JPH11111566A

JPH11111566A - インピーダンス整合器

Info

Publication number: JPH11111566A
Application number: JP9274749A
Authority: JP
Inventors: Masumi Nakamichi; 眞澄中道; Yoshiyuki Masuda; 義行増田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 1999-04-23
Also published as: US6100773A; EP0909024A2; EP0909024A3

Abstract

(57)【要約】【課題】携帯情報端末の高周波回路基板などに搭載さ
れるインピーダンス整合器１において、小型化、薄型
化、および製造工程の簡略化を図る。【解決手段】基板１４上に下部電極６を形成し、その
下部電極６上に、蒸着法、スクリーン印刷またはメッキ
法などによって、印加電圧に対応して比誘電率が変化す
る非線形誘電体薄膜５を形成し、上部電極７と前記下部
電極６とに挟まれた領域によって、可変容量コンデンサ
４を形成する。制御電圧印加端子８，９に印加する直流
制御電圧を変化することによって、前記可変容量コンデ
ンサ４の容量が変化し、所望とする特性インピーダンス
に整合することが可能となる。したがって、調整用コン
デンサやコイル等を用いる構成に比べて、小型、低コス
ト化を図ることができるとともに、調整作業が大幅に簡
略化され、工程を簡略化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波無線機器、
衛星放送受信機器および無線ＬＡＮ等の、取扱う信号の
周波数が、概ね、４００ＭＨｚ〜２０ＧＨｚ（ＵＨＦ〜
ＳＨＦ帯）の高周波機器におけるインピーダンス整合ア
ンテナおよび指向性アンテナ等に関連して好適に実施さ
れるインピーダンス整合器に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記機器の最近の目覚ましい小型化、高
性能化および低価格化に伴い、高周波回路用電子部品に
は、小型化、薄型化および低価格化が強く要望されてい
る。また、携帯可能な機器には、意匠や持運びの関係
上、アンテナ等の出張りが嫌われている。

【０００３】このため、これらの要望や問題に応えるた
めに、誘電体セラミック小型ブロックアンテナ等が登場
している。この誘電体セラミック小型ブロックアンテナ
は、誘電体上にアンテナパターンを直接形成しているの
で、感度帯域が狭く、かつ、その性格上、使用者が手に
持ち、耳などに近付けて使用する場合、人体の影響を直
接受けて電磁界が乱れ、インピーダンス整合が取れなく
なり、通信に支障を来すという問題が発生している。こ
のため、アンテナは、インピーダンス整合器を介して、
高周波回路に接続されている。

【０００４】また一般に、高周波回路の分野では、分布
定数回路で対処するために、近接配置された信号線とＧ
ＮＤ線との間には予期しない電磁界的結合が生じ、また
配線パターンの寸法等のばらつきなどによって、各配線
間の結合容量が予定外に異なり、インピーダンスの不整
合が発生する。このため、高周波回路では、前記アンテ
ナ段だけでなく、各回路ブロック間でも、反射波を低減
して信号をうまく伝達するために、インピーダンス整合
器が多用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高周波回路基板に搭載
される典型的な従来技術のインピーダンス整合器は、調
整用のコンデンサやコイルを用いており、大型である。
また、回路モジュールの所望とする特性を得るために、
使用温度域と各構成部品の温度特性とを考慮して回路設
計を行うことが必要であり、設計者の熟練と勘とが求め
られる。また、その様な設計によっても所望とする特性
が得られなかったときには、トリミング等の煩雑な調整
を行う必要があり、設計および工程が煩雑化して、コス
トが嵩むという問題もある。

【０００６】また、前記回路パターンの寸法精度のばら
つきに対しては、プリントパターンの精度向上と、前記
トリミングとに頼ることとなっており、さらに各電子部
品の取付けに際してのリード線長さや半田量についても
厳しく管理する必要があり、インピーダンス整合のため
に、製造に高い精度が要求されるという問題もある。

