(57)【要約】【課題】コンデンサの機能を持つ部分の容量の制御を容易にする帯域可変フィルタを提供する。【解決手段】高周波用帯域可変フィルタ１００は、コイル１０５とコンデンサ１２５とを有する。そして、コンデンサ１２５は、対向したコンデンサ電極１０７とグランド兼コンデンサ電極１０８とを有し、一方のグランド兼コンデンサ電極１０８が可動し、かつ、複数個に分割されている構造からなる。さらに、高周波用帯域可変フィルタ１００は、グランド兼コンデンサ電極１０８を可動させるための可動機構としての圧電素子１１０、圧電素子上部電極１０９及び圧電素子下部電極１１１等を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルとコンデンサとを有し、前記コンデンサの容量を変化させることで周波数帯域を変化させる帯域可変フィルタであって、
前記コンデンサは、対向した電極を有し、前記対向した電極の少なくとも一方が可動し、かつ、前記対向した電極の少なくとも一方が複数個に分割されている構造からなり、
前記帯域可変フィルタは、前記対向した電極の少なくとも一方を可動させるための可動機構を有する、帯域可変フィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記可動機構として、圧電素子を用いる、帯域可変フィルタ。
【請求項３】
請求項２記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記圧電素子は、前記電極の複数個に分割されている各分割電極に対応して複数個に分割され、この分割された各分割圧電素子で各分割電極を個々に可動させる構成からなる、帯域可変フィルタ。
【請求項４】
請求項１記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記対向した電極のうち、少なくとも一方の電極の表面に絶縁体が形成されている、帯域可変フィルタ。
【請求項５】
請求項４記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記一方の電極の表面に形成されている前記絶縁体の表面に対して、他方の電極の表面が、前記可動機構で可動させる前の初期段階において接触している、帯域可変フィルタ。
【請求項６】
請求項２記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記圧電素子の直下に空洞を有する、帯域可変フィルタ。
【請求項７】
請求項１記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記コンデンサ及び前記可動機構の部分は、前記コンデンサの可動する電極及び前記可動機構を有する第１の構造体と、前記コンデンサの可動しない電極を有する第２の構造体とを組み合わせて製造されている、帯域可変フィルタ。
【請求項８】
請求項３記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記電極が複数個に分割されている構造からなる前記コンデンサを、２個のアナログ可変コンデンサとした、帯域可変フィルタ。
【請求項９】
請求項３記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記電極が複数個に分割されている構造からなる前記コンデンサは、少なくとも一つがデジタル可変コンデンサであり、他の少なくとも一つがアナログ可変コンデンサである、帯域可変フィルタ。
【請求項１０】
請求項４記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記可動機構で可動させられる可動部分が、可動後において、ストッパに接触している、帯域可変フィルタ。
【請求項１１】
請求項２記載の帯域可変フィルタにおいて、
前記圧電素子に電圧を印加する電極と、前記コンデンサの電極との間に誘電体が設置されている、帯域可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯域可変フィルタに関し、特に、高周波用帯域可変フィルタに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、例えば、特開２００２−２０８８０１号公報（特許文献１）や、特開２００２−２０８８０２号公報（特許文献２）がある。
【０００３】
特許文献１には、「伝送線路上に、誘電体共振器（ＤＲＯ）を含む側路を１以上設けてなるフィルタ回路であって、側路の少なくとも１つにおいてＤＲＯと並列に設けられ複数の容量値を取り得るキャパシタ手段を有し、前記容量を変更することによりフィルタの中心周波数を切り替えることを特徴とする帯域可変型フィルタ回路、及びこれを用いたフロントエンド。」と記載されている（要約参照）。
【０００４】
特許文献２には、「切り替え可能な複数の線路を伝送線路の一部として含む高周波用の帯域可変フィルタであって、（ａ）前記切り替え可能な複数の線路のいずれもがキャパシタ及び／または誘電体共振器（ＤＲＯ）を含む側路を有し、前記伝送線路の残りの部分がＤＲＯ及び／またはキャパシタを含む側路を有し、前記切り替え可能な複数の線路の１つを選択して伝送線路を構成することにより、伝送線路の側路におけるＤＲＯの特性値及び／またはこれと並列なキャパシタの容量を切り替え、フィルタ特性を変化させることを特徴とする帯域可変型フィルタ回路、及びこれを用いたフロントエンド。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０８８０１号公報
【特許文献２】特開２００２−２０８８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１及び特許文献２には、コンデンサ（キャパシタ）の容量を切り替え、フィルタ特性を変化させることができる電子デバイスの構造体が記載されている。しかし、コンデンサの容量を変える手段として、所望の周波数の数に応じた数のコンデンサとスイッチが必要であり、回路が複雑になるという課題がある。
