ЕМКОСТНЫЙ ПРИБОР И РЕЗОНАНСНАЯ СХЕМА
CAPACITANCE DEVICE AND RESONANCE CIRCUIT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к емкостному прибору и резонансной схеме, включающей такой прибор, и более конкретно к емкостному прибору и резонансной схеме, включающей такой прибор с небольшой емкостью порядка пФ, например.
Уровень техники
Обычно емкостные приборы с переменной емкостью, которая изменяется в результате подачи внешних сигналов смещения, используют для управления частотой, периодом времени или другими подобными параметрами входного сигнала. Такие емкостные приборы с переменной емкостью присутствуют на рынке в виде, например, диодов с переменной емкостью (варикапов) и микроэлектромеханических (MEMS) приборов.
Кроме того, в обычных устройствах предложен способ использования описанных выше емкостных приборов с переменной емкостью в качестве схем защиты в бесконтактных электронных картах с интегральными схемами (1C) (см., например, PTL 1). Согласно способу, описанному в PTL 1, емкостный прибор с переменной емкостью используют в качестве схемы защиты с целью предотвращения разрушения схемы управления, построенной на основе полупроводникового прибора с низким выдерживаемым напряжением, под воздействием слишком сильного принимаемого сигнала, когда бесконтактная электронная карта поднесена близко к устройству чтения/записи таких карт.
На фиг.60 представлена блок-схема бесконтактной электронной карты, предложенной в документе PTL 1. В этом документе PTL 1 в качестве емкостного прибора с переменной емкостью используют диод 303d с переменной емкостью. Последовательная схема, построенная из конденсатора 303с для устранения смещения и диода 303d с переменной емкостью, присоединена параллельно резонансной схеме, включающей катушку индуктивности 303а и конденсатор 303b.
В PTL 1 напряжение Vout постоянного тока (DC), полученное путем детектирования принимаемого сигнала в детекторной схеме 313, делят в резистивном делителе, образованном резисторами 314а и 314b. Затем напряжение постоянного тока, полученное в результате резистивного деления (напряжение постоянного тока, действующее на резисторе 314b), подают на диод 303d с переменной емкостью через катушку 315 индуктивности, служащую для устранения флуктуации напряжения постоянного тока, с целью подстройки емкости диода 303d с переменной емкостью. Иными словами, напряжение постоянного тока после резистивного деления используют в качестве управляющего напряжения для диода 303d с переменной емкостью.
0
В PTL 1 при слишком сильном принимаемом сигнале емкость диода 303d с переменной емкостью становится небольшой под воздействием управляющего напряжения, так что резонансная частота приемной антенны становится высокой. В результате отклик на принимаемый сигнал на резонансной частоте f, которую имела приемная антенна 303 до изменения емкости, оказывается меньше, чем перед уменьшением емкости, что позволяет уменьшить уровень принимаемого сигнала. Согласно способу, предложенному в PTL 1, блок 320 обработки сигнала (схема управления) оказывается, таким образом, защищен посредством емкостного прибора с переменной емкостью.
Авторы настоящего изобретения предложили также прибор на основе сегнетоэлектрического материала в качестве емкостного прибора с переменной емкостью (см., например, PTL 2). Документ PTL 2 предлагает емкостный прибор 400 с переменной емкостью, имеющий электродную структуру, как показано на фиг.61 (А) и фиг.61 (В), для повышения надежности и производительности. Фиг.61 (А) представляет схематичный вид в перспективе емкостного прибора 400 с переменной емкостью, а фиг.61 (В) представляет схематичное изображение сечения емкостного прибора 400 с переменной емкостью. В емкостном приборе 400 с переменной емкостью согласно PTL 2 на каждой из четырех граней слоя 404 диэлектрика, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда, выполнена своя клемма. Из этих четырех клемм две противоположные клеммы вдоль одной пары сторон прямоугольника являются сигнальными клеммами 403а и 403b, соединенными с источником сигнала 403, и две противоположные клеммы вдоль другой пары сторон прямоугольника являются клеммами 402а и 402b управления, соединенными с источником 402 управляющего напряжения.
Как показано на фиг.61 (В), внутренняя структура емкостного прибора 400 такова, что несколько управляющих электродов 402с-402g и несколько сигнальных электродов 403с-403f расположены в виде чередующихся слоев через слой 404 диэлектрика. В частности, в структуре, считая от нижнего слоя, расположены в виде слоев один над другим управляющий электрод 402g, сигнальный электрод 403f, управляющий электрод 402f, сигнальный электрод 403е, управляющий электрод 402е, сигнальный электрод 403d, управляющий электрод 402d, сигнальный электрод 403с и управляющий электрод 402с в указанном порядке через слой 404 диэлектрика. В примере, показанном на фиг.61 (В), управляющий электрод 402g, управляющий электрод 402е и управляющий электрод 402с соединены с клеммой 402а управления, управляющий электрод 402f и управляющий электрод 402d соединены с другой клеммой 402b управления и сигнальный электрод 403f и сигнальный электрод 403d соединены с сигнальной клеммой 403а. Кроме того, сигнальный электрод 403е и сигнальный электрод 403с соединены с другой сигнальной клеммой 403b.
В случае емкостного прибора 400 с переменной емкостью согласно PTL 2 напряжение можно подавать индивидуально на клеммы управления и сигнальные клеммы, а несколько сигнальных электродов и управляющих электродов расположены в виде слоев внутри емкостного прибора 400 с переменной емкостью, что позволяет увеличить емкость при небольшой стоимости. В дополнение к этому, емкостный прибор 400 с переменной емкостью, имеющий структуру, описанную в PTL 2, может быть изготовлен легко и с небольшими затратами. Более того, в случае емкостного прибора 400 с переменной емкостью согласно PTL 2 не нужен конденсатор для устранения смещения.
Список литературы
PTL 1: Публикация заявки на патент Японии No.08-7059
PTL 2: Публикация заявки на патент Японии No.2007-287996
Раскрытие изобретения
Для изготовления емкостного прибора с переменной емкостью, имеющего небольшую емкость, с использованием сегнетоэлектрического материала с большой относительной диэлектрической проницаемостью, необходимо увеличить расстояние между электродами путем увеличения толщины слоя диэлектрика или уменьшить площадь противоположных электродов. Однако увеличение толщины слоя диэлектрика ведет к уменьшению напряженности электрического поля в диэлектрике, так что управляющее напряжение, необходимое для изменения емкости рассматриваемого емкостного прибора с переменной емкостью, становится высоким.
С другой стороны, если вместо увеличения толщины слоя диэлектрика уменьшить площадь электродов, активное сопротивление емкостного прибора с переменной емкостью возрастет. Поскольку это сопротивление емкостного прибора с переменной емкостью обратно пропорционально числу слоев электродов, для решения указанной выше проблемы обычно увеличивают число слоев диэлектрика, чтобы увеличить число электродов, выполненных на противоположных сторонах этих слоев. Однако в этом случае, если возникает относительное смещение между электродами, расположенными один напротив другого через каждый слой диэлектрика, емкость каждого слоя изменяется.
В результате появляется проблема, заключающаяся в том, что разброс емкостей между индивидуальными емкостными приборами с переменной емкостью становится большим, так что невозможно стабильно изготавливать емкостные приборы с переменной емкостью, обладающие емкостью нужной величины.
Отмеченная выше проблема возникает аналогичным образом в обоих случаях - и в емкостном приборе с переменной емкостью, имеющем только две клеммы и не имеющем дополнительных клемм управления, что предлагается в PTL 1, и в емкостном приборе с переменной емкостью, имеющем четыре клеммы и в том числе клеммы управления, что предлагается в PTL 2.
Далее, проблема разброса емкостей между индивидуальными емкостными приборами с переменной емкостью не ограничивается только емкостными приборами с переменной емкостью, а возникает аналогичным образом для емкостных приборов, емкости которых трудно изменить вовсе, независимо от типа входного сигнала (переменный ток или постоянный ток) и уровня этого сигнала.
Настоящее изобретение было создано для решения указанной выше проблемы, так что целью настоящего изобретения является уменьшение изменений емкости из-за смещения между электродами, расположенными один напротив другого через слой диэлектрика, что позволяет стабильно изготавливать емкостные приборы с заданной емкостью.
Для решения указанной выше проблемы емкостный прибор согласно настоящему изобретению включает слой диэлектрика, первый электрод, созданный на заданной поверхности слоя диэлектрика, и второй электрод, выполненный на противоположной поверхности слоя диэлектрика напротив этой заданной поверхности. Первый электрод имеет первую заданную форму. Второй электрод имеет первую область, перекрывающую проекцию, полученную в результате проецирования первого электрода на противоположную поверхность, и выполнен в такой второй форме, что площадь первой области не изменяется даже в том случае, когда происходит относительное смещение первого электрода в заданном направлении в пределах указанной заданной поверхности.
В рамках настоящего изобретения, даже если первый электрод смещается в заданном направлении относительно второго электрода, площадь области (первой области), где проекция, полученная посредством проецирования первого электрода на сторону второго электрода, и второй электрод перекрывают один другого, не изменяется. Таким образом, согласно одному из вариантов настоящего изобретения, можно уменьшить изменения емкости из-за смещения между электродами, выполненными через слой диэлектрика один от другого, что позволяет стабильно изготавливать емкостные приборы, имеющие заданную емкость.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схему конфигурации многослойного конденсатора.
Фиг.2 представляет схематичный вид сечения конденсатора переменной емкости.
Фиг.3(А) представляет вид сверху конденсатора переменной емкости и фиг.3(В) представляет вид этого конденсатора переменной емкости снизу.
Фиг.4(А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, фиг.4(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +y, и фиг.4(С) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -y.
Фиг.5 (А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, фиг.5(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +x, и фиг.5(С) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -x.
Фиг.6 представляет схематичный вид сечения конденсатора переменной емкости согласно первому варианту.
Фиг.7(А) представляет вид сверху конденсатора переменной емкости согласно первому варианту, и фиг.7(В) представляет вид снизу конденсатора переменной емкости согласно первому варианту.
Фиг.8 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, согласно первому варианту.
Фиг.9(А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +y, согласно первому варианту, фиг.9(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -y, согласно первому варианту.
Фиг.10(А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +x, согласно первому варианту, и фиг.10(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -x, согласно первому варианту.
Фиг.11(А) и фиг.11(В) представляют схемы, показывающие состояние перекрытия между верхним электродом и нижним электродом для случая, когда продольное направление верхнего электрода и продольное направление нижнего электрода параллельны одно другому.
Фиг.12(А) и фиг.12(В) представляют схемы, показывающие состояние перекрытия между верхним электродом и нижним электродом для случая, когда продольное направление верхнего электрода и продольное направление нижнего электрода пересекают одно другое.
Фиг.13 (А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 1, и фиг.13 (В) представляет схему конфигурации нижнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 1.
Фиг.14 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, согласно Модификации 1.
Фиг.15(А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +y, согласно Модификации 1, и фиг.15(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -y, согласно Модификации 1.
Фиг.16(А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +x, согласно Модификации 1, и фиг.16(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -x, согласно Модификации 1.
Фиг.17(А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 2, и фиг.17(В) представляет схему конфигурации нижнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 2.
Фиг.18 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда нет смещения, согласно Модификации 2.
Фиг.19(А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +y, согласно Модификации 2, и фиг.19(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -y, согласно Модификации 2.
Фиг.20(А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +x, согласно Модификации 2, и фиг.20(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -x, согласно Модификации 2.
Фиг.21 (А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно второму варианту, и фиг.21 (В) представляет схему конфигурации нижнего электрода конденсатора переменной емкости согласно второму варианту.
Фиг.22 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, согласно второму варианту.
Фиг.23 (А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +y, согласно второму варианту, фиг.23(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -y, согласно второму варианту.
Фиг.24(А) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении +x, согласно второму варианту, и фиг.24(В) представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда верхний электрод смещен в направлении -x, согласно второму варианту.
Фиг.25 представляет принципиальную схему окружения конденсатора переменной емкости с двумя клеммами.
Фиг.26 представляет схематичный вид сечения емкостного прибора с переменной емкостью согласно Модификации 3.
Фиг.27 представляет схематичный вид сечения конденсатора переменной емкости согласно третьему варианту.
Фиг.28(А) представляет схему конфигурации первого управляющего электрода конденсатора переменной емкости согласно третьему варианту, фиг, 28(В) представляет схему конфигурации первого сигнального электрода, фиг.28(С) представляет схему конфигурации второго управляющего электрода согласно третьему варианту и фиг.28(D) представляет схему конфигурации второго сигнального электрода.
Фиг.29(А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно четвертому варианту, и фиг.29(В) представляет схему конфигурации нижнего электрода конденсатора переменной емкости согласно четвертому варианту.
Фиг.30 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, согласно четвертому варианту.
Фиг.31(А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 4, и фиг.31(В) представляет схему конфигурации нижнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 4.
Фиг.32 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, согласно Модификации 4.
Фиг.33 представляет схематичный вид в перспективе конденсатора переменной емкости.
Фиг.34(А) представляет вид сверху конденсатора переменной емкости, показанного на фиг.33, и фиг.34(В) представляет вид сечения по линии А-А на фиг.34(А).
Фиг.35 представляет эквивалентную схему конденсатора переменной емкости, показанного на фиг.33.
Фиг.36(А) представляет схематичный вид в перспективе конденсатора переменной емкости согласно пятому варианту, и фиг.36(В) представляет вид сверху конденсатора переменной емкости согласно пятому варианту.
Фиг.37(А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно пятому варианту, и фиг.37(В) представляет схему конфигурации нижнего электрода конденсатора переменной емкости согласно пятому варианту.
Фиг.38 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, согласно пятому варианту.
Фиг.39(А) представляет схематичный вид в перспективе конденсатора переменной емкости согласно Модификации 5, и фиг.39(В) представляет вид сверху конденсатора переменной емкости согласно Модификации 5.
Фиг.40(А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 5, и фиг.40(В) представляет схему конфигурации нижнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 5.
Фиг.41 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение в конденсаторе переменной емкости, согласно Модификации 5.
Фиг.42(А) представляет схематичный вид в перспективе конденсатора переменной емкости согласно шестому варианту, и фиг.42(В) представляет вид сверху конденсатора переменной емкости согласно шестому варианту.
Фиг.43 (А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно шестому варианту, и фиг.43 (В) представляет схему конфигурации нижнего электрода конденсатора переменной емкости согласно шестому варианту.
Фиг.44 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижним электродом для случая, когда отсутствует смещение, согласно шестому варианту.
Фиг.45(А) представляет схематичный вид в перспективе емкостного прибора с переменной емкостью согласно седьмому варианту, и фиг.45(В) представляет вид сверху емкостного прибора с переменной емкостью согласно седьмому варианту.
Фиг.46(А) представляет схему конфигурации верхних электродов конденсатора переменной емкости согласно седьмому варианту, и фиг.46(В) представляет схему конфигурации нижних электродов конденсатора переменной емкости согласно седьмому варианту.
Фиг.47 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекциями верхних электродов и нижними электродами для случая, когда отсутствует смещение, согласно седьмому варианту.
Фиг.48 представляет эквивалентную схему емкостного прибора с переменной емкостью согласно седьмому варианту.
Фиг.49 представляет схему, показывающую пример монтажа емкостного прибора с переменной емкостью согласно седьмому варианту.
Фиг.50 представляет схематичное изображение конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью согласно Модификации 6.
Фиг.51(А) представляет схематичный вид в перспективе емкостного прибора с переменной емкостью согласно Модификации 7, и фиг.51(В) представляет вид сверху емкостного прибора с переменной емкостью согласно Модификации 7.
Фиг.52(А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 7, и фиг.52(В) представляет схему конфигурации нижних электродов конденсатора переменной емкости согласно Модификации 7.
Фиг.53 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижними электродами для случая, когда отсутствует смещение, в конденсаторе переменной емкости согласно Модификации 7.
Фиг.54 представляет эквивалентную схему емкостного прибора с переменной емкостью согласно Модификации 7.
Фиг.55 представляет схематичное изображение конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью согласно Модификации 8.
Фиг.56(А) представляет схему конфигурации верхнего электрода конденсатора переменной емкости согласно Модификации 8, и фиг.56(В) представляет схему конфигурации нижних электродов конденсатора переменной емкости согласно Модификации 8.
Фиг.57 представляет схему, показывающую состояние перекрытия между проекцией верхнего электрода и нижними электродами для случая, когда отсутствует смещение, в емкостном приборе с переменной емкостью согласно Модификации 8.
Фиг.58 представляет схематичное изображение конфигурации конденсатора переменной емкости согласно Модификации 9.
Фиг.59 представляет блок-схему конфигурации бесконтактной электронной карточки с интегральной схемой (1C) согласно восьмому варианту.
Фиг.60 представляет собой блок-схему обычной бесконтактной электронной карточки с интегральной схемой.
Фиг.61 (А) представляет схематичный вид в перспективе обычного емкостного прибора с переменной емкостью, имеющего четыре клеммы, и фиг.61 (В) представляет схему сечения обычного емкостного прибора с переменной емкостью, имеющего четыре клеммы.
Осуществление изобретения
Далее примеры емкостного прибора согласно вариантам настоящего изобретения описаны со ссылками на указанные чертежи. Описание дано для емкостных приборов с переменной емкостью в качестве примеров емкостных приборов для нижеследующих вариантов, но настоящее изобретение этим не ограничивается.
1. Первый вариант: Пример конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью, имеющего две клеммы
2. Второй вариант: Пример конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью, имеющего две клеммы и адаптированного для смещения в одном направлении
3. Третий вариант: Пример конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью, имеющего четыре клеммы
4. Четвертый вариант: Пример конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью, позволяющего дополнительно уменьшить величину активного сопротивления электродов
5. Пятый вариант: Пример конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью, позволяющего уменьшить паразитную емкость между внешними клеммами
6. Шестой вариант: Другой пример конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью, позволяющего уменьшить паразитную емкость между внешними клеммами
7. Седьмой вариант: Пример конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью, в котором несколько конденсаторов переменной емкости расположены в виде матрицы в одном слое сегнетоэлектрика
8. Восьмой вариант: Пример конфигурации бесконтактного приемного устройства, содержащего емкостный прибор согласно настоящему изобретению
1. Первый вариант
В первом варианте рассмотрен пример имеющего две клеммы емкостного прибора, в котором нет дополнительных клемм управления с целью регулирования изменений емкости.
Влияние смещения между электродами
Перед описанием конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью согласно этому варианту сначала более конкретно и со ссылками на чертежи рассмотрена описанная выше проблема смещения, которую должно разрешить настоящее изобретение.
Фиг.1 показывает схематичную конфигурацию типичного многослойного конденсатора переменной емкости. На этой фиг.1 изображен разобранный вид такого многослойного конденсатора переменной емкости. Многослойный конденсатор переменной емкости имеет такую конфигурацию, в которой один на другой наложены слой, образованный слоем 90 диэлектрика с верхним электродом 91, выполненным на этом слое 90 диэлектрика, и слой, образованный слоем 93 диэлектрика с нижним электродом 92, выполненным на этом слое 93 диэлектрика.
Слой 90 диэлектрика имеет форму пластины. Верхний электрод 91 выполнен на поверхности слоя 90 диэлектрика таким образом, что этот электрод проходит от короткой стороны слоя на расстояние L вдоль длинной стороны слоя 90 диэлектрика. Слой, образованный слоем 93 диэлектрика и нижним электродом 92, имеет такую же конфигурацию, как и слой, образованный слоем 90 диэлектрика и верхним электродом 91.
При наложении слоя, образованного слоем 90 диэлектрика и верхним электродом 91, и слоя, образованного слоем 93 диэлектрика и нижним электродом 92, одного на другой обеспечивают такое перекрытие этих слоев, чтобы участки их поверхностей, где нет электродов (области поверхности, где слои 90 и 93 диэлектрика открыты), не перекрывали один другого. В результате образована область, где проекция верхнего электрода 91 на сторону нижнего электрода 92 перекрывается с нижним электродом 92 (далее эта область называется также областью противоположных электродов). В случае с двумя клеммами конденсатора переменной емкости, показанного на фиг.1, электродные области соответствующих электродов, отличные от области противоположных электродов, соединены с источником сигнала и с источником управляющего напряжения посредством проволочных выводов или аналогичных элементов.
γ
0
0
γ
Если площадь области противоположных электродов обозначить S, толщину слоя 90 диэлектрика (межэлектродное расстояние) обозначить d, относительную диэлектрическую проницаемость слоя 90 диэлектрика обозначить ε и диэлектрическую проницаемость вакуума обозначить ε, емкость С между верхним электродом 91 и нижним электродом 92 представляется соотношением C=ε×ε×(S/d). Кроме того, если ширину каждого электрода обозначить W, толщину каждого электрода обозначить t, число слоев электродов обозначить N и удельное электрическое сопротивление материала электрода обозначить ρ, активное сопротивление R конденсатора переменной емкости на постоянном токе представляется соотношением R=ρ×L/(W×t×N).
Для создания конденсатора переменной емкости, обладающего небольшой емкостью (например, не более 470 пФ), с использованием сегнетоэлектрического материала, относительная диэлектрическая проницаемость εr которого составляет, например, 1000 или более, необходимо увеличить межэлектродное расстояние d (толщину слоя 90 диэлектрика) и/или уменьшить площадь S области противоположных электродов. Однако если межэлектродное расстояние d увеличить, как описано выше, управляющее напряжение, необходимое для изменения величины емкости, станет большим (например, от 50 до 100 В), что не подходит для приложений с низковольтным управлением (например, около 5 В или менее). Поэтому для того чтобы управлять емкостным прибором с переменной емкостью посредством низкого напряжения, необходимо сделать площадь S области противоположных электродов маленькой, т.е. сделать маленьким каждый электрод.
Площадь S области противоположных электродов можно сделать маленькой, уменьшив длину ΔL этой области противоположных электродов в продольном направлении. Если обозначить длину конденсатора как Lc, тогда длину ΔL области противоположных электродов можно получить по формуле ΔL=2L-Lc (где L - длина электрода, см. фиг.1). В предположении фиксированной длины Lc конденсатора эту длину ΔL области противоположных электродов можно уменьшить путем уменьшения длины L электрода. Кроме того, площадь S области противоположных электродов можно также сделать меньше путем уменьшения ширины W электрода.
Однако при уменьшении размеров каждого электрода возникает проблема, заключающаяся в том, что активное сопротивление R этого электрода становится большим. В частности, поскольку, как описано выше, величина активного сопротивления R электрода пропорциональна длине L этого электрода и обратно пропорциональна ширине W электрода, уменьшение ширины W электрода ведет к росту величины активного сопротивления R каждого электрода. Соответственно, если нужно сделать величину активного сопротивления R электрода меньше, то с точки зрения формы электрода желательно сделать его длину L меньше, а ширину W больше.
Описанную выше проблему, связанную с величиной активного сопротивления электрода, можно преодолеть путем увеличения числа N слоев электродов. Однако если увеличить число N слоев электродов, относительное смещение между электродами, расположенными один напротив другого через слой диэлектрика, будет оказывать большее влияние на вариации емкости. Следует отметить, что величина и направление относительного смещения между электродами, расположенными один напротив другого через слой диэлектрика, изменяются в зависимости от точности технологического процесса (например, позиционирования маски или подобных факторов) при формировании электродов.
Далее дано описание смещения между электродами, расположенными один напротив другого через слой диэлектрика, со ссылками на чертежи. На фиг.2 показана схематичная конфигурация обычного конденсатора переменной емкости. В этом случае для простоты изложения описание будет относиться к случаю конденсатора переменной емкости с одним слоем диэлектрика. Конденсатор 94 переменной емкости включает сегнетоэлектрический слой 95 в форме прямоугольного параллелепипеда, а также верхний электрод 96 и нижний электрод 97, выполненные таким образом, что сегнетоэлектрический слой 95 оказывается вложен между этими электродами. Конденсатор 94 переменной емкости, показанный на фиг.2, представляет собой двухполюсник с переменной емкостью. Верхний электрод 96 и нижний электрод 97 соединены с источником сигнала и с источником управляющего напряжения посредством проволочных выводов 98 и 99 соответственно.
Фиг.3(А) и (В) показывают конфигурацию верхнего электрода 96 и нижнего электрода 97 соответственно в конденсаторе 94 переменной емкости. Фиг.3(А) и (В) представляют собой соответственно вид сверху и вид снизу конденсатора 94 переменной емкости.
Верхний электрод 96 имеет Т-образную форму и выполнен на верхней поверхности 95а сегнетоэлектрического слоя 95. Верхний электрод 96 включает контактный участок 96b, сформированный вдоль одной короткой стороны верхней поверхности 95а сегнетоэлектрического слоя 95, и электродный участок 9ба, выступающий от середины контактного участка 96b в направлении (направление x), ортогональном продольному направлению (направление у на фиг.3(А)) контактного участка 96b. Проволочный вывод 98 присоединен к контактному участку 96b.
