JPH10149951A - 可変容量コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電容量の高精度な可変制御が可能な可変容
量コンデンサを提供する。 【解決手段】 基板１に脚部２ａ，２ｂを互いに間隙を
介して形成し、各脚部２ａ，２ｂからそれぞれ梁部４
ａ，４ｂを伸長形成し共通の可動片５に連接する。梁部
４ａ，４ｂと可動片５は基板１と空隙１０を介して対向
配設し、梁部４ａ，４ｂと可動片５の基板対向面に基準
電極８を形成する。基板１に各梁部４ａ，４ｂに対向す
る駆動電極６ａ，６ｂと、可動片５に対向する検出電極
７とを設ける。梁部４ａ，４ｂは基端側から可動片５に
向かうに従って梁の幅Ｄが狭くなっている。梁部４ａ，
４ｂを基板１側に撓み変形させることにより可動片５部
分の基準電極８と検出電極７間の間隔が可変し、可動片
５部分の基準電極８と検出電極７間の静電容量の可変制
御を精度良く行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電容量を可変する
ことが可能な可変容量コンデンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】可変容量コンデンサとしては、バリコン
やバラクタダイオードが知られている。上記バリコン
は、周知のように、互いに対向する電極と、モーター等
の回動機構とを有し、上記回動機構によって互いに対向
する電極の対向面積を可変し、それら電極間の静電容量
を可変するものである。また、上記バラクタダイオード
は外部から印加される電圧の大きさにより寄生容量を可
変することができるものである。

【０００３】このような可変容量コンデンサは発振回路
や変調回路等に組み込まれ、例えば、高周波信号が加え
られると、その可変容量コンデンサの静電容量の大きさ
に応じた出力電圧信号を出力するもので、可変容量コン
デンサを組み込む上記発振回路や変調回路等が所望の回
路出力を得ることができるように、その可変容量コンデ
ンサの静電容量（寄生容量）を可変設定して使用され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記バ
リコンは構造が複雑であるし、静電容量を可変するのに
必要不可欠な回動機構は小型化が困難であることから、
バリコンの小型化を図ることが難しいという問題があ
る。

【０００５】また、前記バラクタダイオードは単一素子
で形成することが可能であることから、小型化が容易で
あるが、耐圧を高めるために内部抵抗ｒを大きくしなけ
ればならず、この内部抵抗ｒの増大により次のような問
題が生じる。

【０００６】上記バラクタダイオードの出力電圧信号の
Ｑ値は次式（１）に示すことができる。

【０００７】Ｑ＝１／（２πｆｃｒ）・・・・・（１）

【０００８】ただし、上式（１）に示すｆはバラクタダ
イオードに加えられる高周波信号の周波数であり、ｃは
バラクタダイオードの寄生容量を示し、ｒはバラクタダ
イオードの内部抵抗を示している。

【０００９】前記の如く、バラクタダイオードの耐圧を
向上させるために内部抵抗ｒを大きくすると、上式
（１）に示されるように、Ｑ値が大幅に低下してしま
う。このため、出力電圧信号のキャリアノイズが大きく
なって出力電圧信号のＳＮ比を悪化させてしまう。この
ように、バラクタダイオードの耐圧を向上させるために
内部抵抗ｒを大きくすると、バラクタダイオードの出力
性能が悪化するという問題が生じる。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、小型化が容易で、静電容量
の可変制御を精度良く行うことが可能であり、しかも、
出力電圧信号のＱ値の向上が図れて可変容量コンデンサ
の出力性能を高めることができる可変容量コンデンサを
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は次のような構成をもって前記課題を解決す
る手段としている。すなわち、第１の発明は、基板と、
該基板に固定形成され互いに間隙を介して配設される複
数の脚部と、これら各脚部から伸長形成され前記基板と
間隙を介して対向配設される梁部と、これら各梁部の先
端側に共通に連接され前記基板と間隙を介して対向配設
される可動片と、この可動片の基板対向面と前記梁部の
基板対向面に形成される可動電極と、前記基板に形成さ
れ前記可動電極と間隙を介して対向配設される固定電極
とを有し、前記梁部は基端側よりも先端側の梁の幅が狭
く形成されている構成をもって前記課題を解決する手段
としている。

【００１２】第２の発明は、上記第１の発明を構成する
固定電極は可動片の基板対向面に対向する可動片対向電
極と、梁部の基板対向面に対向する梁部対向電極とに分
離形成され、上記可動片対向電極は可動電極との間の静
電容量を検出するための検出電極と成し、上記梁部対向
電極は梁部を撓み変形させるための駆動電極と成してい
る構成をもって前記課題を解決する手段としている。

【００１３】第３の発明は、上記第１又は第２の発明を
構成する可動電極は可動片の基板対向面に形成される可
動電極と、梁部の基板対向面に形成される可動電極とに
分離形成され、上記可動片の可動電極は固定電極との間
の静電容量を検出するための検出用の基準電極と成し、
前記梁部の可動電極は梁部を撓み変形させるための駆動
用の基準電極と成している構成をもって前記課題を解決
する手段としている。

【００１４】第４の発明は、基板と、該基板に固定形成
され互いに間隙を介して配設される複数の脚部と、これ
ら各脚部から伸長形成され前記基板と間隙を介して対向
配設される梁部と、これら各梁部の先端側に共通に連接
され前記基板と間隙を介して対向配設される可動片と、
この可動片の基板対向面と前記梁部の基板対向面に形成
される可動電極と、前記基板に形成され前記可動電極と
間隙を介して対向配設される固定電極とを有し、前記可
動片は梁部の先端側の幅よりも張り出して幅広面に形成
されている構成をもって前記課題を解決する手段として
いる。

