CN111472964B - 微机电泵模块 - Google Patents

Abstract

一种微机电泵模块，包含微机电芯片、至少一信号电极、多个微机电泵、多个开关单元以及多个控制电极。微机电芯片具有长方形的芯片本体，芯片本体具有长边及短边。至少一信号电极设置于芯片本体并邻近短边。多个微机电泵皆具有第一电极与第二电极，第二电极电连接至少一信号电极。多个开关单元电连接多个微机电泵的第一电极。多个控制电极设置于芯片本体，并邻近长边且分别电连接多个开关单元。其中，至少一信号电极接收调变电压以传至多个微机电泵的第二电极，多个开关单元用以控制多个微机电泵启闭作动。

Description

微机电泵模块

【技术领域】

本案关于一种微机电泵模块，尤指一种利用信号电极的设置来减少微处理器的接点，再利用开关单元控制微机电泵，进而简化微机电泵接点与布线。

【背景技术】

随着科技的日新月异，流体输送装置的应用上亦愈来愈多元化，举凡工业应用、生医应用、医疗保健、电子散热等等，甚至近来热门的穿戴式装置皆可见它的踨影，可见传统的泵已渐渐有朝向装置微小化的趋势，但传统的泵难以将尺寸缩小至公厘等级，故目前的微型流体输送装置仅能使用压电泵结构来作为微型流体传输装置。

而微机电泵虽可将泵的体积微小化至微米等级，但微米等级的微机电泵会因为过小的体积限制了流体传输量，故需要多个微机电泵搭配使用，请参考图1所示，目前皆是通过一个高阶微处理器1分别对各个微机电泵进行控制，但高阶微处理器1本身成本高，且每个微机电泵2都必须要连接高阶微处理器1的两根微处理器接接脚11连接，再通过高阶微处理器1分别控制各个微机电泵2，才得以达到精确控制的效果，但却会因此大幅提升高阶微处理器1的成本，导致微机电泵模块成本居高不下，也会增加封装打线的困难，难以普及，因此，如何降低微机电泵模块的成本为目前微机电泵首要克服的难关。

【发明内容】

本案的主要目的在于提供一种微机电泵模块，通过信号电极来传输驱动微机电泵的调变电压，再经由开关单元来控制微机电泵启闭动作，来减少微处理器的接点，减少微机电泵模块的接点及布线，进一步简化微机电泵模块。

为达上述目的，本案的较广义实施态样为提供一种微机电泵模块，包含：一微机电芯片，具有一芯片本体为一长方形，具有一长边及一短边；至少一信号电极，设置于该芯片本体并邻近该短边；多个微机电泵，皆具有一第一电极与一第二电极，该第二电极电连接该至少一信号电极；多个开关单元，电连接该多个微机电泵的该第一电极；以及多个控制电极，设置于该芯片本体并邻近该长边且分别电连接该多个开关单元；其中，该至少一信号电极接收一调变电压以传至该多个微机电泵的该第二电极，该多个开关单元控制该多个微机电泵启闭作动。