【０００７】
また、前記特許文献１及び特許文献２のような構造体では、例えば、携帯機器に搭載した場合に、装置の小形化を妨げる場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その代表的な目的は、コンデンサの機能を持つ部分の容量の制御を容易にする帯域可変フィルタを提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
すなわち、代表的な帯域可変フィルタは、コイルとコンデンサとを有し、前記コンデンサの容量を変化させることで周波数帯域を変化させる帯域可変フィルタである。そして、前記コンデンサは、対向した電極を有し、前記対向した電極の少なくとも一方が可動し、かつ、前記対向した電極の少なくとも一方が複数個に分割されている構造からなる。さらに、前記帯域可変フィルタは、前記対向した電極の少なくとも一方を可動させるための可動機構を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１３】
すなわち、代表的な効果は、コンデンサの機能を持つ部分の容量の制御を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態の高周波用帯域可変フィルタの構造（ａ）及び等価回路（ｂ）の一例を説明するための図である。
【図２】図１の高周波用帯域可変フィルタを構成する構造体Ａの形成方法の工程（１）〜（４）の一例を説明するための図である。
【図３】図２に続く、構造体Ａの形成方法の工程（５）〜（６）の一例を説明するための図である。
【図４】図３（６）の工程が完了した段階のスリットの形状（ａ）（ｂ）の一例を説明するための図である。
【図５】図４とは別のスリットの形状（ｃ）の一例を説明するための図である。
【図６】図１の高周波用帯域可変フィルタを構成する構造体Ｂの形成方法の工程（１）〜（４）の一例を説明するための図である。
【図７】図１の高周波用帯域可変フィルタの組み立て方法（構造体Ａと構造体Ｂとからの組み立て）の工程（１）〜（３）の一例を説明するための図である。
【図８】図７に続く、高周波用帯域可変フィルタの組み立て方法の工程（４）〜（６）の一例を説明するための図である。
【図９】図８に続く、高周波用帯域可変フィルタの組み立て方法の工程（７）〜（９）の一例を説明するための図である。
【図１０】図９に続く、高周波用帯域可変フィルタの組み立て方法の工程（１０）〜（１２）の一例を説明するための図である。
【図１１】図２（４）及び図６（３）の工程を詳細（１）〜（２）に説明するための図である。
【図１２】分割しない場合のアナログ可変コンデンサの電圧依存性の一例を説明するための図である。
【図１３】２分割した際のアナログ可変コンデンサの電圧依存性の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００１６】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値及び範囲についても同様である。
【００１７】
［実施の形態の概要］
本実施の形態の帯域可変フィルタは、以下の特徴を有している（一例として、（）内に対応する構成要素、符号等を付記）。代表的な帯域可変フィルタ（高周波用帯域可変フィルタ１００）は、コイル（コイル１０５）とコンデンサ（コンデンサ１２５）とを有し、前記コンデンサの容量を変化させることで周波数帯域を変化させる帯域可変フィルタである。そして、前記コンデンサは、対向した電極（コンデンサ電極１０７、グランド兼コンデンサ電極１０８）を有し、前記対向した電極の少なくとも一方が可動し、かつ、前記対向した電極の少なくとも一方が複数個に分割されている構造からなる。さらに、前記帯域可変フィルタは、前記対向した電極の少なくとも一方を可動させるための可動機構（圧電素子１１０、圧電素子上部電極１０９、圧電素子下部電極１１１等）を有する。
【００１８】
以上説明した本実施の形態の概要に基づいた一実施の形態を、以下において図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、全図において、概略斜視図と概略断面図とに共通に、同一の部材には原則として同一のハッチングを付して各構成要素を区別する。なお、工程図中のパターニングに関しては、レジスト形成、エッチング、レジスト剥離の工程を基本とする。本工程図では、これらの工程図を省略し、レジスト剥離後の形状のみを記載する。
【００１９】
［一実施の形態］
本実施の形態では、高周波用帯域可変フィルタの構造及びその製造方法を、図１〜図１３を用いて説明する。
【００２０】
＜高周波用帯域可変フィルタの構造及び等価回路＞
図１を用いて、本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタの構造及び等価回路について説明する。図１（ａ）は、この高周波用帯域可変フィルタの構造の一例を説明するための図である。この図１（ａ）では、高周波用帯域可変フィルタの構造の主要構成要素を抜き出した概略斜視図を示す。また、図１（ｂ）は、高周波用帯域可変フィルタの等価回路の一例を説明するための図である。
【００２１】
本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００は、図１（ｂ）の等価回路に示すとおり、コイル１０５とコンデンサ１２５から形成されている。詳細は後述するが、コンデンサ１２５の機能を持つ部分は複数個に分割されている。図１（ｂ）では、コンデンサ１２５ａとコンデンサ１２５ｂとの２つに分割されている例を示す。この等価回路において、コイル１０５とコンデンサ１２５の少なくとも一方の値を変化させると、周波数を変えることができる。本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００では、周波数を変化させるために、コンデンサ１２５の値（容量）を変化させる。コンデンサ１２５は、誘電体によって分離された２枚の電極で構成され、その容量は、電極面積に比例し、誘電率に比例し、電極間の距離に反比例する。