【００１５】第５の発明は、上記第４の発明を構成する
梁部は基端側よりも先端側の梁の幅が狭く形成されてい
る構成をもって前記課題を解決する手段としている。

【００１６】第６の発明は、上記第４又は第５の発明を
構成する固定電極は可動片の基板対向面に対向する可動
片対向電極と、梁部の基板対向面に対向する梁部対向電
極とに分離形成され、上記可動片対向電極は可動電極と
の間の静電容量を検出するための検出電極と成し、上記
梁部対向電極は梁部を撓み変形させるための駆動電極と
成している構成をもって前記課題を解決する手段として
いる。

【００１７】第７の発明は、上記第４又は第５又は第６
の発明を構成する可動電極は可動片の基板対向面に形成
される可動電極と、梁部の基板対向面に形成される可動
電極とに分離形成され、上記可動片の可動電極は固定電
極との間の静電容量を検出するための検出用の基準電極
と成し、前記梁部の可動電極は梁部を撓み変形させるた
めの駆動用の基準電極と成している構成をもって前記課
題を解決する手段としている。

【００１８】上記構成の発明において、例えば、可変容
量コンデンサの可動電極と固定電極がそれぞれ発振回路
や変調回路等の回路の予め定められた接続部分に接続さ
れて上記回路に組み込まれ、また、上記可動電極と固定
電極にはその可動電極と固定電極間にバイアス電圧を印
加するための電圧印加手段が接続される。上記電圧印加
手段から上記可動電極と固定電極間に直流のバイアス電
圧が印加されると、可動電極と固定電極間にクーロン力
が作用し、可動電極が固定電極に引き付けられて梁部が
基板側に撓み変形し可動片が基板側に変位する。この梁
部と可動片の基板側への変位により、可動電極と固定電
極間の間隔が可変して可動電極と固定電極間の静電容量
が可変する。

【００１９】この状態で、外部から上記可動電極と固定
電極間に高周波信号が印加されると、上記可動電極と固
定電極間の静電容量の大きさに応じた出力電圧信号が外
部に出力される。

【００２０】このように、可動電極と固定電極間の間隔
を可変することで可動電極と固定電極間の静電容量を可
変し、その可動電極と固定電極間の間隔の可変制御は精
度良く行うことが可能であることから、可動電極と固定
電極間の静電容量の可変制御が精度良く行われる。ま
た、上記発明の可変容量コンデンサは構造が簡単で、表
面マイクロマシニング技術を用いて製造可能であること
から、可変容量コンデンサの小型化を図るのが容易であ
る。

【００２１】各梁部の幅を基端側よりも先端側が狭くな
るように構成したことにより、各梁部と固定電極の対向
面積が各梁部の基端側よりも先端側で減少するので、こ
の対向面積の減少に起因して、各梁部の基板対向面に形
成される可動電極と固定電極間に発生するクーロン力の
大きさを、対向面積の全域に渡り均一にすることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る実施形態
例を図面に基づき説明する。

【００２３】図１の（ａ）には第１の実施形態例の可変
容量コンデンサが示され、図１の（ｂ）には上記図１の
（ａ）に示す可変容量コンデンサのＡ−Ａ部分の断面構
成が表されている。この実施形態例の可変容量コンデン
サは、基板１と、脚部２ａ，２ｂと、両持ち梁３と、梁
部対向電極である駆動電極６ａ，６ｂと、可動片対向電
極である検出電極７と、可動電極である基準電極８と、
引き出し電極１１，１２，１３，１４とを有して構成さ
れている。

【００２４】図１の（ａ）と（ｂ）に示すように、基板
１に脚部２ａと脚部２ｂが互いに間隙を介して配設され
ており、それら脚部２ａ，２ｂに掛け渡して両持ち梁３
が基板面と空隙１０を介して対向配設されている。この
両持ち梁３は両端の固定端側から中央領域に向かうに従
って梁の幅Ｄが連続的に狭くなっている。この両持ち梁
３の基板対向面には可動電極８が形成されており、この
基準電極８と空隙１０を介して対向配設される駆動電極
６ａ，６ｂおよび検出電極７が基板１に形成されてい
る。

【００２５】上記駆動電極６ａ，６ｂと検出電極７は互
いに間隙を介して両持ち梁３の伸長方向に配列形成され
ており、上記駆動電極６ａは脚部２ａ寄り側に形成さ
れ、駆動電極６ｂは脚部２ｂ寄り側に形成され、検出電
極７は両持ち梁３の中央領域に対向配設されている。こ
れら駆動電極６ａ，６ｂと検出電極７により固定電極が
構成される。

【００２６】この実施形態例では、上記駆動電極６ａと
空隙１０を介して対向する両持ち梁３の部分が梁部４ａ
を構成し、駆動電極６ｂと空隙１０を介して対向する両
持ち梁３の部分が梁部４ｂを構成し、検出電極７と空隙
１０を介して対向する両持ち梁３の中央領域が可動片５
を構成している。

【００２７】また、前記駆動電極６ａ，検出電極７，駆
動電極６ｂ，基準電極８からそれぞれ引き出された引き
出し電極１１，１２，１３，１４が基板１に形成されて
いる。

【００２８】なお、前記基板１は、ガラス、セラミック
ス等の絶縁体基板、あるいは、被覆膜（例えば、珪素酸
化物、珪素窒化物、樹脂）で被覆された珪素基板やヒ化
ガリウム基板や金属基板等で形成される。また、両持ち
梁３（梁部４ａ，４ｂ，可動片５）は珪素酸化物、珪素
窒化物、珪素等により形成され、駆動電極６ａ，６ｂと
検出電極７と基準電極８と引き出し電極１１，１２，１
３，１４は、アルミニウム、金、チタン、クロム、銀、
銅、パラジウム、白金、ニッケル、ニクロム等の金属
や、ボロン、砒素、リン、アンチモン等の不純物をドー
ピングした珪素等の半導体により形成される。

【００２９】この実施形態例の可変容量コンデンサは上
記のように構成されており、この実施形態例の可変容量
コンデンサが発振回路や変調回路等に組み込まれる場合
には、例えば、前記引き出し電極１２，１４が予め定め
られた回路の接続部分にそれぞれ接続されると共に、引
き出し電極１１，１３，１４には図示されていない電圧
印加手段が接続されることになる。