С другой стороны, нижний электрод 97 имеет Т-образную форму аналогично верхнему электроду 96 и выполнен на нижней поверхности 95b сегнетоэлектрического слоя 95. Нижний электрод 97 включает контактный участок 97b, сформированный вдоль другой короткой стороны нижней поверхности 95b сегнетоэлектрического слоя 95, и электродный участок 97а, выступающий от середины контактного участка 97b в направлении (направление x), ортогональном продольному направлению (направление у на фиг.3(В)) контактного участка 97b. Проволочный вывод 99 присоединен к контактному участку 96b.
На фиг.4(А)-(С) и фиг.5(А)-(С) показано соотношение между областью перекрытия проекции 96р верхнего электрода на сторону нижнего электрода 97 (нижняя поверхность 95b сегнетоэлектрического слоя 95) с нижним электродом 97 и смещением между верхним электродом 96 и нижним электродом 97.
Фиг.4(А) представляет схему, показывающую перекрытие проекции 96р верхнего электрода 96 (далее называется проекцией 96р верхнего электрода) с нижним электродом 97 для случая, когда отсутствует смещение между верхним электродом 96 и нижним электродом 97. Фиг.4(В) представляет схему, показывающую перекрытие проекции 96р верхнего электрода с нижним электродом 97 для случая, когда верхний электрод 96 смещен в направлении +y (направление вверх на чертеже) относительно нижнего электрода 97. Фиг.4С представляет схему, показывающую перекрытие проекции 96р верхнего электрода с нижним электродом 97 для случая, когда верхний электрод 96 смещен в направлении -y (направление вниз на чертеже) относительно нижнего электрода 97. На фиг.4(В) и (С) направление смещения верхнего электрода 96 относительно нижнего электрода 97 обозначено жирной стрелкой.
Подобно фиг.4(А), на фиг.5(А) представлена схема, показывающая перекрытие проекции 96р верхнего электрода 96 с нижним электродом 97 для случая, когда отсутствует смещение между верхним электродом 96 и нижним электродом 97. Фиг.5(В) представляет схему, показывающую перекрытие проекции 96р верхнего электрода с нижним электродом 97 для случая, когда верхний электрод 96 смещен в направлении +x (направление вправо на чертеже) относительно нижнего электрода 97. Фиг.5(С) представляет схему, показывающую перекрытие проекции 96р верхнего электрода с нижним электродом 97 для случая, когда верхний электрод 96 смещен в направлении -x (направление влево на чертеже) относительно нижнего электрода 97. На фиг.5(В) и (С) направление смещения верхнего электрода 96 относительно нижнего электрода 97 обозначено жирной стрелкой.
Когда верхний электрод 96 и нижний электрод 97 смещены один относительно другого, как показано, например, на фиг.4(В) и (С) и фиг.5 (В), образуется электродная область Sao, расположенная вне области Sa противоположных электродов. В этом случае область Sa противоположных электродов оказывается меньше, чем в случае, когда нет смещения. В случае, показанном, например, на фиг.5(С), из-за смещения между верхним электродом 96 и нижним электродом 97 появляется электродная область Sai, добавляемая к области Sa противоположных электродов, так что площадь области Sa противоположных электродов становится больше, чем в случае, когда нет смещения.
При изготовлении многослойного конденсатора 94 переменной емкости, описанного выше, предварительно формируют несколько слоев диэлектрика с выполненными на них электродами и последовательно накладывают эти слои диэлектрика один на другой. Затем путем соединения верхних электродов вместе одним внешним электродом и соединения нижних электродов вместе другим внешним электродом, а также параллельного соединения конденсаторных компонентов, образованных индивидуальными слоями диэлектрика, получают большую емкость (пропорционально числу слоев) и небольшое активное сопротивление (обратно пропорционально числу слоев).
γ
Величина смещения между электродами, расположенными один напротив другого через слой диэлектрика, в момент наложения каждого слоя варьируется в зависимости от точности позиционирования маски или аналогичных факторов, действовавших во время формирования электродов, однако для современного технологического процесса величина смещения составляет, например, около 10 мкм. В случае, например, изготовления конденсатора большой емкости с длиной электродов около 800 мкм влияние смещения на разброс емкостей очень мало. Однако в случае, например, изготовления многослойного конденсатора переменной емкости, имеющего емкость около 66 пФ, если величина относительной диэлектрической проницаемости ε и толщина d слоя диэлектрика равны 3000 и 2 µm соответственно, тогда размер области Sa противоположных электродов становится равным примерно 50 мкм×50 мкм. В этом случае указанной выше величиной смещения (около 10 мкм) уже нельзя пренебречь, поэтому невозможно стабильно изготавливать конденсатор переменной емкости, имеющий нужную емкость.
Таким образом, согласно одному из вариантов настоящего изобретения описанную выше проблему решают путем уменьшения изменений области Sa противоположных электродов из-за относительного смещения между электродами, расположенными один напротив другого через слой диэлектрика, выполненный из сегнетоэлектрического материала.
Конфигурация конденсатора переменной емкости
Фиг.6 показывает схематичную конфигурацию конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Фиг.7(А) и (В) показывают конфигурацию одного из электродов согласно этому варианту. Фиг.7(А) и (В) представляют вид сверху и вид снизу соответственно конденсатора переменной емкости.
Конденсатор 1 переменной емкости (прибор с переменной емкостью) содержит главным образом сегнетоэлектрический слой 10, а также верхний электрод 11 и нижний электрод 12, выполненные таким образом, что сегнетоэлектрический слой 10 оказывается вложен между этими электродами. Эти верхний электрод 11 и нижний электрод 12 соединены с источником сигнала и источником управляющего напряжения посредством проволочных выводов 13 и 14 соответственно. Как описано ниже, при изготовлении конденсатора 1 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту накладывают сегнетоэлектрический слой 10 с выполненным на нем верхним электродом 11 на другой сегнетоэлектрический слой с выполненным на нем нижним электродом 12 (конфигурация, как показано на фиг.1). Здесь следует отметить, что для простоты описания на фиг.6 не показан другой сегнетоэлектрический слой, на котором сформирован нижний электрод 12.
Сегнетоэлектрический слой 10 (слой диэлектрика) изготовлен из диэлектрического материала, емкость которого изменяется в зависимости от подаваемых извне сигналов управления. Он может быть выполнен, например, в виде пластинки, изготовленной из сегнетоэлектрического материала, относительная диэлектрическая проницаемость которого превышает 1000 (толщина составляет, например, около 2 мкм). Каждая поверхность сегнетоэлектрического слоя 10 - поверхность 10а, на которой создан электрод, и поверхность 10b, противоположная поверхности 10а (далее именуемые соответственно верхняя поверхность 10а и нижняя поверхность 10b), имеет прямоугольную форму. Отношение длинной и короткой сторон прямоугольника можно установить равным, например, 2:1.
3
3
3
3
3
3
В качестве материала для изготовления сегнетоэлектрического слоя 10 можно использовать сегнетоэлектрический материал с ионной поляризацией. Сегнетоэлектрический материал с ионной поляризацией представляет собой сегнетоэлектрический материал на основе ионных кристаллов, электрически поляризуемый в результате смещения положительно и отрицательно заряженных ионов. Если обозначить два заданных элемента как А и В, сегнетоэлектрический материал с ионной поляризацией представляется химической формулой АВО (О - кислород) и имеет структуру перовскита. Примеры такого сегнетоэлектрического материала включают титанат бария (BaTiO), ниобат калия (KNbO) и титанат свинца (PbTiO). В качестве примера материалов, которые могут быть использованы для изготовления сегнетоэлектрического слоя 10, можно указать PZT (цирконат-титанат свинца), полученный путем смешивания цирконата свинца (PbZrO) с титанатом свинца (PbTiO).
2+
3+
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
В качестве материала для изготовления сегнетоэлектрического слоя 10 можно использовать также сегнетоэлектрический материал с электронной поляризацией. В таком сегнетоэлектрическом материале электрический дипольный момент возникает вследствие разделения положительно и отрицательно заряженных участков, что вызывает поляризацию. В качестве примера такого материала обычно предлагают оксид редкоземельного элемента и железа, проявляющий сегнетоэлектрические свойства за счет поляризации в результате образования заряженной поверхности Fe и заряженной поверхности Fe. Согласно сообщениям, в такой системе, если редкоземельный элемент обозначен RE, а элемент группы железа обозначен ТМ, материал с молекулярной формулой (RE)·(TM)·О (О: кислород) обладает высокой диэлектрической проницаемостью. К редкоземельным элементам относятся, например, Y, Er, Yb и Lu (особенно, Y и тяжелый редкоземельный элемент), а к примерам элементов группы железа относятся Fe, Co и Ni (особенно, Fe). В дополнение к этому, примеры материалов типа (RE)·(TM)·O включают ErFeO, LuFeO и YFeO. В качестве материала для изготовления сегнетоэлектрического слоя 10 можно использовать сегнетоэлектрический материал, обладающий анизотропией.
Верхний электрод 11 (первый электрод) формируют на верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Как показано на фиг.7(А), верхний электрод 11 имеет по существу L-образную форму (первая форма). Верхний электрод 11 включает электродный участок 11а (первый электродный участок) и контактный участок 11b. Контактный участок 11b выполнен вдоль одной из коротких сторон (правая короткая сторона на чертеже) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Электродный участок 11а проходит от длинной стороны (нижняя длинная сторона на рассматриваемом чертеже) контактного участка 11b в направлении (направление x: первое направление), ортогональном продольному направлению (направление у на фиг.7(А)) контактного участка 11b.
Нижний электрод 12 (второй электрод) выполнен на нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10. Как показано на фиг.7(В), нижний электрод 12 имеет по существу U-образную форму (вторая форма). Нижний электрод 12 включает электродный участок 12а (второй электродный участок) и контактный участок 12b. Контактный участок 12b имеет L-образную форму и включает участок вдоль короткой стороны, вдоль другой короткой стороны (левая короткая сторона на чертеже) нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и участок вдоль длинной стороны, проходящей вдоль одной из длинных сторон (верхняя длинная сторона на чертеже) нижней поверхности 10b. Электродный участок 12а выступает от конца участка длинной стороны контактного участка 12b в направлении (направление y: второе направление), ортогональном продольному направлению (направление x на фиг.7(В)) участка длинной стороны контактного участка 12b.
Верхний электрод 11 и нижний электрод 12 формируют с использованием, например, электропроводной пасты, содержащей мельчайший металлический порошок (такой как Pd, Pd/Ag или Ni). Это позволяет снизить затраты на изготовление конденсатора 1 переменной емкости.
Способ изготовления конденсатора переменной емкости
Далее вкратце описан пример способа изготовления конденсатора 1 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Сначала готовят листовой элемент из сегнетоэлектрического материала, описанный выше. Этот листовой элемент служит указанным выше сегнетоэлектрическим слоем 10.
Затем готовят, например, электропроводную пасту с мельчайшим металлическим порошком, таким как Pd, Pd/Ag или Ni. Электропроводную пасту наносят в виде покрытия (посредством трафаретной печати или иным подобным способом) на одну поверхность листового элемента через маску с отверстием, соответствующим форме электрода, и формируют таким образом верхний электрод 11. После этого, таким же способом, как и верхний электрод 11, формируют нижний электрод 12 на одной поверхности другого листового элемента (не показан).
Далее листовой элемент, покрытый верхним электродом 11 (слой электропроводной пасты), и другой листовой элемент, покрытый нижним электродом 12 (слой электропроводной пасты), накладывают один на другой таким образом, что листовые элементы и слои электропроводной пасты располагаются поочередно. Затем полученный многослойный элемент подвергают термокомпрессионной сварке, после чего элемент, прошедший термокомпрессионную сварку, спекают при высокой температуре в восстановительной атмосфере, связывая таким образом листовые элементы и слои электропроводной пасты (верхний электрод 11 и нижний электрод 12) в единое целое. Таким образом изготавливается конденсатор 1 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту.
Хотя рассматриваемый вариант относится к примеру конфигурации, в котором имеется только один сегнетоэлектрический слой 10, служащий конденсатором, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использованы несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды. В этом случае имеется несколько листовых элементов, каждый из которых изготовлен из сегнетоэлектрического материала с электродом, выполненным на одной поверхности (сегнетоэлектрические слои с электродами), например, так, как в вышеизложенном способе, и затем эти листовые элементы накладывают последовательно один на другой, создавая конденсатор 1 переменной емкости. В этом случае выполняют внешний электродный вывод, соединяющий между собой несколько верхних электродов 11, и другой внешний вывод, соединяющий между собой несколько нижних электродов 12, так что конденсаторные компоненты, образованные индивидуальными сегнетоэлектрическими слоями 10, оказываются соединены параллельно этими внешними электродными выводами. Таким способом емкость (пропорциональную числу слоев) конденсатора переменной емкости можно сделать больше, а его активное сопротивление (обратно пропорциональное числу слоев) можно сделать меньше.
Форма электродов
Далее приведен обзор конфигураций верхнего электрода 11 и нижнего электрода 12 в конденсаторе 1 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту со ссылками на фиг.8. Фиг.8 показывает перекрытие между проекцией 11p верхнего электрода на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10 и нижним электродом 12. На фиг.8 изображено перекрытие между проекцией 11p верхнего электрода и нижним электродом 12 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 11 относительно нижнего электрода 12. На фиг.8 показан также пример основных размерных параметров (AL1, AL2, S1-S3, L1, L2, W1 и W2), которые необходимо учитывать при проектировании форм и размеров электродов согласно рассматриваемому варианту изобретения. Следует отметить, что совокупность размерных параметров, которые необходимо учитывать при проектировании электродов, не ограничиваются примером, изображенным на фиг.8.
В следующем варианте дано описание для случая, когда верхний электрод 11 смещен относительно нижнего электрода 12 в направлениях длинной и короткой сторон нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10, т.е. в направлении x и направлении у на фиг.8.
В этом варианте верхний электрод 11 и нижний электрод 12 выполнены таким образом, что продольное направление (направление x) электродного участка 11ра проекции 11p верхнего электрода и продольное направление (направление у) электродного участка 12а нижнего электрода 12 ортогональны одно другому. Кроме того, формы и размеры верхнего электрода 11 и нижнего электрода 12 спроектированы с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления, а также предполагаемой максимальной величины смещения между электродами. Более конкретно, соответствующие электроды спроектированы таким образом, чтобы размерные параметры, показанные на фиг.8, удовлетворяли следующим условиям, например.
(1) ΔL1
Параметр ΔL1 - это расстояние между дальним концом электродного участка 11ра проекции 11p верхнего электрода и электродным участком 12а нижнего электрода 12. В рассматриваемом варианте длину L1 электродного участка 11а верхнего электрода 11 устанавливают таким образом, чтобы обеспечить условие ΔL1≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 11 в направлении +x относительно нижнего электрода 12 будет равна предполагаемой максимальной величине.
(2) ΔL2
Параметр ΔL2 - это расстояние между дальним концом электродного участка 12а нижнего электрода 12 и электродным участком 11ра проекции 11р верхнего электрода. В рассматриваемом варианте длину L2 электродного участка 12а нижнего электрода 12 устанавливают таким образом, чтобы обеспечить условие ΔL2≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 11 в направлении -y относительно нижнего электрода 12 будет равна предполагаемой максимальной величине.
(3) S1
Параметр S1 - это расстояние между дальним концом электродного участка 11ра проекции 11р верхнего электрода и участком короткой стороны контактного участка 12b нижнего электрода. В рассматриваемом варианте расстояние S1 устанавливают таким образом, чтобы обеспечить условие S1≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 11 в направлении -x относительно нижнего электрода 12 будет равна предполагаемой максимальной величине. Иными словами, расстояние S1 устанавливают таким образом, чтобы дальний конец электродного участка 11pa проекции 11р верхнего электрода не перекрывал участка короткой стороны в составе контактного участка 12b нижнего электрода 12, когда смещение верхнего электрода 11 в направлении -х относительно нижнего электрода 12 становится максимальным.
(4) S2
Параметр S2 - это расстояние между контактным участком 11pb проекции 11p верхнего электрода и электродным участком 12а нижнего электрода 12. В рассматриваемом варианте расстояние S2 устанавливают таким образом, чтобы обеспечить условие S2≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 11 в направлении -х относительно нижнего электрода 12 будет равна предполагаемой максимальной величине. Иными словами, расстояние S2 устанавливают таким образом, чтобы контактный участок 11pb проекции 11р верхнего электрода не накладывался на электродный участок 12а нижнего электрода 12, когда смещение верхнего электрода 11 в направлении -х относительно нижнего электрода 12 становится максимальным.
(5) S3
Параметр S3 - это расстояние между электродным участком 11ра проекции 11р верхнего электрода и участком длинной стороны контактного участка 12b нижнего электрода 12. В рассматриваемом варианте расстояние S3 устанавливают таким образом, чтобы обеспечить условие S3≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 11 в направлении +y относительно нижнего электрода 12 будет равна предполагаемой максимальной величине. Иными словами, расстояние S3 устанавливают таким образом, чтобы электродный участок 11ра проекции 11р верхнего электрода не накладывался на участок длинной стороны контактного участка 12b нижнего электрода 12, когда смещение верхнего электрода 11 в направлении +y относительно нижнего электрода 12 становится максимальным.
(6) L1 и L2
Параметры L1 и L2 представляют собой длину электродного участка 11а верхнего электрода 11 и длину электродного участка 12а нижнего электрода 12 соответственно. В рассматриваемом варианте величины L1 и L2 устанавливают с учетом, например, их связи с указанными выше размерными параметрами (1)-(5), т.е. (AL1, AL2 и S1-S3), и необходимых значений емкости и активного сопротивления конденсатора переменной емкости.
(7) W1 и W2
Параметры W1 и W2 представляют собой ширину электродного участка 11а верхнего электрода 11 и ширину электродного участка 12а нижнего электрода 12 соответственно. В рассматриваемом варианте величины W1 и W2 устанавливают с учетом, например, их связи с указанными выше размерными параметрами (1)-(5), т.е. (ΔL1, ΔL2 и S1-S3), и необходимых значений емкости и активного сопротивления конденсатора переменной емкости.
Следует отметить, что возможные формы верхнего электрода 11 и нижнего электрода 12 не ограничиваются формами, рассмотренными согласно этому варианту (формы, показанные на фиг.7(А) и (В)). Может быть применена любая форма, удовлетворяющая условиям, описанным выше со ссылками на этот обзор конфигураций.
Соотношение между смещением и площадью области противоположных электродов
Путем формирования верхнего электрода 11 и нижнего электрода 12 описанным выше способом площадь области Sa противоположных электродов можно сделать постоянной даже при смещении верхнего электрода 11 и нижнего электрода 12 одного относительно другого в одном или в обоих направлениях - направлении x и направлении у. Это иллюстрируют фиг.9(А) и (В) и фиг.10(А) и (В). Эти фиг.9(А) и (В) и фиг.10(А) и (В) представляют собой схемы, показывающие соотношение между областью Sa перекрытия (область противоположных электродов) проекции 11p верхнего электрода и нижнего электрода 12 с одной стороны и смещением между верхним электродом 11 и нижним электродом 12 с другой стороны.
Фиг.9(А) представляет схему, показывающую состояние, когда верхний электрод 11 смещен в направлении +у (направление вверх на чертеже) относительно нижнего электрода 12. Фиг.9(В) представляет схему, показывающую состояние, когда верхний электрод 11 смещен в направлении -у (направление вниз на чертеже) относительно нижнего электрода 12. Штриховые линии с чередующимися длинными и короткими штрихами на каждой из фиг.9(А) и (В) указывают положение проекции 11p верхнего электрода для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 11 относительно нижнего электрода 12. На каждой из фиг.9(А) и (В) направление смещения верхнего электрода 11 относительно нижнего электрода 12 указано сплошной жирной стрелкой.
Фиг.10(А) представляет схему, показывающую состояние, когда верхний электрод 11 смещен в направлении +х (направление вправо на чертеже) относительно нижнего электрода 12. Фиг.10(В) представляет схему, показывающую состояние, когда верхний электрод 11 смещен в направлении -х (направление влево на чертеже) относительно нижнего электрода 12. Штриховые линии с чередующимися длинными и короткими штрихами на каждой из фиг.10(А) и (В) указывают положение проекции 11p верхнего электрода для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 11 относительно нижнего электрода 12. На каждой из фиг.10(А) и (В) направление смещения верхнего электрода 11 относительно нижнего электрода 12 указано сплошной жирной стрелкой.
Как видно из фиг.9(А) и (В) и фиг.10(А) и (В), даже если положение верхнего электрода 11 смещено относительно положения нижнего электрода 12 в конденсаторе 1 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту в каком-либо из направлений - направлении х или направлении у, площадь области Sa противоположных электродов (первая область) не меняется. Говоря более конкретно, площадь электродного участка, где верхний электрод 11 и нижний электрод 12 вновь перекрыли один другого (например, область Sai на фиг.9(А) и (В)) из-за смещения, и площадь электродного участка, который вышел за пределы области Sa противоположных электродов из-за смещения (например, область Sao на фиг.9(А) и (В)), равны одна другой. Таким образом, площадь области Sa противоположных электродов не меняется.
Вследствие этого, в случае конденсатора 1 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту, даже когда положение верхнего электрода 11 относительно положения нижнего электрода 12 смещено в каком-либо из направлений - направлении х или направлении у, площадь области Sa противоположных электродов не меняется, равно как не меняется емкость. Таким образом, согласно рассматриваемому варианту в случае изготовления конденсатора переменной емкости с небольшой емкостью порядка пФ с использованием сегнетоэлектрического материала можно стабильно изготавливать конденсаторы переменной емкости с заданной емкостью независимо от смещения между электродами, расположенными один напротив другого через слой диэлектрика.
В дополнение к этому, согласно рассматриваемому варианту уменьшение ширины электродного участка верхнего электрода 11 и/или нижнего электрода 12 позволяет легко изготовить конденсатор переменной емкости, обладающий меньшей емкостью.
Далее, согласно рассматриваемому варианту площадь противоположных электродов может быть сделана постоянной (что делает величину емкости инвариантом), даже если возникает смещение между электродами, расположенными один напротив другого через сегнетоэлектрический слой. Поэтому площадь электродов на один слой можно сделать меньше, чтобы увеличить число слоев. Это позволяет сделать емкость конденсатора переменной емкости больше, а его активное сопротивление меньше. Кроме того, согласно рассматриваемому варианту электроды можно изготовить легче и при низкой стоимости.
Сейчас будут подробно описаны причины, по которым можно получить увеличенную емкость и уменьшенное активное сопротивление в случае конденсатора переменной емкости такого типа, в котором продольные направления электродных участков верхнего и нижнего электродов, расположенных один напротив другого через сегнетоэлектрический слой, пересекают одно другое, как в рассматриваемом варианте.
Фиг.11(А) и (В) показывают состояние перекрытия между электродным участком верхнего электрода (далее именуемый верхним электродным участком) и электродным участком нижнего электрода (далее именуемый нижним электродным участком) для случая, когда продольные направления этих двух электродных участков совпадают одно с другим. Ширина верхнего электродного участка 253 и ширина нижнего электродного участка 254, показанные на фиг.11 (В), составляют каждая 1/2 ширины верхнего электродного участка 251 и ширины нижнего электродного участка 252 согласно конфигурации электродов (далее именуемая эталонной конфигурацией), показанной на фиг.11 (А), соответственно. В дополнение к этому длины верхнего электродного участка 253 и нижнего электродного участка 254, показанных на фиг.11 (В), совпадают с длинами верхнего электродного участка 251 и нижнего электродного участка 252 согласно эталонной конфигурации, изображенной на фиг.11(А), соответственно.
В этом случае площадь показанной на фиг.11 (В) области, где верхний электродный участок 253 и нижний электродный участок 254 расположены один напротив другого, составляет 1/2 площади такой области в эталонной конфигурации, представленной на фиг.11(А). В результате, в электродной конфигурации, показанной на фиг.11(В) емкость и активное сопротивление электродных участков оказываются, соответственно, вдвое меньше и вдвое больше по сравнению с соответствующими параметрами эталонной конфигурации. Иными словами, для конденсаторов такого типа, в которых продольное направление верхнего электродного участка и продольное направление нижнего электродного участка совпадают одно с другим, если только ширина каждого из электродных участков установлена на уровне 1/n от ширины такого участка в эталонной конфигурации, емкость такого конденсатора составляет 1/n от емкости эталонной конфигурации, а активное сопротивление оказывается в n раз больше по сравнению с эталонной конфигурацией. Вследствие этого, для случая конденсатора, в котором верхний электрод и нижний электрод расположены параллельно, как показано на фиг.11(А) и (В), для получения такой же емкости, как и в эталонной конфигурации, но при использовании электродной конфигурации, где только ширина каждого из электродных участков установлена на уровне 1/n относительно ширины в эталонной конфигурации, необходимо наложить один на другой n слоев конденсатора, где ширина каждого из электродных участков составляет 1/n относительно эталонной конфигурации. В этом случае активное сопротивление конденсатора в целом становится таким же, как и в эталонной конфигурации.