【０００７】本発明の目的は、小型、低コストな構成
で、かつ容易にインピーダンスを整合することができる
インピーダンス整合器を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るイ
ンピーダンス整合器は、高周波回路基板に搭載されるイ
ンピーダンス整合器において、印加される電界の強度に
対応して比誘電率が変化する非線形誘電体薄膜と、前記
非線形誘電体薄膜の一方の表面に形成される第１の電極
と、前記非線形誘電体薄膜の他方の表面に形成される第
２の電極とを備え、前記２つの電極間に電界を発生する
ための制御電圧および高周波信号が印加される電圧制御
可変容量コンデンサと、前記２つの電極間に前記制御電
圧を印加する制御電圧印加手段とを含むことを特徴とす
る。

【０００９】上記の構成によれば、２つの電極間に直流
の制御電圧を印加すると、非線形誘電体薄膜の比誘電率
が変化し、前記２つの電極間を流れる高周波信号に対し
て、前記非線形誘電体薄膜を備えて構成される電圧制御
可変容量コンデンサの容量、したがってインピーダンス
を、所望とする値に合わせ込むことができる。

【００１０】したがって、セラミック基板上にチップ実
装して所望とする回路を構成する従来のＭＣＭ技術で
は、各回路ブロック間でインピーダンス整合のために、
Ｌ，Ｃ，Ｒ等の前記チップ部品の交換や、物理的な調整
を行う必要があるのに対して、本発明では、前記制御電
圧印加手段が、温度変化や使用者の影響などに対応して
前記制御電圧を変化するだけで、常に所望とするインピ
ーダンスを得ることができ、高周波回路の設計を容易に
行うことができるとともに、調整を簡略化することがで
きる。

【００１１】また、前記非線形誘電体薄膜の材料が、請
求項２で示すようなＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃および
ＢａＳｒＴｉＯ₃などの酸化物材料である場合、信号遅
延が小さく、高周波回路基板に好適なセラミック基板に
対して、該非線形誘電体薄膜を、コンデンサ、コイル、
抵抗等の他の受動部品と一体焼成で作込むことができ、
小型、低コスト化を図ることができる。

【００１２】また、請求項２の発明に係るインピーダン
ス整合器では、前記非線形誘電体薄膜は、ＢａＴｉ
Ｏ₃、ＳｒＴｉＯ₃またはＢａ_xＳｒ_1-xＴｉＯ₃（０
＜ｘ＜１）から成ることを特徴とする。

【００１３】上記の構成によれば、非線形誘電体材料の
中でも、上記材料は、所定印加電圧に対して、大きな比
誘電率の変化を得ることができ、特にＢａ_xＳｒ_1-xＴ
ｉＯ₃は、前記比誘電率の変化が大きいとともに、リー
ク電流が小さく、好適である。また、酸化膜を用いて該
非線形誘電体薄膜を作成するので、高周波回路基板のセ
ラミック積層プロセスで一体に作成することができ、現
状のプロセスにこのプロセスを追加するだけで対応する
ことができ、新規に開発すべきプロセスを少なくするこ
とができる。

【００１４】さらにまた、請求項３の発明に係るインピ
ーダンス整合器では、前記非線形誘電体薄膜の膜厚は、
０．０５〜１０（μｍ）であることを特徴とする。

【００１５】上記の構成によれば、膜厚があまり厚い
と、比誘電率の所望とする変化量を得ることができる印
加電圧が大きくなってしまい、またあまり薄いと、下地
の凹凸や表面の欠陥等によるピンホールの発生などによ
ってリーク電流が増加してしまうのに対して、小さい印
加電圧で、かつ少ないリーク電流で、所望とする比誘電
率の変化を得ることができる。

【００１６】また、請求項４の発明に係るインピーダン
ス整合器は、誘電体セラミック基板またはガラス基板か
ら成る前記高周波回路基板上に、非線形誘電体薄膜を、
直接、蒸着法、有機金属塩を用いたゾルゲル法または印
刷法によって形成することを特徴とする。

【００１７】上記の構成によれば、簡素なプロセスで、
所望とする極めて薄い非線形誘電体の薄膜を形成するこ
とができる。

【００１８】さらにまた、請求項５の発明に係るインピ
ーダンス整合器は、前記非線形誘電体薄膜を、フォトエ
ッチング手法、好ましくはリフトオフ法を用いて成形す
ることを特徴とする。