【００３０】例えば、上記電圧印加手段から引き出し電
極１１，１３，１４を介して駆動電極６ａ，６ｂと基準
電極８に電流が通電され、駆動電極６ａと該駆動電極６
ａに対向する梁部４ａ部分の基準電極８間、および、駆
動電極６ｂと該駆動電極６ｂに対向する梁部４ｂ部分の
基準電極８間に直流のバイアス電圧が印加されると、駆
動電極６ａと梁部４ａ部分の基準電極８間、駆動電極６
ｂと梁部４ｂ部分の基準電極８間にクーロン力が作用す
る。

【００３１】このクーロン力により梁部４ａ部分の基準
電極８が駆動電極６ａに、かつ、梁部４ｂ部分の基準電
極８が駆動電極６ｂにそれぞれ引き付けられ、梁部４
ａ，４ｂが共に基板１側に撓み変形する。この梁部４
ａ，４ｂの基板１側への撓み変形に伴って可動片５が基
板１側に変位し、検出電極７と該検出電極７に対向する
可動片５部分の基準電極８間の間隔が狭くなり、検出電
極７と可動片５部分の基準電極８間の静電容量は増加す
る。

【００３２】一方、外部から引き出し電極１４を介して
検出電極７と可動片５部分の基準電極８間に高周波信号
が印加されると、検出電極７と可動片５部分の基準電極
８間の静電容量の大きさに応じた出力電圧信号が引き出
し電極１２を介して外部に出力される。

【００３３】このように、この可変容量コンデンサはク
ーロン力を利用して梁部４ａ，４ｂを撓み変形させ、可
動片５を変位させて検出電極７と可動片５部分の基準電
極８間の間隔を可変し、検出電極７と可動片５部分の基
準電極８間の静電容量を可変することができるものであ
る。

【００３４】以下に、上記構成の可変容量コンデンサの
製造手法の一例を図２に基づき簡単に説明する。図２で
は図１に示すＡ−Ａ部分の断面が模式的に表されてい
る。

【００３５】まず、基板１の表面に駆動電極６ａ，６ｂ
と検出電極７と引き出し電極１１，１２，１３を構成す
る導体の膜を蒸着やスパッタやＣＶＤや印刷等の成膜形
成技術により形成する。その導体膜の上側に駆動電極６
ａ，６ｂと検出電極７と引き出し電極１１，１２，１３
の形成領域を定めるレジストパターンをフォトリソグラ
フィ等の手法により形成する。そのレジストパターン部
分以外の導体膜をエッチング除去し、その後、上記レジ
ストパターンを除去して、図２の（ａ）に示すように、
駆動電極６ａ，６ｂと検出電極７と引き出し電極１１，
１２，１３が基板１に形成される。

【００３６】次に、基板１の予め定められた表面領域
に、図２の（ｂ）に示すように、犠牲層（例えば、リン
ガラスやＺｎＯの層）１５を蒸着やスパッタやＣＶＤ等
により形成する。そして、その犠牲層１５が形成された
基板１の上側に基準電極８と引き出し電極１４を構成す
る導体の膜を蒸着やスパッタやＣＶＤや印刷等の成膜形
成技術により形成する。その後、基準電極８と引き出し
電極１４の形成領域を定めるレジストパターンをフォト
リソグラフィ等により形成し、然る後、上記レジストパ
ターン部分以外の余分な導体膜をエッチング除去する。
この余分な導体膜のエッチング除去の後、上記レジスト
パターンを除去し基準電極８と引き出し電極１４が形成
される。

【００３７】さらに、その導体膜の上側に、脚部２ａ，
２ｂと両持ち梁３を形成する脚部・梁形成膜を形成し、
その上側に、脚部２ａ，２ｂと両持ち梁３の形成領域を
定めるレジストパターンをフォトリソグラフィ等により
形成し、そのレジストパターン部分以外の余分な脚部・
梁形成膜をエッチング除去する。そして、上記レジスト
パターンを除去して、図２の（ｃ）に示すように、脚部
２ａ，２ｂと両持ち梁３が形成される。

【００３８】最後に、前記犠牲層１５をエッチング除去
し、図２の（ｄ）に示すように、基板１と両持ち梁３間
に空隙１０が形成され、可変容量コンデンサが完成す
る。

【００３９】この実施形態例によれば、基板１に脚部２
ａ，２ｂを設け、これら脚部２ａ，２ｂに掛け渡して両
持ち梁３を形成して、この両持ち梁３の基板対向面に基
準電極８を、この基準電極８に空隙１０を介して対向配
設する駆動電極６ａ，６ｂと検出電極７を基板１にそれ
ぞれ設けて可変容量コンデンサを構成したので、その構
造は簡単で、しかも、表面マイクロマシニング技術によ
り製造することが可能であることから、可変容量コンデ
ンサの小型化を図るのが容易である。

【００４０】また、この実施形態例では、固定電極を駆
動電極６ａ，６ｂと、検出電極７とに分離形成し、駆動
電極６ａ，６ｂをそれぞれ梁部４ａ，４ｂに対向配設し
たので、駆動電極６ａと梁部４ａ部分の基準電極８間お
よび駆動電極６ｂと梁部４ｂ部分の基準電極８間にクー
ロン力を作用させることにより、梁部４ａ，４ｂを撓み
変形させることができる。

【００４１】上記梁部４ａ，４ｂの撓み変形に伴って可
動片５が基板側に変位し、この可動片５の変位量は梁部
４ａ，４ｂの撓み変形量（変位量）よりも多く、この実
施形態例では、その変位量が多い可動片５に対向する領
域に検出電極７を設けたので、低電圧で梁部４ａ，４ｂ
を僅かに撓み変形させただけで、検出電極７と可動片５
部分の基準電極８間の間隔が大きく可変し検出電極７と
可動片５部分の基準電極８間の静電容量を大きく可変す
ることができる。