На фиг.12(А) и (В) показано состояние перекрытия между верхним электродным участком и нижним электродным участком для случая, когда продольные направления этих двух электродных участков ортогональны одно другому. Ширина верхнего электродного участка 257 и нижнего электродного участка 258, показанных на фиг.12(В), составляют каждая 1/2 от ширины верхнего электродного участка 255 и ширины нижнего электродного участка 256, соответственно, в электродной конфигурации (далее именуемой эталонной конфигурацией), показанной на фиг.12(А). Кроме того, верхний электродный участок 257 и нижний электродный участок 258, показанные на фиг.12(В), имеют такие же длины, как, соответственно, верхний электродный участок 255 и нижний электродный участок 256, показанные на фиг.12(А).
2
2
В этом случае площадь показанной на фиг.12(В) области, где верхний электродный участок 257 и нижний электродный участок 258 расположены один напротив другого, составляет 1/4 площади соответствующей области в эталонной конфигурации, представленной на фиг.12(А). В результате, в электродной конфигурации, показанной на фиг.12(В), емкость и активное сопротивление электродных участков оказываются, соответственно, вчетверо меньше и вдвое больше по сравнению с соответствующими параметрами эталонной конфигурации. Иными словами, для конденсатора такого типа, в котором продольное направление верхнего электродного участка и продольное направление нижнего электродного участка пересекают одно другое, если только ширина каждого из электродных участков установлена на уровне 1/n от ширины такого участка в эталонной конфигурации, емкость такого конденсатора составляет 1/n от емкости эталонной конфигурации, а активное сопротивление каждого из электродных участков оказывается в n раз больше по сравнению с эталонной конфигурацией. Вследствие этого, для случая конденсатора, в котором верхний электрод и нижний электрод пересекают один другого, как показано на фиг.12(А) и (В), для получения такой же емкости, как и в эталонной конфигурации, но при использовании электродной конфигурации, где только ширина каждого из электродных участков установлена на уровне 1/n относительно ширины в эталонной конфигурации, необходимо наложить один на другой n слоев конденсатора, где ширина каждого из электродных участков составляет 1/n относительно эталонной конфигурации. В этом случае активное сопротивление конденсатора в целом становится равным 1/n по сравнению с эталонной конфигурацией.
Исходя из сказанного выше, для случая многослойного конденсатора такого типа, в котором верхний электрод и нижний электрод пересекают один другого, величину активного сопротивления многослойного конденсатора в целом можно сделать меньше по сравнению с многослойным конденсатором, в котором верхний электрод и нижний электрод расположены параллельно один другому.
Модификация 1
Хотя приведенное выше описание первого варианта относится к случаю, когда продольное направление (направление х) электродного участка 11а верхнего электрода 11 и продольное направление (направление у) электродного участка 12а нижнего электрода 12 ортогональны одно другому, настоящее изобретение этим не ограничивается. Для Модификации 1 будет дано описание примера конфигурации, в котором продольное направление электродного участка верхнего электрода и продольное направление электродного участка нижнего электрода неортогональны одно другому.
Конфигурация электродов
На фиг.13(А) и (В) показаны конфигурации верхнего электрода и нижнего электрода, соответственно, в конденсаторе переменной емкости согласно Модификации 1. Эти фиг.13(А) и (В) представляют собой вид сверху и вид снизу, соответственно, конденсатора переменной емкости согласно Модификации 1. Модификация 1 имеет такую же конфигурацию, как и конденсатор 1 переменной емкости согласно приведенному выше первому варианту (фиг 6 и фиг.7(А) и (В)), за исключением того, что конфигурации (формы) верхнего электрода 21 и нижнего электрода 22 изменены. На фиг.13(А) и (В) такие же компоненты, как и те, что использованы в конфигурации согласно приведенному выше первому варианту (фиг.7(А) и (В)), обозначены такими же символами.
Верхний электрод 21 имеет V-образную форму и включает электродный участок 21а и контактный участок 21b. Этот контактный участок 21b выполнен вдоль одной короткой стороны (правая короткая сторона на чертеже) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Электродный участок 21а выступает от одного конца контактного участка 21b в наклонном направлении (неортогональное направление) относительно продольного направления контактного участка 21b (направление у на фиг.13(А)). На чертеже фиг.13(А) электродный участок 21а проходит в направлении от верхнего правого угла верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному нижнему левому углу этой поверхности.
Нижний электрод 22 имеет V-образную форму и обладает симметричной формой по отношению к верхнему электроду 21 относительно направления у в плоскости фиг.13(В). Кроме того, нижний электрод 22 включает электродный участок 22а и контактный участок 22b. Этот контактный участок 22b выполнен вдоль другой короткой стороны (левая короткая сторона на чертеже) нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10. Электродный участок 22а выступает от одного конца контактного участка 22b в наклонном направлении (неортогональное направление) относительно продольного направления контактного участка 22b (направление у на фиг.13(В)). На чертеже фиг.13 (В) электродный участок 22а проходит в направлении от верхнего левого угла нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному нижнему правому углу этой поверхности. Продольное направление электродного участка 22а нижнего электрода 22 неортогонально продольному направлению электродного участка 21а верхнего электрода 21.
Конденсатор переменной емкости согласно Модификации 1 может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления согласно первому варианту, описанный выше. Хотя для Модификации 1 описание относится к случаю конфигурации, где имеется только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что можно наложить несколько таких сегнетоэлектрических слоев 10 один на другой через электроды.
Конструкторский обзор формы электродов
Далее со ссылками на фиг.14 будет приведен конструкторский обзор верхнего электрода 21 и нижнего электрода 22 в конденсаторе переменной емкости согласно Модификации 1. На фиг.14 показано состояние перекрытия между проекцией 21р верхнего электрода, полученным путем проецирования верхнего электрода 21 согласно Модификации 1 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 22. На фиг.14 показано состояние перекрытия между проекцией 21р верхнего электрода и нижним электродом 22 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 21 относительно нижнего электрода 22. На фиг.14 представлен также пример основных размерных параметров (ΔL3, ΔL4, S4, S5, L3, L4, W3 и W4), которые следует рассматривать при проектировании форм и размеров электродов согласно Модификации 1. Здесь следует отметить, что перечень размерных параметров, которые следует учитывать при проектировании электродов, не ограничивается примером, изображенным на фиг.14.
Согласно Модификации 1 верхний электрод 21 и нижний электрод 22 выполнены таким образом, что продольное направление электродного участка 21ра проекции 21р верхнего электрода и продольное направление электродного участка 22а нижнего электрода 22 пересекают одного другого (но неортогональны одно другому). Кроме того, формы и размеры верхнего электрода 21 и нижнего электрода 22 спроектированы с учетом необходимых величины емкости и активного сопротивления и предполагаемой максимальной величины смещения между электродами. Более конкретно, соответствующие электроды спроектированы таким образом, что показанные на фиг.14 размерные параметры удовлетворяют, например, следующим условиям.
(1) ΔL3
Параметр ΔL3 - это минимальное расстояние между дальним концом электродного участка 21ра проекции 21р верхнего электрода и электродным участком 22а нижнего электрода 22. В этом примере минимальную длину L3 электродного участка 21а верхнего электрода 21 устанавливают таким образом, чтобы выполнить ΔL3≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 21 в каждом из направлений - направлении +x и направлении +y, относительно нижнего электрода 22 достигла предполагаемой максимальной величины.
(2) ΔL4
Параметр ΔL4 - это минимальное расстояние между дальним концом электродного участка 22а нижнего электрода 22 и электродным участком 21ра проекции 21р верхнего электрода. В этом примере минимальную длину L4 электродного участка 22а нижнего электрода 22 устанавливают таким образом, чтобы выполнить ΔL4≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 21 в каждом из направлений - направлении +x и направлении -y, относительно нижнего электрода 22 достигла предполагаемой максимальной величины.
(3) S4
Параметр S4 - это минимальное расстояние между дальним концом электродного участка 21ра проекции 21р верхнего электрода и контактным участком 22b нижнего электрода 22. В этом примере параметр S4 устанавливают таким образом, чтобы обеспечить выполнение условия S4≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 21 в направлении -x относительно нижнего электрода 22 достигнет предполагаемой максимальной величины. Иными словами, параметр S4 устанавливают таким образом, чтобы дальний конец электродного участка 21ра проекции 21р верхнего электрода не перекрывал контактного участка 22b нижнего электрода 22, когда величина смещения верхнего электрода 21 в направлении -x относительно нижнего электрода 22 достигнет предполагаемой максимальной величины.
(4) S5
Параметр S5 - это минимальное расстояние между контактным участком 21pb проекции 21р верхнего электрода и дальним концом электродного участка 22а нижнего электрода. В этом примере параметр S5 устанавливают таким образом, чтобы обеспечить выполнение условия S5≥0, даже если величина смещения верхнего электрода 21 в направлении -x относительно нижнего электрода 22 достигнет предполагаемой максимальной величины. Иными словами, параметр S5 устанавливают таким образом, чтобы дальний конец контактного участка 21pb проекции 21р верхнего электрода не перекрывал электродного участка 22а нижнего электрода 22, когда величина смещения верхнего электрода 21 в направлении -x относительно нижнего электрода 22 достигнет предполагаемой максимальной величины.
(5) L3 и L4
Параметры L3 и L4 представляют собой соответственно минимальную длину электродного участка 21а верхнего электрода 21 и минимальную длину электродного участка 22а нижнего электрода 22. В этом примере параметры L3 и L4 устанавливают с учетом, например, их связи с отмеченными выше размерными параметрами (1)-(4) (AL3, AL4, S4 и S5), а также необходимых величин емкости и активного сопротивления конденсатора переменной емкости.
(6) W3 и W4
Параметры W3 и W4 представляют собой соответственно ширину электродного участка 21а верхнего электрода 21 и ширину электродного участка 22а нижнего электрода 22. В этом примере параметры W3 и W4 устанавливают с учетом, например, их связи с отмеченными выше размерными параметрами (1)-(4) (AL3, AL4, S4 и S5), а также необходимых величин емкости и активного сопротивления конденсатора переменной емкости.
Следует отметить, что возможные формы верхнего электрода 21 и нижнего электрода 22 не ограничиваются формами, показанными на фиг.13(А) и (В). Здесь может быть применена любая форма, удовлетворяющая условиям, описанным выше со ссылками на конструкторский обзор. Например, верхний электрод 21 и нижний электрод 22 могут иметь симметричные формы относительно направления y, а продольные направления соответствующих электродов могут быть ортогональны одно другому. Кроме того, например, верхний электрод 21 и нижний электрод 22 могут не иметь симметричных форм, а ширина электродного участка одного из электродов может быть меньше ширины электродного участка другого электрода.
Соотношение между величиной смещения и площадью области противоположных электродов
При формировании верхнего электрода 21 и нижнего электрода 22 описанным выше способом площадь области Sa противоположных электродов может быть сделана постоянной, даже если положение верхнего электрода 21 относительно нижнего электрода 22 смещается в одном из направлений - направлении x или направлении у, или в обоих направлениях. Это иллюстрируют фиг.15(А) и (В) и фиг.16(А) и (В). Эти фиг.15(А) и (В) и фиг.16(А) и (В) представляют собой схемы, показывающие соотношение между областью Sa перекрытия (область противоположных электродов) проекции 21р верхнего электрода и нижнего электрода 22 с одной стороны и смещением между верхним электродом 21 и нижним электродом 22 с другой стороны.
Фиг.15(А) представляет схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 21 смещен в направлении +y (направление вверх на чертеже) относительно нижнего электрода 22. Фиг.15(В) представляет схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 21 смещен в направлении -у (направление вниз на чертеже) относительно нижнего электрода 22. Штриховая линия из чередующихся коротких и длинных штрихов на каждой из фиг.15(А) и (В) указывает положение проекции 21р верхнего электрода для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 21 относительно нижнего электрода 22. На каждой из фиг.15(А) и (В) направление смещения верхнего электрода 21 относительно нижнего электрода 22 указано жирной сплошной стрелкой.
Фиг.16(А) представляет схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 21 смещен в направлении +x (направление вправо на чертеже) относительно нижнего электрода 22. Фиг.16(В) представляет схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 21 смещен в направлении -x (направление влево на чертеже) относительно нижнего электрода 22. Штриховая линия из чередующихся коротких и длинных штрихов на каждой из фиг.16(А) и (В) указывает положение проекции 21р верхнего электрода для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 21 относительно нижнего электрода 22. На каждой из фиг.16(А) и (В) направление смещения верхнего электрода 21 относительно нижнего электрода 22 указано жирной сплошной стрелкой.
Как видно из фиг.15(А) и (В) и фиг.16(А) и (В), даже если положение верхнего электрода 21 смещено относительно положения нижнего электрода 22 в конденсаторе переменной емкости согласно Модификации 1 в любом направлении - направлении x или направлении y, площадь области Sa противоположных электродов не меняется. Говоря более конкретно, площадь электродного участка, где верхний электрод 21 и нижний электрод 22 вновь перекрываются (например, область Sai на фиг.15(А) и (В)) из-за смещения, и площадь электродного участка, который вышел за пределы области Sa противоположных электродов (например, область Sao на фиг.15(А) и (В)) из-за смещения, равны одна другой. В результате, площадь области Sa противоположных электродов не меняется.
Таким образом, поскольку емкость конденсатора переменной емкости согласно Модификации 1 не меняется даже при смещении верхнего электрода 21 относительно нижнего электрода 22, достигается такой же эффект, как и в описанном выше первом варианте. Более того, в Модификации 1 форма верхнего электрода 21 и форма нижнего электрода 22 симметричны относительно направления у, что облегчает проектирование верхнего электрода 21 и нижнего электрода 22.
Здесь следует отметить, однако, что в случае формирования верхнего электрода 21 и нижнего электрода 22 с применением описанного выше способа нанесения покрытия (трафаретная печать или аналогичный способ) через маску покрытие наносят, например, в направлении x или направлении y. Согласно Модификации 1, поскольку электродные участки выступают в наклонном направлении (не параллельно и не ортогонально) по отношению к направлению x или направлению y, при формировании электродных участков уменьшенной ширины способом нанесения покрытия имеется также вероятность получить нежелательное распределение толщины или формы края каждого электродного участка. Соответственно, при формировании электродных участков уменьшенной ширины способом нанесения покрытия предпочтительно, чтобы продольное направление каждого электродного участка было параллельно или ортогонально направлению нанесения покрытия.
Модификация 2
Описанная выше Модификация 1 относится к случаю, когда контактные участки верхнего электрода и нижнего электрода выполнены вдоль продольного направления (направление y) коротких сторон верхней и нижней поверхностей сегнетоэлектрического слоя и возле этих коротких сторон. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Применительно к Модификации 2 описание будет дано для случая, когда контактные участки верхнего электрода и нижнего электрода выполнены вдоль продольного направления (направление x) длинных сторон верхней и нижней поверхностей сегнетоэлектрического слоя и возле этих длинных сторон.
Конфигурация электродов
Фиг.17(А) и (В) показывают конфигурации соответственно верхнего электрода и нижнего электрода согласно Модификации 2. Фиг.17(А) и (В) представляют собой соответственно вид сверху и вид снизу конденсатора переменной емкости согласно Модификации 2. Модификация 2 имеет такую же конфигурацию, как конденсатор 1 переменной емкости согласно рассмотренному выше первому варианту (фиг.6 и фиг.7(А) и (В)), за исключением того, что изменены конфигурации (формы) верхнего электрода 31 и нижнего электрода 32. На фиг.17(А) и (В) такие же компоненты, как те, что использованы в указанном выше первом варианте (фиг.7(А) и (В)), обозначены такими же символами.
Как и в Модификации 1, верхний электрод 31 имеет V-образную форму и включает электродный участок 31а и контактный участок 31b (первый контактный участок). Этот контактный участок 31b выполнен вдоль одной длинной стороны (нижняя длинная сторона на чертеже) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Электродный участок 31а выступает от одного конца контактного участка 31b в наклонном направлении по отношению к продольному направлению контактного участка 31b (направление x на фиг.17(А)). На чертеже фиг.17(А) электродный участок 31а проходит в направлении от нижнего правого угла верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному верхнему левому углу.
Нижний электрод 32 имеет V-образную форму и симметричен по отношению к верхнему электроду 31 относительно направления х в плоскости фиг.17(В). Кроме того, нижний электрод 32 включает электродный участок 32а и контактный участок 32b (второй контактный участок). Этот контактный участок 32b выполнен вдоль другой длинной стороны (верхняя длинная сторона на чертеже) нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10. Электронный участок 32а выступает от одного конца контактного участка 32b в наклонном направлении по отношению к продольному направлению участка 32b (направление х на фиг.17(В)). В плоскости фиг.17(В) электродный участок 32а проходит в направлении от верхнего правого угла нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному нижнему левому углу. Согласно Модификации 3 продольное направление электродного участка 32а нижнего электрода 32 ортогонально продольному направлению электродного участка 31а верхнего электрода 31.
Отметим, что конденсатор переменной емкости согласно Модификации 2 может быть изготовлен таким же способом, как, например, описанный выше способ изготовления первого варианта. Хотя описание Модификации 2 относится к случаю конфигурации, имеющей только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть несколько сегнетоэлектрических слоев 10, накладываемых один на другой через электроды.
Фиг.18 показывает состояние перекрытия между проекцией 31р верхнего электрода, получаемого путем проецирования верхнего электрода 31 конденсатора переменной емкости в Модификации 2 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 32. Фиг.18 показывает состояние перекрытия между проекцией 31р верхнего электрода и нижним электродом 32 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 31 относительно нижнего электрода 32.
Согласно Модификации 2 верхний электрод 31 и нижний электрод 32 выполнены в такой форме, что продольное направление электродного участка 31ра проекции 31р верхнего электрода и продольное направление электродного участка 32а нижнего электрода ортогональны одно другому. Как и в Модификации 1, формы и размеры верхнего электрода 31 и нижнего электрода 32 спроектированы с учетом необходимых величин емкости и активного сопротивления и предполагаемой максимальной величины смещения между электродами.
Соотношение между смещением и площадью области противоположных электродов
За счет создания верхнего электрода 31 и нижнего электрода 32 описанным выше способом площадь области Sa области противоположных электродов может быть сделана постоянной, даже если положение верхнего электрода 31 смещается относительно положения нижнего электрода 32 в одном или в обоих направлениях - направлении х и направлении у. Это показано на фиг.19(А) и (В) и фиг.20(А) и (В). Фиг.19(А) и (В) и фиг.20(А) и (В) представляют собой схемы, показывающие соотношение между областью Sa перекрытия (область противоположных электродов) проекции 31р верхнего электрода и нижнего электрода 32, а также смещение между верхним электродом 31 и нижним электродом 32.
Фиг.19(А) представляет схему, показывающую состояние, когда верхний электрод 31 смещен в направлении +y (направление вверх на чертеже) относительно нижнего электрода 32. Фиг.19(В) представляет схему, показывающую состояние, когда верхний электрод 31 смещен в направлении -y (направление вниз на чертеже) относительно нижнего электрода 32. Штриховая линия из чередующихся длинных и коротких штрихов на каждой из фиг.19(А) и (В) указывает положение проекции 31р верхнего электрода для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 31 относительно нижнего электрода 32. На каждой из фиг.19(А) и (В) направление смещения верхнего электрода 31 относительно нижнего электрода 32 обозначено жирной сплошной стрелкой.
Фиг.20(А) представляет схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 31 смещен в направлении +x (направление вправо на чертеже) относительно нижнего электрода 32. Фиг.20(В) представляет схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 31 смещен в направлении -x (направление влево на чертеже) относительно нижнего электрода 32. Штриховая линия из чередующихся длинных и коротких штрихов на каждой из фиг.20(А) и (В) указывает положение проекции 31р верхнего электрода для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 31 относительно нижнего электрода 32. На каждой из фиг.20(А) и (В) направление смещения верхнего электрода 31 относительно нижнего электрода 32 обозначено жирной сплошной стрелкой.
Как ясно из фиг.19(А) и (В) и фиг.20(А) и (В), даже если положение верхнего электрода 31 смещено относительно положения нижнего электрода 32 конденсатора переменной емкости согласно Модификации 2 в каком-либо направлении - направлении х или направлении у, площадь области Sa противоположных электродов не меняется. Говоря более конкретно, площадь электродного участка, где электроды вновь перекрываются (например, область Sai на фиг.19(А) и (В)) из-за смещения, и площадь электродного участка, который вышел за пределы области Sa противоположных электродов (например, область Sao на фиг.19(А) и (В)) из-за смещения, равны одна другой. В результате, площадь области Sa противоположных электродов не меняется.
Таким образом, поскольку емкость конденсатора переменной емкости согласно Модификации 2 не меняется даже при смещении верхнего электрода 31 относительно нижнего электрода 32, достигается тот же самый эффект, как и рассмотренном выше первом варианте. Кроме того, в Модификации 2 форма верхнего электрода 31 и форма нижнего электрода 32 симметричны относительно направления х, что облегчает проектирование верхнего электрода 31 и нижнего электрода 32.
Далее, в Модификации 2 контактные участки верхнего электрода 31 и нижнего электрода 32 выполнены в продольном направлении (направление х) длинных сторон верхней и нижней поверхностей сегнетоэлектрического слоя 10 и рядом с этими длинными сторонами. Таким образом, длины электродных участков верхнего электрода 31 и нижнего электрода 32 можно уменьшить по сравнению с Модификацией 1. В этом случае величина активного сопротивления конденсатора переменной емкости может быть уменьшена по сравнению с Модификацией 1.
Хотя выше дано описание первого варианта и Модификаций 1 и 2 на примере емкостного прибора с переменной емкостью (конденсатора переменной емкости) в качестве емкостного прибора, настоящее изобретение этим не ограничивается. Конфигурации верхнего электрода и нижнего электрода, описанные выше для первого варианта и Модификаций 1 и 2, могут быть аналогично применены к емкостным приборам (далее именуемыми емкостными приборами с постоянной емкостью), емкости которых практически не меняются вовсе независимо от типа входного сигнала и уровня этого сигнала.
2
2
3
2
2
3
2
5
Отметим, однако, что в этом случае слой диэлектрика выполнен из параэлектрического материала, обладающего низкой относительной диэлектрической проницаемостью. Примерами таких параэлектрических материалов, которые могут быть использованы в рассматриваемых приборах, являются бумага, полиэтилен терефталат, полипропилен, полифенилен сульфид, полистирол, TiO, MgTiO, MgTiO, SrMgTiO, AlO, TaO и т.п. Отметим, что подобный конденсатор постоянной емкости может быть изготовлен таким же способом, как и конденсатор переменной емкости согласно рассмотренному выше первому варианту.
Описанная выше проблема разброса емкостей между индивидуальными емкостными приборами с переменной емкостью из-за смещения между верхним электродом и нижним электродом не ограничивается емкостными приборами с переменной емкостью, а проявляется аналогичным образом в емкостных приборах с постоянной емкостью. Если применить конфигурацию верхнего электрода и нижнего электрода, описанную выше в первом варианте и в Модификациях 1 и 2, в емкостном приборе с постоянной емкостью, можно разрешить рассмотренную выше проблему и получить такие же преимущества, как и в случае первого варианта настоящего изобретения.
2. Второй вариант
Хотя применительно к первому варианту и к Модификациям 1 и 2 было дано описание для случая, когда верхний электрод и нижний электрод смещены один относительно другого в направлениях x и y, настоящее изобретение этим не ограничивается. Например, в зависимости от оборудования, применяемого для позиционирования верхнего электрода и нижнего электрода, и от конкретного технологического процесса смещение электродов одного относительно другого может проявиться в направлении x или в направлении y, т.е. в одном направлении. В таком случае вполне достаточно учитывать влияние относительного смещения между верхним электродом и нижним электродом только в этом направлении x или направлении y. В этом варианте будет дано описание примера емкостного прибора с переменной емкостью, применимого в случае, когда смещение проявляется только в направлении x или в направлении y, как описано выше.
Конфигурация электродов
На фиг.21(А) и (В) показаны конфигурации верхнего электрода и нижнего электрода соответственно в конденсаторе переменной емкости (емкостный прибор с переменной емкостью) согласно рассматриваемому варианту. Эти фиг.21(А) и (В) представляют собой вид сверху и вид снизу соответственно конденсатора переменной емкости. Рассматриваемый вариант относится к случаю, когда смещение происходит в направлении у, обозначенном на фиг.21(А) и (В). На фиг.21(А) и (В) такие же компоненты, как и в конденсаторе согласно первому варианту (фиг.7(А) и (В)), обозначены тем же символами.
Конденсатор переменной емкости согласно рассматриваемому варианту имеет такую же конфигурацию, как и конденсатор переменной емкости согласно описанному выше первому варианту (фиг.6 и фиг.7(А) и (В)), за исключением того, что изменились конфигурации (формы) верхнего электрода 41 и нижнего электрода 42. Поэтому описание компонентов помимо электродов здесь опущено.