【００１９】上記の構成によれば、非線形誘電体薄膜に
おいて、厚膜形成される下地電極からはみ出して、可変
容量を形成しない外周縁部が除去される。

【００２０】したがって、形成された非線形誘電体薄膜
のうち、下地電極上に均一に形成された部分のみが可変
容量に使用されるので、リーク電流を抑制することがで
きるとともに、充分な絶縁耐圧を得ることができる。ま
た、容量のばらつきも小さく抑えることができ、所望と
する特性を得ることができる。

【００２１】また、請求項６の発明に係るインピーダン
ス整合器は、前記非線形誘電体薄膜の外周縁部に、比誘
電率の小さい材料によって絶縁膜を形成することを特徴
とする。

【００２２】上記の構成によれば、非線形誘電体薄膜の
膜厚が不均一になり易い前記外周縁部が絶縁膜で覆われ
た後、上部電極が形成されるので、リーク電流を抑制す
ることができるとともに、充分な絶縁耐圧を得ることが
できる。また、容量のばらつきも小さく抑えることがで
き、所望とする特性を得ることができる。

【００２３】さらにまた、請求項７の発明に係るインピ
ーダンス整合器は、前記非線形誘電体薄膜を、前記高周
波回路基板に、セラミックグリーンシートプロセスを用
いて形成することを特徴とする。

【００２４】上記の構成によれば、既存のセラミックグ
リーンシートプロセスを用いて、非線形誘電体薄膜を前
記高周波回路基板に一体形成することができ、新規に開
発すべきプロセスを少なくすることができる。

【００２５】また、請求項８の発明に係るインピーダン
ス整合器では、前記電極は、表皮厚みを考慮した厚膜導
体であることを特徴とする。

【００２６】上記の構成によれば、取扱うべき高周波信
号の周波数が高くても、前記電圧制御可変容量コンデン
サに、所望とする容量などの電気的特性を確保すること
ができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１〜図１０に基づいて説明すれば以下の通りである。

【００２８】図１は本発明の実施の一形態のインピーダ
ンス整合器１の構造を示す斜視図であり、図２は図１の
切断面線Ａ−Ａから見た断面図であり、図３はその等価
回路図である。このインピーダンス整合器１は、たとえ
ば前述のインピーダンス整合アンテナや、指向性アンテ
ナ等に関連して設けられ、また高周波回路間に介在され
て用いられる。なお、この図１〜図３では、それらの他
の回路の構成および制御電圧印加のための構成は省略し
て示している。

【００２９】高周波信号は、入力端子２から印刷抵抗３
を介して、可変容量コンデンサ４に入力される。可変容
量コンデンサ４は、非線形誘電体薄膜５が、第１および
第２の電極である電極６，７に挟込まれて構成されてい
る。下部電極６は、制御電圧印加端子８に接続されると
ともに、前記印刷抵抗３に接続されている。上部電極７
は、制御電圧印加端子９に接続されるとともに、配線パ
ターン１０を介して、チップ部品１１の入力端に接続さ
れる。チップ部品１１は、インダクタＬと、抵抗成分Ｒ
とを備える負荷素子である。チップ部品１１の出力端
は、配線パターン１２を介して、接地端子１３に接続さ
れる。

【００３０】接地端子１３はまた、基板１４に形成され
たスルーホール１５を介して、基板１４の反対側の表面
に形成された接地パターン１６と接続されている。基板
１４は、たとえば酸化チタンや酸化バリウムを主体とす
るセラミック系材料や、ガラス系材料が焼成されて形成
される多層配線基板であり、その内部には、フィルタ回
路などの他の高周波回路が内蔵されている。

【００３１】図２を参照して、前記非線形誘電体薄膜５
には、１（ＭＶ／ｃｍ）程度の電界を印加する必要があ
り、これに対して、電源電圧は、特に携帯機器では、低
電圧化が望まれ、たとえば５〜１０（Ｖ）とすると、該
非線形誘電体薄膜５は、０．１〜０．２（μｍ）程度の
厚みとされる。一方、高周波を取扱う場合には、表皮厚
を考慮に入れて、前記電極６，７などには、６〜７（μ
ｍ）の厚みが必要となる。したがって、厚膜と薄膜との
混在状態でデバイスを構成する必要がある。