【附图说明】

图1为现有技术中微机电泵模块的示意图。

图2为本案微机电泵模块的第一实施例示意图。

图3为本案微机电泵模块的第二实施例示意图。

图4为本案微机电泵模块的第三实施例示意图。

图5为本案微机电泵模块的第四实施例示意图。

图6为本案微机电泵模块的第五实施例示意图。

图7为本案微机电泵模块的第六实施例示意图。

图8为本案微机电泵模块的第七实施例示意图。

图9为本案微机电泵模块的第八实施例示意图。

图10A为本案微机电泵的开关单元连接微机电泵的示意图。

图10B为本案微机电泵的开关单元连接微机电泵另一实施例的示意图。

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本案。

请参考图2，图2为本案微机电泵模块的第一实施例示意图。微机电泵模块100包含：一微机电芯片3、至少一信号电极4、多个微机电泵5、多个开关单元6以及多个控制电极7，微机电芯片3具有一芯片本体31，芯片本体31为一长方形具有一长边31a及一短边31b，信号电极4设置于芯片本体31并邻近短边31b，微机电泵5皆设置芯片本体31上，每个微机电泵5分别具有一第一电极51、一第二电极52及一压电件53，每个微机电泵5的第二电极52皆电连接信号电极4，微机电泵5的压电件53利用压电效应产生形变，改变微机电泵5的内部压力，进而汲取流体来达到传输流体的效果，开关单元6的一端连接微机电泵5的第一电极51，另一端连接控制电极7，控制电极7亦设置于芯片本体31并邻近长边31a，其中，信号电极4会由一微处理器8接收一调变电压并传输至微机电泵5的第二电极52，调变电压为±1.8、±3.3、±3.6、±5伏特的方波，此外，调变电压的波形也可以是弦波、三角波的交流电压，但不以此为限，开关单元6通过控制电极7接收微处理器8的控制信号来开启或关闭，用来进一步控制与其连接的微机电泵5启闭作动。当开关单元6关闭时，与其连接的微机电泵5的第一电极51将会断路，使微机电泵5停止运作，此外，当开关单元6开启时，与其连接的微机电泵5的第一电极51将会视为接地，此时利用第二电极52所接收的调变电压来驱动微机电泵5内的压电件53。此外，于本案的第一实施例中，至少一信号电极4的数量包含一第一信号电极4a，本实施例的信号电极4数量为一个，所有的微机电泵5的第二电极52皆电连接至第一信号电极4a，由第一信号电极4a传递调变电压至各微机电泵5的第二电极52。

请参考图3所示，图3为本案微机电泵模块的第二实施例示意图，至少一信号电极4包含有第一信号电极4a及一第二信号电极4b，前述的多个微机电泵5依位置区分为一第一微机电泵群组5A及一第二微机电泵群组5B，其中位于第一微机电泵群组5A内的微机电泵5其第二电极52皆电连接至第一信号电极4a，而位于第二微机电泵群组5B内的微机电泵5其第二电极52皆电连接至第二信号电极4b，来达到分区控制的效果，本实施例的信号电极4的数量为两个。

请参考图4所示，图4为本案微机电泵模块的第三实施例示意图，第三实施例与第二实施例相同信号电极4皆为两个，故信号电极4具有第一信号电极4a与第二信号电极4b，第一信号电极4a与第二信号电极4b分开设置于芯片本体31的两端(如上、下两端)，且第一信号电极4a与第二信号电极4b电连接，且前述的多个微机电泵5的第二电极52电连接位于两端的第一信号电极4a与第二信号电极4b，第三实施例可降低距离微机电泵5的第二电极52与信号电极4之间的阻抗，来降低距离信号电极4较远的第二电极52的电力于传输时的损耗。

请参考图5所示，图5为本案微机电泵模块的第四实施例示意图，至少一信号电极4包含有第一信号电极4a、第二信号电极4b、一第三信号电极4c及一第四信号电极4d，第一信号电极4a与第三信号电极4c间隔设置于芯片本体31的一端(如上端)，第二信号电极4b与第四信号电极4d间隔设置于芯片本体31的另一端(如下端)，而本实施例中，前述的多个微机电泵5将依位置区域区分为第一微机电泵群组5A、第二微机电泵群组5B、第三微机电泵群组5C及第四微机电泵群组5D，第一微机电泵群组5A为邻近第一信号电极4a的微机电泵5所组成，第一信号电极4a供位于第一微机电泵群组5A内所有的微机电泵5的第二电极52电连接；第二微机电泵群组5B为邻近第二信号电极4b的微机电泵5所组成，第二信号电极4b供位于第二微机电泵群组5B内所有的微机电泵5的第二电极52电连接；第三微机电泵群组5C为邻近第三信号电极4c的微机电泵5所组成，第三信号电极4c供位于第三微机电泵群组5C内所有的微机电泵5的第二电极52电连接；第四微机电泵群组5D为邻近第四信号电极4d的微机电泵5所组成，第四信号电极4d供位于第四微机电泵群组5D内所有的微机电泵5其第二电极52电连接，来达到分区控制的效果。

请参考图6所示，图6为本案微机电泵模块的第五实施例示意图，本实施例与第四实施例中相同具有第一信号电极4a、第二信号电极4b、第三信号电极4c及第四信号电极4d，且其设置位置也相同，差异点为本实施例中第一信号电极4a电连接第二信号电极4b，第三信号电极4c电连接第四信号电极4d，并将前述的多个微机电泵5区分为第一微机电泵群组5A及第二微机电泵群组5B，第一微机电泵群组5A为邻近第一信号电极4a或邻近第二信号电极4b的微机电泵5所组成，第二微机电泵群组5B为邻近第三信号电极4c或邻近第四信号电极4d的微机电泵5所组成，借此来达到分区控制的功效，且减少信号电极4与第二电极52之间的距离，降低电力传输的损耗。