Верхний электрод 41 (первый электрод) выполнен на верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Этот верхний электрод 41 имеет Т-образную форму (первая форма) и включает электродный участок 41а (первый электродный участок) и контактный участок 41b. Этот контактный участок 41b создан вдоль одной короткой стороны (правая короткая сторона на чертеже) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 и возле этой короткой стороны. Электродный участок 41а выступает от середины контактного участка 41b в направлении (направление x: первое направление), ортогональном продольному направлению (направление у на фиг.21 (А)) контактного участка 41b.
Нижний электрод 42 (второй электрод) выполнен на нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10. Этот нижний электрод 42 имеет по существу U-образную форму (вторая форма) и включает два электродных участка 42а и 42с (второй электродный участок) и контактный участок 42b. Этот контактный участок 42b создан вдоль другой короткой стороны (левая короткая сторона на чертеже) нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10 и возле этой короткой стороны. Электродные участки 42а и 42с выступают от противоположных концов участка 42b в направлении (направление x: второе направление), ортогональном продольному направлению (направление y на фиг.21 (В)) контактного участка 42b. Предполагается, что электродный участок 42а и электродный участок 42с имеют одинаковую форму.
Иными словами, согласно рассматриваемому варианту продольное направление электродного участка 41а верхнего электрода 41 и продольное направление электродных участков 42а и 42с нижнего электрода 42 параллельны одно другому. В этом случае, как будет описано позднее, между верхним электродом 41 и нижним электродом 42 образованы несколько областей противоположных электродов (Sa1 и Sa2 на фиг.22). В рассматриваемом варианте продольное направление (направление x) каждого электродного участка ортогонально направлению (направление y) смещения между электродами.
Хотя описание рассматриваемого варианта было дано применительно к примеру конфигурации, в котором имеется только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использованы несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды. В этом случае, так же, как, например, и при изготовлении способом, описанным выше согласно первому варианту, готовят несколько сегнетоэлектрических слоев с электродами и затем накладывают эти слои последовательно один на другой, изготавливая тем самым конденсатор переменной емкости. В этом случае соединяют несколько верхних электродов 41 один с другим посредством внешней электродной клеммы и соединяют несколько нижних электродов 42 один с другим посредством другой внешней электродной клеммы, так что конденсаторные компоненты, выполненные в индивидуальных сегнетоэлектрических слоях 10, оказываются соединены этими внешними электродными клеммами параллельно. Таким способом можно увеличить емкость (пропорционально числу слоев) конденсатора переменной емкости и уменьшить величину его активного сопротивления (обратно пропорционально числу слоев).
Конструкторский обзор формы электродов
Далее будет приведен конструкторский обзор верхнего электрода 41 и нижнего электрода 42 в конденсаторе переменной емкости согласно рассматриваемому варианту со ссылками на фиг.22. На фиг.22 показано состояние перекрытия между проекцией 41р верхнего электрода, полученного путем проецирования верхнего электрода 41 конденсатора переменной емкости согласно настоящему изобретению на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 42. Фиг.22 изображает состояние перекрытия между проекцией 41р верхнего электрода и нижним электродом 42 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 41 относительно нижнего электрода 42. На фиг.22 показан также пример основных размерных параметров (ΔL5, ΔL6, S6, L5, L6, W5 и W6), которые нужно учитывать при проектировании форм и размеров электродов согласно рассматриваемому варианту.
В этом варианте верхний электрод 41 и нижний электрод 42 выполнены таким образом, что электродный участок 41ра проекции 41р верхнего электрода перекрывает указанные два электродных участка 42а и 42с нижнего электрода 42. Кроме того, формы и размеры верхнего электрода 41 и нижнего электрода 42 рассчитаны с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления, а также предполагаемой максимальной величины смещения между электродами. Более конкретно, соответствующие электроды спроектированы таким образом, чтобы размерные параметры, показанные на фиг.22, удовлетворяли, например, следующим условиям. Здесь следует отметить, что перечень размерных параметров, которые необходимо учитывать при проектировании электродов, не ограничивается параметрами, показанными в примере, представленном на фиг.22.
(1) ΔL5 и ΔL6
Параметры ΔL5 и ΔL6 представляют собой соответственно ширину области Sa1 противоположных электродов и ширину области Sa2 противоположных электродов в направлении у. В этом варианте формы и размеры верхнего электрода 41 и нижнего электрода 42 проектируют таким образом, чтобы выполнить условия ΔL5≥0 и ΔL6≥0, даже если смещение проекции 41р верхнего электрода относительно нижнего электрода в направлении у достигает предполагаемой максимальной величины. Более конкретно, ширину W5 электродного участка 41а верхнего электрода и расстояние S6 между электродным участком 42а и электродным участком 42с нижнего электрода 42 устанавливают таким образом, чтобы условия ΔL5≥0 и ΔL6≥0 выполнялись все время.
(2) L5 и L6
Параметры L5 и L6 представляют собой соответственно длину электродного участка 41 а верхнего электрода 41 и длину электродного участка 42а или электродного участка 42 с нижнего электрода 42. В рассматриваемом варианте длины соответствующих электродных участков верхнего электрода 41 и нижнего электрода 42 устанавливают таким образом, чтобы электродный участок 41ра проекции 41р верхнего электрода перекрывал два электродных участка 42а и 42с нижнего электрода 42. Кроме того, величины параметров L5 и L6 устанавливают с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления конденсатора переменной емкости.
(3) W5 и W6
Параметры W5 и W6 представляют собой соответственно ширину электродного участка 41 а верхнего электрода 41 и ширину электродного участка 42а или электродного участка 42с нижнего электрода 42. В рассматриваемом варианте величину параметра W5 устанавливают больше величины расстояния S6 между двумя электродными участками 42а и 42с нижнего электрода 42. Кроме того, величины параметров W5 и W6 устанавливают с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления конденсатора переменной емкости.
Здесь следует отметить, что формы верхнего электрода 41 и нижнего электрода 42 не ограничиваются формами, указанными согласно рассматриваемому варианту (формы, показанные на фиг.21(А) и (В)). Здесь можно использовать любую форму, удовлетворяющую условиям, приведенным выше со ссылками на конструкторский обзор.
Соотношение между смещением и площадью области противоположных электродов
Изготовив верхний электрод 41 и нижний электрод 42 в соответствии с описанным выше способом, можно сделать сумму площадей области Sa1 противоположных электродов и области Sa2 противоположных электродов постоянной, даже в случае смещения положения верхнего электрода 41 относительно положения нижнего электрода 42 в направлении у. Это иллюстрируют фиг.23(А) и (В). Фиг.23(А) и (В) представляют собой схемы, показывающие соотношение между областями перекрытия (области противоположных электродов) Sa1 и Sa2 проекции 41р верхнего электрода, полученного путем проецирования верхнего электрода 41 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 42, с одной стороны, и величиной смещения между верхним электродом 41 и нижним электродом 42, с другой стороны.
Фиг.23 (А) представляет собой схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 41 смещен в направлении +y (направление вверх на чертеже) относительно нижнего электрода 42. Фиг.23(В) представляет собой схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 41 смещен в направлении -y (направление вниз на чертеже) относительно нижнего электрода 42. Штриховая линия из чередующихся длинных и коротких штрихов на каждой из фиг.23(А) и (В) указывает положение проекции 41р верхнего электрода для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 41 относительно нижнего электрода 42. На каждой из фиг.23(А) и (В) направление смещения верхнего электрода 41 относительно нижнего электрода 42 обозначено жирной сплошной стрелкой.
Как видно на фиг.23(А) и (В), даже если положение верхнего электрода 41 смещено относительно положения нижнего электрода 42 в конденсаторе переменной емкости в направлении у, суммарная площадь области Sa1 противоположных электродов и области Sa2 противоположных электродов не меняется. Говоря более конкретно, в случае, например, фиг.23(А) площадь области Sai, вновь перекрывающей область Sa1 противоположных электродов из-за смещения, и площадь области Sao, которая вышла из состояние перекрытия и оказалась вне области Sa2 противоположных электродов из-за смещения, равны одна другой. Таким образом, суммарная площадь области Sa1 противоположных электродов и области Sa2 противоположных электродов не меняется.
Вследствие этого, в случае конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту суммарная площадь области Sa1 противоположных электродов и области Sa2 противоположных электродов не меняется, даже если положение верхнего электрода 41 смещено относительно положения нижнего электрода 42 в направлении y, так что емкость тоже не меняется. Поэтому согласно рассматриваемому варианту достигается такой же эффект, как и в первом варианте.
Как описано выше, конструкция конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту может быть применена в ситуации, когда смещение проявляется в направлении у, а емкость конденсатора изменяется при смещении в направлении х. Это иллюстрируют фиг.24(А) и (В). Эти фиг.24(А) и (В) представляют собой схемы, показывающие соотношение между областями перекрытия (области противоположных электродов) Sa1 и Sa2 проекции 41р верхнего электрода, полученного путем проецирования верхнего электрода 41 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 42, с одной стороны, и величиной смещения между верхним электродом 41 и нижним электродом 42, с другой стороны, и смещение в направлении х.
Фиг.24(А) представляет собой схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 41 смещен в направлении +x (направление вправо на чертеже) относительно нижнего электрода 42. Фиг.24(В) представляет собой схему, показывающую состояние, в котором верхний электрод 41 смещен в направлении -x (направление влево на чертеже) относительно нижнего электрода 42. Штриховая линия из чередующихся длинных и коротких штрихов на каждой из фиг.24(А) и (В) указывает положение проекции 41р верхнего электрода для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 41 относительно нижнего электрода 42. На каждой из фиг.24(А) и (В) направление смещения верхнего электрода 41 относительно нижнего электрода 42 обозначено жирной сплошной стрелкой.
Как видно на фиг.24(А) и (В), в рассматриваемом варианте, когда положение верхнего электрода 41 смещено относительно положения нижнего электрода 42 в конденсаторе переменной емкости в направлении x, суммарная площадь области Sa1 противоположных электродов и области Sa2 противоположных электродов изменяется, и соответственно изменяется емкость. Более конкретно, в случае фиг.24(А) область Sao фиг.24(А) выходит за пределы области противоположных электродов из-за смещения, так что суммарная площадь области Sa1 противоположных электродов и области Sa2 противоположных электродов становится меньше, чем в случае, когда смещение отсутствует. С другой стороны, в случае фиг.24(В) область Sai на этой фиг.24(В) вновь добавляется к области противоположных электродов из-за смещения, так что суммарная площадь области Sa1 противоположных электродов и области Sa2 противоположных электродов становится больше, чем в случае, когда смещение отсутствует.
Хотя описание рассматриваемого варианта было дано применительно к примеру для случая, когда смещение проявляется только в одном направлении, каковым является направление у, настоящее изобретение этим не ограничивается. Настоящее изобретение применимо также в случае, когда смещение проявляется в другом единственном направлении, каковым является направление х. В этом случае, например, формы электродов могут соответствовать результату, получаемому при повороте верхнего электрода 41 и нижнего электрода 42 на 90 градусов в пределах верхней поверхности 10а и нижней поверхности 10b соответственно.
Хотя описание второго варианта выше было дано на примере емкостного прибора с переменной емкостью (конденсатор переменной емкости) в качестве емкостного прибора, настоящее изобретение этим не ограничивается. Конфигурация верхнего электрода и нижнего электрода, описанная в случае второго варианта, может быть аналогичным образом применена к емкостным приборам с постоянной емкостью, так что емкость таких приборов практически совсем не меняется, независимо от типа и уровня входного сигнала, и при этом можно получить такие же преимущества. Отметим, однако, что в этом случае слой диэлектрика выполняют из параэлектрического материала с низкой относительной диэлектрической проницаемостью. В качестве параэлектрических материалов здесь можно использовать такие же параэлектрические материалы, как описано выше для первого варианта.
Модификация 3
Каждый из конденсаторов переменной емкости согласно первому и второму вариантам и Модификациям 1 и 3 представляет собой, как описано выше, конденсатор переменной емкости, имеющий две клеммы, так что такой конденсатор переменной емкости не имеет специальной клеммы для подачи сигнала управляющего смещения с целью регулирования величины емкости. Следовательно, при использовании такого конденсатора переменной емкости для бесконтактной электронной карточки или аналогичного устройства в реальной схеме этот конденсатор переменной емкости конфигурируют с четырьмя клеммами.
На фиг.25 показан пример конфигурации схемы рядом с конденсатором переменной емкости в реальном устройстве. В таком реальном устройстве одна клемма конденсатора 50 переменной емкости соединена с одной клеммой 63 ввода/вывода сигнала переменного тока через конденсатор 61 для устранения смещения и соединена с входной клеммой 64 управляющего напряжения через резистор 62 для ограничения тока. Другая клемма конденсатора 50 переменной емкости соединена с другой клеммой 65 ввода/вывода сигнала переменного тока и соединена с выходной клеммой 66 управляющего напряжения.
В соответствии с конфигурацией схемы конденсатора 50 переменной емкости, как описано выше, сигнальный ток (сигнал переменного тока) течет через конденсатор 6 1 для устранения смещения и конденсатор 50 переменной емкости, а ток управления (постоянный ток смещения) течет только через конденсатор 50 переменной емкости и через резистор 62 для ограничения тока (ограничительный резистор). В такой ситуации при изменении управляющего напряжения происходит изменение емкости Cv конденсатора 50 переменной емкости. В результате, сигнальный ток тоже изменяется.
Конфигурация емкостного прибора с переменной емкостью
Сейчас, в качестве Модификации 3, будет описан пример емкостного прибора с переменной емкостью, в котором интегрированы конденсатор 50 переменной емкости и конденсатор 61 для устранения смещения. Такой пример конфигурации емкостного прибора с переменной емкостью, в котором интегрированы конденсатор 50 переменной емкости и конденсатор 61 для устранения смещения, показан на фиг.26. На фиг.26 такие же компоненты, какие используются в первом варианте (фиг.6), обозначены теми же символами.
Емкостный прибор 2 с переменной емкостью включает сегнетоэлектрический слой 51, а также верхний электрод 11 и нижний электрод 12 для конденсатора 50 переменной емкости, так что сегнетоэлектрический слой 51 вложен между этими электродами. Далее, емкостный прибор 2 с переменной емкостью включает верхний электрод 53 и нижний электрод 54 для конденсатора 61 для устранения смещения, выполненные так, что сегнетоэлектрический слой 51 оказывается вложен между этими электродами.
Верхний электрод 11 для конденсатора 50 переменной емкости и верхний электрод 53 конденсатора 61 для устранения смещения созданы на верхней поверхности 51а сегнетоэлектрического слоя 51 на заданном расстоянии один от другого. Нижний электрод 12 для конденсатора 50 переменной емкости и нижний электрод 54 конденсатора 61 для устранения смещения выполнены на нижней поверхности 51b сегнетоэлектрического слоя 51 на заданном расстоянии один от другого. Иными словами, в рассматриваемом варианте конденсатор 50 переменной емкости и конденсатор 61 для устранения смещения совместно используют общий слой диэлектрика.
Верхний электрод 11 для конденсатора 50 переменной емкости и верхний электрод 53 конденсатора 61 для устранения смещения соединены один с другим через проволочный вывод 55 или аналогичным способом. Указанные верхний электрод 11 для конденсатора 50 переменной емкости и верхний электрод 53 конденсатора 61 для устранения смещения могут быть соединены один с другим путем создания заданного рисунка электрических проводников, соединяющего эти электроды, на верхней поверхности 51а сегнетоэлектрического слоя 51.
Верхний электрод 11 для конденсатора 50 переменной емкости и верхний электрод 53 конденсатора 61 для устранения смещения соединяют проволочным выводом 56 с входной клеммой 64 управляющего напряжения через ограничительный резистор 62 (см. фиг.25 и фиг.26). Нижний электрод 12 для конденсатора 50 переменной емкости соединяют посредством проволочного вывода 57 с другой клеммой 65 ввода/вывода сигнала переменного тока и с выходной клеммой 66 управляющего напряжения. Нижний электрод 54 конденсатора 61 для устранения смещения соединяют посредством проволочного вывода 58 с одной клеммой 63 ввода/вывода сигнала переменного тока. В результате таких соединений, как показано в схеме на фиг.25, сигнальный ток (сигнал переменного тока) течет через конденсатор 61 для устранения смещения и конденсатор 50 переменной емкости, а управляющий ток (постоянный ток смещения) течет только через конденсатор 50 переменной емкости, к которому поступает через ограничительный резистор 62.
Верхний электрод 11 и нижний электрод 12 для конденсатора 50 переменной емкости могут быть выполнены в такой же форме, как соответствующие верхний электрод и нижний электрод, используемые в конденсаторах переменной емкости согласно описанным выше первому и второму вариантам и Модификациям 1 и 2. С другой стороны, верхний электрод 53 и нижний электрод 54 конденсатора 61 для устранения смещения могут иметь такую же форму, как электроды обычных конденсаторов.
Благодаря интеграции конденсатора 50 переменной емкости и конденсатора 61 для устранения смещения в едином приборе, как в рассматриваемом варианте, можно уменьшить размеры устройства, в котором применен конденсатор переменной емкости согласно настоящему изобретению. Кроме того, поскольку число компонентов может быть уменьшено, появляется возможность снизить стоимость устройства.
3. Третий вариант
Хотя первый и второй варианты, а также Модификации с 1 по 3, описанные выше, относятся к случаю, когда настоящее изобретение применено к конденсатору переменной емкости, имеющему две клеммы, настоящее изобретение этим не ограничивается. Настоящее изобретение может быть также применено в конденсаторе переменной емкости с четырьмя клеммами, имеющем специальную выделенную клемму для подачи сигнала управляющего смещения с целью регулирования величины емкости, как предложено в документе PTL 2. Для рассматриваемого варианта описание будет приведено для случая, когда настоящее изобретение применено в конденсаторе переменной емкости, имеющем четыре клеммы.
Конфигурация конденсатора переменной емкости
Фиг.27 показывает пример конденсатора переменной емкости, имеющего четыре клеммы, согласно рассматриваемому варианту. Конденсатор 3 переменной емкости, имеющий четыре клеммы, согласно рассматриваемому варианту имеет такую же конфигурацию, как и конденсатор переменной емкости, предложенный в документе PTL 2 (см. фиг.61(А) и (В)), за исключением формы электродов. Таким образом, внешний вид конденсатора 3 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту является таким же, как показано на фиг.61 (А), и только схематичный вид сечения конденсатора 3 переменной емкости представлен на фиг.27.
Конденсатор 3 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту включает пять управляющих электродов 71-75, четыре сигнальных электрода 76-79, выполненных между управляющими электродами, и сегнетоэлектрический слой 70 между каждыми из соседних управляющих электродов и сигнальных электродов. Иными словами, конденсатор 3 переменной емкости имеет структуру, в которой пять управляющих электродов 71-75 и четыре сигнальных электрода 76-79 расположены поочередно один над другим через сегнетоэлектрический слой 70. В последующем описании управляющие электроды от управляющего электрода 71, расположенного сверху на фиг.27, до управляющего электрода 75, расположенного внизу, именуются, соответственно, по порядку от первого управляющего электрода 71 по пятый управляющий электрод 75. Кроме того, сигнальные электроды от сигнального электрода 76, расположенного сверху на фиг.27, до сигнального электрода 79, расположенного внизу, именуются, соответственно, по порядку от первого сигнального электрода 76 по четвертый сигнальный электрод 79.
В рассматриваемом варианте первый управляющий электрод 71, третий управляющий электрод 73 и пятый управляющий электрод 75 соединены с положительной клеммой источника 81 управляющего напряжения, а второй управляющий электрод 72 и четвертый управляющий электрод 74 соединены с отрицательной клеммой источника 81 управляющего напряжения. С другой стороны, первый сигнальный электрод 76 и третий сигнальный электрод 78 соединены с одной клеммой ввода/вывода источника 80 сигнала (источник сигнала переменного тока), а второй сигнальный электрод 77 и четвертый сигнальный электрод 79 соединены с другой клеммой ввода/вывода источника 80 сигнала.
Конфигурация электродов
Фиг.28(А)-(D) показывают пример конфигурации каждого управляющего электрода и каждого сигнального электрода согласно рассматриваемому варианту. Эти фиг.28(А)-(D) показывают конфигурацию четырех электродов, начиная от верхней части чертежа конденсатора 3 переменной емкости, показанного на фиг.27, по порядку их расположения. На фиг.28(А) показана конфигурация первого управляющего электрода 71, а на фиг.28(В) показана конфигурация первого сигнального электрода 76. Фиг.28(С) представляет конфигурацию второго управляющего электрода 72, а фиг.28(D) показывает конфигурацию второго сигнального электрода 77.
Как показано на фиг.28(А)-(D), каждый электрод имеет Т-образную форму. Кроме того, каждый электрод имеет контактный участок, соединенный с источником 80 сигнала или источником 81 управляющего напряжения через проволочный вывод или подобный элемент, и электродный участок, выступающий от середины контактного участка в направлении, ортогональном продольному направлению контактного участка. Индивидуальные электроды выполнены таким образом, что продольные направления электродных участков любых двух соседних через сегнетоэлектрический слой 70 электродов ортогональны одно другому.
Говоря более конкретно, в примере, показанном на фиг.28(А)-(D), контактный участок 71b первого управляющего электрода 71 выполнен вдоль одной короткой стороны (левая короткая сторона на чертеже) поверхности сегнетоэлектрического слоя 70. Электродный участок 71а первого управляющего электрода 71 выступает от середины контактного участка 71b в направлении (направление х), ортогональном продольному направлению (направление у на чертеже) контактного участка 71b.
В первом сигнальном электроде 76, выполненном рядом с первым управляющим электродом 71 через сегнетоэлектрический слой 70, контактный участок 76b создан вдоль одной длинной стороны (верхняя длинная сторона на чертеже) поверхности сегнетоэлектрического слоя 70. Электродный участок 76а первого сигнального электрода 76 выступает от середины контактного участка 76b в направлении (направление y), ортогональном продольному направлению (направление x на чертеже) контактного участка 76b. Таким образом, электродный участок 71а первого управляющего электрода и электродный участок 76а первого сигнального электрода 76 ортогональны один другому.
Во втором управляющем электроде 72, выполненном рядом с первым сигнальным электродом 76 через сегнетоэлектрический слой 70, контактный участок 72b создан вдоль другой короткой стороны (правая короткая сторона на чертеже) поверхности сегнетоэлектрического слоя 70. Электродный участок 72а второго управляющего электрода 72 выступает от середины контактного участка 72b в направлении (направление x), ортогональном продольному направлению (направление y на чертеже) контактного участка 72b. Таким образом, электродный участок 76а первого сигнального электрода 76 и электродный участок 72а второго управляющего электрода 72 ортогональны один другому.
Во втором сигнальном электроде 77, выполненном рядом со вторым управляющим электродом 72 через сегнетоэлектрический слой 70, контактный участок 77b создан вдоль другой длинной стороны (нижняя длинная сторона на чертеже) поверхности сегнетоэлектрического слоя 70. Электродный участок 77а второго сигнального электрода 77 выступает от середины контактного участка 77b в направлении (направление y), ортогональном продольному направлению (направление x на чертеже) контактного участка 77b. Таким образом, электродный участок 72а второго управляющего электрода 72 и электродный участок 77а второго сигнального электрода 77 ортогональны один другому.
В рассматриваемом варианте третий управляющий электрод 73, третий сигнальный электрод 78, четвертый управляющий электрод 74 и четвертый сигнальный электрод 79 выполнены согласно конфигурации, показанной на 28(А)-(D), соответственно. Кроме того, пятый управляющий электрод 75 выполнен в конфигурации, показанной на фиг.28(А). При создании соответствующих электродов согласно этим конфигурациям продольные направления электродных участков любой пары соседних через сегнетоэлектрический слой 70 управляющих и сигнальных электродов могут быть сделаны ортогональными одно другому.
Что касается форм индивидуальных электродов, формы каждого из управляющих электродов и каждого из сигнальных электродов спроектированы таким образом, чтобы даже при появлении смещения в направлении x и/или в направлении y между соседними управляющим электродом и сигнальным электродом площадь области противоположных электродов (область перекрытия) между соседними управляющим электродом и сигнальным электродом не изменялась. Кроме того, размеры индивидуальных электродов проектируют с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления, а также предполагаемой максимальной величины смещения между электродами. Например, размеры индивидуальных электродов устанавливают таким же образом, как это было описано выше со ссылками на конструкторский обзор согласно первому варианту.
Если установить формы индивидуальных электродов описанным выше способом, то даже при появлении смещения в направлении x и/или в направлении y между соседними управляющим электродом и сигнальным электродом площадь области противоположных электродов между соседними управляющим электродом и сигнальным электродом не изменяется и, соответственно, не изменяется емкость конденсатора 3 переменной емкости. Таким образом, согласно рассматриваемому варианту достигается такой же эффект, как и в случае первого варианта. Кроме того, поскольку конденсатор 3 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту представляет собой емкостный прибор с переменной емкостью, имеющий четыре клеммы, конденсатор для устранения смещения становится ненужным.