【００３２】したがって、前記非線形誘電体薄膜５は、
たとえば蒸着法、有機金属塩を用いたゾルゲル法または
印刷法によって、上記の薄膜に成膜される。図１および
図２の構成は、前記印刷法において、非線形誘電体薄膜
を均一に形成することができるＭＯＤ（Molecular Oixi
d Deposition）法が適用された例を示しており、このＭ
ＯＤ法では、ゲル状のＭＯＤをスクリーンマスクを用い
て印刷し、焼成するので、段差のない面に対しては極め
て均一に塗膜することができるけれども、下地となる厚
い下部電極６のエッジ部分で、充分にステップカバーす
ることができず、部分的に膜厚にむらを生じ、電極６，
７が短絡して、リーク電流が増加したり、絶縁耐圧に異
常をきたすおそれがある。さらに、容量にもばらつきが
生じるおそれがある。

【００３３】このため、本発明では、図２で示すよう
に、前記エッジ部分に、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の、前
記非線形誘電体薄膜５に比べて比誘電率の充分低い材料
を２（μｍ）以上の厚みで塗布して絶縁膜１７を形成
し、その絶縁膜１７のスルーホール１７ａによる開口部
分に、前記上部電極７を形成する。なお、図１では、図
面の簡略化のために、この絶縁膜１７は省略して示して
いる。

【００３４】図４は、上述のようなインピーダンス整合
器１の製造工程を説明するためのフローチャートであ
る。スルーホール１５および接地パターン１６の形成さ
れた基板１４に対して、ステップｓ１では、前記下部電
極６などの下部導体が、導体ペーストや電気メッキ等の
手法およびそれらの手法を併用した手法で厚膜形成され
る。ステップｓ２ａでは、前記非線形誘電体薄膜５が、
たとえば前記ＭＯＤがスクリーン印刷され、焼成されて
形成される。また、ステップｓ２ｂでは、薄膜印刷によ
って、前記印刷抵抗３が形成される。

【００３５】ステップｓ２ａ，ｓ２ｂがともに終了する
と、ステップｓ３に移り、フォトレジストまたはＡｌ等
の化学的に容易にエッチング可能な材料で、リフトオフ
法を用いて、前記非線形誘電体薄膜５の下部電極６から
はみ出した部分が除去され、さらに可変容量コンデンサ
４となる領域の外周縁部に、スピンコート法や蒸着法を
用いて、前記絶縁膜１７が形成される。

【００３６】ステップｓ４では、前記上部電極７や配線
パターン１０などの上部導体が、前記下部導体と同様
に、印刷法、メッキ法またはこれらの手法を併用するな
どして、厚膜形成される。その後、ステップｓ５で、前
記チップ部品１１が実装されて、該インピーダンス整合
器１が完成となる。

【００３７】上述のように構成されるインピーダンス整
合器１において、前記制御電圧印加端子８，９から、前
記電極６，７間に直流制御電圧を印加して、非線形誘電
体薄膜５に電界を与えると、図５で示すように、電界強
度Ｅの変化に対して、電束密度Ｄは、図５で示すように
変化する。すなわち、図６で示すように、電界強度Ｅの
弱いＥ＝０（ＭＶ／ｃｍ）近傍では、比誘電率εｒが、
たとえば３００程度となり、電界強度Ｅが強い、たとえ
ばＥ＝±１（ＭＶ／ｃｍ）領域では、比誘電率εｒが１
００となっている。したがって、前記可変容量コンデン
サ４の容量が、印加電界を変化することによって、６０
％以上変化可能であることが理解される。

【００３８】一方、前記図３において、インダクタＬの
インダクタンスをｊ２５（Ω）とし、抵抗成分Ｒの抵抗
値を２５（Ω）とするとき、負荷インピーダンスＺ１
は、Ｚ１＝２５＋ｊ２５（Ω） …（１）となる。

【００３９】これに対して、該インピーダンス整合器１
の特性インピーダンスＺｃが、たとえば５０（Ω）で設
計されているとして、たとえば２５（Ω）の印刷抵抗３
と、リアクタンスＸｃの前記可変容量コンデンサ４との
直列回路から成るＺ２なるインピーダンスを挿入し、整
合を図る場合に、必要となるコンデンサ容量を、図７で
示すスミスチャートを用いて計算する。まず、Ｚ２＝２５−ｊＸｃ（Ω） …（２）であり、Ｚｃ＝５０（Ω）から、規格化インピーダンスは、Ｚ１’＝０．５＋ｊ０．５（Ω） …（３）Ｚ２’＝０．５−ｊＸｃ／５０（Ω） …（４）で表現される。

