダクタ配線部を備えていることを特徴とする可変容量コンデンサ部品。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する可変容量コンデンサ部品において、
一対の前記制御電圧電極に制御電圧を印加する電源が接続され、並列接続されたインダクタ部と可変容量コンデンサ部とで構成されたチューニング回路の前記可変容量コンデンサ部とされることを特徴とする可変容量コンデンサ部品。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載する可変容量コンデンサ部品において、
前記強誘電体薄膜が、電界印加によって非線形型誘電特性が得られる電圧非線形強誘電体薄膜であることを特徴とする可変容量コンデンサ部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューニング回路等に用いられる低コストに作製可能な可変容量コンデンサ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡＭ／ＦＭチューニング回路等には、半導体で作製された可変容量コンデンサ部であるバリキャップダイオードが用いられている。例えば、図５に示すように、並列接続されたインダクタ部Ｌ０と可変容量コンデンサ部Ｃ０とからなるチューニング回路を構成するために、図６に示すように、バリキャップダイオード１を用いてチューニング回路を構成している。
【０００３】
この回路では、電源Ｖから制御電圧を印加する際に、ノイズ対策等のため、バリキャップダイオード１に一対のデカップリングインダクタ部品２、バイパスコンデンサ部品３及びカップリングコンデンサ部品４を接続する必要である。すなわち、直流側に高周波が回り込まないようにデカップリングインダクタが必要であると共に、高周波側に直流が流れ込まないようにカップリングコンデンサが必要である。これらは、いずれもディスクリート部品として回路基板上に実装されている。
【０００４】
上記のチューニング回路では、インダクタ部Ｌ０を除いてディスクリート部品を少なくとも５個搭載する必要があり、実装面積及び部品コストの増大を招いていると共に、浮遊容量成分も大きくなっていた。また、バリキャップコンデンサ１の場合、カップリングコンデンサを内蔵させることが困難であった。このため、コンデンサを含めた回路の小型化及び低コスト化が要望されている。
【０００５】
例えば、コンデンサを集積して小型化する技術として、従来、特許文献１には、シリコン基板上又はガラス基板上に搭載され、これら基板上に形成された金属層間に金属酸化物層を備えて、その上下に隣接する金属層に形成された電極によってＥＳＬ（等価直列インダクタンス）の小さなコンデンサを内蔵したコンデンサ内蔵電子部品が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５８１６４号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１に記載の技術では、チューニング回路等で必要な容量の小さなコンデンサ（可変容量コンデンサ）と大きなコンデンサ（カップリングコンデンサ）とを基板上に混在させて作製することが困難であると共に、複数のコンデンサやインダクタを形成するために多数の積層構造が必要になる。このため、製造工程が複雑になって製造コストの増大を招いてしまう不都合があった。また、可変容量コンデンサとしてバリキャップダイオードを集積化して搭載するには、半導体層も必要になり、さらに層構造及び製造プロセスの複雑化を招いてしまう問題があった。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、バリキャップダイオードを用いず、少ない層構造でカップリングコンデンサと可変容量コンデンサとを有するデバイスコストの低い可変容量コンデンサ部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の可変容量コンデンサ部品は、絶縁性基板と、該絶縁性基板上にパターン形成された一対の下部電極と、前記絶縁性基板上及び前記下部電極上にパターン形成された強誘電体薄膜と、一対の前記下部電極の直上かつ前記強誘電体薄膜上にパターン形成され一対のカップリングコンデンサを構成する一対の端子電極と、一対の前記下部電極の両方の直上に跨って配されて前記強誘電体薄膜上にパターン形成され可変容量コンデンサを構成する上部電極と、前記強誘電体薄膜上又は前記絶縁性基板上にパターン形成され一対の前記下部電極に接続された一対の制御電圧電極と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この可変容量コンデンサ部品では、絶縁性基板上の一対の下部電極と、これら下部電極に接続された一対の制御電圧電極と、一対の下部電極の両方の直上に跨って配された強誘電体薄膜上の上部電極と、を備えているので、制御電圧電極に電源を接続して制御電圧を印加することで強誘電体薄膜の誘電率が変わり、一対のカップリングコンデンサの間に形成されたコンデンサを可変容量コンデンサとすることができる。