Хотя рассматриваемый вариант относится к случаю, когда учитывают смещение в обоих направлениях - направлении x и направлении y, настоящее изобретение этим не ограничивается. Как и во втором варианте, настоящее изобретение может быть применено в ситуации, когда смещение проявляется только в одном направлении - направлении x или направлении y. В этом случае, например, формы соседних управляющего и сигнального электродов могут быть выбраны, как показано на фиг.21(А) и (В).
Рассматриваемый вариант относится к конденсатору переменной емкости с четырьмя клеммами, в котором направление электрического поля, генерируемого между сигнальными электродами при подаче сигнала от источника 80 сигнала, и направление электрического поля, генерируемого между управляющими электродами при подаче управляющего напряжения, параллельны одно другому. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Например, настоящее изобретение применимо также к имеющему четыре клеммы конденсатору переменной емкости (не показан), в котором направление электрического поля, генерируемого между сигнальными электродами при подаче сигнала от источника сигнала, и направление электрического поля, генерируемого между управляющими электродами при подаче управляющего напряжения, ортогональны одно другому. В рассматриваемом варианте сигнальные электроды и управляющие электроды формируют не поочередно. Поэтому в случае конденсатора переменной емкости с четырьмя клеммами настоящее изобретение может быть применено к формам соседних электродов.
4. Четвертый вариант
Как описано выше со ссылками на первый вариант, при использовании конструкции емкостного прибора с переменной емкостью согласно настоящему изобретению можно стабильно изготавливать конденсаторы переменной емкости, обладающие емкостью порядка пФ, независимо от смещения между электродами (верхним и нижним электродами), расположенными один напротив другого через сегнетоэлектрический слой. Следует отметить, однако, что для того, чтобы управлять конденсатором переменной емкости посредством низкого напряжения, необходимо сделать сегнетоэлектрический слой тоньше с целью увеличения напряженности электрического поля между электродами. Для этого необходимо уменьшить площадь электродов расположенных один напротив другого через сегнетоэлектрический слой. Иными словами, для реализации низковольтного управления емкостным прибором с переменной емкостью необходимо использовать сегнетоэлектрический слой небольшой толщины и изготавливать емкостные приборы с переменной емкостью, обладающие очень маленькой емкостью С.
Например, в случае управления емкостным прибором с переменной емкостью посредством напряжения около 3 В толщина сегнетоэлектрического слоя составляет около 2 мкм, а область противоположных электродов имеет размер примерно 100 мкм×100 мкм. В таком случае величина активного сопротивления R электродов емкостного прибора с переменной емкостью в целом становится большой, что ведет к проблеме снижения величины добротности Q (=1/ωCR: Добротность). Соответственно в рассматриваемом варианте будет дано описание примера конфигурации конденсатора переменной емкости, в котором при использовании емкостного прибора с переменной емкостью, имеющего две клеммы, можно еще больше уменьшить активное сопротивление электродов (ESR: эквивалентное последовательное сопротивление).
На фиг.29(А) и (В) показан пример конфигурации конденсатора переменной емкости (емкостного прибора с переменной емкостью) согласно рассматриваемому варианту. Фиг.29(А) представляет собой вид сверху конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту, иллюстрирующий конфигурацию верхнего электрода. С другой стороны, фиг.29(В) представляет собой вид снизу конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту, иллюстрирующий конфигурацию нижнего электрода. Рассматриваемый вариант имеет такую же конфигурацию, как и конденсатор 1 переменной емкости согласно описанному выше первому варианту (фиг.6 и фиг.7(А) и (В)), за исключением того, что изменены конфигурации (формы) верхнего электрода и нижнего электрода. На фиг.29(А) и (В) такие же компоненты, как и те, что используются согласно описанному выше первому варианту (фиг.7(А) и (В)), обозначены тем же символами.
Верхний электрод 101 (первый электрод) имеет по существу треугольную форму (первую форму) и включает электродный участок 101а и контактный участок 101b. Электродный участок 101а выступает в наклонном направлении (неортогональном направлении) относительно направления (направление x на фиг.29(А)) вдоль длинных сторон верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 (слой диэлектрика). В частности, в плоскости фиг.29(А) электродный участок 101а проходит в направлении от верхнего левого угла верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному нижнему правому углу.
Контактный участок 101b включает первый контактный участок 101с и второй контактный участок 101d. Первый контактный участок 101с выполнен вдоль одной длинной стороны (нижняя длинная сторона на чертеже) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 и рядом с этой длинной стороной. Один конец первого контактного участка 101с соединен с одним концом электродного участка 101а.
Второй контактный участок 101d проходит в наклонном направлении (неортогональном направлении) относительно направления (направление x на фиг.29(А)) вдоль длинных сторон верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 и проходит в направлении, пересекающем продольное направление электродного участка 101а. В плоскости фиг.29(А) второй контактный участок 101d проходит в направлении от верхнего правого угла верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному нижнему левому углу. Один конец второго контактного участка 101d соединен с другим концом электродного участка 101а (концом, несоединенным с первым контактным участком 101с), а другой конец соединен с другим концом первого контактного участка 101с.
Вследствие формирования электродного участка 101а, первого контактного участка 101с и второго контактного участка 101d описанным выше способом в верхнем электроде 101 образовано треугольное отверстие 101е, ограниченное этими участками. Форма отверстия 101е не ограничивается указанным треугольником, так что это отверстие 101е может иметь любую форму.
Нижний электрод 102 (второй электрод) имеет V-образную форму (вторую форму) и включает электродный участок 102а и контактный участок 102b. Нижний электрод 102 согласно рассматриваемому варианту имеет такую же конфигурацию, как и нижний электрод 32 (фиг.17(В)), описанный выше со ссылками на Модификацию 2. Продольное направление электродного участка 102а нижнего электрода 102 по существу ортогонально продольному направлению электродного участка 101а верхнего электрода 101.
Фиг.30 показывает состояние перекрытия между проекцией 101р верхнего электрода, полученного путем проецирования верхнего электрода 101 конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 102. На фиг.30 показано состояние перекрытия между проекцией 101р верхнего электрода и нижним электродом 102 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 101 относительно нижнего электрода 102. В рассматриваемом варианте электродный участок 101pa проекции 101р верхнего электрода и электродный участок 102а нижнего электрода пересекают один другой, так что в области пересечения образуется область Sa противоположных электродов (первая область).
В рассматриваемом варианте формы и размеры верхнего электрода 101 и нижнего электрода 102 проектируют с учетом предполагаемой максимальной величины смещения между внутренними электродами (верхними и нижними электродами). В частности, формы и размеры верхнего электрода 101 и нижнего электрода 102 проектируют таким образом, чтобы дальний конец электродного участка 102а нижнего электрода 102 располагался внутри отверстия 101ре в проекции 101р верхнего электрода, даже если будет иметь место смещение между внутренними электродами. Таким образом, площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 101 и нижним электродом 102 остается постоянной независимо от смещения между верхним электродом 101 и нижним электродом 102.
В рассматриваемом варианте, как и в первом варианте, формы и размеры верхнего электрода 101 и нижнего электрода 102 проектируют с учетом не только величины смещения между внутренними электродами, а также в соответствии с необходимой величиной емкости и необходимой величиной активного сопротивления электродов и подобных факторов. В частности, при проектировании верхнего электрода 101, хотя ширину электродного участка 101а уменьшают, чтобы сделать небольшой площадь области Sa противоположных электродов, предпочтительно сделать область (площадь) контактного участка 101b насколько это возможно широкой, чтобы уменьшить активное сопротивление электрода.
Конденсатор переменной емкости согласно рассматриваемому варианту может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления согласно первому варианту, описанному выше. Хотя рассматриваемый вариант относится к случаю конфигурации, содержащей только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что несколько сегнетоэлектрических слоев могут быть наложены один на другой через электроды.
Как описано выше, в рассматриваемом варианте оба внутренних электрода формируют таким образом, что площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 101 и нижним электродом 102 остается постоянной даже при появлении смещения между этими верхним электродом 101 и нижним электродом 102. Таким образом, согласно рассматриваемому варианту можно добиться такого же эффекта, как и в первом варианте.
В дополнение к этому в рассматриваемом варианте область (площадь) контактного участка 101b верхнего электрода 101 можно сделать шире, так что величину активного сопротивления электродов в конденсаторе переменной емкости можно сделать небольшой. В результате, согласно рассматриваемому варианту можно предотвратить снижение величины добротности Q.
Модификация 4
Примеры конфигурации конденсатора переменной емкости, позволяющей уменьшить активное сопротивление электродов, не ограничиваются примером согласно четвертому варианту, приведенным выше. Сейчас будет дано описание другого примера конфигурации (Модификация 4) конденсатора переменной емкости, в которой активное сопротивление электродов может быть сделано меньше.
Фиг.31(А) и (В) показывают пример конфигурации конденсатора переменной емкости согласно Модификации 4. Фиг.31(А) представляет собой вид сверху конденсатора переменной емкости согласно Модификации 4, иллюстрирующий пример конфигурации верхнего электрода. С другой стороны, фиг.31(В) представляет собой вид снизу конденсатора переменной емкости согласно Модификации 4, иллюстрирующий пример конфигурации нижнего электрода. Этот пример имеет такую же конфигурацию, как и конденсатор переменной емкости согласно описанному выше четвертому варианту, за исключением того, что конфигурации (формы) верхнего электрода и нижнего электрода изменены. На фиг.31(А) и (В) такие же компоненты, как в приборе согласно рассмотренному выше четвертому варианту (фиг.29(А) и (В)), обозначены теми же символами.
Верхний электрод 111 включает электродный участок 111a и контактный участок 111b. Электродный участок 111a выступает в наклонном направлении (неортогональном направлении) относительно направления (направление x на фиг.31 (А)) вдоль длинных сторон верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. В частности, в плоскости фиг.31(А) электродный участок 111a проходит в направлении от верхнего левого угла верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному нижнему правому углу.
Контактный участок 111b имеет по существу L-образную форму, так что основание этого контактного участка выполнено вдоль одной длинной стороны (нижняя длинная сторона на стороне) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 и рядом с этой длинной стороной. Один конец электродного участка 111a соединен с одним концом по существу L-образного контактного участка 111b, а другой конец электродной участка 111a соединен с другим концом этого контактного участка. В результате, в верхнем электроде 111 образовано прямоугольное отверстие 11d, ограниченное электродным участком 111a и контактным участком 111b.
Нижний электрод 112 включает электродный участок 112а и контактный участок 112b. Электродный участок 112а выступает в наклонном направлении (неортогональном направлении) относительно направления (направление x на фиг.31(В)) вдоль длинных сторон нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10. В частности, в плоскости фиг.31(В) электродный участок 112а проходит в направлении от верхнего правого угла нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному нижнему левому углу. Продольное направление электродного участка 112а нижнего электрода 112 по существу ортогонально продольному направлению электродного участка 111a верхнего электрода 111.
Контактный участок 112b имеет по существу L-образную форму, так что основание этого контактного участка выполнено вдоль другой длинной стороны (верхняя длинная сторона на чертеже) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 и рядом с этой длинной стороной. Один конец электродного участка 112а соединен с концом, расположенным противоположно базовому участку по существу L-образного контактного участка 112b. В этом примере по сравнению с описанным выше четвертым вариантом указанная область (площадь) контактного участка 112b нижнего электрода 112 может быть сделана шире, а длина ее в продольном направлении электродного участка 112а нижнего электрода может быть сделана меньше. Таким образом, в рассматриваемом примере величина активного сопротивления нижнего электрода 112 может быть сделана меньше по сравнению с четвертым вариантом.
Фиг.32 показывает состояние перекрытия между проекцией 111р верхнего электрода, получаемого путем проецирования верхнего электрода 111 конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому примеру на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 112. Фиг.32 показывает состояние перекрытия между проекцией 111p верхнего электрода и нижним электродом 112 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 111 относительно нижнего электрода 112. В рассматриваемом примере электродный участок 111pa проекции 111p верхнего электрода и электродный участок 112а нижнего электрода 112 пересекают один другой, так что в области пересечения образуется область Sa противоположных электродов.
В этом примере, как и в описанном выше четвертом варианте, формы и размеры верхнего электрода 111 и нижнего электрода 112 проектируют с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления, а также предполагаемой максимальной величины смещения между электродами. При этом формы и размеры верхнего электрода 111 и нижнего электрода 112 проектируют таким образом, чтобы площадь области Sa противоположных электродов оставалась постоянной, даже если имеет место смещение между верхним электродом 111 и нижним электродом 112.
Конденсатор переменной емкости согласно рассматриваемому примеру может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления согласно первому варианту, описанному выше. Хотя рассматриваемый вариант относится к случаю конфигурации, имеющей только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использованы несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды.
Как описано выше, в рассматриваемом примере оба внутренних электрода выполнены таким образом, что площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 111 и нижним электродом 112 остается постоянной даже при появлении смещения между верхним электродом 111 и нижним электродом 112. Таким образом, согласно рассматриваемому варианту достигается такой же эффект, как и в первом варианте.
Согласно рассматриваемому примеру можно сделать шире область (площадь) не только верхнего электрода 111, но и нижнего электрода 112, а также сделать меньше длину электродного участка 112а нижнего электрода 112. Таким образом, согласно этому примеру можно еще больше уменьшить величину активного сопротивления электродов конденсатора переменной емкости и в еще большей степени сделать меньше величину снижения добротности Q.
Хотя указанные выше четвертый вариант и Модификация 4 относятся к случаю, когда в верхнем электроде, образующем конденсатор переменной емкости, создано отверстие, настоящее изобретение этим не ограничивается. Отверстие может быть точно так же выполнено в нижнем электроде. В случае, когда смещение между верхним электродом и нижним электродом происходит главным образом в единственном направлении, как описано выше со ссылками на второй вариант, в каждом электроде - верхнем электроде и нижнем электроде, может быть выполнено свое отверстие.
Хотя приведенное выше описание четвертого варианта и Модификации 4 было дано на примере емкостного прибора с переменной емкостью (конденсатора переменной емкости) в качестве емкостного прибора, настоящее изобретение этим не ограничивается. Конфигурации верхнего электрода и нижнего электрода, описанные для четвертого варианта и Модификации 4, могут быть аналогичным образом применены в емкостных приборах с постоянной емкостью, емкость которых практически не меняется вовсе независимо от типа входного сигнала и уровня этого сигнала. Отметим, однако, что в этом случае слой диэлектрика выполняют из параэлектрического материала, обладающего низкой диэлектрической проницаемостью. В качестве таких параэлектрических материалов могут быть использованы параэлектрические материалы, указанные выше при рассмотрении первого варианта.
Проблема, описанная для четвертого варианта выше, т.е. проблема, заключающаяся в том, что когда размеры верхнего электрода и нижнего электрода становятся меньше, величина активного сопротивления R емкостного прибора в целом увеличивается, а величина добротности Q уменьшается, аналогично имеет место в емкостных приборах с постоянной емкостью. В случае применения конфигурации верхнего электрода и нижнего электрода, описанной выше для четвертого варианта, к емкостному прибору с постоянной емкостью можно разрешить указанную выше проблему и реализовать такие же преимущества, как и в случае четвертого варианта.
5. Пятый вариант
Каждый из конденсаторов переменной емкости, описанных выше со ссылками на варианты с первого по четвертый и на Модификации 1-4, включает внешние клеммы для электрического соединения между внутренними электродами и внешними компонентами схемы. Фиг.33 и фиг.34(А) и (В) показывают более конкретный пример конфигурации конденсатора переменной емкости, имеющего конфигурацию электродов, описанную выше со ссылками на Модификацию 2. Фиг.33 представляет внешний вид в перспективе конденсатора 120 переменной емкости. Фиг.34(А) представляет собой вид сверху конденсатора 120 переменной емкости и фиг.34(В) представляет собой вид сечения по линии А-А, изображенной на фиг.34(А). На фиг.33 и фиг.34(А) и (В) такие же компоненты, как и использованные согласно Модификации 2 (фиг.17(А) и (В)), обозначены теми же самыми символами.
Конденсатор 120 переменной емкости, имеющий конфигурацию электродов согласно Модификации 2, включает, например, сегнетоэлектрический элемент 121 в форме прямоугольного параллелепипеда, а также верхнюю внешнюю клемму 122 и нижнюю внешнюю клемму 123, соответственно, выполненные на паре боковых поверхностей 121а и 121b, проходящих вдоль длинных боковых сторон сегнетоэлектрического элемента 121.
Как показано на фиг.34(В), сегнетоэлектрический элемент 121 включает сегнетоэлектрический слой 10, верхний электрод 31 и нижний электрод 32, выполненные, соответственно, на верхней поверхности 10а и нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и сегнетоэлектрический слой 124, дополнительно выполненный на каждом электроде - верхнем электроде 31 и нижнем электроде 32. Этот сегнетоэлектрический слой 124 изготовлен из такого же материала, как и сегнетоэлектрический слой 10.
Верхняя внешняя клемма 122 представляет собой металлический элемент, имеющий по существу С-образную форму на виде сбоку и выполненный таким образом, чтобы закрывать по существу всю боковую поверхность 121а на одной длинной боковой стороне сегнетоэлектрического элемента 121 и часть верхней и нижней поверхностей. Эта верхняя внешняя клемма 122 соединена с контактным участком 31b верхнего электрода 31. Нижняя внешняя клемма 123 представляет собой металлический элемент, имеющий по существу С-образную форму на виде сбоку и выполненный таким образом, чтобы закрывать по существу всю боковую поверхность 121b на другой длинной боковой стороне сегнетоэлектрического элемента 121 и часть верхней и нижней поверхностей. Эта нижняя внешняя клемма 123 соединена с контактным участком 32b нижнего электрода 32. Если конденсатор 120 переменной емкости имеет емкость, например, порядка пФ, расстояние между верхней внешней клеммой 122 и нижней внешней клеммой 123 составляет около 0,5 мм.
В конденсаторе 120 переменной емкости, имеющем конфигурацию, описанную выше, между верхней внешней клеммой 122 и нижней внешней клеммой 123 образуется паразитная емкость С0. На фиг.35 показана по существу эквивалентная схема конденсатора 120 переменной емкости. В случае конденсатора 120 переменной емкости, имеющего описанную выше конфигурацию, эквивалентная схема представляет собой схему, в которой конденсатор 125 переменной емкости между верхним электродом 31 и нижним электродом 32 и конденсатор 126 постоянной емкости между верхней внешней клеммой 122 и нижней внешней клеммой 123 соединены параллельно.
В случае конденсатора переменной емкости, имеющего небольшую емкость порядка пФ, расстояние между верхней внешней клеммой 122 и нижней внешней клеммой 123 мало, а площадь обращенных одна к другой поверхностей этих клемм велика. Поэтому паразитная емкость С0 между внешними клеммами становится настолько большой по отношению к емкости С1 конденсатора переменной емкости, образованного между верхним электродом 31 и нижним электродом 32, что этой паразитной емкостью уже нельзя пренебречь. Например, в предположении, что относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрического слоя 10 составляет около 3500, а расстояние между верхним электродом 31 и нижним электродом 32 примерно 2 мкм, емкость С1 между верхним электродом 31 и нижним электродом 32 имеет величину от нескольких десятков до 100 пФ.
Иными словами, в случае изготовления конденсатора переменной емкости, имеющего небольшую емкость порядка пФ, с использованием конфигурации электродов согласно одному из вариантов настоящего изобретения емкость С1 между верхним электродом 31 и нижним электродом 32 (внутренние электроды) и паразитная емкость С0 между внешними электродами являются величинами одного порядка. В этом случае появляется проблема того, что величина емкости конденсатора 120 переменной емкости отклоняется от проектной величины из-за влияния паразитной емкости С0. Кроме того, поскольку конденсатор 126 между внешними клеммами работает как нерегулируемый конденсатор постоянной емкости, появляется проблема, заключающаяся в том, что диапазон изменения емкости конденсатора 120 переменной емкости становится узким. Соответственно, для рассматриваемого варианта будет дано описание примера конфигурации конденсатора переменной емкости с двумя клеммами, в котором описанное выше влияние паразитной емкости С0 между внешними клеммами может быть уменьшено.
Конфигурация конденсатора переменной емкости
Фиг.36(А) и (В) показывают пример схематичной конфигурации конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Фиг.36(А) представляет собой внешний вид в перспективе конденсатора 135 переменной емкости, а фиг.36(В) представляет вид сверху этого конденсатора 135 переменной емкости. На фиг.36(А) и (В) такие же компоненты, как те, что используются в первом варианте (фиг.7(А) и (В)), обозначены теми же символами. На каждой фиг.36(А) и (В) верхний электрод 131 и нижний электрод 132, выполненные в толще сегнетоэлектрического элемента 136, обозначены штриховыми линиями.
Конденсатор 135 переменной емкости (емкостный прибор с переменной емкостью) включает, например, сегнетоэлектрический элемент 136 в форме прямоугольного параллелепипеда, а также верхнюю внешнюю клемму 137 и нижнюю внешнюю клемму 138, выполненные, соответственно, на паре боковых поверхностей 136а и 136b на длинных сторонах сегнетоэлектрического элемента 136.
Сегнетоэлектрический элемент 136 включает сегнетоэлектрический слой 10 (слой диэлектрика), верхний электрод 131 и нижний электрод 132, выполненные, соответственно, на верхней поверхности 10а и нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и сегнетоэлектрический слой 139, дополнительно созданный на каждом электроде - верхнем электроде 131 и нижнем электроде 132. Этот сегнетоэлектрический слой 139 изготовлен из такого же самого материала, как сегнетоэлектрический слой 10. Сегнетоэлектрический элемент 136 изготавливают путем соединения этих слоев посредством, например, спекания наложенных один на другой слоев.
Верхняя внешняя клемма 137 (первая внешняя клемма) представляет собой металлический элемент, имеющий по существу С-образную форму на виде сбоку и выполненный таким образом, чтобы закрывать часть боковой поверхности 136а (первая боковая поверхность) на одной длинной боковой стороне сегнетоэлектрического элемента 136 и часть верхней и нижней поверхностей. Ширину верхней внешней клеммы 137 устанавливают равной примерно половине длины сегнетоэлектрического элемента 136 вдоль его длинной стороны. На боковой поверхности 136а сегнетоэлектрического элемента 136, где располагается верхняя внешняя клемма 137, эта верхняя внешняя клемма 137 помещена возле короткой стороны, на которой выполнен контактный участок 131b верхнего электрода 131. Верхняя наружная клемма 137 соединена с контактным участком 131b верхнего электрода 131.
С другой стороны, аналогично верхней внешней клемме 137 нижняя внешняя клемма 138 (вторая внешняя клемма) представляет собой металлический элемент, имеющий по существу С-образную форму на виде сбоку и выполненный таким образом, чтобы закрывать по существу часть боковой поверхности 136b (вторая боковая поверхность) на другой длинной боковой стороне сегнетоэлектрического элемента 136 и часть верхней и нижней поверхностей. Ширину нижней внешней клеммы 138 устанавливают равной примерно половине длины сегнетоэлектрического элемента 136 вдоль его длинной стороны. На боковой поверхности 136b сегнетоэлектрического элемента 136, где располагается нижняя внешняя клемма 138, эта нижняя внешняя клемма 138 помещена возле короткой стороны, на которой выполнен контактный участок 132b нижнего электрода 132 (боковая сторона, противоположная короткой стороне, на которой создана верхняя внешняя клемма 137). Нижняя наружная клемма 138 соединена с контактным участком 132b нижнего электрода 132.
Хотя рассматриваемый вариант относится к случаю, в котором каждая внешняя клемма представляет собой металлический элемент по существу С-образной формы на виде сбоку, настоящее изобретение этим не ограничивается. Здесь можно использовать внешнюю клемму любой формы, если только форма и размеры внешнего элемента позволяют соединить его с внутренним электродом.
Как описано выше, в рассматриваемом варианте верхняя внешняя клемма 137 и нижняя внешняя клемма 138 помещены одна относительно другой по диагонали через сегнетоэлектрический элемент 136. Иными словами, верхняя внешняя клемма 137 и нижняя внешняя клемма 138 размещены таким образом, что направление их размещения пересекает направление противоположности между боковыми поверхностями 136а и 136b вдоль длинных сторон сегнетоэлектрического элемента 136 (направление у на фиг.36(А) и (В)). Благодаря размещению обеих внешних клемм таким образом в сочетании с уменьшением ширины каждой клеммы, площадь области, где поверхности верхней внешней клеммы 137 и нижней внешней клеммы 138 расположены одна напротив другой, можно сделать меньше, чем в случае, описанном выше со ссылками на фиг.33. В результате, паразитную емкость между внешними клеммами конденсатора 135 можно сделать меньше. Следует отметить, что термин «направление размещения» внешних клемм, используемый в настоящем описании, обозначает направление от середины одной внешней клеммы к середине другой внешней клеммы.