【００４０】前記式３は、図７で示すスミスチャートに
おける、点Ｐ１にある。これに、式４の整合用のインピ
ーダンスＺ２’を直列に挿入して、５０（Ω）に整合す
るためには、Ｚ１’＋Ｚ２’＝１．０ …（５）となるように、リアクタンスＸｃを決定すればよい。したがって、０．５−Ｘｃ／５０＝０ …（６）を満足すればよく、Ｘｃ＝２５（Ω）が得られる。

【００４１】ここで、取扱うべき高周波信号の周波数
が、たとえば１（ＧＨｚ）であるとすると、ＸＣ＝１／ωＣ＝１／２πｆＣ …（７）から、Ｃ≒６．３７（ｐＦ）とすることによって、イン
ピーダンス整合を得ることができる。

【００４２】したがって、挿入インピーダンスＺ２の印
刷抵抗３によって、インピーダンスは点Ｐ２に変化し、
さらに可変容量コンデンサ４によって点Ｐ３に変化し
て、Ｚｃ＝５０（Ω）に合わせ込みが行われることが理
解される。したがって、可変容量コンデンサ４を１０
（ｐＦ）程度に形成しておくことによって、制御電圧を
印加することで、３．３（ｐＦ）程度まで変化させるこ
とができ、負荷素子であるチップ部品１１のインピーダ
ンスの違いに対して、図示しない制御電圧印加回路によ
る印加制御電圧を変化するだけで、所定の前記特性イン
ピーダンスＺｃにインピーダンス整合を行うことができ
る。

【００４３】なお、前記制御電圧印加回路は、たとえば
電源ライン間に介在される分圧抵抗と、実測された負荷
インピーダンスＺ１に対応してトリミングされるトリミ
ング抵抗となどによって構成され、所定の制御電圧を発
生する。

【００４４】また、負荷素子が、図８で示すような前記
負荷インピーダンスＺ１が変動する負荷２１である場
合、前記制御電圧印加回路は、その負荷インピーダンス
Ｚ１の変動を検知し、前記制御電圧を変化することによ
って、インピーダンスの整合状態を維持することができ
る。

【００４５】図９は、前記非線形誘電体薄膜５の材料
と、成膜条件との違いによる印加電圧に対する誘電率変
化率の違いを説明するためのグラフである。この図９か
ら明らかなように、成膜手法、さらには焼成条件によっ
ても特性に大きな差が生じ、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ₃）、
ＢＳＴ（Ｂａ_xＳｒ_1-xＴｉＯ₃（０＜ｘ＜１、たとえ
ばｘ＝０．７））ともに有効な材料であり、特にゾルゲ
ル法によるＢＳＴが有効であることが理解される。ま
た、図示していないが、広く用いられているＢＴＯ（Ｂ
ａＴｉＯ₃）も同様に、有効な材料である。

【００４６】また、図１０は、印加電圧に対するリーク
電流の特性を示すグラフである。この図１０は、ゾルゲ
ル法による７００℃焼成のＢＳＴのデータを示し、電極
６，７には、Ｐｔ／Ｔａを用いた例を示している。この
図１０から明らかなように、リーク電流が極めて小さ
く、有効であることが理解される。

【００４７】また、前記式７で示すようにして求めたコ
ンデンサ容量Ｃに対して、Ｃ＝εｒ・Ｓ／ｔ …（８）が成立する。ここで、Ｓは、コンデンサを形成する上部
電極の面積であり、非線形誘電体薄膜５において、前記
絶縁膜１７から露出しているスルーホール１７ａ部分の
面積である。また、ｔは、非線形誘電体薄膜５の膜厚で
ある。比誘電率εｒを、前記ＢＳＴ、ＳＴＯの３００前
後として、ＳｉＯ₂等と比較すると、非常に大きく、し
たがって、小型に形成することができる。また、この比
誘電率εｒを変化させるためには、前述のように、±１
（ＭＶ／ｃｍ）程度の電界を印加する必要があり、薄型
化、すなわち前記膜厚ｔを小さくする必要があり、これ
によってもまた、小型化を図ることができる。

