压电微泵阵列、微系统及微系统的热管理方法

摘要

本发明提供一种压电微泵阵列、微系统及微系统的热管理方法，压电微泵阵列包括N个呈分布式连接的压电微泵单元，压电微泵单元具有第一端口、第二端口、第三端口及第四端口；N个压电微泵单元的第一端口通过流道连在一起，N个压电微泵单元的第四端口通过流道连在一起，且第i个压电微泵的第三端口通过流道与第i+1个压电微泵单元的第二端口连在一起；通过外部电信号对压电微泵阵列中的N个呈分布式连接的压电微泵单元进行控制，能有效改变N个压电微泵单元的串并联状态，串联使用时能提高流体的输出压强，并联使用时能提升流体的输入输出流量，从而能有效满足微系统的微流体散热时的大流量和高压强需求，提升微系统的散热效果。

权利要求

1.一种压电微泵阵列，其特征在于，包括N个呈分布式连接的压电微泵单元，所述压电微泵单元具有第一端口、第二端口、第三端口及第四端口；N个所述压电微泵单元的第一端口通过流道连在一起，作为所述压电微泵阵列的第一端口；N个所述压电微泵单元的第四端口通过流道连在一起，作为所述压电微泵阵列的第四端口；且第i个所述压电微泵的第三端口通过流道与第i+1个所述压电微泵单元的第二端口连在一起，第1个所述压电微泵单元的第二端口作为所述压电微泵阵列的第二端口，第N个所述压电微泵单元的第三端口作为所述压电微泵阵列的第三端口；其中，N为大于等于2的整数，i+1的取值为2～N，所述压电微泵单元的第一端口、第二端口、第三端口及第四端口的通断状态受外部电信号的控制。

2.根据权利要求1所述的压电微泵阵列，其特征在于，所述压电微泵单元包括泵腔和四个微阀，所述泵腔具有两个流体接口，且每个所述流体接口分别引出两个端口，所述泵腔的四个端口与四个所述微阀的一个端口一一对应连接，四个所述微阀不与所述泵腔连接的另一端口分别作为所述压电微泵单元的第一端口、第二端口、第三端口及第四端口，且所述微阀的通断状态受所述外部电信号的控制。

3.根据权利要求2所述的压电微泵阵列，其特征在于，所述泵腔至少包括泵体及压电振子，所述泵体具有两个所述流体接口，所述压电振子设置在所述泵体中。

4.根据权利要求1或3所述的压电微泵阵列，其特征在于，所述压电微泵阵列具有并联使用状态，此时，N个所述压电微泵单元的第一端口在所述外部电信号的控制下选择性地导通，N个所述压电微泵单元的第四端口在所述外部电信号的控制下选择性地导通，N个所述压电微泵单元的第二端口在所述外部电信号的控制下关断，N个所述压电微泵单元的第三端口在所述外部电信号的控制下关断。

5.根据权利要求1或3所述的压电微泵阵列，其特征在于，所述压电微泵阵列还具有串联使用状态，此时，第1个所述压电微泵单元的第一端口在所述外部电信号的控制下选择性地导通，第1个所述压电微泵单元的第二端口在所述外部电信号的控制下关断，第1个所述压电微泵单元的第三端口在所述外部电信号的控制下导通，第1个所述压电微泵单元的第四端口在所述外部电信号的控制下关断；第N个所述压电微泵单元的第一端口在所述外部电信号的控制下关断，第N个所述压电微泵单元的第二端口在所述外部电信号的控制下导通，第N个所述压电微泵单元的第三端口在所述外部电信号的控制下关断，第N个所述压电微泵单元的第四端口在所述外部电信号的控制下选择性地导通；若N大于等于3，则第j个所述压电微泵单元的第一端口在所述外部电信号的控制下关断，第j个所述压电微泵单元的第二端口在所述外部电信号的控制下导通，第j个所述压电微泵单元的第三端口在所述外部电信号的控制下导通，第j个所述压电微泵单元的第四端口在所述外部电信号的控制下关断，其中，j+1的取值为3～N。