【００４２】さらに、この実施形態例では、前記の如
く、両持ち梁３は、両端の固定端側から中央領域に向か
うに従って梁の幅が連続的に狭くなるように構成したの
で、次のような効果を奏することができる。

【００４３】例えば、図３に示すように、両持ち梁３が
両端の固定端側から中央領域にかけて梁の幅が等しい、
すなわち、長方形状に形成した構成である場合に、上記
基準電極８と固定電極６ａ，６ｂ間にバイアス電圧を印
加してクーロン力を発生させると、上記両持ち梁３の中
央領域（可動片５）が過剰に基板１側に変位して可動片
５部分の基準電極８が検出電極７に密着してしまうこと
があるが、この実施形態例では、次のような理由によっ
て上記問題を回避することが可能である。

【００４４】上記図３に示す基準電極８と駆動電極６
ａ，６ｂ間にバイアス電圧を印加したときに、駆動電極
６ａと梁部４ａ部分の基準電極８間、駆動電極６ｂと梁
部４ｂ部分の基準電極８間に下式（２）に従った大きさ
Ｆでクーロン力が発生し、このクーロン力により、両持
ち梁３の梁部４ａ，４ｂが基板１側に撓み変形し、この
梁部４ａ，４ｂの撓み変形に伴って両持ち梁３の可動片
５が必然的に基板１側に変位し、両持ち梁３と基板１の
間は両持ち梁３の固定端側から中央領域に向かうに従っ
て間隔が狭くなる。

【００４５】 Ｆ＝−ｑ・（Ｖd／ｄ）・Ｓ・・・・・（２）

【００４６】ただし、上式（２）に示すｑは予め定めら
れた単位電極面積当たりの電荷量を表し、Ｖdは電極間
に印加される電圧を表し、ｄは電極間の間隔を表し、Ｓ
は電極対向面積を表している。

【００４７】図３に示す構成では、上式（２）に示す
ｑ，Ｖd，Ｓは両持ち梁３の固定端側から中央領域にか
けて等しい状態であり、梁部４ａ，４ｂを撓み変形させ
たときには、前記の如く、両持ち梁３と基板１の間は両
持ち梁３の固定端側から中央領域に向かうに従って間隔
が狭くなるので、両持ち梁３の梁部４ａ，４ｂ部分と駆
動電極６ａ，６ｂの各対向領域において基端側よりも先
端側の間隔が狭くなる。このため、両持ち梁３の梁部４
ａ，４ｂ部分の基準電極８と駆動電極６ａ，６ｂとの間
に作用するクーロン力は、両持ち梁３の梁部４ａ，４ｂ
部分と駆動電極６ａ，６ｂの各対向領域において基端側
よりも先端側で格段に大きくなり、両持ち梁３の可動片
５が過剰に基板１側に変位することになる。

【００４８】したがって、例えば、基準電極８と駆動電
極６ａ，６ｂ間にバイアス電圧を印加して両持ち梁３の
梁部４ａ，４ｂを僅かに撓み変形させただけで、両持ち
梁３の可動片５が過剰に基板１側に変位し、可動片５部
分の基準電極８が検出電極７に密着してしまう虞があ
る。

【００４９】これに対して、この実施形態例では、前記
の如く、両持ち梁３は固定端側から中央領域に向かうに
従って梁の幅が狭くなっているので、梁部４ａ部分の基
準電極８と駆動電極６ａの対向面積、梁部４ｂ部分の基
準電極８と駆動電極６ｂの対向面積は両持ち梁３の固定
端側から中央領域に向かうに従って狭くなり、この対向
面積の減少に起因して梁部４ａ部分の基準電極８と駆動
電極６ａ間、梁部４ｂ部分の基準電極８と駆動電極６ｂ
間に発生するクーロン力の大きさを梁部４ａ部分の基準
電極８と駆動電極６ａ間、梁部４ｂ部分の基準電極８と
駆動電極６ｂ間の各対向領域の全領域に渡り均一にする
ことができ、両持ち梁３の可動片５部分に上記クーロン
力が過剰に作用して可動片５部分の基準電極８が検出電
極７に密着してしまうという問題を回避することができ
る。

【００５０】また、可動片５部分の基準電極８と検出電
極７間の間隔の可変制御を精度良く行うことができ、可
動片５部分の基準電極８と検出電極７間の静電容量の高
精度な可変制御が可能となる。

【００５１】また、前記図３に示す構成では、前記の如
く、梁部４ａ，４ｂを僅かに撓み変形させただけで可動
片５が過剰に基板１側に変位し可動片５部分の基準電極
８が検出電極７に密着してしまうことがあり、この場合
には、基準電極８と検出電極７間に印加するバイアス電
圧のレベルを高めても、基準電極８と検出電極７はショ
ート状態になってしまうので、基準電極８と検出電極７
間の静電容量を大きく可変することができない。

【００５２】つまり、静電容量を可変制御するバイアス
電圧の制御電圧範囲が非常に狭く、静電容量の可変制御
が難しいという問題があるが、この実施形態例では、前
述したように、可動片５の過剰変位の問題を回避できる
ので、可動片５部分の基準電極８と検出電極７間の静電
容量を可変制御するバイアス電圧の可変領域を広くする
ことが可能である。このことから、静電容量の可変制御
を容易にすることができ、精度良く静電容量の可変制御
を行うことができる。

【００５３】さらに、この実施形態例の可変容量コンデ
ンサは、構造が簡単であるし、表面マイクロマシニング
技術を用いて形成することができるので、小型化が容易
である。

【００５４】さらに、前記の如く、両持ち梁３の固定端
側から中央領域に向かうに従って両持ち梁３の梁の幅Ｄ
が狭くなっているので、両持ち梁３が図３に示すように
等幅である場合よりも両持ち梁３の共振周波数が高くな
る。このように共振周波数が高くなると、両持ち梁３の
共振周波数は振動ノイズの周波数から掛け離れることに
なり、この両持ち梁３の共振周波数に対応した周波数を
有する可変容量コンデンサの出力電圧信号に振動ノイズ
が乗らなくなり、可変容量コンデンサの出力電圧信号の
ＳＮ比を向上させることが可能である。