Хотя пример, показанный на фиг.36(А) и (В), относится к случаю, когда верхняя внешняя клемма 137 и нижняя внешняя клемма 138 расположены не напротив одна другой в направлении (направление у) вдоль коротких сторон сегнетоэлектрического элемента 136, настоящее изобретение этим не ограничивается. Если паразитная емкость между верхней внешней клеммой 137 и нижней внешней клеммой 138 пренебрежимо мала в сравнении с емкостью конденсатора переменной емкости, образованного между верхним электродом 131 и нижним электродом 132, все же между верхней внешней клеммой 137 и нижней внешней клеммой 138 может существовать область, где эти внешние клеммы расположены одна напротив другой.
Например, паразитную емкость между верхней внешней клеммой 137 и нижней внешней клеммой 138 предпочтительно устанавливают на уровне не более 1/10 емкости конденсатора переменной емкости, образованного между верхним электродом 131 и нижним электродом 132.
Конфигурация электродов
Далее будет приведено описание примера конфигурации электродов конденсатора 135 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Фиг.37(А) и (В) показывают пример конфигурации электродов конденсатора 135 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Фиг.37(А) представляет собой вид сверху на сегнетоэлектрический слой 10 согласно рассматриваемому варианту, иллюстрирующий конфигурацию верхнего электрода 131. С другой стороны, фиг.37(В) представляет собой вид снизу на сегнетоэлектрический слой 10 согласно рассматриваемому варианту, иллюстрирующий конфигурацию нижнего электрода 132.
Рассматриваемый вариант имеет такую же конфигурацию, как и конденсатор переменной емкости согласно приведенному выше первому варианту, за исключением того, что изменены конфигурации (формы) верхнего электрода 131 и нижнего электрода 132. Иными словами, в рассматриваемом варианте, как и в первом варианте, будет дано описание примера конфигурации электродов, учитывающей смещение в обоих направлениях - направлении x и направлении y на чертеже. На фиг.37(А) и (В) такие же компоненты, как и те, что использованы согласно рассмотренному выше первому варианту (фиг.7(А) и (В)), обозначены теми же символами.
Верхний электрод 131 (первый электрод) включает электродный участок 131а и контактный участок 131b. Электродный участок 131а выступает в наклонном направлении (неортогональном направлении) относительно направления (направление x на фиг.37(А)) вдоль длинных сторон верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. В частности, в плоскости фиг.37(А) электродный участок 131а проходит в направлении от нижнего правого угла верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному верхнему левому углу.
Контактный участок 131b проходит от области рядом с одной короткой стороной верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 в направлении вдоль длинных сторон и имеет прямоугольную форму. В рассматриваемом варианте длину контактного участка 131b устанавливают равной примерно половине длины сегнетоэлектрического слоя 10 вдоль его длинной стороны. Кроме того, этот контактный участок 131b помещен возле одной длинной стороны (возле нижней длинной стороны на чертеже) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Иными словами, этот контактный участок 131b помещен возле одного угла (возле нижнего правого угла на чертеже) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Один конец электродного участка 131а соединен с угловым участком рассматриваемого контактного участка 131b, расположенным со стороны центра верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10.
Подобно нижнему электроду 32 (фиг.17(В)) согласно Модификации 2, нижний электрод 132 (второй электрод) имеет V-образную форму и включает электродный участок 132а и контактный участок 132b. В рассматриваемом варианте длину контактного участка 132b устанавливают равной примерно половине длины сегнетоэлектрического слоя 10 вдоль его длинной стороны. В остальном нижний электрод 132 имеет такую же конфигурацию, как и нижний электрод 32 (фиг.17(В)) согласно Модификации 2. Продольное направление электродного участка 132а нижнего электрода 132 по существу ортогонально продольному направлению электродного участка 131а верхнего электрода 131.
Фиг.38 показывает состояние перекрытия между проекцией 131р верхнего электрода, полученным посредством проецирования верхнего электрода 131 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 132 в конденсаторе переменной емкости 135 согласно рассматриваемому варианту. Эта фиг.38 показывает состояние перекрытия между проекцией 131р верхнего электрода и нижним электродом 132 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 131 относительно нижнего электрода 132. В рассматриваемом варианте электродный участок 131а проекции 131р верхнего электрода и электродный участок 132а нижнего электрода 132 пересекают один другого, так что в области пересечения образуется область Sa противоположных электродов (первая область).
В рассматриваемом варианте формы и размеры верхнего электрода 131 и нижнего электрода 132 спроектированы таким образом, чтобы площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 131 и нижним электродом 132 оставалась постоянной даже при появлении смещения между верхним электродом 131 и нижним электродом 132. Кроме того, как и в описанном выше первом варианте, формы и размеры верхнего электрода 131 и нижнего электрода 132 проектируют с учетом необходимой величины емкости, необходимой величины активного сопротивления и других подобных факторов.
Конденсатор 135 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления согласно описанному выше первому варианту. Хотя рассматриваемый вариант относится к конфигурации, имеющей только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использованы несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды.
Как описано выше, в рассматриваемом варианте оба внутренних электрода выполнены таким образом, что площадь Sa области противоположных электродов между верхним электродом 131 и нижним электродом 132 остается постоянной даже при появлении смещения между верхним электродом 131 и нижним электродом 132. Поэтому согласно рассматриваемому варианту можно добиться такого же эффекта, как и в первом варианте.
Кроме того, согласно рассматриваемому варианту область, где поверхности верхней внешней клеммы 137 и нижней внешней клеммы 138 расположены одна напротив другой, можно сделать меньше. Вследствие этого паразитную емкость между двумя внешними клеммами можно сделать небольшой, что позволяет устранить указанную выше проблему, связанную с влиянием паразитной емкости. В частности, в конденсаторе 135 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту можно получить величину емкости, по существу равную проектной величине, а также можно уменьшить влияние паразитной емкости на диапазон изменения емкости конденсатора.
Хотя изложенный выше вариант относится к случаю конфигурации электродов, учитывающей смещение в обоих направлениях - направлении x и направлении y, на фиг.37(А) и (В), настоящее изобретение этим не ограничивается. Размещение внешних клемм согласно рассмотренному выше варианту может быть применено для случая, когда смещение происходит только в одном направлении - направлении x или направлении y, как это описано выше со ссылками на второй вариант.
Модификация 5
Возможные примеры конфигурации конденсатора переменной емкости, в которой паразитную емкость между внешними клеммами можно сделать меньше, не ограничиваются примером, рассмотренным выше согласно пятому варианту. Сейчас будет приведено описание другого примера конфигурации (Модификация 5) конденсатора переменной емкости, в которой можно уменьшить паразитную емкость между внешними клеммами.
Конфигурация конденсатора переменной емкости Фиг.39(А) и (В) показывают пример схематичной конфигурации конденсатора переменной емкости согласно Модификации 5. Фиг.39(А) представляет внешний вид в перспективе конденсатора 145 переменной емкости, а фиг.39(В) представляет собой вид сверху конденсатора 145 переменной емкости. На фиг.39(А) и (В) такие же компоненты, как те, что используются согласно пятому варианту (фиг.36(А) и (В)), обозначены теми же символами. На каждой из фиг.39(А) и (В) верхний электрод 141 и нижний электрод 142, выполненные внутри сегнетоэлектрического элемента 146, обозначены штриховыми линиями.
Конденсатор 145 переменной емкости включает, например, сегнетоэлектрический элемент 146 в форме прямоугольного параллелепипеда и верхнюю внешнюю клемму 147 и нижнюю внешнюю клемму 148, созданные, соответственно, на паре боковых поверхностей 146а и 146b на коротких сторонах сегнетоэлектрического элемента 146.
Сегнетоэлектрический элемент 146 включает сегнетоэлектрический слой 10, верхний электрод 141 и нижний электрод 142, выполненные, соответственно на нижней поверхности 10а и нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и сегнетоэлектрический слой 139, дополнительно созданный на каждом из электродов -верхнем электроде 141 и нижнем электроде 142. Сегнетоэлектрический элемент 146 согласно настоящему примеру имеет такую же конфигурацию, как и сегнетоэлектрический элемент 136 (фиг.36(А)) согласно пятому варианту, рассмотренному выше, за исключением того, что формы верхнего электрода 141 и нижнего электрода 142 изменены.
Верхняя внешняя клемма 147 представляет собой металлический элемент, имеющий по существу С-образную форму и закрывающий часть боковой поверхности 146а на одной короткой стороне сегнетоэлектрического элемента 146 и часть верхней и нижней поверхностей. Ширину верхней внешней клеммы 147 устанавливают равной примерно половине длины короткой стороны сегнетоэлектрического элемента 146. На боковой поверхности 146а сегнетоэлектрического элемента 146, куда помещена верхняя внешняя клемма 147, эту верхнюю внешнюю клемму 147 располагают возле длинной стороны, на которой выполнен контактный участок 141b верхнего электрода 141. Верхнюю внешнюю клемму 147 соединяют с контактным участком 141b верхнего электрода 141.
С другой стороны, подобно верхней внешней клемме 147, нижняя внешняя клемма 148 представляет собой металлический элемент, имеющий по существу С-образную форму и закрывающий часть боковой поверхности 146b на другой короткой стороне сегнетоэлектрического элемента 146 и часть верхней и нижней поверхностей. Ширину нижней внешней клеммы 148 устанавливают равной примерно половине длины короткой стороны сегнетоэлектрического элемента 146. На боковой поверхности 146b сегнетоэлектрического элемента 146, куда помещена нижняя внешняя клемма 148, эту нижнюю внешнюю клемму 148 располагают возле длинной стороны, на которой выполнен контактный участок 142b нижнего электрода 142 (сторона, противоположная той длинной стороне, на которой выполнена верхняя внешняя клемма 147). Нижнюю внешнюю клемму 148 соединяют с контактным участком 142b нижнего электрода 142.
Как описано выше, в рассматриваемом примере, равно как и в пятом варианте, указанном выше, верхняя внешняя клемма 147 и нижняя внешняя клемма 148 помещены на диагонали сегнетоэлектрического элемента 146, так что этот элемент располагается между клеммами. Таким образом, в этом случае, равно как и в пятом варианте, площадь обращенных одна к другой поверхностей верхней внешней клеммы 147 и нижней внешней клеммы 148 может быть уменьшена, а паразитная емкость между внешними клеммами может быть сделана небольшой.
Хотя пример, показанный на фиг.39(А) и (В), относится к случаю, когда верхняя внешняя клемма 147 и нижняя внешняя клемма 148 расположены не напротив одна другой в направлении (направление х) вдоль длинных сторон сегнетоэлектрического элемента 146, настоящее изобретение этим не ограничивается. Если паразитная емкость между верхней внешней клеммой 147 и нижней внешней клеммой 148 пренебрежимо мала по сравнению с емкостью конденсатора переменной емкости, образованного между верхним электродом 141 и нижним электродом 142, между верхней внешней клеммой 147 и нижней внешней клеммой 148 может присутствовать область, где эти внешние клеммы располагаются одна напротив другой.
Конфигурация электродов
Фиг.40(А) и (В) показывают пример конфигурации электродов конденсатора 145 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Фиг.40(А) представляет собой вид сверху сегнетоэлектрического слоя 10 согласно рассматриваемому примеру, иллюстрирующий конфигурацию верхнего электрода 141. С другой стороны, фиг.40(В) представляет собой вид снизу сегнетоэлектрического слоя 10 согласно рассматриваемому примеру, иллюстрирующий конфигурацию нижнего электрода 142. На фиг.40(А) и (В) такие же компоненты, как те, что используются согласно описанному выше пятому варианту (фиг.37(А) и (В)), обозначены теми же символами.
Верхний электрод 141 имеет такую же форму, как и верхний электрод 131 (фиг.37(А)) согласно описанному выше пятому варианту, и включает электродный участок 141а и контактный участок 141b. В этом примере контактный участок 141b выступает от одной короткой стороны (правая короткая сторона на фиг.40(А)) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Иными словами, длина контактного участка 141b в продольном направлении сделана больше, чем в пятом варианте. Верхний электрод 141 согласно рассматриваемому примеру имеет такую же конфигурацию, как и верхний электрод 131 согласно описанному выше пятому варианту, за исключением того, что изменена форма контактного участка 141b.
Нижний электрод 142 имеет такую же форму, как и нижний электрод 132 (фиг.37(В)) согласно описанному выше пятому варианту, и включает электродный участок 142а и контактный участок 142b. В рассматриваемом примере контактный участок 142b выступает от другой короткой стороны (левая короткая сторона на фиг.40(В)) нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10. Иными словами, длина контактного участка 142b в продольном направлении сделана больше, чем в пятом варианте. Нижний электрод 142 согласно рассматриваемому примеру имеет такую же конфигурацию, как и нижний электрод 132 согласно описанному выше пятому варианту, за исключением того, что изменена форма контактного участка 142b. В рассматриваемом примере продольное направление электродного участка 142а нижнего электрода 142 по существу ортогонально продольному направлению электродного участка 141а верхнего электрода 141.
Фиг.41 показывает состояние перекрытия между проекцией 141р верхнего электрода, полученного путем проецирования верхнего электрода 141 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 142 в конденсаторе 145 переменной емкости согласно рассматриваемому примеру. Эта фиг.41 показывает состояние перекрытия между проекцией 141р верхнего электрода и нижним электродом 142 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 141 относительно нижнего электрода 142. В рассматриваемом примере электродный участок 141ра проекции 141р верхнего электрода и электродный участок 142а нижнего электрода 142 пересекают один другого, так что в области пересечения образуется область Sa противоположных электродов.
В рассматриваемом примере формы и размеры верхнего электрода 141 и нижнего электрода 142 спроектированы таким образом, чтобы площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 141 и нижним электродом 142 оставалась постоянной даже при появлении смещения между верхним электродом 141 и нижним электродом 142. Кроме того, как и в описанном выше первом варианте, формы и размеры верхнего электрода 141 и нижнего электрода 142 проектируют с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления и других подобных факторов.
Конденсатор 145 переменной емкости согласно рассматриваемому примеру может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления согласно описанному выше первому варианту. Хотя рассматриваемый пример относится к случаю конфигурации, имеющей только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использованы несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды.
Как описано выше, в рассматриваемом примере оба внутренних электрода выполнены таким образом, что площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 141 и нижним электродом остается постоянной даже при появлении смещения между верхним электродом 141 и нижним электродом 142. Таким образом, согласно рассматриваемому примеру достигается такой же эффект, как и в первом варианте.
Кроме того, согласно рассматриваемому примеру площадь обращенных одна к другой поверхностей верхней внешней клеммы 147 и нижней внешней клеммы 148 можно сделать меньше. В дополнение к этому в рассматриваемом примере верхняя внешняя клемма 147 и нижняя внешняя клемма 148 помещены, соответственно, на противоположных боковых поверхностях на коротких сторонах сегнетоэлектрического элемента 146, так что расстояние между верхней внешней клеммой 147 и нижней внешней клеммой 148 становится больше, чем согласно пятому варианту. Таким образом, в рассматриваемом примере паразитную емкость между двумя внешними клеммами можно сделать еще меньше и тем самым в еще большей степени ослабить влияние паразитной емкости.
Хотя в рассмотренных выше пятом варианте и Модификации 5 описание было дано на примере емкостного прибора с переменной емкостью (конденсатора переменной емкости) в качестве емкостного прибора, настоящее изобретение этим не ограничивается. Конфигурации верхнего электрода и нижнего электрода, описанные для пятого варианта и Модификации 5, могут быть аналогичным образом применены в емкостных приборах с постоянной емкостью, в которых емкость практически не меняется совсем независимо от типа входного сигнала и от уровня этого сигнала. Отметим, однако, что в этом случае слой диэлектрика выполняют из параэлектрического материала с низкой относительной диэлектрической проницаемостью. В качестве параэлектрических материалов здесь могут быть использованы такие же параэлектрические материалы, какие были описаны для первого варианта.
Проблема, описанная выше для пятого варианта, т.е. проблема паразитной емкости С0 между верхней внешней клеммой и нижней внешней клеммой, проявляется аналогичным образом для емкостных приборов с постоянной емкостью. Следовательно, в результате применения конфигурации верхнего электрода и нижнего электрода, рассмотренной выше для пятого варианта и Модификации 5, в емкостном приборе с постоянной емкостью можно еще больше уменьшить паразитную емкость между внешними клеммами и реализовать такие же преимущества, как и в пятом варианте.
6. Шестой вариант
В шестом варианте будет рассмотрен другой пример конденсатора переменной емкости, в котором можно уменьшить паразитную емкость между внешними клеммами.
Конфигурация конденсатора переменной емкости
Фиг.42(А) и (В) показывают пример схематичной конфигурации конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Фиг.42(А) представляет собой внешний вид в перспективе конденсатора 155 переменной емкости, а фиг.42(В) представляет собой вид сверху этого конденсатора 155 переменной емкости. На фиг.42(А) и (В) такие же компоненты, как те, что использованы согласно пятому варианту (фиг.36(А) и (В)), обозначены теми же символами. На каждой из фиг.42(А) и (В) верхний электрод 151 и нижний электрод 152, выполненные внутри сегнетоэлектрического элемента 156, обозначены штриховыми линиями.
Конденсатор 155 переменной емкости (емкостный прибор с переменной емкостью) включает, например, сегнетоэлектрический элемент 156 в форме прямоугольного параллелепипеда, а также верхнюю внешнюю клемму 157 и нижнюю внешнюю клемму 158, расположенные на заданном расстоянии одна от другой на одной боковой поверхности 156а на длинной стороне сегнетоэлектрического элемента 156. Расстояние между верхней внешней клеммой 157 и нижней внешней клеммой 158 предпочтительно устанавливают таким образом, чтобы паразитная емкость между этими внешними клеммами оказалась пренебрежимо мала по сравнению с емкостью между верхним электродом 151 и нижним электродом 152.
Сегнетоэлектрический элемент 156 включает сегнетоэлектрический слой 10 (слой диэлектрика), верхний электрод 151 и нижний электрод 152, выполненные соответственно на верхней поверхности 10а и нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и сегнетоэлектрический слой 139, дополнительно созданный на каждом электроде - верхнем электроде 151 и нижнем электроде 152. Этот сегнетоэлектрический элемент 156 согласно рассматриваемому варианту имеет такую же конфигурацию, как и сегнетоэлектрический элемент 136 (фиг.36(А)) согласно рассмотренному выше пятому варианту, за исключением того, что формы верхнего электрода 151 и нижнего электрода 152 изменены.
Верхняя внешняя клемма 157 (первая внешняя клемма) и нижняя внешняя клемма 158 (вторая внешняя клемма) (обе) представляют собой металлические элементы по существу С-образной формы на виде сбоку, закрывающие часть боковой поверхности 156а сегнетоэлектрического элемента 156, на которой эти внешние клеммы размещены, и часть верхней и нижней поверхностей. В рассматриваемом варианте ширину каждой клеммы - верхней внешней клеммы 157 и нижней внешней клеммы 158, устанавливают меньше половины длины сегнетоэлектрического слоя 10 вдоль длинной стороны.
На боковой поверхности 156а сегнетоэлектрического элемента 156, на которую помещена верхняя внешняя клемма 157, эта верхняя внешняя клемма 157 расположена возле одной короткой стороны, где создан контактный участок 151b верхнего электрода 151. Верхняя внешняя клемма 157 соединена с этим контактным участком 151b верхнего электрода 151. С другой стороны, на этой боковой поверхности 156а сегнетоэлектрического элемента 156 возле другой короткой стороны, где создан контактный участок 152b нижнего электрода 152, располагается нижняя внешняя клемма 158. Эта нижняя внешняя клемма 158 соединена с контактным участком 152b нижнего электрода 152.
Как описано выше, в конденсаторе 155 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту верхняя внешняя клемма 157 и нижняя внешняя клемма 158 помещены на одну и ту же боковую поверхность сегнетоэлектрического элемента 156. Вследствие этого, согласно рассматриваемому варианту, поскольку эти верхняя внешняя клемма 157 и нижняя внешняя клемма 158 не противоположны одна другой через сегнетоэлектрический элемент 156, паразитная емкость между такими внешними клеммами может быть значительно уменьшена.
Конфигурация электродов
Фиг.43(А) и (В) показывают пример конфигурации электродов конденсатора 155 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Фиг.43(А) представляет собой вид сверху сегнетоэлектрического слоя 10 согласно рассматриваемому варианту, иллюстрирующий конфигурацию верхнего электрода 151. С другой стороны, фиг.43(В) представляет собой вид снизу сегнетоэлектрического слоя 10, иллюстрирующий конфигурацию нижнего электрода 152. На фиг.43(А) и (В) такие же компоненты, как те, что использованы согласно описанному выше пятому варианту (фиг.37(А) и (В)), обозначены теми же символами.
Верхний электрод 151 (первый электрод) включает электродный участок 151а и контактный участок 151b. Электродный участок 151а проходит в наклонном направлении (неортогональное направление) по отношению к направлению (направление x на фиг.43(А)) вдоль длинных сторон верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. В частности, в плоскости фиг.43(А) электродный участок 151а проходит в направлении от нижнего правого угла верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 к противоположному верхнему левому углу.
Контактный участок 151b проходит от области рядом с одной короткой стороной верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 в направлении вдоль длинных сторон и имеет прямоугольную форму. В рассматриваемом варианте длину контактного участка 151b в продольном направлении устанавливают меньше половины длины сегнетоэлектрического слоя 10 вдоль длинной стороны. Кроме того, на верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 указанный контактный участок 151b помещен возле одной длинной стороны (возле длинной нижней стороны на чертеже) и возле одной короткой стороны, где создан этот контактный участок 151b верхнего электрода 151. Иными словами, на фиг.43(А) контактный участок 151b помещен рядом с нижним правым углом верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Один конец электродного участка 151а соединен с углом контактного участка 151b, расположенным со стороны середины верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10.
С другой стороны, нижний электрод 152 имеет форму, симметричную форме верхнего электрода 151 по отношению к направлению (направление у на фиг.43(В)) вдоль коротких сторон нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10. Иными словами, на фиг.43 (В) нижний электрод 152 помещен рядом с нижним левым углом нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10. В рассматриваемом варианте продольное направление электродного участка 152а нижнего электрода 152 по существу ортогонально продольному направлению электродного участка 151а нижнего электрода 151.
Фиг.44 показывает состояние перекрытия между проекцией 151р верхнего электрода, полученного путем проецирования верхнего электрода 151 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и нижним электродом 152 в конденсаторе 155 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Эта фиг.44 показывает состояние перекрытия между проекцией 151р верхнего электрода и нижним электродом 152 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода 151 относительно нижнего электрода 152. В рассматриваемом варианте электродный участок 151ра проекции 151р верхнего электрода и электродный участок 152а нижнего электрода 152 пересекают один другого, так что в области пересечения образована область Sa противоположных электродов (первая область).
В рассматриваемом варианте формы и размеры верхнего электрода 151 и нижнего электрода 152 проектируют таким образом, чтобы площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 151 и нижним электродом 152 оставалась постоянной даже при появлении смещения между верхним электродом 151 и нижним электродом 152. Кроме того, как и в описанном выше первом варианте, формы и размеры верхнего электрода 151 и нижнего электрода 152 проектируют с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления, а также других подобных факторов.
Конденсатор 155 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления согласно первому варианту, описанному выше. Хотя рассматриваемый вариант относится к случаю конфигурации, имеющей единственный сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использованы несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды.
Как описано выше, в рассматриваемом варианте оба внутренних электрода выполнены таким образом, что площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 151 и нижним электродом 152 остается постоянной даже при появлении смещения между верхним электродом 151 и нижним электродом 152. Вследствие этого, согласно рассматриваемому варианту достигается тот же самый эффект, как и в первом варианте.
Согласно рассматриваемому варианту, поскольку верхняя внешняя клемма 157 и нижняя внешняя клемма 156 расположены не напротив одна другой, паразитная емкость между этими внешними клеммами может быть значительно уменьшена, так что описанная выше проблема, обусловленная влиянием паразитной емкости, может быть устранена. В частности, в конденсаторе 155 переменной емкости согласно рассматриваемому варианту можно реализовать величину емкости, по существу равную проектной величине, а влияние паразитной емкости на ширину диапазона изменения емкости конденсатора можно уменьшить.
Хотя приведенное выше описание шестого варианта дано на примере емкостного прибора с переменной емкостью в качестве емкостного прибора, настоящее изобретение этим не ограничивается. Конфигурации верхнего электрода и нижнего электрода, описанные для шестого варианта, могут быть аналогичным образом применены в емкостных приборах с постоянной емкостью и при этом могут быть достигнуты такие же преимущества. Отметим, однако, что в этом случае слой диэлектрика выполняют из параэлектрического материала с низкой относительной диэлектрической проницаемостью. В качестве параэлектрических материалов здесь могут быть использованы такие же параэлектрические материалы, какие были описаны для первого варианта.