6.根据权利要求1或3所述的压电微泵阵列，其特征在于，所述压电微泵阵列还具有串并联混合使用状态。

7.一种微系统，其特征在于，包括：衬底，其内设置有流道；

电路板，设置在所述衬底上；

功率器件，设置在所述衬底或者所述电路板上；

如权利要求1‑6中任一项所述的压电微泵阵列，设置在所述衬底上，与所述衬底中的流道配合，实现所述微系统的微流体散热。

8.根据权利要求7所述的微系统，其特征在于，所述电路板及所述功率器件设置在所述衬底中的多个流道上。

9.根据权利要求7或8所述的微系统，其特征在于，多个所述流道均匀分布在所述衬底中。

10.一种微系统的热管理方法，其特征在于，包括：提供衬底，并在所述衬底中形成多个流道；

提供电路板及功率器件，并将所述电路板及所述功率器件设置在所述衬底上；

提供如权利要求1‑6中任一项所述的压电微泵阵列，并将所述压电微泵阵列设置在所述衬底上，所述压电微泵阵列与所述衬底中的流道配合；

调控所述外部电信号，实现所述压电微泵阵列多个所述压电微泵单元的串并联组合控制，对所述电路板及所述功率器件进行微流体散热。

11.根据权利要求10所述的微系统的热管理方法，其特征在于，多个所述流道均匀分布在所述衬底中；所述电路板及所述功率器件设置在所述衬底中的多个流道上。

12.根据权利要求11所述的微系统的热管理方法，其特征在于，所述调控所述外部电信号，实现所述压电微泵阵列多个所述压电微泵单元的串并联组合控制，对所述电路板及所述功率器件进行微流体散热的步骤包括：调控所述外部电信号，将所述压电微泵阵列中的N个所述压电微泵单元的并联起来，以提高所述压电微泵阵列的微流体流量，提升散热效果。

13.根据权利要求11所述的微系统的热管理方法，其特征在于，所述调控所述外部电信号，实现所述压电微泵阵列多个所述压电微泵单元的串并联组合控制，对所述电路板及所述功率器件进行微流体散热的步骤还包括：调控所述外部电信号，将所述压电微泵阵列中的N个所述压电微泵单元的串联起来，以提高所述压电微泵阵列的微流体输出压强，提升散热效果。

14.根据权利要求11所述的微系统的热管理方法，其特征在于，所述调控所述外部电信号，实现所述压电微泵阵列多个所述压电微泵单元的串并联组合控制，对所述电路板及所述功率器件进行微流体散热的步骤还包括：调控所述外部电信号，将所述压电微泵阵列中的部分所述压电微泵单元的并联起来，将所述压电微泵阵列中的部分所述压电微泵单元的串联起来，同时提高所述压电微泵阵列的微流体流量与微流体输出压强，提升散热效果。

说明书

压电微泵阵列、微系统及微系统的热管理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种压电微泵阵列、微系统及微系统的热管理方法。

背景技术

[0002] 微泵作为微流量供给的动力，是微流量控制系统的核心部件。微泵在微流控领域内是非常重要的微型执行器，其广泛应用于生物医学MEMS、芯片冷却系统和微型卫星等，特
别是在生物医学MEMS领域，微泵在药物输送、DNA合成、微量流体供给和精确控制等方面起
着至关重要的作用。而用于新一代大功率微系统的高效微流体散热技术需要能够提供大输
出流量与高输出压强的微泵。利用逆压电效应实现的压电微泵具有输出压力高、尺寸小、结
构简单、功耗低、易集成等优点，十分适用于微流体散热技术。

[0003] 不过，由于受到压电微泵的技术瓶颈限制，单个压电微泵的工作流量与输出压强并不能够满足快速发展的如微喷、微流道等高效微流体散热技术需要。

发明内容

[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有较强的工作流量与输出压强的压电微泵技术方案，用于解决上述技术问题。

[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下。

[0006] 一种压电微泵阵列，包括N个呈分布式连接的压电微泵单元，所述压电微泵单元具有第一端口、第二端口、第三端口及第四端口；N个所述压电微泵单元的第一端口通过流道
连在一起，作为所述压电微泵阵列的第一端口；N个所述压电微泵单元的第四端口通过流道
连在一起，作为所述压电微泵阵列的第四端口；且第i个所述压电微泵的第三端口通过流道
与第i+1个所述压电微泵单元的第二端口连在一起，第1个所述压电微泵单元的第二端口作
为所述压电微泵阵列的第二端口，第N个所述压电微泵单元的第三端口作为所述压电微泵
阵列的第三端口；其中，N为大于等于2的整数，i+1的取值为2～N，所述压电微泵单元的第一
端口、第二端口、第三端口及第四端口的通断状态受外部电信号的控制。

