[实用新型]一种热致驱动可变电容器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微机电系统（Micro Electro Mechanical System, MEMS）器件的电容器，特别涉及一种具有高电容可调比的热致驱动可变电容器。

背景技术

目前，在高速发展的通信和射频的技术领域，计算机、平板电脑、智能手机、GPS系统甚至很多玩具，都能提供复杂的计算和信号处理功能。每个电子器件都有自己独特的工作频率范围，可变器件可以集成于芯片中，有效降低成本，提高使用范围。可变电容器是电路元器件中，最常见的被动器件之一。常见改变电容值的方法包括改变极板间距、相对面积或材料的介电常数，通过这些参数的改变，使得电容值从最大值到最小值之间发生变化。其中，最方便也是最容易实现的方法是改变极板间距。改变极板间距的方法包括静电驱动、磁驱动、压电陶瓷驱动或者电热驱动。

静电驱动可变电容通过非线性静电力，带动极板运动从而改变极板间距。但是在可动极板和固定极板间距为它们总间距的1/3时，会出现下拉现象（Pull effect），从而导致只有1.5的最大电容可调比。而且静电驱动产生的位移变化比较小，通常小于10 um，且驱动电压比较高，通常达到10 V以上。磁驱动或压电陶瓷驱动可以在较低驱动电压下极板间距产生较大的变化，但是磁性材料和压电材料与半导体材料和工艺不兼容，它们的应用受到一定的限制。电热驱动结构简单，变形范围比较大，只需要电流或电压进行加热，一般加热功率在mW级别，可以很快获得较大的电容变化率。极板间距变化大可以得到较大的电容变化率，驱动电压较低可以使得可变电容更容易控制，可以在比较小的空间内快速实现电容值的改变。考虑驱动电压，电容值变化率和生产工艺等因素，电热驱动MEMS电容是一种比较理想的实现电容值可变的方式。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供了一种体积小、电容可调比大的热致驱动可变电容器。

本实用新型技术方案为提供一种热致驱动可变电容器，包括衬底、一个固定的下极板和一个可上下活动的上极板，上极板通过呈对称结构布置的四个热驱动器驱动；所述热驱动器包括四根悬臂梁，呈两侧对称分布，其中的两根悬臂梁为冷臂，另两根悬臂梁为加热臂；所述的冷臂包括冷臂一侧的下电极、冷臂一侧的通孔、冷臂一侧的悬臂梁、冷臂的连接平台、冷臂另一侧的悬臂梁、冷臂另一侧的通孔和冷臂另一侧的下电极，冷臂的一端固定于衬底上的锚点，另一端与上极板连接；所述的加热臂包括加热臂的输入电极、加热臂一侧的通孔、加热臂一侧的悬臂梁、加热臂的连接平台、加热臂另一侧的悬臂梁、加热臂另一侧的通孔和加热臂的输出电极；上极板、冷臂的悬臂梁和冷臂的连接平台处于同一平面A；加热臂的悬臂梁和加热臂的连接平台处于平面A的下层，加热臂的连接平台与冷臂的连接平台之间以绝缘层隔离；四个热驱动器的加热臂的输入电极相互并联，作为所述可变电容器的加热信号的输入端，加热臂的输出电极相互并联，作为所述可变电容器的加热信号的输出端；四个热驱动器的冷臂的下电极相互并联，作为所述可变电容器与外电路连接的一个电极，下极板为所述可变电容器与外电路连接的另一个电极。

本实用新型所述的呈两侧对称分布的四根悬臂梁，其外侧的两根悬臂梁为冷臂，内侧的两根悬臂梁为加热臂。

本实用新型的原理是：在高频或者射频条件下使用的可变电容器，由一个固定的下极板和一个可上下活动的上极板组成；可上下活动的上极板由对称结构的四个热驱动器带动，通过电热驱动器的变形来实现上极板的上下移动；每个电热驱动器主要由内外四根悬臂梁组成。两根悬臂梁作为冷臂，一端固定于衬底上的锚点，另一端连接到电容器的上极板，上极板和外侧的两根悬臂梁以及两根悬臂梁之间的连接平台处于同一平面。另两根悬臂梁作为加热臂，加热臂的两根悬臂梁以及它们之间的连接平台处于内侧两根冷臂悬臂梁所在平面的下层，两层的连接平台之间采用绝缘层隔离；电容器的上下极板和热驱动器的导电部分采用掺杂多晶硅材料。通过电压或电流驱动导致加热臂发热，使得悬臂梁发生形变产生旋转力矩，带动电容器上极板上下运动，从而改变电容器极板间距，达到可调比大的可变电容。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供的可变电容器，电容值的相对变化率比较大，可达10倍以上。

2、本实用新型提供的可变电容器体积小，加工工艺简单，制作成本较低，容易实现大批量生产，提高了产品性价比和市场竞争力。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的热致驱动可变电容器的立体结构示意图；