【００２２】
本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００の構造では、コンデンサ１２５の電極間の距離を変えることで容量を変える。そして、コンデンサ１２５の電極間の距離を変える方法として、圧電素子を駆動力として用い、コンデンサ１２５の電極を動かすことで電極間の距離を変える。圧電素子は、圧電体に加えられた力を電圧に変換する、あるいは電圧を力に変換することができる。つまり、圧電素子に電圧を印加すると電圧を力に変換し、その力でコンデンサ１２５の電極間の距離を変える。
【００２３】
本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００は、図１（ａ）に示すように、構造体Ａ１０１及び構造体Ｂ１０２から構成されている。構造体Ａ１０１及び構造体Ｂ１０２は、各々形成し、この形成した構造体Ａ１０１と構造体Ｂ１０２とを組み立てることで、高周波用帯域可変フィルタ１００（コンデンサ１２５の機能部分）として完成される（図２〜図１１を用いて後述）。
【００２４】
構造体Ｂ１０２には、コンデンサ１２５の対向した電極のうちの一方の電極であるコンデンサ電極１０７が形成されている。構造体Ａ１０１には、コンデンサ１２５の対向した電極のうちの他方の電極であるグランド兼コンデンサ電極１０８が形成されている。コイル１０５は、本実施の形態で形成するコンデンサ１２５の機能部分の素子を搭載するプリント基板等の上に形成される。
【００２５】
なお、本高周波用帯域可変フィルタ１００では、構造を簡略化するため、グランド兼コンデンサ電極１０８としてグランドとコンデンサ電極を兼用としているが、これらを別個に形成することも可能である。
【００２６】
コンデンサ電極１０７とグランド兼コンデンサ電極１０８を持つコンデンサ１２５の電極間距離を変化させる圧電素子は、圧電素子１１０を圧電素子上部電極１０９と圧電素子下部電極１１１で挟む構造体とする。この圧電素子上部電極１０９と圧電素子下部電極１１１に電圧を印加することで、圧電素子１１０を駆動する。この圧電素子１１０と圧電素子上部電極１０９と圧電素子下部電極１１１等を含めて、グランド兼コンデンサ電極１０８を可動させるための可動機構と呼ぶ。
【００２７】
圧電素子上部電極１０９の上には絶縁体（ＣＶＤ）１１６が形成され、その上に配線回路１０３とグランド兼コンデンサ電極１０８が形成されている。配線回路１０３の配線は、高周波入力配線１１２、高周波出力配線１１３に接続されている。グランド兼コンデンサ電極１０８と圧電素子上部電極１０９と圧電素子下部電極１１１の各々の配線は、グランド兼コンデンサ配線１１４、圧電素子上部電極配線１２７、圧電素子下部電極配線１２８に接続されている。
【００２８】
特に、本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００の構造では、コイル１０５と、コンデンサ１２５と、圧電素子１１０等を含む可動機構とを有する構成において、コンデンサ１２５の対向したコンデンサ電極１０７とグランド兼コンデンサ電極１０８とのうち、少なくとも一方が可動する構造である。ここでは、グランド兼コンデンサ電極１０８を可動する例を説明する。
【００２９】
また、コンデンサ１２５の対向したコンデンサ電極１０７とグランド兼コンデンサ電極１０８とのうち、少なくとも一方の電極の表面に絶縁体が形成されている。ここでは、コンデンサ電極１０７の表面に絶縁体（ＣＶＤ）１１６が形成されている例を説明する。そして、このコンデンサ電極１０７の表面に形成されている絶縁体（ＣＶＤ）１１６の表面に対して、グランド兼コンデンサ電極１０８の表面が、圧電素子１１０等を含む可動機構でグランド兼コンデンサ電極１０８を可動させる前の初期段階において接触している。
【００３０】
さらに、圧電素子１１０等を含む可動機構でグランド兼コンデンサ電極１０８を動かすことで、コンデンサ電極１０７とグランド兼コンデンサ電極１０８との間の距離を変えることができる。これにより、コンデンサ１２５の容量が変わるので、高周波用帯域可変フィルタ１００として、周波数帯域を変化させることが可能となる。
【００３１】
さらに、本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００の構造では、コンデンサ１２５の機能を持つ部分の容量の制御を容易にするため、対向した電極の少なくとも一方が複数個に分割されている構造からなる。図１（ａ）では、グランド兼コンデンサ電極１０８が、グランド兼コンデンサ電極１０８ａと１０８ｂの２つに分割されている例を示す。この分割されたグランド兼コンデンサ電極１０８ａ，１０８ｂのそれぞれを、ここでは分割電極と呼ぶ。
【００３２】
さらに、このグランド兼コンデンサ電極１０８を可動させるための可動機構である、圧電素子１１０と圧電素子上部電極１０９と圧電素子下部電極１１１等も、それぞれ２つに分割されている。例えば、圧電素子１１０は、圧電素子１１０ａと１１０ｂの２つに分割されている。この分割された圧電素子１１０ａ，１１０ｂのそれぞれを、ここでは分割圧電素子と呼ぶ。同様に、圧電素子上部電極１０９は圧電素子上部電極１０９ａと１０９ｂの２つに分割され、圧電素子下部電極１１１は圧電素子下部電極１１１ａと１１１ｂの２つに分割されている。
【００３３】