【００５５】さらに、可動片５を梁部４ａ，４ｂの複数
本の梁部により支持しているので、可動片５と基板１間
の間隔を可動片５と基板１の対向領域の全領域に渡り、
ほぼ均一にすることが可能であり、可動片５部分の基準
電極８と検出電極７間の間隔の制御が容易で、可動片５
部分の基準電極８と検出電極７間の静電容量の可変制御
を精度良く行うことができる。

【００５６】さらに、外部から印加された高周波信号が
可動片５部分の基準電極８と検出電極７間の静電容量に
対応する出力電圧信号として外部に出力されるまでの信
号の通電経路の電気抵抗はその信号の通電経路の長さに
応じて大きくなるが、この実施形態例では、上記信号の
通電経路の長さは短く、通電経路の電気抵抗が小さい。
このことにより、出力電圧信号のＱ値を格段に向上させ
ることができる。さらに、この出力電圧信号のＱ値の向
上に起因して出力電圧信号の周波数が安定すると共に、
出力電圧信号のキャリアノイズを低減することができ
る。

【００５７】なお、この実施形態例では、引き出し電極
１４を介して高周波信号を可動片５部分の基準電極８と
検出電極７間に印加し、可動片５部分の基準電極８と検
出電極７間の静電容量に対応する出力電圧信号を引き出
し電極１２から外部へ出力していたが、引き出し電極１
２を介して高周波信号を可動片５部分の基準電極８と検
出電極７間に印加し、出力電圧信号を引き出し電極１４
を介して外部へ出力するようにしてもよい。

【００５８】また、この実施形態例では、両持ち梁３は
梁の幅が固定端側から中央領域に向かうに従って連続的
に狭くなっていたが、図４に示すように、両持ち梁３の
梁の幅を固定端側から中央領域に向かうに従って段階的
に狭くしてもよい。

【００５９】さらに、この実施形態例では、固定電極は
駆動電極６ａ，６ｂと検出電極７に分離形成されていた
が、基準電極８に対向配設し駆動電極６ａ，６ｂと検出
電極７の機能を兼用する固定電極を設けてもよい。

【００６０】この場合には、上記固定電極と基準電極８
の対向領域の全領域に渡り両持ち梁３を撓み変形させる
クーロン力が作用することになるが、両持ち梁３の梁の
幅が固定端側から中央領域に向かうに従って狭くなって
いることから、前記固定電極と基準電極８の対向面積が
両持ち梁３の固定端側から中央領域に向かうに従って狭
くなり、この固定電極と基準電極８の対向面積の減少に
起因して前記クーロン力を固定電極と基準電極８の対向
領域の全領域に渡り均一にすることが可能で、両持ち梁
３の中央領域の過剰撓み変形の問題を回避することがで
きる。

【００６１】さらに、上記可変容量コンデンサを製造す
る場合に、例えば、基板１に駆動電極６ａ，６ｂ等を構
成する導体の膜を形成し、その導体膜の上側に駆動電極
６ａ，６ｂ等の形成領域を定めるレジストパターンを形
成してレジストパターン以外の余分な導体膜を取り除
き、その後、レジストパターンを取り除いて駆動電極６
ａ，６ｂ等が完成するという如く、型抜き手法により可
変容量コンデンサの各構成要素が製造されたが、例え
ば、基板１に駆動電極６ａ，６ｂ等の形成領域を規制す
るマスクパターンを形成し、そのマスクパターンが形成
された基板１の上側に駆動電極６ａ，６ｂ等を構成する
導体の膜を形成し、その後、上記マスクパターンを取り
除いて駆動電極６ａ，６ｂ等が完成するというような型
取り手法により可変容量コンデンサの各構成要素を製造
してもよい。

【００６２】以下に、第２の実施形態例を説明する。こ
の実施形態例において特徴的なことは、図５に示すよう
に、各梁部４ａ，４ｂの先端側に共通に連接される可動
片５を梁部４ａ，４ｂの先端側の幅Ｄよりも張り出した
幅広面に形成したことである。それ以外の構成は前記第
１の実施形態例と同様であり、前記第１の実施形態例と
同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略
する。

【００６３】この実施形態例では、各梁部４ａ，４ｂの
先端側に共通に連接される可動片５は梁部４ａ，４ｂの
先端側の幅Ｄよりも張り出して幅広面に形成されてお
り、上記梁部４ａ，４ｂと可動片５の基板対向面には、
前記第１の実施形態例同様に、基準電極８が形成され
る。上記可動片５部分の基準電極８に対向配設される領
域には検出電極７が対向配設され、梁部４ａ，４ｂ部分
の基準電極８に対向する領域には駆動電極６ａ，６ｂが
対向配設される。

【００６４】また、各梁部４ａ，４ｂの基端側（脚部
側）から先端側に至る梁の長さは等しくなるように形成
されており、このように、梁部４ａ，４ｂの梁の長さを
等しくすることにより、梁部４ａ，４ｂを撓み変形させ
たときに、可動片５の基板対向面が基板１と平行状態を
保ちながら可動片５を変位させることができ、可動片５
部分の基準電極８と検出電極７間の静電容量の可変制御
を精度良く行うことができる。

【００６５】この実施形態例によれば、前記第１の実施
形態例同様の効果を奏することができるうえに、可動片
５が幅広面に形成されているので、前記第１の実施形態
例に比べて、可動片５部分の基準電極８と検出電極７の
対向面積を広くすることができる。このことから、可変
容量コンデンサを組み込む回路に適合する静電容量が得
られるように、可動片５部分の基準電極８と検出電極７
の対向面積を大小自在に可変設定でき、所望の静電容量
を簡単に得ることができる。