【００４８】なお、前述の図６で示すように、比誘電率
εｒの変化率を約６０％とするとき、インピーダンス整
合に使用する、すなわち前記インピーダンスＺ２の可変
幅で、たとえば３０％を使用し、小型化に伴うコンデン
サの寸法精度のばらつき補償に対して、残余の３０％程
度を使用するようにしてもよい。このようにすることに
よって、要求される設計および加工精度を緩やかにする
ことができる。

【００４９】さらにまた、非線形誘電体薄膜５の膜厚ｔ
は、上述のように、薄くなる程、低い印加電圧で、大き
な印加電界強度を発生することが可能であるけれども、
結晶性の問題や、下地基板の凹凸のピンホールの問題な
どによって、０．０５（μｍ）程度が下限と考えられ、
また上限は、印加電圧の実用上の上限である１００
（Ｖ）を限界とする場合、１０（μｍ）となる。

【００５０】以上のようにして、印加される直流制御電
圧に対応した容量となる可変容量コンデンサ４を用いる
インピーダンス整合器１を実現することができ、前記可
変容量コンデンサ４への直流制御電圧を変化することに
よって、整合すべきインピーダンスに適応したリアクタ
ンスを得ることができる容量を容易に得ることができ
る。これによって、小型、低コストな構成でインピーダ
ンスの整合を行うことができるようになるとともに、作
成された素子の特性に対応した制御電圧を印加するだけ
で、所望とする特性を高精度に得ることができ、設計お
よび加工の精度を緩やかに設定することができる。ま
た、半導体を用いる可変容量コンデンサ、いわゆるバリ
キャップに比べて、温度係数は極めて小さく、安定した
特性を維持することができる。

【００５１】また、下地導体である下部電極６上に、非
線形誘電体薄膜５を印刷形成した後、フォトエッチング
手法、好ましくはリフトオフ法を用いて、可変容量コン
デンサ４となる領域のみを残し、前記電極６よりも外方
にはみ出す部分を除去するので、平坦な導体面上に前記
非線形誘電体薄膜５を形成することができ、前記リーク
電流を抑制することができるとともに、充分な絶縁耐圧
を得ることができる。また、容量のばらつきも抑えるこ
とができ、所望とする特性を得ることができる。

【００５２】さらにまた、前記非線形誘電体薄膜５の外
周縁部を、比誘電率の小さい、前記絶縁膜１７で覆った
後に、上部電極である電極７を形成するので、これによ
ってもまた、前記リーク電流を抑制することができると
ともに、絶縁耐圧を高くすることができる。さらにま
た、比誘電率εｒが大きくても、スルーホール１７ａに
よる、たとえば０．１（ｍｍ）角の微小な開口部分の面
積に対応して、高周波に適応した所望とする小容量を、
再現性良く得ることができる。

【００５３】本発明の実施の他の形態について、図１１
に基づいて説明すれば以下の通りである。

【００５４】図１１は、前記非線形誘電体薄膜５の本発
明の実施の他の形態による製造工程を説明するためのフ
ローチャートである。この工程は、印刷積層（ＭＰＣ）
法による製造プロセスである。ステップｓ１１では、仮
焼成炉による焼成および粉砕機による粉砕によって、素
原料が作成される。ステップｓ１２では、前記素原料
が、ボールミルおよび撹拌真空脱泡機によってスラリー
に作成され、ステップｓ１３では、グリーンシートに成
形される。ステップｓ１４では、前記グリーンシート
に、導体、すなわち前記電極６，７などが高精度印刷機
によって印刷形成され、ステップｓ１５では、シートプ
レス機によってグリーンシートが積層される。ステップ
ｓ１６では、焼成炉によって焼成されて、前記非線形誘
電体薄膜５が完成する。

【００５５】このように、通常のグリーンシートプロセ
スで前記非線形誘電体薄膜５を形成することによって、
新規に開発すべきプロセスを少なくすることができると
ともに、基板１４に一体形成することができ、小型化す
ることができる。