すなわち、容量が大きく異なるカップリングコンデンサと可変容量コンデンサとを同一の強誘電体薄膜を介して絶縁性基板上に集積することができると共にバンドパスフィルタを構成することができる。
したがって、少ない層構造による集積化によって、浮遊容量成分を最小化することができる。また、少ない層構造で構成されていると共に半導体層も用いないので、より小さな面積で集積化できると共に、製造工程を簡略化することができ、デバイスコストを安くすることが可能である。
さらに、従来のバリキャップダイオードを用いた場合では、極性があり、極性を考慮した実装が必要になるのに対し、本発明の可変容量コンデンサ部品では、極性が無いため、実装上、極性の確認等が不要になる。
【００１１】
また、本発明の可変容量コンデンサ部品は、前記絶縁性基板上に前記強誘電体薄膜に覆われてパターン形成され、一端が前記制御電圧電極に接続されていると共に、他端が前記下部電極に接続されてデカップリングインダクタを構成する一対のインダクタ配線部を備えていることを特徴とする。
すなわち、この可変容量コンデンサ部品では、絶縁性基板上に強誘電体薄膜に覆われてパターン形成され、一端が制御電圧電極に接続されていると共に、他端が下部電極に接続されてデカップリングインダクタを構成する一対のインダクタ配線部を備えているので、強誘電体薄膜によって高い容量及びインダクタンスが得られると共に、デカップリングインダクタも含めて集積化することができる。
【００１２】
また、本発明の可変容量コンデンサ部品は、一対の前記制御電圧電極に制御電圧を印加する電源が接続され、並列接続されたインダクタ部と可変容量コンデンサ部とで構成されたチューニング回路の前記可変容量コンデンサ部とされることを特徴とする。
すなわち、この可変容量コンデンサ部品では、一対の制御電圧電極に制御電圧を印加する電源が接続され、並列接続されたインダクタ部と可変容量コンデンサ部とで構成されたチューニング回路の可変容量コンデンサ部とされるので、低コストでチューニング回路を構成することが可能になる。
【００１３】
また、本発明の可変容量コンデンサ部品は、前記強誘電体薄膜が、電界印加によって非線形型誘電特性が得られる電圧非線形強誘電体薄膜であることが好ましい。
すなわち、この可変容量コンデンサ部品では、強誘電体薄膜が、電界印加によって非線形型誘電特性が得られる電圧非線形強誘電体薄膜であるので、非線形型誘電特性によって電圧印加（電界印加）に応じて大きく誘電率を変えることができ、容量変化量の大きな可変容量コンデンサを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る可変容量コンデンサ部品によれば、絶縁性基板上の一対の下部電極と、これら下部電極に接続された一対の制御電圧電極と、一対の下部電極の両方の直上に跨って配された強誘電体薄膜上の上部電極と、を備えているので、浮遊容量成分を最小化することができると共に製造工程を簡略化することができる。
また、従来は、チューニング回路を構成するためにディスクリート部品を基本的に５個実装する必要があったのに対し、本発明によれば、１個の容量可変コンデンサ部品の搭載で済み、実装工程の削減、実装面積の省スペース化及びデバイスコストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る可変容量コンデンサ部品の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本実施形態において、可変容量コンデンサ部品を示す等価回路図である。
【図４】本実施形態において、可変容量コンデンサ部品を用いたチューニング回路を示す等価回路図である。
【図５】可変容量コンデンサを使用したチューニング回路を示す回路図である。
【図６】図５に示すチューニング回路において、バリキャップダイオードを含むディスクリート部品で可変容量コンデンサ回路を構成した場合を示す等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る可変容量コンデンサ部品の一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１７】