【００６６】その上、上記の如く、可動片５部分の基準
電極８と検出電極７間の静電容量を大きくできるので、
出力電圧信号の電圧レベルを高めることができて出力電
圧信号のＳＮ比をより向上させることができる。

【００６７】なお、この実施形態例では、梁部４ａ，４
ｂは基端側から先端側に向かうに従って梁の幅Ｄが連続
的に狭くなっていたが、図６に示すように、梁部４ａ，
４ｂの梁の幅を段階的に狭くしてもよい。また、可動片
５の形状は方形状であったが、図７の（ａ）や（ｂ）に
示すように、円形状であってもよいし、三角形や、五角
形以上の多角形等、方形状以外の形状に形成してもよ
い。

【００６８】以下に、第３の実施形態例を説明する。こ
の実施形態例において特徴的なことは、図９や図１０や
図１１に示すように、可動片５を３本以上の梁部４（図
９や図１０や図１１に示す例では４本の梁部４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄ）で支持する構成としたことである。そ
れ以外の構成は前記各実施形態例同様であり、前記各実
施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複
説明は省略する。

【００６９】この実施形態例では、基板１に３本以上の
脚部が互いに間隙を介して形成され、これら各脚部から
梁部４が上記複数の脚部により囲まれる領域の中央部に
向けてそれぞれ伸長形成され、これら各梁部４の先端側
には共通の可動片５が連接されている。上記梁部４と可
動片５は基板１と空隙１０を介して対向配設されてい
る。また、上記各梁部４は基端側から先端側に至る梁の
長さが等しくなるように形成されている。

【００７０】上記各梁部４と可動片５の基板対向面には
基準電極８が形成されており、基板１には上記各梁部４
の基板対向面と空隙１０を介してそれぞれ対向配設する
駆動電極６と、上記可動片５の基板対向面と空隙１０を
介して対向配設する検出電極７とが形成されている。ま
た、上記各駆動電極６と検出電極７と基準電極８からそ
れぞれ引き出された引き出し電極（図示せず）が基板１
に形成される。

【００７１】この実施形態例の可変容量コンデンサは上
記のように構成されており、上記検出電極７の引き出し
電極と基準電極８の引き出し電極を発振回路や変調回路
等の回路の予め定められた接続部分に接続することで可
変容量コンデンサを上記回路に組み込むと共に、上記各
駆動電極６の引き出し電極と基準電極８の引き出し電極
を電圧印加手段に接続し、この電圧印加手段から各梁部
４部分の基準電極８と駆動電極６間に直流のバイアス電
圧を印加すると、それら電極間にクーロン力が作用し、
各梁部４部分の基準電極８が駆動電極６側に引き付けら
れ、各梁部４が基板側に撓み変形する。

【００７２】この各梁部４の撓み変形に伴って可動片５
が基板側に変位し、可動片５部分の基準電極８と検出電
極７間の間隔が可変し、可動片５部分の基準電極８と検
出電極７間の静電容量を可変することができる。

【００７３】この実施形態例によれば、前記各実施形態
例同様の効果を奏することができる上に、可動片５を３
本以上の梁部４により支持する構成にしたので、振動に
起因した可動片５のぶれを格段に小さくすることができ
る。また、梁部４を撓み変形させたときに、可動片５の
基板対向面は基板面と平行状態を保ったまま基板側に変
位することができ、可動片５の基板対向面と基板面との
対向領域の全領域に渡り上記可動片５と基板１間の間隔
をより均一化することができる。

【００７４】このことから、可動片５部分の基準電極８
と検出電極７間の間隔の可変制御をより精度良く行うこ
とができるようになり、可動片５部分の基準電極８と検
出電極７間の静電容量の可変制御の精度をより向上させ
ることができる。

【００７５】なお、前記図９や図１０や図１１に示す例
では、可動片５を４本の梁部４で支持していたが、図１
３の（ａ）や（ｂ）に示すように、３本の梁部４で可動
片５を支持してもよいし、５本以上の梁部４で可動片５
を支持してもよい。

【００７６】以下に、第４の実施形態例を説明する。こ
の第４の実施形態例において特徴的なことは、図１４に
示すように、基準電極８を梁部４（４ａ，４ｂ）部分の
基準電極８（８ａ，８ｂ）と可動片５部分の基準電極８
（１７）とに分離形成したことである。それ以外の構成
は、前記各実施形態例と同様であり、この実施形態例で
は前記各実施形態例と同一名称部分には同一符号を付
し、その重複説明は省略する。

【００７７】この実施形態例では、前記の如く、基準電
極８は梁部４部分の基準電極８（８ａ，８ｂ）と、可動
片５部分の基準電極８（１７）とに分離形成され、上記
梁部４部分の基準電極８（８ａ，８ｂ）は駆動電極６と
空隙１０を介して対向配設され、駆動電極６との間にク
ーロン力を作用させて梁部４を撓み変形させるための駆
動用の基準電極と成している。

【００７８】上記可動部５部分の基準電極８（１７）は
検出電極７と空隙１０を介して対向配設され、検出電極
７との間の静電容量を検出するための検出用の基準電極
と成している。上記駆動用の基準電極（８ａ，８ｂ）と
検出用の基準電極１７は間隙を介して設けられており、
絶縁された状態である。

【００７９】上記各駆動用の基準電極（８ａ，８ｂ）か
らそれぞれ引き出された引き出し電極が基板１に形成さ
れ、また、前記検出用の基準電極１７には端子部が設け
られており、この端子部には検出用の基準電極１７に外
部から高周波信号を加える、あるいは、検出用の基準電
極１７から出力電圧信号を出力するためのリード導体が
接続される。