これらのグランド兼コンデンサ電極１０８と圧電素子上部電極１０９と圧電素子下部電極１１１の分割に伴って、グランド兼コンデンサ配線１１４と圧電素子上部電極配線１２７と圧電素子下部電極配線１２８の配線も、それぞれ、グランド兼コンデンサ配線１１４ａと１１４ｂ、圧電素子上部電極配線１２７ａと１２７ｂ、圧電素子下部電極配線１２８ａと１２８ｂの２系統ずつ設けられている。
【００３４】
このように、グランド兼コンデンサ電極１０８及びその可動機構を複数個（図１では２つの例）に分割することで、コンデンサ１２５の機能を持つ部分の容量の制御を容易にする構造を提供することができる。すなわち、分割された個々の圧電素子１１０ａ，１１０ｂは、分割された個々の圧電素子上部電極１０９ａ，１０９ｂと圧電素子下部電極１１１ａ，１１１ｂに対して個別に電圧をかけることで、それぞれ個別に駆動させることができる。これにより、コンデンサ電極１０７に対するグランド兼コンデンサ電極１０８ａ，１０８ｂの距離を個別に変えることが可能となり、コンデンサ１２５の機能を持つ部分の容量の制御を容易にして、最適な容量を得ることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００の構造では、各構成要素が平面視において四角形で形成されているが、円形等の他の形状にも適用可能であることは言うまでもない。
【００３６】
より望ましい本実施の形態の帯域可変フィルタでは、コンデンサ１２５が２個のアナログ可変コンデンサで構成されている。ここでアナログ可変コンデンサとは、アナログ制御信号により、コンデンサ１２５の容量値が連続的に制御される、または、ほぼ連続とみなせる多水準の離散的な値を示すように制御された可変コンデンサである。アナログ制御信号は、例えば、デジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）の出力ＤＣ電圧あるいは、マイコンから出力したＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を積分回路で平滑化した後の出力ＤＣ電圧である。
【００３７】
図１２，図１３を用いて、コンデンサ１２５が２個のアナログ可変コンデンサで構成される場合の効果について説明する。図１２は分割しない場合のアナログ可変コンデンサの電圧依存性の一例を説明するための図であり、図１３は２分割した際のアナログ可変コンデンサの電圧依存性の一例を説明するための図である。
【００３８】
効果を分かりやすく説明するため、例として、インダクタンス０．５ｎＨの並列共振回路の共振周波数を７００ＭＨｚから２７００ＭＨｚまで１ＭＨｚステップサイズで切り替えるとする。
【００３９】
上記、周波数範囲を可変させるためには、容量の下限値は６．９ｐＦ、上限値は１０３．４ｐＦとなる。
【００４０】
アナログ可変コンデンサを、空気層と誘電体層から構成される平行平板コンデンサとし、圧電素子の変位により、空気層のギャップが変化する場合、容量値Ｃと電圧値Ｖの関係は、数式（１）と数式（２）を用いて表され、図１２に示すような容量値の電圧依存性を示す。低電圧の領域では容量値が急峻に変化し、高電圧の領域では緩やかな変化を示す。
【００４１】
ε０は真空中の誘電率（８．８５ｅ−１２）、εｒは比誘電率、ｄ０は空気層の厚み、ｄ１は誘電体層の厚み、Ｓは面積、ｄ’０は印加電圧０Ｖ時の空気層の厚み、Δｄは単位電圧当たりの圧電素子の変位量である。
【００４２】
例えば、Ｓが１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、εｒが４．０、ｄ’０が５０ｎｍ、ｄ１が１００ｎｍ、Δｄが０．３５ｕｍ／Ｖとすると、印加電圧が０Ｖでは最大容量２６６ｐＦ、印加電圧が２０Ｖでは最小容量２．８ｐＦとなる。
【００４３】
【数１】
2014204215.tif 000003
【００４４】
【数２】
2014204215.tif 000004
【００４５】
例えば、共振周波数を７００ＭＨｚから７０１ＭＨｚに切り替えるためには、容量値を１０３．４ｐＦから１０３．１ｐＦに変更する必要があり、印加電圧は０．３３６Ｖから０．０３３７６Ｖに変更する必要がある。
【００４６】
電圧ステップサイズが１．６ｍＶであるため、０．３３６Ｖから２７００ＭＨｚとなる印加電圧７．９７７Ｖまで上記電圧ステップサイズで切り替えるためには４８５７階調、すなわち１３ビット・８Ｖ出力の中電圧・高解像度ＤＡＣが必要となる（図１２）。
【００４７】
一方、アナログ可変コンデンサを２分割した場合、７００ＭＨｚを得るためには、片方のアナログ可変コンデンサの容量値を９７．３３ｐＦに設定するために０．０７８Ｖを印加し、他方の容量値を６．０７ｐＦに設定するために４．４８Ｖを印加すると良い。
【００４８】
７０１ＭＨｚを得るためには、片方のアナログ可変コンデンサの容量値を９７．３３ｐＦに設定するために０．０７８Ｖを印加し、５．７７ｐＦを得るために４．７２Ｖを印加すると良い。
【００４９】
２７００ＭＨｚを得るためには、片方のアナログ可変コンデンサの容量値を５．４６ｐＦに設定するために５Ｖを印加し、他方の容量値を１．４４ｐＦに設定するために１９．５Ｖを印加すると良い。
【００５０】
これは、片方に８ビット・５Ｖ出力の低電圧・低解像度ＤＡＣを、他方に８ビット・２０Ｖ出力の高電圧・低解像度ＤＡＣを接続することにより、上記印加電圧を設定できる（図１３）。
【００５１】
８ビット・５Ｖ出力ＤＡＣは汎用品が存在しており、低価格で入手することができる。また、汎用マイコンが備えるＰＷＭ機能と積分回路を利用することで実現することもできる。積分回路は安価に入手できるチップ抵抗やチップキャパシタで構成できる。８ビット・２０Ｖ出力ＤＡＣも汎用品が存在しており、低価格で入手することができる。
【００５２】
このように、高周波用帯域可変フィルタ１００のコンデンサ１２５が複数に分割されているので、制御ｂｉｔを減らすことができ、容量の制御を容易にすることができる。また、市場に広く出回る汎用品を利用することにより、製品の低価格化が期待される。上記で示した容量値の可変範囲や分割する容量の比は一例であり、他の値でも同様の効果がある。