[0007] 可选地，所述压电微泵单元包括泵腔和四个微阀，所述泵腔具有两个流体接口，且每个所述流体接口分别引出两个端口，所述泵腔的四个端口与四个所述微阀的一个端口一
一对应连接，四个所述微阀不与所述泵腔连接的另一端口分别作为所述压电微泵单元的第
一端口、第二端口、第三端口及第四端口，且所述微阀的通断状态受所述外部电信号的控
制。

[0008] 可选地，所述泵腔至少包括泵体及压电振子，所述泵体具有两个所述流体接口，所述压电振子设置在所述泵体中。

[0009] 可选地，所述压电微泵阵列具有并联使用状态，此时，N个所述压电微泵单元的第一端口在所述外部电信号的控制下选择性地导通，N个所述压电微泵单元的第四端口在所
述外部电信号的控制下选择性地导通，N个所述压电微泵单元的第二端口在所述外部电信
号的控制下关断，N个所述压电微泵单元的第三端口在所述外部电信号的控制下关断。

[0010] 可选地，所述压电微泵阵列还具有串联使用状态，此时，第1个所述压电微泵单元的第一端口在所述外部电信号的控制下选择性地导通，第1个所述压电微泵单元的第二端
口在所述外部电信号的控制下关断，第1个所述压电微泵单元的第三端口在所述外部电信
号的控制下导通，第1个所述压电微泵单元的第四端口在所述外部电信号的控制下关断；第
N个所述压电微泵单元的第一端口在所述外部电信号的控制下关断，第N个所述压电微泵单
元的第二端口在所述外部电信号的控制下导通，第N个所述压电微泵单元的第三端口在所
述外部电信号的控制下关断，第N个所述压电微泵单元的第四端口在所述外部电信号的控
制下选择性地导通；若N大于等于3，则第j个所述压电微泵单元的第一端口在所述外部电信
号的控制下关断，第j个所述压电微泵单元的第二端口在所述外部电信号的控制下导通，第
j个所述压电微泵单元的第三端口在所述外部电信号的控制下导通，第j个所述压电微泵单
元的第四端口在所述外部电信号的控制下关断，其中，j+1的取值为3～N。