【００８０】この実施形態例の可変容量コンデンサは上
記のように構成されており、上記各駆動用の基準電極
（８ａ，８ｂ）と各駆動電極６からそれぞれ引き出され
た各引き出し電極を電圧印加手段に接続して上記各駆動
用の基準電極（８ａ，８ｂ）と駆動電極６間にバイアス
電圧を印加することで、各駆動用の基準電極（８ａ，８
ｂ）と駆動電極６間にクーロン力を作用させ、このクー
ロン力により梁部４を撓み変形させて検出電極７と検出
用の基準電極１７間の間隔を可変させることができ、検
出電極７と検出用の基準電極１７間の静電容量を可変す
ることができる。

【００８１】そして、例えば、検出電極７から引き出さ
れた引き出し電極を介して外部から検出電極７と検出用
の基準電極１７間に高周波信号が印加されると、検出電
極７と検出用の基準電極１７間の静電容量に対応する出
力電圧信号が前記検出用の基準電極１７の端子部から外
部に出力される。

【００８２】この実施形態例によれば、前記各実施形態
例同様の効果を奏することができる上に、基準電極８を
駆動用の基準電極と検出用の基準電極に分離形成したの
で、駆動用の基準電極（８ａ，８ｂ）と駆動電極６間に
印加される直流のバイアス電圧と、検出電極７と検出用
の基準電極１７間の静電容量に対応する出力電圧信号と
を分離することができる。このことから、直流バイアス
電圧のノイズが出力電圧信号に重畳されることがなくな
り、出力電圧信号のノイズのより一層の低減を図ること
ができる。

【００８３】なお、この発明は上記各実施形態例に限定
されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例
えば、上記各実施形態例では、梁部４と可動片５を構成
する絶縁体基板に導体膜を形成して基準電極８を構成し
ていたが、上記梁部４と可動片５を導体により形成し、
梁部４と可動片５自体が基準電極８として機能する構成
としてもよい。また、梁部４と可動片５は、珪素酸化
物、珪素窒化物、珪素、アルミニウム、金、チタン、ク
ロム等の様々な材料のうち、いくつかを積層して形成す
るようにしてもよい。

【００８４】さらに、梁部４と可動片５の形状は、上記
各実施形態例に限定されるものではなく、例えば、図８
や図１２に示すような形状に形成してもよく、様々な形
状を採り得る。

【００８５】さらに、上記各実施形態例では、駆動電極
６や検出電極７や基準電極８等の電極面は露出形成され
ていたが、それら電極のうち、１個以上の電極面に保護
膜を形成するようにしてもよい。この場合には、上記保
護膜により電極面を保護することができる。さらに、上
記各実施形態例では、クーロン力を利用して梁部４を撓
み変形させていたが、圧電素子や磁力等を用いて梁部４
を撓み変形するようにしてもよい。

【００８６】

【発明の効果】この発明によれば、基板に形成される脚
部と、これら各脚部から伸長形成される梁部と、これら
各梁部の先端側に共通に連接される可動部とを設け、上
記各梁部と可動片の基板対向面に可動電極を形成し、上
記各梁部と可動片に対向配設される固定電極を基板に形
成する構成としたので、梁部を撓み変形させることによ
り可動電極と固定電極間の間隔が可変し、その可動電極
と固定電極間の静電容量を可変することができる。

【００８７】その可動電極と固定電極間に外部から高周
波信号が印加されて上記可動電極と固定電極間の静電容
量の大きさに応じた出力電圧信号が外部に出力されるま
での信号の出力経路の電気抵抗は小さく、このことによ
り、出力電圧信号のＱ値の向上を図ることができる。ま
た、この出力電圧信号のＱ値の向上に伴って出力電圧信
号のキャリアノイズを削減することができ、出力電圧信
号のＳＮ比を向上させることが可能であり、可変容量コ
ンデンサの出力性能の信頼性を高めることができる。

【００８８】さらに、この発明の可変容量コンデンサは
構造が簡単であるし、表面マイクロマシニング技術によ
り製造することが可能であることから、可変容量コンデ
ンサの小型化が容易である。

【００８９】さらに、梁部の梁の幅が梁部の基端側より
も先端側が狭くなるように構成されているので、梁部が
基端側から先端側にかけて等幅である場合よりも、梁部
の共振周波数が高くなり、その梁部の共振周波数は振動
ノイズの周波数からより一層掛け離れることになるの
で、梁部の共振周波数に対応する周波数を有する出力電
圧信号に振動ノイズが乗らなくなり、出力電圧信号のＳ
Ｎ比を向上させることができる。

【００９０】また、可動電極と固定電極間にクーロン力
を作用させて梁部を撓み変形させ、可動電極と固定電極
間の間隔を可変して可動電極と固定電極間の静電容量を
可変する場合には、上記のように梁の幅を梁部の基端側
よりも先端側を狭くすることにより、梁部部分の可動電
極と固定電極が対向する対向面積を梁部の基端側よりも
先端側を狭くすることが可能であり、この対向面積の減
少により、梁部部分の可動電極と固定電極間にクーロン
力を作用させたときに、その電極間の対向領域の全領域
に渡り上記クーロン力の大きさを均一にすることができ
る。

【００９１】このことから、上記クーロン力により梁部
の先端側（可動片）が過剰に変位して基板に密着し可動
電極と固定電極がショート状態になってしまうのを回避
することができる。また、上記のように、可動電極が固
定電極に密着する問題を回避することができるので、可
動電極と固定電極間の静電容量を可変制御するためのバ
イアス電圧レベルの可変範囲を拡大することができ、静
電容量の可変制御が容易となるうえに、より精度良く静
電容量を可変制御することができる。

【００９２】可動片が梁部の先端側の幅よりも張り出し
て幅広面に形成されているものにあっては、クーロン力
により梁部の先端側（可動片）が過剰に変位して基板に
密着し可動電極と固定電極がショート状態になってしま
うことを回避することができると共に、可動片部分の可
動電極と固定電極が対向する対向面積を拡大することが
でき、このことにより、可動片部分の可動電極と固定電
極の対向面積を大小自在に可変設定でき、可変容量コン
デンサを組み込む回路に適応する所望の静電容量を得る
ことが容易となる。