【００５６】

【発明の効果】請求項１の発明に係るインピーダンス整
合器は、以上のように、高周波回路基板に、印加される
電界の強度に対応して比誘電率が変化する非線形誘電体
薄膜を２つの電極間に挟み込んで構成した電圧制御可変
容量コンデンサを搭載し、制御電圧印加手段が２つの電
極間に直流の制御電圧を印加することによって、非線形
誘電体薄膜の比誘電率を変化させ、前記２つの電極間を
流れる高周波信号に対して、該電圧制御可変容量コンデ
ンサの容量、したがってインピーダンスを、所望とする
値に合わせ込む。

【００５７】それゆえ、インピーダンス整合のために、
従来のようなＬ，Ｃ，Ｒ等のチップ部品の交換や、物理
的な調整を行う必要はなく、制御電圧印加手段が、温度
変化や使用者の影響などに対応して前記制御電圧を変化
するだけで、常に所望とするインピーダンスを得ること
ができ、高周波回路の設計を容易に行うことができると
ともに、調整を簡略化することができる。

【００５８】また、前記非線形誘電体薄膜の材料が、請
求項２で示すようなＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃および
ＢａＳｒＴｉＯ₃などの酸化物材料である場合、信号遅
延が小さく、高周波回路基板に好適なセラミック基板に
対して、該非線形誘電体薄膜を、コンデンサ、コイル、
抵抗等の他の受動部品と一体焼成で作込むことができ、
小型、低コスト化を図ることができる。

【００５９】また、請求項２の発明に係るインピーダン
ス整合器は、以上のように、前記非線形誘電体薄膜を、
ＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃またはＢａ_xＳｒ_1-xＴｉ
Ｏ_３（０＜ｘ＜１）で形成する。

【００６０】それゆえ、非線形誘電体材料の中でも、上
記材料は、所定印加電圧に対して、大きな比誘電率の変
化を得ることができ、特にＢａ_ｘＳｒ_1-xＴｉＯ
₃は、前記比誘電率の変化が大きいとともに、リーク電
流が小さく、好適である。また、酸化膜を用いて該非線
形誘電体薄膜を作成するので、高周波回路基板のセラミ
ック積層プロセスで一体に作成することができ、現状の
プロセスにプロセスを追加するだけで対応することがで
き、新規に開発すべきプロセスを少なくすることができ
る。

【００６１】さらにまた、請求項３の発明に係るインピ
ーダンス整合器は、以上のように、前記非線形誘電体薄
膜の膜厚を、０．０５〜１０（μｍ）とする。

【００６２】それゆえ、膜厚があまり厚いと、比誘電率
の所望とする変化量を得ることができる印加電圧が大き
くなってしまい、またあまり薄いと、下地の凹凸や表面
の欠陥等によるピンホールの発生などによってリーク電
流が増加してしまうのに対して、小さい印加電圧で、か
つ少ないリーク電流で、所望とする比誘電率の変化を得
ることができる。

【００６３】また、請求項４の発明に係るインピーダン
ス整合器は、以上のように、誘電体セラミック基板また
はガラス基板から成る前記高周波回路基板上に、非線形
誘電体薄膜を、直接、蒸着法、有機金属塩を用いたゾル
ゲル法または印刷法によって形成する。

【００６４】それゆえ、簡素なプロセスで、所望とする
極めて薄い非線形誘電体の薄膜を形成することができ
る。

【００６５】さらにまた、請求項５の発明に係るインピ
ーダンス整合器は、以上のように、前記非線形誘電体薄
膜を、フォトエッチング手法、好ましくはリフトオフ法
を用いて成形し、厚膜形成される下地電極からはみ出し
て、可変容量を形成しない外周縁部を除去する。

【００６６】それゆえ、形成された非線形誘電体薄膜の
うち、下地電極上に均一に形成された部分のみが可変容
量に使用されるので、リーク電流を抑制することができ
るとともに、充分な絶縁耐圧を得ることができる。ま
た、容量のばらつきも小さく抑えることができ、所望と
する特性を得ることができる。

【００６７】また、請求項６の発明に係るインピーダン
ス整合器は、以上のように、前記非線形誘電体薄膜の膜
厚が不均一になり易い外周縁部が、比誘電率の小さい材
料から成る絶縁膜で覆われた後、上部電極を形成する。

【００６８】それゆえ、リーク電流を抑制することがで
きるとともに、充分な絶縁耐圧を得ることができる。ま
た、容量のばらつきも小さく抑えることができ、所望と
する特性を得ることができる。