【００５３】
また、別のより望ましい本実施の形態の帯域可変フィルタは、コンデンサ１２５が、１個のアナログ可変コンデンサと少なくとも１個のデジタル可変コンデンサを含む可変コンデンサで構成されている。ここで、アナログ可変コンデンサとは、アナログ制御信号により、コンデンサ１２５の容量値が連続的に制御される、または、ほぼ連続とみなせる多水準の離散的な値を示すように制御された可変コンデンサである。アナログ制御信号は、例えば、デジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）の出力電圧である。一方、デジタル可変コンデンサとは、コンデンサ１２５の容量値が２水準（ＵＰ（容量値小）とＤＯＷＮ（容量値大））のみを示すように制御された可変コンデンサである。アナログ制御信号とは、例えば０Ｖから５Ｖの間の多水準の電圧信号であり、デジタル制御信号は、０Ｖと５Ｖの２水準の電圧信号である。
【００５４】
効果を分かりやすく説明するため、例として、１ｐＦから４．１ｐＦの間を０．００１ｐＦ間隔で容量値を制御する可変コンデンサを用いて説明する。３１００（＝２１１．６）水準で制御するため、分割しない（分割数Ｎ＝１）アナログ可変コンデンサを用いた場合、１２ｂｉｔのＤＡＣが必要である。
【００５５】
コンデンサ１２５を２個に分割（Ｎ＝２）した場合、一方がデジタル可変コンデンサとして、他方がアナログ可変コンデンサとして機能する。両可変コンデンサの最大容量値が等しい場合、最もＤＡＣのｂｉｔ数を減らすことができる。デジタル可変コンデンサがＵＰの場合、例えば、アナログ可変コンデンサ１ｐＦから２．５５ｐＦの間を０．００１ｐＦ間隔で容量値を変化させ、デジタル可変コンデンサがＤＯＷＮの場合、同様に、アナログ可変コンデンサ２．５５ｐＦから４．１ｐＦの間を０．００１ｐＦ間隔で容量値を変化させる、つまり、１５５０（＝２１０．６）水準で制御するため、１１ｂｉｔのＤＡＣで制御することができ、Ｎ＝１の場合よりｂｉｔ数を１ｂｉｔ減らすことができる。
【００５６】
コンデンサ１２５をＮ個に分割した場合、Ｎ−１個がデジタル可変コンデンサとして、１個がアナログ可変コンデンサとして機能する。アナログ可変コンデンサの最大容量を１としたとき、デジタル可変コンデンサの最大容量を１，２，４，・・・，２Ｎ−１に設定した場合が最も効果が大きく、ＤＡＣのｂｉｔ数を（Ｎ−１）ｂｉｔ減らすことができる。
【００５７】
このように、高周波用帯域可変フィルタ１００のコンデンサ１２５が複数に分割されているので、制御ｂｉｔを減らすことができ、容量の制御を容易にすることができる。上記で示した容量値の可変範囲や分割する容量の比は一例であり、他の値でも同様の効果がある。また、デジタル可変コンデンサの容量値が２水準の場合が最も効果があるが、アナログ可変コンデンサの水準より十分小さい水準数であれば同様の効果がある。
【００５８】
また、デジタル可変コンデンサでは、可動機構で可動させられる可動部分の最大可動範囲を超える動きを制限するためのストッパが設置されている場合、さらに容量の制御を容易にすることができる。このストッパは、既に述べた構造体をストッパとして機能させることも可能である。例えば、可動部分が最大可動範囲を超える前に空洞の底面に接触する場合、空洞の底面が、このストッパとして機能する。
【００５９】
＜高周波用帯域可変フィルタの製造方法＞
以下、図２〜図１１を用いて、図１に示した高周波用帯域可変フィルタ１００（コンデンサ１２５の機能部分）の製造方法について説明する。図２〜図１１のうち、図２〜図５，図１１は高周波用帯域可変フィルタ１００を構成する構造体Ａ１０１の形成方法、図６，図１１は高周波用帯域可変フィルタ１００を構成する構造体Ｂ１０２の形成方法、図７〜図１０は高周波用帯域可変フィルタ１００の組み立て方法（構造体Ａ１０１と構造体Ｂ１０２とからの組み立て）をそれぞれ示す。これらの図２〜図３及び図６〜図１１では、高周波用帯域可変フィルタ１００の製造方法の各工程における構造体の概略断面図を示す。
【００６０】
本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセス技術を用いて実現することができる。
【００６１】
＜＜構造体Ａの形成方法＞＞
図２〜図５，図１１を用いて、図１に示した高周波用帯域可変フィルタ１００を構成する構造体Ａ１０１の形成方法について説明する。図２〜図５，図１１は、この構造体Ａ１０１の形成方法の工程の一例を説明するための図である。以下において、この構造体Ａ１０１の形成方法の各工程を順に説明する。
【００６２】
図２（１）に示すように、構造体Ａ１０１を形成するための基板として、シリコン２０１を用いる。シリコン２０１の基板の裏面には、位置合わせマーク３０１を予め形成する。シリコン２０１の基板の表面には、チタン／白金を用いて圧電素子下部電極１１１のパターンを形成する。
【００６３】
図２（２）に示すように、圧電素子下部電極１１１の表面上に、圧電素子１１０のパターンを形成する。この圧電素子１１０の材質は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconia Titanate ：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いているが、特性を満たすことができれば、ＢｉＺｎＴｉ系材料や（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３系材料等の圧電素子１１０を用いることができる。
【００６４】