【００９３】また、上記の如く、可動片部分の可動電極
と固定電極の対向面積を拡大することができることによ
り、可動片部分の可動電極と固定電極間の静電容量を大
きくすることができることから、出力電圧信号の電圧レ
ベルを高めることができるので、出力電圧信号のＳＮ比
をより一層向上させることができる。

【００９４】固定電極を可動片対向電極と梁部対向電極
に分離形成したものや、可動電極を可動片部分の可動電
極と梁部部分の可動電極に分離形成したものにあって
は、可動電極と固定電極間にクーロン力を作用させて梁
部を撓み変形させる場合に、可動片の変位量は梁部の撓
み変形量（変位量）よりも多く、この可動片部分に対向
する領域に検出電極が存在することになり、低電圧で梁
部を僅かに撓み変形させただけで、検出電極と可動片部
分の基準電極間の間隔が大きく可変し、検出電極と可動
片部分の基準電極間の静電容量を大きく可変することが
できる。

【００９５】固定電極を可動片対向電極と梁部対向電極
に分離形成し、かつ、可動電極を可動片部分の可動電極
と梁部部分の可動電極に分離形成したものにあっては、
梁部を撓み変形させるために可変容量コンデンサに加え
られるバイアス電圧と、静電容量の大きさに対応する出
力電圧信号とが重なり合うことがなく、上記バイアス電
圧のノイズが出力電圧信号に重畳するのを防止すること
ができ、出力電圧信号のＳＮ比をさらに向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態例の可変容量コンデンサを示す
説明図である。

【図２】図１の可変容量コンデンサの製造手法の一例を
示す説明図である。

【図３】等幅の両持ち梁の一例を示す説明図である。

【図４】梁部のその他の形状例を示す説明図である。

【図５】第２の実施形態例の可変容量コンデンサを示す
説明図である。

【図６】梁部のさらにその他の形状例を示す説明図であ
る。

【図７】可動片のその他の形状例を示す説明図である。

【図８】可動片のさらにその他の形状例を示す説明図で
ある。

【図９】第３の実施形態例を示す説明図である。

【図１０】梁部が４本設けられた可変容量コンデンサの
実施形態例を示す説明図である。

【図１１】さらに梁部が４本設けられた可変容量コンデ
ンサの実施形態例を示す説明図である。

【図１２】梁部と可動片のその他の形状例を示す説明図
である。

【図１３】梁部が３本設けられた可変容量コンデンサの
実施形態例を示す説明図である。

【図１４】第４の実施形態例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ａ，２ｂ 脚部 ４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 梁部 ５ 可動片 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 駆動電極 ７ 検出電極 ８，８ａ，８ｂ 基準電極 １７ 検出用の基準電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に固定形成され互いに間
   隙を介して配設される複数の脚部と、これら各脚部から
   伸長形成され前記基板と間隙を介して対向配設される梁
   部と、これら各梁部の先端側に共通に連接され前記基板
   と間隙を介して対向配設される可動片と、この可動片の
   基板対向面と前記梁部の基板対向面に形成される可動電
   極と、前記基板に形成され前記可動電極と間隙を介して
   対向配設される固定電極とを有し、前記梁部は基端側よ
   りも先端側の梁の幅が狭く形成されている構成としたこ
   とを特徴とする可変容量コンデンサ。
2. 【請求項２】 固定電極は可動片の基板対向面に対向す
   る可動片対向電極と、梁部の基板対向面に対向する梁部
   対向電極とに分離形成され、上記可動片対向電極は可動
   電極との間の静電容量を検出するための検出電極と成
   し、上記梁部対向電極は梁部を撓み変形させるための駆
   動電極と成している構成としたことを特徴とする請求項
   １記載の可変容量コンデンサ。
3. 【請求項３】 可動電極は可動片の基板対向面に形成さ
   れる可動電極と、梁部の基板対向面に形成される可動電
   極とに分離形成され、上記可動片の可動電極は固定電極
   との間の静電容量を検出するための検出用の基準電極と
   成し、前記梁部の可動電極は梁部を撓み変形させるため
   の駆動用の基準電極と成している構成としたことを特徴
   とする請求項１又は請求項２記載の可変容量コンデン
   サ。
4. 【請求項４】 基板と、該基板に固定形成され互いに間
   隙を介して配設される複数の脚部と、これら各脚部から
   伸長形成され前記基板と間隙を介して対向配設される梁
   部と、これら各梁部の先端側に共通に連接され前記基板
   と間隙を介して対向配設される可動片と、この可動片の
   基板対向面と前記梁部の基板対向面に形成される可動電
   極と、前記基板に形成され前記可動電極と間隙を介して
   対向配設される固定電極とを有し、前記可動片は梁部の
   先端側の幅よりも張り出して幅広面に形成されている構
   成としたことを特徴とする可変容量コンデンサ。
5. 【請求項５】 梁部は基端側よりも先端側の梁の幅が狭
   く形成されている構成としたことを特徴とする請求項４
   記載の可変容量コンデンサ。
6. 【請求項６】 固定電極は可動片の基板対向面に対向す
   る可動片対向電極と、梁部の基板対向面に対向する梁部
   対向電極とに分離形成され、上記可動片対向電極は可動
   電極との間の静電容量を検出するための検出電極と成
   し、上記梁部対向電極は梁部を撓み変形させるための駆
   動電極と成している構成としたことを特徴とする請求項
   ４又は請求項５記載の可変容量コンデンサ。
7. 【請求項７】 可動電極は可動片の基板対向面に形成さ
   れる可動電極と、梁部の基板対向面に形成される可動電
   極とに分離形成され、上記可動片の可動電極は固定電極
   との間の静電容量を検出するための検出用の基準電極と
   成し、前記梁部の可動電極は梁部を撓み変形させるため
   の駆動用の基準電極と成している構成としたことを特徴
   とする請求項４又は請求項５又は請求項６記載の可変容
   量コンデンサ。