[发明专利]集成于PCB上的压电致动流体泵

说明书

本发明公开一种集成于PCB上的压电致动流体泵，包括PCB基板、泵作用单元和至少两个压电致动流体阀，泵作用单元分别通过流道与每个压电致动流体阀连接。其中泵作用单元由PCB工艺加工的泵腔壁和覆盖并固定在泵腔壁上的压电单晶执行器构成。压电致动流体阀由PCB工艺加工的阀腔壁、阀口部和覆盖并固定在阀腔壁上的压电单晶执行器构成。通过驱动泵作用单元和压电致动流体阀的压电单晶执行器，使它们有序动作实现流体流量、流速和流向的精确控制功能。本流体泵适宜于集成于PCB上，具有精密操控流体流量、流速和流向的功能，且能够实现与其它微小流控部件集成，从而为复杂的微小流控系统提供流体驱动动力源的功能。

技术领域

本发明属于微流体机械技术领域，具体涉及压电单晶执行器为动力源的压电致动流体泵与PCB的结合技术。

背景技术

借由压电单晶执行器为动力源的压电致动流体泵由于其体积微小、能耗低以及结构形式灵活多变，作为芯片散热系统、芯片实验室等微小流控系统或装置的流体驱动源有其独特的优势。

目前，芯片散热系统、芯片实验室等微小流控系统或装置普遍采用外置流体泵进行驱动，需要额外配置驱动流体泵的电源线和输送液体的管路，使得整个系统的集成度较低，而且管路中存在较大的压力损失，造成流体泵的驱动力和控制能力降低，这是流体泵未普及在这些应用场合的重要原因。

为了解决这些问题，国内外学者主要对流体泵的驱动方式、加工工艺与结构组成进行研究。根据微体泵的驱动方式，可分为压电驱动式、静电驱动式、电磁驱动式以及热气动驱动式等。基于逆压电效应的压电致动流体泵不仅具有以微升甚至毫升为单位驱动液体的能力，而且具有结构简单、驱动力大与电磁干扰弱的优点，因此压电致动流体泵适合与微小流控系统其它部件实现集成化。一些学者为了减小流体泵的体积，开始研究流体泵的加工工艺，通常的加工工艺分为硅加工工艺、玻璃和石英加工工艺以及高分子聚合物加工工艺。尽管以硅和高分子聚合物构成的流体泵的体积比金属加工的流体泵的体积小，但由此组成的微小系统仍需要配置管路，且难与微小流控系统其它部件实现集成化，未解决流体泵控制能力弱与集成度低的问题。中国发明专利申请200810069378.1提出一种具有主动精确控制能力的流体泵，其能达到较低的流量和极高的控制精度，但并未公开流体泵与微小流控其它部件实现集成的结构。另外，该流体泵采用的单压电单晶执行器结构形式，限制了泵腔的压缩比，泵流量的提高也受到一定限制。

由于各国学者在流体泵如何与微小流控其它部件实现集成的方面上未提出一个有效的方案，流体泵在系统中仍存在控制能力弱、集成程度低以及泵流量有待进一步提高等问题。因此，需要在流体泵的集成结构以及泵体自身结构优化上做出新的突破。

发明内容

本发明的目的在于提出一种集成于PCB上的压电致动流体泵，通过该种流体泵降低与微小流控系统其它部件集成的难度，使得流体泵直接作用于微小流控系统，提高流体泵的控制能力与系统的集成程度。

本发明的技术方案如下：

一种集成于PCB上的压电致动流体泵，其包括PCB基板、集成于PCB上的泵作用单元和至少两个压电致动流体阀，所述泵作用单元分别通过流道与每个压电致动流体阀连接，所述压电致动流体阀根据需要作为进液阀或出液阀，流体通过进液阀流入泵腔，最终于出液阀流出。

其中所述泵作用单元由PCB工艺加工的泵腔壁和覆盖并固定在泵腔壁上的压电单晶执行器构成。

所述压电致动流体阀由PCB工艺加工的阀腔壁、阀口部和覆盖并固定在阀腔壁上并开/关闭阀口的压电单晶执行器构成。所述阀口部的顶面高出阀底面，形成与压电单晶执行器接触的面边界，所述压电单晶执行器通过阀腔壁焊接在PCB上，并与阀口部的面边界贴合或分离，形成开/闭关系，所述阀口部为流体泵的进/出液口。在不施加电压或者施加负电压时，压电单晶执行器的底部与阀口部的面边界紧密靠在一起，进液口/出液口被关闭，液体无法从进液口流入或流出，此时即使泵作用单元工作，流体泵也不工作。因此，该压电致动流体泵是常闭型压电致动流体泵，具有良好的止流特性。