本実施形態の可変容量コンデンサ部品１０は、図５に示すように、並列接続されたインダクタ部Ｌ０と可変容量コンデンサ部Ｃ０とで構成されたチューニング回路の可変容量コンデンサ部Ｃ０に使用されるコンデンサ部品である。
上記チューニング回路としては、例えば、カーナビゲーションやオーディオコンポ等に用いられるＡＭ／ＦＭチューニング回路、トランシーバや業務無線器等に用いられるＦＭトランスミッタ、携帯電話機や携帯オーディオ機器等に用いられるＦＭチューナＩＣや携帯ＴＶ用回路、ＴＶやビデオレコーダ等に用いられるＴＶチューナ、携帯電話機や無線ＬＡＮ等に用いられるＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）等の各種回路が適用可能である。
【００１８】
この可変容量コンデンサ部品１０は、図１から図３に示すように、絶縁性基板１１と、該絶縁性基板１１上に互いに隣接してパターン形成された一対の下部電極１２と、絶縁性基板１１上及び下部電極１２上にパターン形成された強誘電体薄膜１３と、一対の下部電極１２の直上かつ強誘電体薄膜１３上にパターン形成され一対のカップリングコンデンサＣ１を構成する一対の端子電極１４と、一対の下部電極１２の両方の直上に跨って配されて強誘電体薄膜１３上にパターン形成され可変容量コンデンサＣ２を構成する上部電極１５と、強誘電体薄膜１３上にパターン形成され一対の下部電極１２に接続された一対の制御電圧電極１６と、を備えている。
【００１９】
また、可変容量コンデンサ部品１０は、絶縁性基板１１上に強誘電体薄膜１３に覆われてパターン形成され、一端がビア接続部１７を介して強誘電体薄膜１３上に形成された制御電圧電極１６に接続されていると共に、他端が下部電極１２に接続されてデカップリングインダクタＬ１及びコンデンサＣ３を構成する一対のインダクタ配線部１８を備えている。また、これらインダクタ配線部１８は、渦巻き状に形成されている。
【００２０】
上記絶縁性基板１１は、例えばアルミナ基板である。
上記下部電極１２、制御電圧電極１６、上部電極１５及び端子電極１４は、スパッタリング等によりＰｔ，Ｔｉ，Ｉｒ等で形成されている。
上記強誘電体薄膜１３は、高誘電率を有すると共に印加される電圧に応じて誘電率が変化する薄膜であって、特に、電界印加（電圧印加）によって非線形型誘電特性が得られる電圧非線形強誘電体薄膜であることが好ましい。例えば、強誘電体薄膜１３として、スパッタリング等で成膜された（Ｂａ１−ｘ，Ｓｒｘ）ＴｉＯ３薄膜が採用可能である。この（Ｂａ１−ｘ，Ｓｒｘ）ＴｉＯ３薄膜は、電界印加によって顕著な非線形型誘電特性が得られる電圧非線形強誘電体薄膜である。
【００２１】
上記デカップリングインダクタＬ１及びコンデンサＣ３は、並列共振回路を構成し、渦巻き状にパターン形成されたインダクタ配線部１８によるインダクタ成分とコンデンサ成分とで構成される。
上記一対のカップリングコンデンサＣ１は、強誘電体薄膜１３を挟む一対の下部電極１２と一対の端子電極１４とでそれぞれ構成される。すなわち、カップリングコンデンサＣ１は、高誘電率を有する強誘電体薄膜１３によって高い容量が得られる。
【００２２】
上記デカップリングインダクタＬ１は、直流電圧を印加する端子である制御電圧電極１６に端子電極１４からの高周波が回り込まないようにするものである。
上記コンデンサＣ３は、高周波回路の周波数帯域を阻止域とするためのコンデンサであり、デカップリングインダクタＬ１のみの場合よりも大きな減衰が得られる。なお、広帯域にデカップリングする場合は、デカップリングインダクタＬ１のみの方が良いため、その場合は、コンデンサＣ３をできるだけ構成しないようなインダクタ配線部１８の形状パターンに変更しても構わない。
また、上記カップリングコンデンサＣ１は、直流電圧が端子電極１４に接続される高周波の回路に流れ込まないようにするものである。
【００２３】
上記可変容量コンデンサＣ２は、制御電圧電極１６を介して電源Ｖによって制御電圧が印加された強誘電体薄膜１３を、フロート電極である上部電極１５を介して挟む一対の下部電極１２間によって構成される。すなわち、一対の下部電極１２の一方と上部電極１５とで強誘電体薄膜１３を挟むと共に、一対の下部電極１２の他方と上部電極１５とで強誘電体薄膜１３を挟むことで、大きな容量の可変容量コンデンサＣ２を得ている。
例えば、可変容量コンデンサＣ２は、１００ｐＦ程度であると共に、一対のカップリングコンデンサＣ１は、可変容量コンデンサＣ２の１０倍から１０００倍、すなわち１μＦ程度〜１００μＦ程度である。