7. Седьмой вариант
Хотя описанные выше пятый и шестой варианты относятся к случаю, в котором в одном сегнетоэлектрическом элементе выполнены пара внешних клемм (один конденсатор переменной емкости), настоящее изобретение этим не ограничивается. Например, можно применить конфигурацию, в которой за счет создания сегнетоэлектрического элемента с несколькими парами внешних клемм можно реализовать несколько конденсаторов переменной емкости (в виде матрицы) в одном емкостном приборе с переменной емкостью. В рассматриваемом варианте будет дано описание емкостного прибора с переменной емкостью, имеющего такую конфигурацию.
Конфигурация конденсатора переменной емкости
Фиг.45(А) и (В) показывают схематичную конфигурацию конденсатора переменной емкости согласно рассматриваемому варианту. Фиг.45 (А) представляет собой внешний вид в перспективе конденсатора переменной емкости 165 согласно рассматриваемому варианту, а фиг.45 (В) представляет собой вид сверху этого конденсатора 165 переменной емкости. На фиг.45(А) и (В) такие же компоненты, как те, что использованы согласно шестому варианту (фиг.42(А) и (В)), обозначены теми же символами. На каждой фиг.45 (А) и (В) первый верхний электрод 161, первый нижний электрод 162, второй верхний электрод 163 и второй нижний электрод 164, выполненные внутри сегнетоэлектрического элемент 166, обозначены штриховыми линиями.
Емкостный прибор 165 с переменной емкостью включает сегнетоэлектрический элемент 166, а также первую верхнюю внешнюю клемму 167 (первая внешняя клемма) и первую нижнюю внешнюю клемму 168 (вторая внешняя клемма), выполненные на боковой поверхности 166а (первая боковая поверхность) на одной длинной стороне сегнетоэлектрического элемента 166. Далее, емкостный прибор 165 с переменной емкостью включает вторую верхнюю внешнюю клемму 169 (третья внешняя клемма) и вторую нижнюю внешнюю клемму 170 (четвертая внешняя клемма), выполненные на боковой поверхности 166b (вторая боковая поверхность) на другой длинной стороне сегнетоэлектрического элемента 166.
В емкостном приборе 165 с переменной емкостью согласно рассматриваемому варианту по одному конденсатору переменной емкости образованы между первой верхней внешней клеммой 167 и первой нижней внешней клеммой 168, равно как и между второй верхней внешней клеммой 169 и второй нижней внешней клеммой 170. Иными словами, в рассматриваемом варианте два конденсатора переменной емкости выполнены в одном емкостном приборе 165 с переменной емкостью.
Сегнетоэлектрический элемент 166 имеет, например, форму прямоугольного параллелепипеда и включает сегнетоэлектрический слой 10 (слой диэлектрика), а также первый верхний электрод 161 (первый электрод) и второй верхний электрод 163 (третий электрод), выполненные на верхней поверхности сегнетоэлектрического слоя 10, и сегнетоэлектрический слой 139, созданный на каждом из этих верхних электродов. Кроме того, сегнетоэлектрический элемент 166 включает первый нижний электрод 162 (второй электрод) и второй нижний электрод 164 (четвертый электрод), выполненные на нижней поверхности сегнетоэлектрического слоя 10, и сегнетоэлектрический слой 139, созданный на каждом из этих нижних электродов. Сегнетоэлектрический элемент 166 согласно рассматриваемому варианту имеет такую же конфигурацию, как и в описанном выше шестом варианте, за исключением того, что сегнетоэлектрический элемент имеет конфигурацию электродов в виде матрицы.
Первая верхняя внешняя клемма 167 (первая внешняя клемма) и вторая верхняя внешняя клемма 169 (третья внешняя клемма) имеют такую же конфигурацию, как и верхняя внешняя клемма 157 (фиг.42(А)), описанная выше со ссылками на шестой вариант.
На одной боковой поверхности 166а сегнетоэлектрического элемента 166, где находится первая верхняя внешняя клемма 167, эта первая верхняя внешняя клемма 167 помещена возле короткой стороны, на которой создан контактный участок 161b первого верхнего электрода 161, и при этом первая верхняя внешняя клемма 167 соединена с контактным участком 161b. С другой стороны, на другой боковой поверхности 166b сегнетоэлектрического элемента, где находится вторая верхняя внешняя клемма 169, эта вторая верхняя внешняя клемма 169 помещена возле короткой стороны, на которой создан участок 163b второго верхнего электрода 163, и при этом вторая верхняя внешняя клемма 169 соединена с контактным участком 163b. Иными словами, первая верхняя внешняя клемма 167 и вторая верхняя внешняя клемма 169 расположены на одной диагонали через сегнетоэлектрический элемент 166.
Первая нижняя внешняя клемма 168 (вторая внешняя клемма) и вторая нижняя внешняя клемма 170 (четвертая внешняя клемма) имеют такую же конфигурацию, как нижняя внешняя клемма 158 (фиг.42(А)), описанная выше со ссылками на шестой вариант.
На боковой поверхности 166а сегнетоэлектрического элемента 166, где находится первая нижняя внешняя клемма 168, эта первая нижняя внешняя клемма 168 помещена на заданном расстоянии от первой верхней внешней клеммы 167 и рядом с короткой стороной, на которой создан контактный участок 162b первого нижнего электрода 162. Эта первая нижняя внешняя клемма 168 соединена с контактным участком 162b первого нижнего электрода 162. С другой стороны, на другой боковой поверхности 166b сегнетоэлектрического элемента 166, где находится вторая нижняя внешняя клемма 170, эта вторая нижняя внешняя клемма 170 помещена на заданном расстоянии от второй верхней внешней клеммы 169 и рядом с короткой стороной, на которой создан контактный участок 164b второго нижнего электрода 164. Эта вторая нижняя внешняя клемма 170 соединена с контактным участком 164b второго нижнего электрода 164.
Иными словами, первая нижняя внешняя клемма 168 и вторая нижняя внешняя клемма 170 расположены на одной диагонали через сегнетоэлектрический элемент 166. Направление, в котором расположены первая верхняя внешняя клемма 167 и вторая верхняя внешняя клемма 169, и направление, в котором расположены первая нижняя внешняя клемма 168 и вторая нижняя внешняя клемма 170, пересекают одно другое.
Как описано выше, в рассматриваемом варианте, как и в шестом варианте, каждая пара внешних клемм, образующая каждый конденсатор переменной емкости, выполнена на одной и той же боковой поверхности сегнетоэлектрического элемента 166, таким образом, что внешние клеммы одной пары расположены не напротив одна другой. Поэтому в рассматриваемом варианте тоже можно значительно уменьшить паразитную емкость между внешними клеммами каждого конденсатора переменной емкости.
Конфигурация электродов
Фиг.46(А) и (В) показывают пример конфигурации электродов емкостного прибора 165 с переменной емкостью согласно рассматриваемому варианту. Фиг.46(А) представляет собой вид сверху сегнетоэлектрического слоя 10, иллюстрирующий конфигурации первого верхнего электрода 161 и второго верхнего электрода 163. С другой стороны, фиг.46(В) представляет собой вид снизу сегнетоэлектрического слоя, иллюстрирующий конфигурации первого нижнего электрода 162 и второго нижнего электрода 164. На фиг.46(А) и (В) такие же компоненты, как те, что использованы согласно указанному выше шестому варианту (фиг.43(А) и (В)), обозначены теми же символами.
Первый верхний электрод 161 имеет такую же форму, как и верхний электрод 151, рассмотренный выше со ссылками на шестой вариант. На верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 первый верхний электрод 161 помещен в области одного угла (нижний правый угол на фиг.46(А)). На этой верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 второй верхний электрод 163 помещен в области угла (верхний левый угол на фиг.46(А)), расположенного в диагональном направлении от первого верхнего электрода 161, и находится в позиции, симметричной относительно первого верхнего электрода 161 по отношению к направлению, ортогональному направлению диагонали. Кроме того, второй верхний электрод 163 имеет форму, симметричную форме первого верхнего электрода 161 относительно направления, ортогонального направлению диагонали.
С другой стороны, первый нижний электрод 162 имеет такую же форму, как нижний электрод 152, описанный выше со ссылками на шестой вариант. На нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10 первый нижний электрод 162 помещен в области угла (нижний левый угол на фиг.46(В)) в позиции, симметричной первому верхнему электроду 161 относительно направления короткой стороны нижней поверхности 10b. На нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10 второй нижний электрод 164 помещен в области угла (верхний правый угол на фиг.46(В)), находящегося в направлении диагонали от первого нижнего электрода 162, и расположен в позиции, симметричной первому нижнему электроду 162 относительно направления, ортогонального направлению диагонали. Кроме того, второй нижний электрод 164 имеет форму, симметричную первому нижнему электроду 162 относительно направления, ортогонального направлению диагонали.
Фиг.47 показывает состояние перекрытия между проекцией 161р первого верхнего электрода и проекцией 161р второго верхнего электрода, которые получены путем проецирования соответственно первого верхнего электрода 161 и второго верхнего электрода 163 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10 с одной стороны и первым нижним электродом 162 и вторым нижним электродом 164 с другой стороны. Фиг.47 показывает состояние перекрытия между проекциями верхних электродов с одной стороны и нижними электродами с другой стороны для случая, когда отсутствует смещение соответствующих верхних электродов относительно нижних электродов. В рассматриваемом варианте электродный участок 161ра проекции 161р первого верхнего электрода и электродный участок 162а первого нижнего электрода 162 пересекают один другого, так что в области пересечения образована первая область SA1 противоположных электродов (первая область). Кроме того, электродный участок 163ра проекции 163р второго верхнего электрода и электродный участок 164а второго нижнего электрода 164 пересекают один другого, так что в области пересечения образована вторая область SA2 противоположных электродов (вторая область).
В рассматриваемом варианте формы и размеры верхних электродов и нижних электродов спроектированы таким образом, чтобы площадь каждой из областей противоположных электродов (SA1 и SA2) между верхними электродами и нижними электродами остается постоянной даже при смещении верхних электродов относительно соответствующих нижних электродов. Кроме того, как и в описанном выше первом варианте, формы и размеры верхних электродов и нижних электродов проектируют с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления, а также других подобных факторов.
Если два конденсатора переменной емкости выполнены в одном сегнетоэлектрическом слое, как это имеет место в рассматриваемом варианте, предпочтительно, чтобы паразитная емкость между этими двумя конденсаторами переменной емкости была пренебрежимо мала по сравнению с емкостью каждого конденсатора переменной емкости. Например, предпочтительно, чтобы паразитная емкость между двумя конденсаторами переменной емкости не превышала примерно 1/10 емкости каждого из этих конденсаторов переменной емкости. Для реализации этого предпочтительно сделать расстояние между первой областью SA1 противоположных электродов и второй областью SA2 противоположных электродов насколько возможно большим.
Фиг.48 показывает эквивалентную схему емкостного прибора 165 с переменной емкостью согласно рассматриваемому варианту. Конденсатор 171 переменной емкости, имеющий емкость С2, на фиг.48 представляет собой конденсатор переменной емкости, образованный между первой верхней внешней клеммой 167 и первой нижней внешней клеммой 168. Конденсатор 172 переменной емкости, имеющий емкость С3, на фиг.48 представляет собой конденсатор переменной емкости, образованный между второй верхней внешней клеммой 169 и второй нижней внешней клеммой 170. Как описано выше, в рассматриваемом варианте, поскольку эти два конденсатора переменной емкости выполнены в сегнетоэлектрическом элементе 166 независимо, результирующая эквивалентная схема представлена прибором с четырьмя клеммами.
Емкостный прибор 165 с переменной емкостью согласно рассматриваемому варианту может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления приборов согласно первому варианту, описанному выше. Хотя рассматриваемый вариант относится к случаю конфигурации, имеющей только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использованы несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды.
Как описано выше, в рассматриваемом варианте внутренние электроды выполнены таким образом, что площадь каждой из областей (SA1 и SA2) противоположных электродов остается постоянной даже при появлении смещения между верхними электродами и нижними электродами. Вследствие этого, согласно рассматриваемому варианту достигается тот же эффект, как и в первом варианте.
В рассматриваемом варианте первая верхняя внешняя клемма 167 расположена не напротив первой нижней внешней электродной клеммы 168. Кроме того, вторая верхняя внешняя клемма 169 расположена не напротив второй нижней внешней электродной клеммы 170. В результате паразитная емкость между внешними клеммами может быть значительно уменьшена, так что указанная выше проблема, обусловленная влиянием паразитной емкости, может быть устранена.
Далее, размещение четырех внешних клемм в четырех углах сегнетоэлектрического элемента 166, как в рассматриваемом варианте, создает следующие преимущества при монтаже емкостного прибора 165 с переменной емкостью на печатной плате. Фиг.49 показывает схематичную конфигурацию емкостного прибора 165 с переменной емкости согласно рассматриваемому варианту, когда прибор смонтирован на печатной плате.
Обычно, при креплении емкостного прибора 165 с переменной емкостью на медных проводниках 174 печатной платы 173 каждую внешнюю клемму припаивают к соответствующему медному проводнику 174 с использованием припоя 175. В этот момент, поскольку припой 175 дает усадку при затвердевании, емкостный прибор с переменной емкостью притягивается к медному проводнику 174. Таким образом, если внешние клеммы емкостного прибора с переменной емкостью расположены в углах на одной стороне сегнетоэлектрического элемента 166, есть вероятность, что в результате усадки припоя 175 неприпаянная сторона емкостного прибора приподнимется вверх, что приведет к плохому качеству пайки. Напротив, если четыре внешние клеммы размещены соответственно в четырех углах сегнетоэлектрического элемента 166, как в рассматриваемом варианте, этот емкостный прибор с переменной емкостью притягивается равномерно даже в случае усадки припоя 175, что позволяет уменьшить вероятность некачественной пайки, описанную выше.
Модификация 6
Хотя седьмой вариант, описанный выше, относится к случаю, когда соответствующие области (SA1 и SA2) противоположных электродов двух конденсаторов переменной емкости, выполненных на одном сегнетоэлектрическом слое 10, размещены вдоль направления короткой стороны сегнетоэлектрического слоя 10, настоящее изобретение этим не ограничивается. Соответствующие области (SA1 и SA2) противоположных электродов двух конденсаторов переменной емкости могут быть размещены в направлении диагонали сегнетоэлектрического слоя 10. Пример такой конфигурации (Модификация 6) показан на фиг.50.
Фиг.50 представляет собой вид сверху емкостного прибора 185 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру. На фиг.50 первый верхний электрод 181, первый нижний электрод 182, второй верхний электрод 183 и второй нижний электрод 184 обозначены штриховыми линиями.
В случае емкостного прибора 185 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру длина в продольном направлении контактного участка каждого внутреннего электрода изменена относительно такой длины в емкостном приборе 165 с переменной емкостью (фиг.45(А) и (В)) согласно седьмому варианту, описанному выше. В частности, в рассматриваемом примере длина в продольном направлении каждого контактного участка - контактного участка 181b первого верхнего электрода 181 и контактного участка 183b второго верхнего электрода 183, сделана больше, чем в седьмом варианте. Кроме того, длина в продольном направлении каждого контактного участка - контактного участка 182b первого нижнего электрода 182 и контактного участка 184b второго нижнего электрода 184, сделана меньше, чем в седьмом варианте.
Далее, в рассматриваемом примере вслед за изменением длины контактного участка каждого внутреннего электрода соответствующим образом изменена ширина соответствующей внешней клеммы, соединенной с каждым контактным участком. В частности, ширина каждой - первой верхней внешней клеммы 187 и второй верхней внешней клеммы 189, сделана больше, чем в седьмом варианте. Кроме того, ширина каждой - первой нижней внешней клеммы 188 и второй нижней внешней клеммы 190, сделана меньше, чем в седьмом варианте. Емкостный прибор 185 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру имеет такую же конфигурацию, как и в седьмом варианте, за исключением того, что длина в продольном направлении контактного участка каждого внутреннего электрода и ширина каждой внешней клеммы изменены.
Вследствие создания индивидуальных внутренних электродов описанным выше способом первая область SA1 противоположных электродов, ограниченная между первым верхним электродом 181 и первым нижним электродом 182, и вторая область SA2 противоположных электродов, ограниченная между вторым верхним электродом 183 и вторым нижним электродом 184, расположены в диагональном направлении сегнетоэлектрического слоя. В результате расстояние между первой областью SA1 противоположных электродов и второй областью SA2 противоположных электродов может быть сделано больше, чем в седьмом варианте.
Вследствие этого, в рассматриваемом примере паразитная емкость между конденсатором переменной емкости, образованным между первым верхним электродом 181 и первым нижним электродом 182, и конденсатором переменной емкости, образованным между вторым верхним электродом 183 и вторым нижним электродом 184, может быть сделана меньше. Например, если расстояние между первой областью SA1 противоположных электродов и второй областью SA2 противоположных электродов в емкостном приборе 185 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру сделано вдвое больше, чем в седьмом варианте, паразитная емкость оказывается вдвое меньше, чем в седьмом варианте.
Модификация 7
Применительно к Модификации 7 будет дано описание другого примера конфигурации, в которой несколько конденсаторов переменной емкости выполнены в виде матрицы в одном емкостном приборе с переменной емкостью.
Конфигурация конденсатора переменной емкости
Фиг.51(А) и (В) показывают схематичную конфигурацию емкостного прибора с переменной емкостью согласно Модификации 7. Фиг.51(А) представляет собой внешний вид в перспективе емкостного прибора 195 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру, а фиг.51 (В) представляет собой вид сверху этого емкостного прибора 195 с переменной емкостью. На фиг.51(А) и (В) такие же компоненты, как и те, что используются согласно седьмому варианту (фиг.45(А) и (В)), обозначены теми же символами. На каждой из фиг.51 (А) и (В) первый верхний электрод 191, первый нижний электрод 192 и второй нижний электрод 193, выполненные внутри сегнетоэлектрического элемента 196, обозначены штриховыми линиями.
Емкостный прибор 195 с переменной емкостью включает, например, сегнетоэлектрический элемент 196, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, а также верхнюю внешнюю клемму 197, выполненную на боковой поверхности 196а на одной длинной стороне сегнетоэлектрического элемента 196, и первую нижнюю внешнюю клемму 198 и вторую нижнюю внешнюю клемму 199, созданные на боковой поверхности 196b на другой длинной стороне. В емкостном приборе 195 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру по одному конденсатору переменной емкости образованы между верхней внешней клеммой 197 и первой нижней внешней клеммой 198, а также между верхней внешней клеммой 197 и второй нижней внешней клеммой 199. Иными словами, в этом примере верхняя внешняя клемма 197 служит в качестве общей внешней клеммой для двух конденсаторов переменной емкости.
Сегнетоэлектрический элемент 196 включает сегнетоэлектрический слой 10, верхний электрод 191, выполненный на верхней поверхности слоя, и сегнетоэлектрический слой 139, созданный на верхнем электроде 191. Кроме того, сегнетоэлектрический элемент 196 включает первый нижний электрод 192 и второй нижний электрод 193, выполненные на нижней поверхности сегнетоэлектрического слоя 10, а также сегнетоэлектрический слой 139, созданный на каждом из этих нижних электродов. Сегнетоэлектрический элемент 196 согласно рассматриваемому примеру имеет такую же конфигурацию, как и указанный выше седьмой вариант, за исключением того, что верхний электрод выполнен в виде общего электрода, а формы индивидуальных внутренних электродов изменены.
Верхняя внешняя клемма 197 имеет такую же конфигурацию, как и верхняя внешняя клемма 167, описанная выше со ссылками на седьмой вариант. Эта верхняя внешняя клемма 197 находится в области середины боковой поверхности 196а на одной длинной стороне сегнетоэлектрического элемента 196. Верхняя внешняя клемма 197 соединена с контактным участком верхнего электрода 191.
Первая нижняя внешняя клемма 198 и вторая нижняя внешняя клемма 199 имеют такую же конфигурацию, как первая нижняя внешняя клемма 168, описанная выше со ссылками на седьмой вариант. Эти первая нижняя внешняя клемма 198 и вторая нижняя внешняя клемма 199 помещены на боковую поверхность 196b на другой длинной стороне сегнетоэлектрического элемента 196, так что эти клеммы отделены одна от другой заданным промежутком. Кроме того, на этой боковой поверхности 196b сегнетоэлектрического элемента 196 указанные первая нижняя внешняя клемма 198 и вторая нижняя внешняя клемма 199 расположены возле одной и другой коротких сторон соответственно.
Как описано выше, в рассматриваемом примере верхняя внешняя клемма 197, а также первая нижняя внешняя клемма 198 и вторая нижняя внешняя клемма 199 размещены таким образом, чтобы пересекать направление оппозиции (направление y на фиг.51 (А) и (В)) между боковыми поверхностями 196а и 196b, на длинных сторонах сегнетоэлектрического элемента 196. Поэтому площадь обращенных одна к другой поверхностей двух внешних клемм, образующих каждый конденсатор переменной емкости, оказывается небольшой, что позволяет сделать паразитную емкость между внешними клеммами меньше в каждом конденсаторе переменной емкости.
Конфигурация электродов
Фиг.52(А) и (В) показывают пример конфигурации электродов в емкостном приборе 195 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру. Фиг.52(А) представляет собой вид сверху сегнетоэлектрического слоя 10 согласно рассматриваемому примеру, иллюстрирующий конфигурацию верхнего электрода 191. С другой стороны, фиг.52(В) представляет собой вид снизу сегнетоэлектрического слоя 10 согласно рассматриваемому примеру, иллюстрирующий конфигурации первого нижнего электрода 192 и второго нижнего электрода 193. На фиг.52(А) и (В) такие же компоненты, как те, что используются согласно отмеченному выше седьмому варианту (фиг.46(А) и (В)), обозначены теми же символами.
Верхний электрод 191 (первый электрод) представляет собой Y-образный электрод и включает первый электродный участок 191а, второй электродный участок 191с и контактный участок 191b. Контактный участок 191b выполнен таким образом, чтобы проходить в направлении вдоль длинных сторон верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10, и имеет прямоугольную форму. Контактный участок 191b помещен возле одной длинной стороны (возле нижней длинной стороны в плоскости фиг.52(А)) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 и в области середины длинной стороны.
Первый электродный участок 191а и второй электродный участок 191с проходят в наклонном направлении (неортогональном направлении) относительно направления (направление x на фиг.52(А)) вдоль длинных сторон верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Из четырех углов контактного участка 191b первый электродный участок 191а соединен с одним углом, расположенным со стороны середины верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10, а второй электродный участок 191с соединен с другим углом, расположенным со стороны середины верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Эти первый электродный участок 191а и второй электродный участок 191с размещены таким образом, что расстояние между ними увеличивается по мере удаления от контактного участка 191b.
Первый нижний электрод 192 (второй электрод) и второй нижний электрод 193 (третий электрод) имеют каждый V-образную форму и обладают такой же конфигурацией, как нижний электрод 132 (фиг.37(В)), описанный выше со ссылками на пятый вариант. Следует отметить, однако, что в рассматриваемом примере длину в продольном направлении каждого контактного участка - контактного участка 192b первого нижнего электрода 192 и контактного участка 193b второго нижнего электрода 193, устанавливают меньше половины длины сегнетоэлектрического слоя 10 вдоль длинной стороны.
Далее, в рассматриваемом примере на нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10 размещены на заданном расстоянии один от другого первый нижний электрод 192 и второй нижний электрод 193, расположенные возле длинной стороны этой поверхности, противоположной той длинной стороне, у которой создан верхний электрод 191. В этот момент первый нижний электрод 192 и второй нижний электрод 193 расположены таким образом, что концы на сторонах соответствующих электродных участков находятся один напротив другого. Иными словами, первый нижний электрод 192 и второй нижний электрод 193 расположены симметрично один другому относительно направления (направление у на фиг.52(В)) вдоль коротких сторон нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10.
Фиг.53 показывает состояние перекрытия между проекцией 191р верхнего электрода, полученного путем проецирования верхнего электрода 191 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10 с одной стороны и первым нижним электродом 192 и вторым нижним электродом 193 с другой стороны в емкостном приборе 195 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру. Фиг.53 показывает состояние перекрытия между проекцией 191р верхнего электрода и первым нижним электродом 192 и вторым нижним электродом 193 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода относительно нижних электродов. В рассматриваемом примере электродный участок 191ра проекции 191р верхнего электрода и электродный участок 192а первого нижнего электрода 192 пересекают один другого, так что в области пересечения образована область SA1 противоположных электродов (первая область). Кроме того, электродный участок 191рс проекции 191р верхнего электрода и электродный участок 193а второго нижнего электрода 193 пересекают один другого, так что в области пересечения образована область SA2 противоположных электродов (вторая область).