【００６９】さらにまた、請求項７の発明に係るインピ
ーダンス整合器は、以上のように、前記非線形誘電体薄
膜を、前記高周波回路基板に、セラミックグリーンシー
トプロセスを用いて形成する。

【００７０】それゆえ、既存のセラミックグリーンシー
トプロセスを用いて、非線形誘電体薄膜を前記高周波回
路基板に一体形成することができ、新規に開発すべきプ
ロセスを少なくすることができる。

【００７１】また、請求項８の発明に係るインピーダン
ス整合器は、以上のように、前記電極を、表皮厚みを考
慮した厚膜導体とする。

【００７２】それゆえ、取扱うべき高周波信号の周波数
が高くても、電圧制御可変容量コンデンサに、所望とす
る容量などの電気的特性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態のインピーダンス整合器
の斜視図である。

【図２】図１の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。

【図３】図１および図２で示すインピーダンス整合器の
等価回路図である。

【図４】基板上への前記インピーダンス整合器の形成工
程を説明するためのフローチャートである。

【図５】非線形誘電体薄膜への印加電界強度の変化に対
する電束密度の変化を示すグラフである。

【図６】非線形誘電体薄膜への印加電界強度の変化に対
する比誘電率の変化を示すグラフである。

【図７】図１〜図３で示すインピーダンス整合器におけ
るインピーダンス整合手順を説明するためのスミスチャ
ートである。

【図８】インピーダンス整合の他の例の等価回路図であ
る。

【図９】前記非線形誘電体薄膜の材料および成膜条件の
違いによる印加電圧に対する比誘電率変化率の違いを示
すグラフである。

【図１０】非線形誘電体薄膜の一例のＢＳＴ膜による印
加電圧の変化に対するリーク電流の変化を示すグラフで
ある。

【図１１】本発明の実施の他の形態の非線形誘電体薄膜
の形成工程を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１インピーダンス整合器２入力端子３印刷抵抗４可変容量コンデンサ５非線形誘電体薄膜６，７電極８，９制御電圧印加端子１０，１２配線パターン１１チップ部品１３接地端子１４基板１５，１７ａスルーホール１６接地パターン１７絶縁膜２１負荷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波回路基板に搭載されるインピーダン
ス整合器において、印加される電界の強度に対応して比誘電率が変化する非
線形誘電体薄膜と、前記非線形誘電体薄膜の一方の表面
に形成される第１の電極と、前記非線形誘電体薄膜の他
方の表面に形成される第２の電極とを備え、前記２つの
電極間に電界を発生するための制御電圧および高周波信
号が印加される電圧制御可変容量コンデンサと、前記２つの電極間に前記制御電圧を印加する制御電圧印
加手段とを含むことを特徴とするインピーダンス整合
器。
【請求項２】前記非線形誘電体薄膜は、ＢａＴｉＯ₃、
ＳｒＴｉＯ₃またはＢａ_xＳｒ_1-xＴｉＯ₃（０＜ｘ＜
１）から成ることを特徴とする請求項１記載のインピー
ダンス整合器。
【請求項３】前記非線形誘電体薄膜の膜厚は、０．０５
〜１０（μｍ）であることを特徴とする請求項２記載の
インピーダンス整合器。
【請求項４】誘電体セラミック基板またはガラス基板か
ら成る前記高周波回路基板上に、非線形誘電体薄膜を、
直接、蒸着法、有機金属塩を用いたゾルゲル法または印
刷法によって形成することを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載のインピーダンス整合器。
【請求項５】前記非線形誘電体薄膜を、フォトエッチン
グ手法、好ましくはリフトオフ法を用いて成形すること
を特徴とする請求項４記載のインピーダンス整合器。
【請求項６】前記非線形誘電体薄膜の外周縁部に、比誘
電率の小さい材料によって絶縁膜を形成することを特徴
とする請求項４または５記載のインピーダンス整合器。
【請求項７】前記非線形誘電体薄膜を、前記高周波回路
基板に、セラミックグリーンシートプロセスを用いて形
成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
のインピーダンス整合器。
【請求項８】前記電極は、表皮厚みを考慮した厚膜導体
であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載
のインピーダンス整合器。