図２（３）に示すように、圧電素子１１０の表面上に、圧電素子上部電極１０９のパターンを形成する。この圧電素子上部電極１０９の材質は、例えば、圧電素子１１０の性能を最大限引き出すためにチタン／白金が適当であるが、これ以外の材料でも圧電素子１１０の性能が引き出せれば用いることは可能である。圧電素子上部電極１０９をグランドに接続すれば、配線回路１０３（図１（ａ）参照）から見るとマイクロストリップ線路のグランドと見ることもできる。このため、厚い膜が適当であり、ここでは、アルミニウムを用いた。図中のスリット４０４については、図４，図５を用いて後述する。
【００６５】
図２（４）に示すように、圧電素子上部電極１０９等の表面上に、絶縁体（ＣＶＤ）１１６を形成し、さらに、ドライエッチングを用いて、多層金属膜３０２を埋め込んで配線回路１０３及びグランド兼コンデンサ電極１０８を形成するための凹パターンを形成する。この凹パターンに埋め込んだ多層金属膜３０２は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術を用いて平坦にする。ここで、埋め込む多層金属膜３０２の層構成であるが、最表面に銅が析出すると酸化し、デバイスの特性に影響することが考えられる。
【００６６】
そこで、多層金属膜３０２は、図１１に示すような層構成とする。図１１は、図２（４）の工程を詳細に説明するための図である。図１１（１）に示すように、絶縁体（ＣＶＤ）１１６側から、チタン４０１／銅４０２／チタン４０１／アルミニウム４０３の順に多層で成膜し、図１１（２）に示すように、ＣＭＰ後の最表面がアルミニウム４０３で大部分が覆われている状態となる。ここで、最表面にアルミニウム４０３を用いたが、酸化しにくい、または、酸化によって緻密な膜が形成される金属を用いることが必要である。また、銅４０２とアルミニウム４０３の間にチタン４０１を挟んでいるが、銅４０２とアルミニウム４０３が拡散する懸念がない場合には不要である。また、この部分に低抵抗の材料が必要でなければ、全てをアルミニウム４０３とすることも可能である。
【００６７】
図３（５）に示すように、絶縁体（ＣＶＤ）１１６のうち、後述する図７（２）の接合に必要な部分以外をエッチングする。つまり、中心部分の絶縁体（ＣＶＤ）１１６に凹み３０３を付けることで、接合してはいけない部分が接合しないようにする。
【００６８】
図３（６）に示すように、絶縁体（ＣＶＤ）１１６に、貫通ビアホール１０６、及びスリット４０４用の溝を形成する。貫通ビアホール１０６は、圧電素子下部電極１１１及び圧電素子上部電極１０９の表面に達する位置まで開孔する。スリット４０４用の溝は、凹み３０３を付けた部分に、シリコン２０１の表面に達する位置まで開孔する。
【００６９】
図４，図５は、図３（６）の工程が完了した段階のスリット４０４の形状の一例を説明するための図である。図４，図５は、それぞれ、図において横方向、縦方向にスリット４０４を形成した図である。図４（ａ）は、横方向に４本のスリット４０４を形成して、縦方向で３つに分割した例である。図４（ｂ）は、横方向に４本のスリット４０４を形成し、縦方向に１本のスリット４０４を形成して、縦方向で３つに分割し、横方向で２つに分割して、合計で６つに分割した例である。図５（ｃ）は、横方向に２本のスリット４０４を形成し、縦方向に３本のスリット４０４を形成して、横方向で２つに分割した例である。前述した図１及び図３（６）の図は、図５（ｃ）の例に対応する。なお、スリット４０４の形状及びスリット４０４による分割の例は、これに限定されるものではない。
【００７０】
このように複数個に分割するためのスリット４０４を形成することで、スリット４０４で区切られた個々の圧電素子１１０に対して個別に電圧をかけることで駆動させることができ、最適な容量を得ることができる。また、図４（ｂ）のように、中心部分（縦方向）にもスリット４０４を入れることで、圧電体の温度や製造工程中に生じた応力を緩和することができる。また、スリット４０４で区切られた個々の圧電素子１１０の大きさ（面積）を任意に変えることで、最適な容量への制御も容易にすることができる。
【００７１】
以上のように、図２（１）〜図３（６）の各工程を経て、構造体Ａ１０１を形成することができる。
【００７２】
＜＜構造体Ｂの形成方法＞＞
図６，図１１を用いて、図１に示した高周波用帯域可変フィルタ１００を構成する構造体Ｂ１０２の形成方法について説明する。図６，図１１は、この構造体Ｂ１０２の形成方法の工程の一例を説明するための図である。以下において、この構造体Ｂ１０２の形成方法の各工程を順に説明する。
【００７３】
図６（１）に示すように、構造体Ｂ１０２を形成するための基板として、シリコン２０１を用いる。シリコン２０１の表面に、絶縁体（ＣＶＤ）１１６を形成し、ドライエッチングを用いて、後述する図６（３）の工程で多層金属膜３０２を埋め込んでコンデンサ電極１０７を形成するための凹パターンを形成する。
【００７４】
図６（２）に示すように、図６（１）の工程で形成した絶縁体（ＣＶＤ）１１６の表面上に、さらに、絶縁体（ＣＶＤ）１１６を形成する。この工程で形成する絶縁体（ＣＶＤ）１１６は、前述した図６（１）のドライエッチング工程で精度良く残すことができれば不要である。
【００７５】
図６（３）に示すように、凹パターンに多層金属膜３０２を埋め込んでコンデンサ電極１０７を形成する。埋め込んだ多層金属膜３０２は、ＣＭＰ技術を用いて研磨を行い平坦にする。ここで、埋め込む多層金属膜３０２の層構成であるが、最表面に銅が析出すると酸化し、デバイスの特性に影響することが考えられる。
【００７６】
そこで、多層金属膜３０２は、図１１に示すような層構成とする。図１１は、図６（３）の工程を詳細に説明するための図である。図１１（１）に示すように、絶縁体（ＣＶＤ）１１６側から、チタン４０１／銅４０２／チタン４０１／アルミニウム４０３の順に多層で成膜し、図１１（２）に示すように、ＣＭＰ後の最表面がアルミニウム４０３で大部分が覆われている状態となる。ここで、最表面にアルミニウム４０３を用いたが、酸化しにくい、または、酸化によって緻密な膜が形成される金属を用いることが必要である。また、銅４０２とアルミニウム４０３の間にチタン４０１を挟んでいるが、銅４０２とアルミニウム４０３が拡散する懸念がない場合には不要である。また、この部分に低抵抗の材料が必要でなければ、全てをアルミニウム４０３とすることも可能である。