请参考图7所示，图7为本案微机电泵模块的第六实施例示意图，本实施例与第四实施例中具有相同第一信号电极4a、第二信号电极4b、第三信号电极4c及第四信号电极4d，且其设置位置也相同，本实施例中，第一信号电极4a、第二信号电极4b、第三信号电极4c与第四信号电极4d皆相互电连接，使前述的多个微机电泵5的第二电极52得以电连接其较近的信号电极4，如邻近第一信号电极4a的微机电泵5的第二电极52便电连接至第一信号电极4a，邻近第二信号电极4b的微机电泵5的第二电极52便电连接至第二信号电极4b，以此类推，信号电极4供位置相近的微机电泵5电连接，来降低各微机电泵5于传输电力的损耗。

请参考图8所示，图8为本案微机电泵的第七实施例示意图，由于微机电泵5的体积过小，因此其传输量较低，经常使用多个同步使用来提升其传输量及传输效率，故本实施例中，多个开关单元6包含了一第一开关单元61及一第二开关单元62，第一开关单元61与第二开关单元62分别位于芯片本体31的两侧(如左右两侧)，前述的多个微机电泵5依区域分为第一微机电作动区5E及一第二微机电作动区5F，邻近第一开关单元61的多个微机电泵5组成第一微机电作动区5E，且其第一电极51皆电连接至第一开关单元61，同理，邻近于第二开关单元62的多个微机电泵5组成第二微机电作动区5F，且其第一电极51同样皆电连接至第二开关单元62，使得微处理器8经由控制第一开关单元61、第二开关单元62分别控制第一微机电作动区5E、第二微机电作动区5F内的所有微机电泵5，来达到分区且同步控制的功效，并于同步控制时能够减少微处理器8的接脚81，于本实施例中，微处理器8仅需要两根接脚81来分别连接第一开关单元61与第二开关单元62即可控制微机电泵模块100，再利用另一接脚81将调变电压输送至信号电极4，即可经由3根接脚便完成微机电泵模块100的控制，本实施例的微处理器8的接脚81的大幅度地减少，连带的降低微机电泵模块100的整体成本。

请参考图9所示，图9为本案微机电泵的第八实施例示意图，本实施例中，多个开关单元6包含了第一开关单元61、第二开关单元62、一第三开关单元63及一第四开关单元64，第一开关单元61、第二开关单元62、第三开关单元63及第四开关单元64各自邻近于芯片本体31的4个角落，使得多个微机电泵5依其位置区分为第一微机电作动区5E、第二微机电作动区5F、第三微机电作动区5G及第四微机电作动区5H，第一微机电作动区5E由邻近于第一开关单元61的多个微机电泵5所组成，且其第一电极51皆电连接第一开关单元61，第二微机电作动区5F由邻近于第二开关单元62的多个微机电泵5所组成，且其第一电极51皆电连接至第二开关单元62，第三微机电作动区5G由邻近于第三开关单元63的多个微机电泵5所组成，其第一电极51皆电连接至第三开关单元63，第四微机电作动区5H由邻近第四开关单元64的多个微机电泵5所组成，其第一电极51皆电连接至第四开关单元64，微处理器8再经由4个接脚分别电连接第一开关单元61、第二开关单元62、第三开关单元63及第四开关单元64，并通过该多个开关单元6来分别控制第一微机电作动区5E、第二微机电作动区5F、第三微机电作动区5G及第四微机电作动区5H开启或关闭，使得微处理器8仅用4根接脚81便可分别控制第一微机电作动区5E、第二微机电作动区5F、第三微机电作动区5G及第四微机电作动区5H，此外，本实施例中，多个信号电极4包含第一信号电极4a、第二信号电极4b、第三信号电极4c及第四信号电极4d，第一信号电极4a邻近于第一开关单元61，并电连接第一微机电作动区5E内的微机电泵5的第二电极52，第二信号电极4b邻近于第二开关单元62，并电连接第二微机电作动区5F内的微机电泵5的第二电极52，第三信号电极4c邻近于第三开关单元63，并电连接第三微机电作动区5G内的微机电泵5的第二电极52，第四信号电极4d邻近于第四开关单元64，并电连接第四微机电作动区5H内的微机电泵5的第二电极52，来达到分区控制的同时，减少信号电极4与微机电泵5之间的电阻，降低调变电压于传输时的损耗。