【００２４】
したがって、この可変容量コンデンサ部品１０の等価回路は、図３に示すように構成されている。
この可変容量コンデンサ部品１０は、図４に示すように、一対の制御電圧電極１６に制御電圧を印加する電源Ｖが接続され、並列接続されたインダクタ部Ｌ０と可変容量コンデンサ部Ｃ０とで構成されたチューニング回路の可変容量コンデンサ部Ｃ０とされる。
【００２５】
すなわち、一対の制御電圧電極１６を介して電源Ｖによって強誘電体薄膜１３に制御電圧が印加されると、制御電圧に応じて強誘電体薄膜１３の誘電率が変化する。このため、上部電極１５を介して一対の下部電極１２で挟まれた強誘電体薄膜１３の誘電率が変わることで、可変容量コンデンサＣ２の容量が制御電圧に応じて変化する。
なお、図中の符号１９は、アナログＧＮＤ（グランド）であり、符号２０はデジタルＧＮＤ（グランド）である。
【００２６】
このように本実施形態の可変容量コンデンサ部品１０は、絶縁性基板１１上の一対の下部電極１２と、これら下部電極１２に接続された一対の制御電圧電極１６と、一対の下部電極１２の両方の直上に跨って配された強誘電体薄膜１３上の上部電極１５と、を備えているので、制御電圧電極１６に電源Ｖを接続して制御電圧を印加することで強誘電体薄膜１３の誘電率が変わり、一対のカップリングコンデンサＣ１の間に形成されたコンデンサを可変容量コンデンサＣ２とすることができる。すなわち、容量が大きく異なるカップリングコンデンサＣ１と可変容量コンデンサＣ２とを同一の強誘電体薄膜１３を介して絶縁性基板１１上に集積することができると共にバンドパスフィルタを構成することができる。
【００２７】
したがって、可変容量コンデンサＣ２を含む周辺回路を一度に集積する層構造によって、浮遊容量成分を最小化することができる。また、少ない層構造で構成されていると共に半導体層も用いないので、より小さな面積で集積化できると共に、製造工程を簡略化することができ、デバイスコストを安くすることが可能である。
さらに、従来のバリキャップダイオードを用いた場合では、極性があるため、極性を考慮した実装が必要になるのに対し、本実施形態の可変容量コンデンサ部品１０では、極性が無いため、実装上、極性の確認等が不要になる。
【００２８】
また、絶縁性基板１１上に強誘電体薄膜１３に覆われてパターン形成され、一端が制御電圧電極１６に接続されていると共に、他端が下部電極１２に接続されてデカップリングインダクタＬ１及びコンデンサＣ３を構成する一対のインダクタ配線部１８を備えているので、強誘電体薄膜１３によって高い容量及びインダクタンスが得られると共に、デカップリングインダクタＬ１及びコンデンサＣ３も含めて集積化することができる。
【００２９】
さらに、強誘電体薄膜１３が、電界印加によって非線形型誘電特性が得られる電圧非線形強誘電体薄膜であるので、非線形型誘電特性によって電圧印加（電界印加）に応じて大きく誘電率を変えることができ、容量変化量の大きな可変容量コンデンサＣ２を得ることができる。
【００３０】
このように、この可変容量コンデンサ部品１０では、一対の制御電圧電極１６に制御電圧を印加する電源Ｖが接続され、並列接続されたインダクタ部Ｌ０と可変容量コンデンサ部Ｃ０とで構成されたチューニング回路の可変容量コンデンサ部Ｃ０とされるので、低コストでチューニング回路を構成することが可能になる。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３２】
例えば、上記実施形態では、強誘電体薄膜１３を貫通するビア接続部１７を介してインダクタ配線部１８に接続された制御電圧電極１６を強誘電体薄膜１３上に形成しているが、制御電圧電極１６をインダクタ配線部１８に直接接続可能に絶縁性基板１１上に形成しても構わない。
また、本実施形態の可変容量コンデンサ部品１０の他の用途として、移相器、フィルタ、アンテナ等に用いられる可変容量コンデンサとして適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…可変容量コンデンサ部品、１１…絶縁性基板、１２…下部電極、１３…強誘電体薄膜、１４…端子電極、１５…上部電極、１６…制御電圧電極、１７…ビア接続部、１８…インダクタ配線部、Ｃ０…可変容量コンデンサ部、Ｃ１…カップリングコンデンサ、Ｃ２…可変容量コンデンサ、Ｃ３…コンデンサ、Ｌ０…インダクタ部、Ｌ１…デカップリングインダクタ、Ｖ…電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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