В рассматриваемом примере формы и размеры индивидуальных внутренних электродов проектируют таким образом, что площадь каждой из областей - первой области SA1 противоположных электродов и второй области SA2 противоположных электродов, остается постоянной, даже если верхний электрод 191 смещен относительно первого нижнего электрода 192 и второго нижнего электрода 193. Кроме того, в рассматриваемом примере, как и в описанном выше первом варианте, формы и размеры верхнего электрода и нижних электродов проектируют с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления, а также других подобных факторов.
Фиг.54 показывает эквивалентную схему емкостного прибора 195 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру. Конденсатор 201 переменной емкости с емкостью С4 на фиг.54 представляет собой конденсатор переменной емкости, образованный между верхней внешней клеммой 197 и первой нижней внешней клеммой 198. Конденсатор 202 переменной емкости с емкостью С5 на фиг.54 представляет собой конденсатор переменной емкости, образованный между верхней внешней клеммой 197 и второй нижней внешней клеммой 199. Как описано выше, в рассматриваемом примере, хотя в одном сегнетоэлектрическом элементе 196 образованы два конденсатора 201 и 202 переменной емкости, верхняя внешняя клемма 197 (верхний электрод) является общей клеммой для этих двух конденсаторов. Таким образом, результирующая эквивалентная схема представлена имеющим три клеммы прибором, в котором эти два конденсатора 201 и 202 переменной емкости соединены последовательно.
Емкостный прибор 195 с переменной емкостью согласно рассматриваемому может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления приборов согласно первому варианту, описанному выше. Хотя в рассматриваемом примере описание относится к случаю конфигурации, имеющей только один сегнетоэлектрический слой 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использованы несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды.
Как описано выше, в рассматриваемом примере даже при появлении смещения между верхним электродом 191, первым нижним электродом 192 и вторым нижним электродом 193 площадь каждой из областей (SA1 и SA2) противоположных электродов между внутренними электродами остается постоянной. Таким образом, согласно рассматриваемому примеру достигается тот же эффект, как и в первом варианте.
Кроме того, в рассматриваемом примере площадь обращенных одна к другой поверхностей между верхней внешней клеммой 197 и первой нижней внешней клеммой 198, равно как и между верхней внешней клеммой 197 и второй нижней внешней клеммой 199, можно сделать меньше. Поэтому паразитную емкость между индивидуальными внешними клеммами можно еще больше уменьшить, что позволяет исключить указанную выше проблему, обусловленную влиянием паразитной емкости.
Далее, в рассматриваемом примере, поскольку три внешние клеммы размещены на сегнетоэлектрическом элементе 196 в виде треугольника, как в седьмом варианте, вероятность некачественной пайки в момент крепления емкостного прибора 195 с переменной емкостью на медных проводниках или аналогичных элементах на печатной плате может быть уменьшена.
Модификация 8
Примеры конфигурации имеющего три клеммы емкостного прибора с переменной емкостью не ограничиваются Модификацией 7, указанной выше. На фиг.55 показан другой пример конфигурации (Модификация 8) имеющего три клеммы емкостного прибора с переменной емкостью. Фиг.55 представляет собой вид сверху емкостного прибора с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру, где такие же компоненты, как те, что используются согласно Модификации 7 (фиг.51(В)), обозначены теми же символами. На фиг.55 первый верхний электрод 211, первый нижний электрод 212 и второй нижний электрод 213, выполненные внутри сегнетоэлектрического элемента 216, показаны штриховыми линиями.
В рассматриваемом примере верхний электрод 211 представляет собой по существу Т-образный электрод, а первый нижний электрод 212 и второй нижний электрод 213 представляют собой L-образные электроды. Контактный участок верхнего электрода 211 соединен с верхней внешней клеммой 197, контактный участок 212b первого нижнего электрода 212 соединен с первой нижней внешней клеммой 198, а контактный участок 213b второго нижнего электрода 213 соединен со второй нижней внешней клеммой 199. В остальном рассматриваемый емкостный прибор с переменной емкостью имеет такую же конфигурацию, как емкостный прибор 195 с переменной емкостью (фиг.51 (А) и (В)) согласно Модификации 7.
В емкостном приборе 215 с переменной емкостью конденсаторы переменной емкости образованы между верхним электродом 211 и первым нижним электродом 212, равно как между верхним электродом 211 и вторым нижним электродом 213. В рассматриваемом примере, как и в Модификации 7, поскольку верхний электрод 211 используется в качестве общего электрода для двух конденсаторов переменной емкости, можно построить емкостный прибор с переменной емкостью, имеющий три клеммы.
Фиг.56(А) и (В) показывают пример конфигурации электродов емкостного прибора 215 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру. Фиг.56(А) представляет собой вид сверху сегнетоэлектрического слоя 10 согласно рассматриваемому примеру, иллюстрирующий конфигурацию верхнего электрода 211. С другой стороны, фиг.56(В) представляет собой вид снизу этого сегнетоэлектрического слоя 10 согласно рассматриваемому примеру, иллюстрирующий конфигурацию первого нижнего электрода 212 и второго нижнего электрода 213. На фиг.56(А) и (В) такие же компоненты, как те, что использованы в Модификации 7 (фиг.52(А) и (В)), обозначены теми же символами.
Верхний электрод 211 включает электродный участок 211а и контактный участок 211b. Контактный участок 211b выступает от области возле одной длинной стороны (возле нижней длинной стороны на фиг.56(А)) верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10 в направлении вдоль коротких сторон и имеет по существу прямоугольную форму. Этот контактный участок 211b находится рядом с серединой одной длинной стороны верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10.
Электродный участок 211а проходит в направлении (направление x на фиг.56(А)) вдоль длинных сторон верхней поверхности 10а сегнетоэлектрического слоя 10. Средняя часть электродного участка 211а соединена с одним концом контактного участка 211b.
Первый нижний электрод 212 включает контактный участок 212b, проходящий в направлении (направление x на фиг.56(А)) вдоль длинной стороны нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10, и электродный участок 212а, проходящий от одного конца контактного участка 212b в направлении, ортогональном этому контактному участку 212b. С другой стороны, второй нижний электрод 213 имеет такую же конструкцию, как и первый нижний электрод 212. В рассматриваемом примере длина в продольном направлении каждого контактного участка - контактного участка 212b первого нижнего электрода 212 и контактного участка 213b второго нижнего электрода 213, установлена равной меньше половины длины сегнетоэлектрического слоя 10 вдоль длинной стороны.
В рассматриваемом примере на нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10 размещены на заданном расстоянии один от другого возле длинной стороны, противоположной длинной стороне, где выполнен верхний электрод 211, первый нижний электрод 212 и второй нижний электрод 213. При этом первый нижний электрод 212 и второй нижний электрод 213 расположены таким образом, что концы боковых кромок соответствующих электродных участков оказываются один напротив другого. Иными словами, первый нижний электрод 212 и второй нижний электрод 213 размещены симметрично относительно направления (направление y на фиг.56(В)) вдоль коротких сторон нижней поверхности 10b сегнетоэлектрического слоя 10.
Фиг.57 показывает состояние перекрытия между проекцией 211p верхнего электрода, полученного путем проецирования верхнего электрода 211 на нижнюю поверхность 10b сегнетоэлектрического слоя 10 с одной стороны и первым нижним электродом 212 и вторым нижним электродом 213 с другой стороны в емкостном приборе 215 с переменной емкостью согласно рассматриваемому варианту. Фиг.57 показывает состояние перекрытия между проекцией 211p верхнего электрода и первым нижним электродом 212 и вторым нижним электродом 213 для случая, когда отсутствует смещение верхнего электрода относительно нижних электродов. В рассматриваемом примере электродный участок 211ра проекции 211p верхнего электрода и электродный участок 212а первого нижнего электрода 212 пересекают один другого, так что в области пересечения образована первая область SA1 противоположных электродов. Кроме того, электродный участок 211ра проекции 211р верхнего электрода и электродный участок 213а второго нижнего электрода 213 пересекают один другого, так что в области пересечения образована вторая область SA2 противоположных электродов.
В рассматриваемом примере формы и размеры индивидуальных внутренних электродов проектируют таким образом, что площадь каждой из областей - первой области SA1 противоположных электродов и второй области SA2 противоположных электродов - остается постоянной даже при смещении верхнего электрода 211 относительно первого нижнего электрода 212 и второго нижнего электрода 213. Кроме того, в рассматриваемом примере, как и в описанном выше первом варианте, формы и размеры индивидуальных внутренних электродов проектируют с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления, а также других подобных факторов.
Емкостный прибор 215 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру может быть изготовлен таким же способом, как, например, способ изготовления приборов согласно первому варианту, описанному выше. Хотя в рассматриваемом примере описание относится к случаю конфигурации с единственным сегнетоэлектрическим слоем 10, настоящее изобретение этим не ограничивается, так что могут быть использовано несколько сегнетоэлектрических слоев 10, наложенных один на другой через электроды.
Как описано выше, в рассматриваемом примере, даже при появлении смещения между верхним электродом 211, первым нижним электродом 212 и вторым нижним электродом 213 площадь каждой из областей (SA1 и SA2) противоположных электродов между внутренними электродами остается постоянной. Таким образом, согласно рассматриваемому примеру достигается такой же эффект, как и в первом варианте.
Кроме того, в рассматриваемом примере площадь обращенных одна к другой поверхностей между верхней внешней клеммой 197 и первой нижней внешней клеммой 198, равно как и между верхней внешней клеммой 197 и второй нижней внешней клеммой 199, может быть сделана меньше. Вследствие этого можно еще больше уменьшить паразитную емкость между индивидуальными внешними клеммами, что позволяет исключить описанную выше проблему, обусловленную влиянием паразитной емкости.
Далее, в рассматриваемом примере, поскольку три внешние клеммы размещены на сегнетоэлектрическом элементе 216 в виде треугольника, как в седьмом варианте, вероятность некачественной пайки в момент крепления емкостного прибора 215 с переменной емкостью на медных проводниках или аналогичных элементах на печатной плате может быть уменьшена.
Кроме того, в конфигурации электродов емкостного прибора 215 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру по сравнению с конфигурацией электродов (фиг.52(А) и (В)) согласно Модификации 7 длина электродного участка каждого из внутренних электродов может быть сделана меньше. Таким образом, величину активного сопротивления в емкостном приборе 215 с переменной емкостью в целом можно еще больше уменьшить.
Хотя описание емкостных приборов с переменной емкостью согласно седьмому варианту и Модификациям 6-8, указанным выше, относится к случаю, когда два конденсатора переменной емкости выполнены в одном сегнетоэлектрическом слое, настоящее изобретение этим не ограничивается. Может быть применена конфигурация, где в одном сегнетоэлектрическом слое выполнены в виде матрицы три или более конденсаторов переменной емкости. Кроме того, хотя описание емкостных приборов с переменной емкостью согласно седьмому варианту и Модификациям 6-8, указанным выше, относится к примеру конфигурации внутренних электродов, в которой внешние клеммы расположены на боковых поверхностях длинных сторон сегнетоэлектрического элемента, настоящее изобретение этим не ограничивается. Может быть использована конфигурация внутренних электродов, где внешние клеммы расположены на боковых поверхностях коротких сторон сегнетоэлектрического элемента.
Модификация 9
Указанный выше четвертый вариант относится к примеру конфигурации для уменьшения величины активного сопротивления емкостного прибора с переменной емкостью в целом, а варианты с пятого по седьмой относятся к примерам конфигурации для уменьшения паразитной емкости между внешними клеммами емкостного прибора с переменной емкостью. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Пример конфигурации согласно четвертому варианту можно объединить с примером конфигурации согласно одному из вариантов с пятого по седьмой. Фиг.58 показывает такой пример конфигурации (Модификация 9) конденсатора переменной емкости.
Фиг.58 представляет собой вид сверху емкостного прибора 225 с переменной емкостью согласно рассматриваемому примеру. На фиг.58 такие же компоненты, как те, что используются согласно описанному выше (фиг.30) четвертому варианту, обозначены теми же символами. На фиг.58 верхний электрод 221 и нижний электрод 222, созданные внутри сегнетоэлектрического элемента 216, показаны штриховыми линиями.
В рассматриваемом примере верхний электрод 221 образован верхним электродом (фиг.37(А)), описанным выше со ссылками на пятый вариант, а нижний электрод 222 образован нижним электродом 101 (фиг.29(А)), описанным выше со ссылками на четвертый вариант. Эти верхний электрод 221 и нижний электрод 222 выполнены на диагонали сегнетоэлектрического элемента 226 и расположены таким образом, что электродный участок 221а верхнего электрода 221 и электродный участок 222а нижнего электрода 222 пересекают один другого. Контактный участок 221b соединен с верхней внешней клеммой 137, а контактный участок 222b нижнего электрода 222 соединен с нижней внешней клеммой 138. В остальном емкостный прибор 225 с переменной емкостью имеет такую же конфигурацию, как конденсатор 135 переменной емкости (фиг.36(А) и (В)) согласно пятому варианту.
В рассматриваемом примере тоже формы и размеры верхнего электрода 221 и нижнего электрода 222 проектируют таким образом, чтобы площадь области Sa противоположных электродов между верхним электродом 221 и нижним электродом 222 оставалась постоянной даже при появлении смещения верхнего электрода 221 относительно нижнего электрода 222. Кроме того, в рассматриваемом примере так же, как и в описанном выше пятом варианте, формы и размеры верхнего электрода 221 и нижнего электрода 222 проектируют с учетом необходимой величины емкости и необходимой величины активного сопротивления или подобных факторов. Вследствие этого, в рассматриваемом случае достигается тот же эффект, как и в первом варианте.
Как описано выше, емкостный прибор 225 с переменной емкостью согласно рассматриваемому варианту представляет собой сочетание конфигураций согласно четвертому и пятому вариантам. Таким образом, величину активного сопротивления емкостного прибора 225 с переменной емкостью можно уменьшить в еще большей степени, а также можно дополнительно уменьшить паразитную емкость между внешними клеммами емкостного прибора с переменной емкостью.
Хотя приведенное выше описание седьмого варианта и Модификаций 6-9 было сделано на примере емкостного прибора с переменной емкостью (конденсатор переменной емкости) в качестве емкостного прибора, настоящее изобретение этим не ограничивается. Конфигурации верхней внешней клеммы и нижней внешней клеммы, описанные выше для седьмого варианта и Модификаций 6-9, могут быть аналогично применены к емкостным приборам, представляющим собой емкостные приборы с постоянной емкостью. Отметим, однако, что в этом случае слой диэлектрика выполняют из параэлектрического материала, имеющего низкую относительную диэлектрическую проницаемость. В качестве параэлектрических материалов здесь могут быть использованы такие же параэлектрические материалы, какие были описаны выше для первого варианта.
8. Восьмой вариант
В качестве восьмого варианта рассмотрен пример конфигурации бесконтактного приемного устройства, содержащего емкостный прибор согласно настоящему изобретению, описанный выше.
Конфигурация бесконтактного приемного устройства
В соответствии с настоящим вариантом будет дано описание бесконтактной карточки с интегральной схемой (электронной карточки) в качестве примера бесконтактного приемного устройства. Фиг.59 показывает блок-схему приемной системы (системы демодуляции) бесконтактной электронной карточки согласно настоящему варианту. Отметим, что на фиг.59 для упрощения описания опущена схема передающей системы (системы модуляции сигналов). Схема передающей системы может быть конфигурирована таким же образом, как в обычной бесконтактной электронной карточке или аналогичном устройстве.
Бесконтактная электронная карточка 260 имеет приемный блок 261 (антенну), выпрямительный блок 262 и процессор 263 сигнала.
Приемный блок 261 имеет резонансную схему, конфигурированную на основе резонансной катушки 264 и резонансного конденсатора 265, и принимает сигналы, передаваемые от устройства чтения/записи (не показано) для бесконтактной электронной карточки 260 с такой резонансной схемой. Отметим, что на фиг.59 резонансная катушка 264 изображена в виде, разделенном на индуктивную составляющую 264а (L) и резистивную составляющую 264b (сопротивление r: примерно несколько Ом). Кроме того, приемный блок 261 имеет источник 270 управляющего напряжения для описываемого позднее конденсатора 267 переменной емкости в составе резонансного конденсатора 265 и два резистора 271 и 272 для ограничения тока (ограничительные резисторы), установленные в схеме между конденсатором 267 переменной емкости и источником 270 управляющего напряжения.
Резонансный конденсатор 265 содержит конденсатор 266 постоянной емкости Со, конденсатор 267 переменной емкости и два конденсатора 268 и 269 для устранения смещения, соединенных с обеими клеммами конденсатора 267 переменной емкости. Последовательная схема, конфигурированная из конденсатора 266, конденсатора 267 переменной емкости и двух конденсаторов 268 и 269 для устранения смещения, присоединена параллельно к резонансной катушке 264.
Конденсатор 266 постоянной емкости конфигурирован в виде имеющего две клеммы конденсатора постоянной емкости (емкостный прибор с постоянной емкостью), конфигурация электродов и внешних клемм которого описана в различных вариантах и модификациях, рассмотренных выше. Слой диэлектрика, составляющий основу конденсатора 266 постоянной емкости, выполнен из диэлектрического материала (параэлектрического материала), описанного в первом варианте, а емкость конденсатора практически не изменяется вовсе независимо от типа входного сигнала (переменный ток или постоянный ток) и уровня этого сигнала.
Отметим, что в реальных практических схемах имеют место флуктуации емкости приемного блока 261 (порядка нескольких пФ) вследствие нерегулярностей индуктивной составляющей L резонансной катушки 264, паразитной емкости на входных клеммах интегральной схемы в составе процессора 263 сигнала и т.п., а величина флуктуации изменяется от одной бесконтактной электронной карточки 260 к другой. Соответственно, в рамках настоящего варианта рисунок внутреннего электрода в конденсаторе 266 постоянной емкости подгоняют для подстройки величины емкости Со, чтобы устранить (скорректировать) влияние указанных факторов.
Конденсатор 267 переменной емкости конфигурирован также в виде имеющего две клеммы конденсатора переменной емкости (емкостный прибор с переменной емкостью), в котором электроды и внешние клеммы имеют конфигурацию, описанную в различных вариантах и модификациях, рассмотренных выше. Слой диэлектрика, составляющий основу конденсатора 267 переменной емкости, выполнен из диэлектрического материала с очень большой относительной диэлектрической проницаемостью, описанного в первом варианте. Отметим, что настоящее изобретение этим не ограничивается и что конденсатор 267 переменной емкости может быть конфигурирован в виде имеющего четыре клеммы конденсатора переменной емкости, описанного в третьем варианте выше (фиг.27).
Кроме того, конденсатор 267 переменной емкости соединен с источником 270 управляющего напряжения через ограничительные резисторы 271 и 272. Емкость Cv конденсатора 267 переменной емкости изменяется в соответствии с управляющим напряжением, поступающим от источника 270 управляющего напряжения.
Конденсаторы 268 и 269 для устранения смещения и ограничительные резисторы 271 и 272 служат для подавления эффектов взаимных помех между постоянным током смещения, текущим от источника управляющего напряжения (управляющий ток), и током приема. В частности, конденсаторы 268 и 269 для устранения смещения введены в схему для защиты и/или разделения сигнальных цепей, а резисторы 271 и 272 для ограничения тока (ограничительные резисторы) служат для защиты и/или разделения цепей управления.
Выпрямительный блок 262 конфигурирован по схеме однополупериодного выпрямителя, построенного из выпрямительного диода 273 и выпрямительного конденсатора 274, для выпрямления переменного напряжения, принимаемого в приемном блоке 261, преобразования его в напряжение постоянного тока и передачи на выход.
Процессор 263 сигнала конфигурирован на основе главным образом полупроводниковой интегральной схемы (БИС (LSI): Большая интегральная схема) и осуществляет демодуляцию сигналов переменного тока, принимаемых в приемном блоке 261. БИС (LSI) в процессоре 263 сигнала получает в качестве напряжения питания напряжение постоянного тока, поступающее от выпрямительного блока 262. Используемая БИС (LSI) может быть такой же, какие применяются в обычных бесконтактных электронных карточках.
В бесконтактной электронной карточке 260 согласно рассматриваемому варианту используют конденсатор 267 переменной емкости, чтобы предотвратить повреждение схемы управления, построенной на полупроводниковых приборах с низким выдерживаемым напряжением, под воздействием слишком сильных принимаемых сигналов. В частности, в случае слишком сильного принимаемого сигнала управляющее напряжение уменьшает емкость Cv конденсатора 267 переменной емкости. Следовательно, резонансная частота приемного блока 261 смещается в область более высоких частот на величину Δf, соответствующую величине уменьшения емкости конденсатора 267 переменной емкости. Таким образом, отклик на сигналы приема на резонансной частоте f0, имевшей место до изменения емкости, становится слабее, а уровень сигналов приема снижается. В результате, можно не допустить проникновения слишком сильных электрических сигналов в цепи управления и тем самым предотвратить повреждение этих цепей управления.
В бесконтактной электронной карточке 260 согласно настоящему варианту емкостные приборы с конфигурацией электродов согласно настоящему изобретению применены в качестве конденсатора 266 постоянной емкости и конденсатора 267 переменной емкости, что позволило создать бесконтактную электронную карточку с улучшенными характеристиками. Кроме того, вследствие использования емкостного прибора с конфигурацией электродов согласно настоящему изобретению в качестве конденсатора 267 переменной емкости такая бесконтактная электронная карточка может работать от еще более низкого напряжения питания.
Хотя в рамках настоящего варианта был рассмотрен пример, в котором и конденсатор 266 постоянной емкости, и конденсатор 267 переменной емкости конфигурированы в виде емкостных приборов, имеющих конфигурацию электродов согласно настоящему изобретению, настоящее изобретение, однако, этим не ограничивается, так что только один из этих конденсаторов может быть конфигурирован согласно настоящему изобретению. Кроме того, в рамках настоящего изобретения может быть использована конфигурация, не содержащая конденсатора 266 постоянной емкости.
Далее, здесь был рассмотрен пример бесконтактной электронной карточки 260, имеющей источник 270 управляющего напряжения для конденсатора 267 переменной емкости, но настоящее изобретение этим не ограничивается. Например, может быть предложена конфигурация, в которой заданное управляющее напряжение выделяют из выходного постоянного напряжения от выпрямительного блока 262 с применением такого способа, как резистивный делитель напряжения, или другого способа, таким же образом, как в PTL 1 (фиг.60), или аналогичного способа.
Кроме того, в рамках настоящего варианта было дано описание примера бесконтактной электронной карточки в качестве примера бесконтактного приемного устройства, но настоящее изобретение этим не ограничивается. Настоящее изобретение применимо к любому устройству, получающему информацию и/или электрическую энергию бесконтактным способом с использованием резонансной схемы, построенной из резонансной катушки и резонансного конденсатора, и позволяет получить одинаковые преимущества. Например, это также применимо к сотовым телефонам или аналогичным устройствам и устройствам с беспроводной передачей энергии. Отметим, что устройства с беспроводной передачей энергии представляют собой устройства, передающие электрическую энергию бесконтактным способом, так что не обязательно требуется процессор сигнала для демодуляции сигналов приема в бесконтактной электронной карточке.
Перечень позиционных обозначений
1 - конденсатор переменной емкости с двумя клеммами
2, 165 - конденсатор переменной емкости
3 - конденсатор переменной емкости с четырьмя клеммами
10 - сегнетоэлектрический слой (слой диэлектрика)
11, 21, 31, 41, 101, 131, 151 - верхний электрод (первый электрод)
11а, 21а, 31а, 41а, 101а, 131а, 151а - электродный участок (первый электродный участок)
11b, 21b, 31b, 41b, 101b, 131b, 151b - контактный участок
11р, 21р, 31р, 41р, 101р, 131р, 151р - проекция верхнего электрода
12, 22, 32, 42, 102, 132, 152 - нижний электрод (второй электрод)
12а, 22а, 32а, 42а, 42 с, 102а, 132а, 152а - электродный участок (второй электродный участок)
12b, 22b, 32b, 42b, 102b, 132b, 152b - контактный участок
70 - сегнетоэлектрический слой
с 71 по 75 -управляющий электрод
с 76 по 79 - сигнальный электрод
135, 155 - конденсатор переменной емкости
136, 156, 166 - сегнетоэлектрический материал
137, 157 - верхняя внешняя клемма
138, 158 - нижняя внешняя клемма
161 - первый верхний электрод
162 - первый нижний электрод
163 - второй верхний электрод
164 - второй нижний электрод
167 - первая верхняя внешняя клемма
168 - первая нижняя внешняя клемма
169 - вторая верхняя внешняя клемма
170 - вторая нижняя внешняя клемма
260 - бесконтактная электронная карточка
261 - приемный блок
264 - резонансная катушка
265 - резонансный конденсатор
266 - конденсатор постоянной емкости
267 - конденсатор переменной емкости
270 - источник управляющего напряжения
Sa, Sa1, Sa2 - области противоположных электродов (первая область)
SA1 - первая область противоположных электродов (первая область)
SA2 - вторая область противоположных электродов (вторая область)