本案微机电模块的开关单元6可为一半导体开关单元，如利用金氧半场效晶体管(MOSFET)作为开关单元6所使用，且能直接利用半导体制程与微机电泵5整合，减少打线封装的步骤及成本，可提升良率并降低成本，请参考图10A所示，图10A为本案微机电泵模块的开关单元示意图，本案的开关单元6可为金氧半场效晶体管，以下开关单元6将使用N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)作举例说明，开关单元6皆分别具有一栅极G、一漏极D、一源极S，栅极G电连接所对应的控制电极7，控制电极7供微处理器8电连接，漏极D电连接至微机电泵5的第一电极51，源极S接地，开关单元6的栅极G通过控制电极7来接收微处理器8的控制信号，来开启或关闭。当开关单元6关闭时，微机电泵5的第一电极51将会断路，此时，微机电泵5也会同时关闭；反之，当开关单元6开启时，微机电泵5的第一电极51将会视为接地形成回路，微机电泵5将会持续作动，并且由第二电极52接收的调变电压来使得压电件53产生形变，调整内部压力来传输流体。本案的开关单元6除了可一对一连接一个微机电泵5之外，亦可以一对多连接多个微机电泵5(如图10B所示)，并不以此为限。

此外，本案的开关单元6为半导体开关元件时，该多个半导体开关元件可为一P型金氧半场效晶体管(PMOSFET)、一N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)、一互补式金氧半场效晶体管(CMOSFET)、双重扩散金氧半场效晶体管(DMOSFET)、横向扩散金氧半场效晶体管(LDMOSFET)、的其中之一或其组合；该多个半导体元件也可为双极性晶体管(BJT)，并不以此为限。

综上所述，本案提供一种微机电泵模块，将所有的微机电泵的第二电极连接至信号电极，用以接收微处理器所传输的调变电压，无须将所有微机电泵的第二电极一起分别连接微处理器，将可大幅减少微处理器的接脚，再利用开关单元来控制微机电泵的启闭作动，使得微处理器仅需要控制开关单元即可控制整所有的微机电泵作动，降低微处理器的负担，可简化微机电泵模块的封装步骤以及进一步降低其成本，也可减少微处理器的接脚，降低微处理器的成本；若需要分区控制时，通过一个开关单元同时控制多个微机电泵，将可提升整体控制效率，且更少的开关单元，将降低更多微处理器的负担，不仅能够降低成本，也因为元件的减少，更轻易完成打线封装的步骤，有效地提升良率。

本案得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

【符号说明】

100：微机电泵模块

1：高阶微处理器

11：微处理器接脚

2：微机电泵

3：微机电芯片

31：芯片本体

31a：长边

31b：短边

4：信号电极

4a：第一信号电极

4b：第二信号电极

4c：第三信号电极

4d：第四信号电极

5：微机电泵

51：第一电极

52：第二电极

53：压电件

5A：第一微机电泵群组

5B：第二微机电泵群组

5C：第三微机电泵群组

5D：第四微机电泵群组

5E：第一微机电作动区

5F：第二微机电作动区

5G：第三微机电作动区

5H：第四微机电作动区

6：开关单元

61：第一开关单元

62：第二开关单元

63：第三开关单元

64：第四开关单元

7：控制电极

8：微处理器

81：接脚

G：栅极

D：漏极

S：源极

Claims (19)

1.一种微机电泵模块，其特征在于，包含：

一微机电芯片，具有一芯片本体，该芯片本体为一长方形，且具有一长边及一短边；

至少一信号电极，设置于该芯片本体并邻近该短边；

多个微机电泵，皆具有一第一电极与一第二电极，该第二电极电连接该至少一信号电极；

多个开关单元，电连接该多个微机电泵的该第一电极；以及

多个控制电极，设置于该芯片本体并邻近该长边且分别电连接该多个开关单元；

其中，该至少一信号电极接收一调变电压以传输至该多个微机电泵的该第二电极，该多个开关单元控制该多个微机电泵启闭作动。

2.如权利要求1所述的微机电泵模块，其特征在于，该至少一信号电极包含有一第一信号电极。

3.如权利要求2所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个微机电泵的该第二电极电连接该第一信号电极。