【００７７】
図６（４）に示すように、多層金属膜３０２等の表面上に、絶縁体（スパッタ）１１５または、絶縁体（ＣＶＤ）１１６を形成する。この膜厚は、コンデンサの容量を大きくするためには薄い方が良く、スパッタを用いた成膜の方が適当である場合がある。
【００７８】
以上のように、図６（１）〜図６（４）の各工程を経て、構造体Ｂ１０２を形成することができる。
【００７９】
＜＜高周波用帯域可変フィルタの組み立て方法＞＞
図７〜図１０を用いて、図２，図３に示した形成方法の各工程を経て形成した構造体Ａ１０１と、図６に示した形成方法の各工程を経て形成した構造体Ｂ１０２とから高周波用帯域可変フィルタ１００を組み立てる組み立て方法について説明する。図７〜図１０は、この高周波用帯域可変フィルタ１００の組み立て方法（構造体Ａ１０１と構造体Ｂ１０２とからの組み立て）の工程の一例を説明するための図である。以下において、この高周波用帯域可変フィルタ１００の組み立て方法の各工程を順に説明する。
【００８０】
図７（１）に示すように、図２，図３の各工程を経て形成した構造体Ａ１０１と、図６の各工程を経て形成した構造体Ｂ１０２とを接続するために位置合わせを行う。この位置合わせでは、構造体Ａ１０１の表面上に、構造体Ｂ１０２を表裏反転して表面側を接続するように合わせる。
【００８１】
図７（２）に示すように、陽極接合、常温接合または、図示していないが、接続する部分に接着剤や低温接合金属パターン等を形成して接合する。なお、この図７（２）では、本来、構造体Ａ１０１と構造体Ｂ１０２とは密着しているものであるが、説明のために隙間を空けて図示している。
【００８２】
図７（３）に示すように、貫通ビアホール１０６を形成する。この貫通ビアホール１０６は、構造体Ｂ１０２の裏面側（シリコン２０１の側）から、多層金属膜３０２の表面及び図３（６）の工程で形成した貫通ビアホール１０６に達する位置まで開孔する。
【００８３】
図８（４）に示すように、貫通ビアホール１０６を銅４０２で充填する。
【００８４】
図８（５）に示すように、銅４０２を充填した表面をＣＭＰ技術を用いて平坦にする。
【００８５】
図８（６）に示すように、構造体Ａ１０１の裏面のシリコン２０１をバックグラインド技術を用いて削り、薄くする。
【００８６】
図９（７）に示すように、薄くしたシリコン２０１の部分に対して、圧電素子１１０の裏面にドライエッチングを用いて空洞１０４を形成する。この圧電素子１１０の直下の空洞１０４を、分割されたグランド兼コンデンサ電極１０８が可動する空間とし、このグランド兼コンデンサ電極１０８の動きを容易にする。
【００８７】
図９（８）に示すように、圧電素子１１０の裏面に形成した空洞１０４を塞ぐように、シリコン２０１を陽極接合、常温接合または、図示していないが、接続する部分に接着剤や低温接合金属パターン等を形成して接合する。
【００８８】
図９（９）に示すように、裏面のシリコン２０１をバックグラインド技術を用いて削り、薄くする。
【００８９】
図１０（１０）に示すように、貫通ビアホール１０６に充填した銅４０２の表面上に、チタン／銅／チタンを用いて再配線層４０５を形成する。
【００９０】
図１０（１１）に示すように、再配線層４０５の周囲に絶縁体（ＣＶＤ）１１６を用いてカバーコート層を形成する。ここでは、ＣＶＤ膜を用いたが、ソルダーレジスト等の有機物を用いても良い。
【００９１】
図１０（１２）に示すように、再配線層４０５の最表面に露出しているチタン層をエッチングし、必要に応じて、無電解ニッケルめっきを用いてはんだバリア層４０６を形成する。
【００９２】
以上のように、図７（１）〜図１０（１２）の各工程を経て、構造体Ａ１０１と構造体Ｂ１０２とから高周波用帯域可変フィルタ１００を組み立てることができる。
【００９３】
なお、図１に示したコイル１０５は、前述した各工程を経て組み立てられた高周波用帯域可変フィルタ１００のコンデンサ１２５の機能部分の素子を搭載するプリント基板等の上に形成する。
【００９４】
＜一実施の形態の効果＞
以上説明した本実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００の構造及びその製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００９５】
（１）高周波用帯域可変フィルタ１００は、コイル１０５とコンデンサ１２５とを有する。そして、コンデンサ１２５は、対向したコンデンサ電極１０７とグランド兼コンデンサ電極１０８とを有し、一方のグランド兼コンデンサ電極１０８が可動し、かつ、複数個に分割されている構造からなる。さらに、高周波用帯域可変フィルタ１００は、グランド兼コンデンサ電極１０８を可動させるための可動機構としての圧電素子１１０、圧電素子上部電極１０９及び圧電素子下部電極１１１等を有する。これにより、コンデンサ１２５の機能を持つ部分の容量の制御を容易にすることができる。すなわち、圧電素子１１０、圧電素子上部電極１０９及び圧電素子下部電極１１１等を用いて、分割された個々のコンデンサ１２５ａ，１２５ｂの電極間距離を変化させることで、コンデンサ１２５の容量を変化させることができる。この結果、送信周波数及び受信周波数を可変することが可能な高周波用帯域可変フィルタ１００として、コンデンサ１２５の容量の制御を容易にする構造を提供することができる。さらに詳細には、以下のような効果を得ることができる。
【００９６】