4.如权利要求2所述的微机电泵模块，其特征在于，该至少一信号电极更包含一第二信号电极。

5.如权利要求4所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个微机电泵可区分为一第一微机电泵群组及一第二微机电泵群组，该第一微机电泵群组的该多个第二电极电连接该第一信号电极，该第二微机电泵群组的该多个第二电极电连接该第二信号电极。

6.如权利要求4所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个微机电泵的该第二电极电连接该第一信号电极与该第二信号电极。

7.如权利要求4所述的微机电泵模块，其特征在于，该至少一信号电极更包含一第三信号电极及一第四信号电极。

8.如权利要求7所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个微机电泵可区分为一第一微机电泵群组、一第二微机电泵群组、一第三微机电泵群组及一第四微机电泵群组，该第一微机电泵群组的该多个第二电极电连接该第一信号电极，该第二微机电泵群组的该多个第二电极电连接该第二信号电极，该第三微机电泵群组的该多个第二电极电连接该第三信号电极，该第四微机电泵群组的该多个第二电极电连接该第四信号电极。

9.如权利要求7所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个微机电泵可区分为一第一微机电泵群组及一第二微机电泵群组，该第一微机电泵群组的该多个第二电极电连接该第一信号电极与该第二信号电极，该第二微机电泵群组的该多个第二电极电连接该第三信号电极与该第四信号电极。

10.如权利要求7所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个微机电泵的该第二电极电连接该第一信号电极、该第二信号电极、该第三信号电极及该第四信号电极。

11.如权利要求1所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个微机电泵与该多个开关单元分别一对一对应连接。

12.如权利要求1所述的微机电泵模块，该多个开关单元包含有一第一开关单元及一第二开关单元，邻近该第一开关单元的该多个微机电泵形成一第一微机电作动区，且该第一微机电作动区内的该多个微机电泵皆电连接该第一开关单元，邻近该第二开关单元的该多个微机电泵形成一第二微机电作动区，且该第二微机电作动区内的该多个微机电泵皆电连接该第二开关单元。

13.如权利要求12所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个开关单元包含有一第三开关单元及一第四开关单元，邻近该第三开关单元的该多个微机电泵形成一第三微机电作动区，且该第三微机电作动区内的该多个微机电泵皆电连接至该第三开关单元，而邻近该第四开关单元的该多个微机电泵形成一第四微机电作动区，且该第四微机电作动区内的该多个微机电泵皆电连接至该第四开关单元。

14.如权利要求13所述的微机电泵模块，其特征在于，该至少一信号电极包含有一第一信号电极、一第二信号电极、一第三信号电极及一第四信号电极，该第一信号电极邻近该第一开关单元并电连接该第一微机电作动区内的该多个微机电泵的该第二电极，该第二信号电极邻近该第二开关单元并电连接该第二微机电作动区内的该多个微机电泵的该第二电极，该第三信号电极邻近该第三开关单元并电连接该第三微机电作动区内的该多个微机电泵的该第二电极，该第四信号电极邻近该第四开关单元并电连接该第四微机电作动区内的该多个微机电泵的该第二电极。

15.如权利要求1至14项任一所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个开关单元皆为一半导体开关单元。

16.如权利要求15所述的微机电泵模块，其特征在于，该半导体开关单元为一金氧半场效晶体管(MOSFET)。

17.如权利要求16所述的微机电泵模块，其特征在于，该多个半导体开关元件为一P型金氧半场效晶体管(PMOSFET)、一N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)、一互补式金氧半场效晶体管(CMOSFET)、双重扩散金氧半场效晶体管(DMOSFET)或横向扩散金氧半场效晶体管(LDMOSFET)的其中之一或其组合。

18.如权利要求16所述的微机电泵模块，其特征在于，该半导体开关单元是一双极性晶体管(BJT)。

19.如权利要求1所述的微机电泵模块，其特征在于，该调变电压为一方波、一三角波或一弦波的其中之一。

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