（２）グランド兼コンデンサ電極１０８を可動させるための可動機構として、圧電素子１１０を用いることで、この圧電素子１１０に電圧を印加することで電圧を力に変換し、その力で個々のコンデンサ１２５ａ，１２５ｂの電極間の距離を変えることができる。
【００９７】
（３）圧電素子１１０は、分割されている各グランド兼コンデンサ電極１０８ａ，１０８ｂに対応して各圧電素子１１０ａ，１１０ｂに分割され、この分割された各圧電素子１１０ａ，１１０ｂで各グランド兼コンデンサ電極１０８ａ，１０８ｂを個々に可動させる構成からなることで、分割されている各グランド兼コンデンサ電極１０８ａ，１０８ｂによるコンデンサ容量を各圧電素子１１０ａ，１１０ｂで個々に制御することができる。
【００９８】
（４）コンデンサ電極１０７の表面に絶縁体（ＣＶＤ）１１６が形成されていることで、対向するコンデンサ電極１０７とグランド兼コンデンサ電極１０８との間を絶縁することができる。
【００９９】
（５）圧電素子１１０等を有する可動機構でグランド兼コンデンサ電極１０８を可動させる前の初期段階において、コンデンサ電極１０７の表面に形成されている絶縁体（ＣＶＤ）１１６の表面に対して、グランド兼コンデンサ電極１０８の表面を接触させることができる。これは、製造が容易にできることに繋がる。
【０１００】
（６）圧電素子１１０の直下に空洞１０４を有することで、この空洞１０４をグランド兼コンデンサ電極１０８が可動する空間とすることができる。
【０１０１】
（７）高周波用帯域可変フィルタ１００のコンデンサ１２５及び可動機構の部分は、コンデンサ１２５のグランド兼コンデンサ電極１０８及び圧電素子１１０等を含む可動機構等を有する構造体Ａ１０１と、コンデンサ１２５のコンデンサ電極１０７等を有する構造体Ｂ１０２とを組み合わせて製造することができる。
【０１０２】
（８）高周波用帯域可変フィルタ１００のコンデンサ１２５が複数に分割されているので、制御ｂｉｔを減らすことができ、制御に必要な部品を安価で調達できる。
【０１０３】
（９）高周波用帯域可変フィルタ１００のコンデンサ１２５が複数に分割されているので、制御ｂｉｔを減らすことができ、容量の制御を容易にすることができる。
【０１０４】
（１０）高周波用帯域可変フィルタ１００のコンデンサ１２５の可動部分の最大可動範囲を超える動きを制限するためのストッパが設置されているので、容量の制御を容易にすることができる。
【０１０５】
（１１）高周波用帯域可変フィルタ１００のコンデンサ１２５の、圧電素子に電圧を印加する電極と、可変コンデンサの電極との間に誘電体が設置されているので、容量の制御を容易にすることができる。
【０１０６】
＜一実施の形態の変形例＞
前記実施の形態の高周波用帯域可変フィルタ１００においては、コンデンサ１２５の対向したコンデンサ電極１０７とグランド兼コンデンサ電極１０８とのうち、グランド兼コンデンサ電極１０８の方が可動し、かつ、グランド兼コンデンサ電極１０８の方が複数個に分割されている構造からなる例を説明したが、例えば、以下のような変形例が考えられる。
【０１０７】
（ａ）コンデンサ電極１０７の方が可動し、かつ、コンデンサ電極１０７の方が複数個に分割されている構造からなる例、（ｂ）コンデンサ電極１０７の方が可動し、かつ、グランド兼コンデンサ電極１０８の方が複数個に分割されている構造からなる例、（ｃ）グランド兼コンデンサ電極１０８の方が可動し、かつ、コンデンサ電極１０７の方が複数個に分割されている構造からなる例、（ｄ）グランド兼コンデンサ電極１０８とコンデンサ電極１０７の両方が可動し、かつ、この両方が複数個に分割されている構造からなる例、（ｅ）グランド兼コンデンサ電極１０８とコンデンサ電極１０７の両方が可動し、かつ、グランド兼コンデンサ電極１０８またはコンデンサ電極１０７の一方が複数個に分割されている構造からなる例、等がある。
【０１０８】
また、前記実施の形態のような製造方法により、構造体Ａ１０１と構造体Ｂ１０２とを組み合わせて製造したコンデンサ１２５及び可動機構の部分は、高周波用帯域可変フィルタ１００として使用する場合に限らず、例えば、コンデンサ１２５及び可動機構の部分とは別体で形成されるコイル１０５と組み合わせずに、単体で可変コンデンサとして使用することも可能である。
【０１０９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記した実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００  高周波用帯域可変フィルタ
１０１  構造体Ａ
１０２  構造体Ｂ
１０３  配線回路
１０４  空洞
１０５  コイル
１０６  貫通ビアホール
１０７  コンデンサ電極
１０８（１０８ａ，１０８ｂ）  グランド兼コンデンサ電極
１０９（１０９ａ，１０９ｂ）  圧電素子上部電極
１１０（１１０ａ，１１０ｂ）  圧電素子
１１１（１１１ａ，１１１ｂ）  圧電素子下部電極
１１２  高周波入力配線
１１３  高周波出力配線
１１４（１１４ａ，１１４ｂ）  グランド兼コンデンサ配線
１１５  絶縁体（スパッタ）
１１６  絶縁体（ＣＶＤ）
１２５（１２５ａ，１２５ｂ）  コンデンサ
１２７（１２７ａ，１２７ｂ）  圧電素子上部電極配線
１２８（１２８ａ，１２８ｂ）  圧電素子下部電極配線
２０１  シリコン
３０１  位置合わせマーク
３０２  多層金属膜
３０３  凹み
４０１  チタン
４０２  銅
４０３  アルミニウム
４０４  スリット
４０５  再配線層
４０６  はんだバリア層
【図１】
2014204215.tif 000005
【図１２】
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【図１３】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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