[0011] 可选地，所述压电微泵阵列还具有串并联混合使用状态。

[0012] 一种微系统，包括：

[0013] 衬底，其内设置有流道；

[0014] 电路板，设置在所述衬底上；

[0015] 功率器件，设置在所述衬底或者所述电路板上；

[0016] 上述任一项所述的压电微泵阵列，设置在所述衬底上，与所述衬底中的流道配合，实现所述微系统的微流体散热。

[0017] 可选地，所述电路板及所述功率器件设置在所述衬底中的多个流道上。

[0018] 可选地，多个所述流道均匀分布在所述衬底中。

[0019] 一种微系统的热管理方法，包括：

[0020] 提供衬底，并在所述衬底中形成多个流道；

[0021] 提供电路板及功率器件，并将所述电路板及所述功率器件设置在所述衬底上；

[0022] 提供上述任一项所述的压电微泵阵列，并将所述压电微泵阵列设置在所述衬底上，所述压电微泵阵列与所述衬底中的流道配合；

[0023] 调控所述外部电信号，实现所述压电微泵阵列多个所述压电微泵单元的串并联组合控制，对所述电路板及所述功率器件进行微流体散热。

[0024] 可选地，多个所述流道均匀分布在所述衬底中；所述电路板及所述功率器件设置在所述衬底中的多个流道上。

[0025] 可选地，所述调控所述外部电信号，实现所述压电微泵阵列多个所述压电微泵单元的串并联组合控制，对所述电路板及所述功率器件进行微流体散热的步骤包括：

[0026] 调控所述外部电信号，将所述压电微泵阵列中的N个所述压电微泵单元的并联起来，以提高所述压电微泵阵列的微流体流量，提升散热效果。

[0027] 可选地，所述调控所述外部电信号，实现所述压电微泵阵列多个所述压电微泵单元的串并联组合控制，对所述电路板及所述功率器件进行微流体散热的步骤还包括：

[0028] 调控所述外部电信号，将所述压电微泵阵列中的N个所述压电微泵单元的串联起来，以提高所述压电微泵阵列的微流体输出压强，提升散热效果。

[0029] 可选地，所述调控所述外部电信号，实现所述压电微泵阵列多个所述压电微泵单元的串并联组合控制，对所述电路板及所述功率器件进行微流体散热的步骤还包括：

[0030] 调控所述外部电信号，将所述压电微泵阵列中的部分所述压电微泵单元的并联起来，将所述压电微泵阵列中的部分所述压电微泵单元的串联起来，同时提高所述压电微泵
阵列的微流体流量与微流体输出压强，提升散热效果。

[0031] 如上所述，本发明的压电微泵阵列、微系统及微系统的热管理方法，具有以下有益效果：

[0032] 通过外部电信号对压电微泵阵列中的N个呈分布式连接的压电微泵单元进行控制，能有效改变N个压电微泵单元的串并联状态，串联使用时能提高流体的输出压强，并联
使用时能提升流体的输入输出流量，从而能有效满足微系统的微流体散热时的大流量和高
压强需求，提升微系统的散热效果。

附图说明

[0033] 图1显示为本发明中压电微泵单元的结构图。

[0034] 图2显示为本发明中压电微泵阵列的结构图。

[0035] 图3显示为本发明一可选实施例中压电微泵阵列的结构图。

[0036] 图4显示为本发明中压电微泵阵列的并联使用状态示意图。

[0037] 图5显示为本发明中压电微泵阵列的串联使用状态示意图。

[0038] 图6‑图7显示为本发明中微系统的结构示意图。

[0039] 图8显示为本发明中微系统的热管理方法的步骤示意图。

[0040] 附图标记说明

[0041] 1‑衬底，2‑电路板，3‑功率器件，4‑压电微泵阵列，5‑肋条，41‑压电微泵单元，411‑泵腔，412‑微阀，1A‑流道，1B‑液冷接口，A1、A2、…、AN、Ak、Ai、Ai+1、Aj‑压电微泵单元，P1、
P2、…、PN‑泵腔，Pk1‑压电微泵单元Ak的第一端口，Pk2‑压电微泵单元Ak的第二端口，Pk3‑
压电微泵单元Ak的第三端口，Pk4‑压电微泵单元Ak的第四端口，Vk1、Vk2、Vk3、Vk4‑微阀，
PP1‑压电微泵阵列第一端口，PP2‑压电微泵阵列第二端口，PP3‑压电微泵阵列第三端口，
PP4‑压电微泵阵列第四端口。

具体实施方式

[0042] 如前述在背景技术中所述的，发明人研究发现：由于受到压电微泵的技术限制，单个压电微泵的工作流量与输出压强并不能够满足快速发展的如微喷、微流道等高效微流体
散热技术需要。

[0043] 基于此，本发明提出一种全新的压电微泵结构，其包括N个呈分布式连接的压电微泵单元，并通过外部电信号对N个压电微泵单元的通断状态进行控制，以改变N个压电微泵
单元的串并联状态，串联使用时能提高流体的输出压强，并联使用时能提升流体的输入输
出流量，从而能有效满足微系统的微流体散热时的大流量和高压强需求，提升微系统的散
热效果。

[0044] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离
本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0045] 请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数
目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其
组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以
配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实
施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调
整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技
术内容得能涵盖的范围内。

[0046] 如图1‑图2所示，本发明提供一种压电微泵阵列，其包括N个呈分布式连接的压电微泵单元A1、A2、…、AN，压电微泵单元Ak(k的取值为1～N)具有第一端口Pk1、第二端口Pk2、
第三端口Pk3及第四端口Pk4；N个压电微泵单元A1～AN的第一端口通过流道连在一起，作为
压电微泵阵列的第一端口PP1；N个压电微泵单元A1～AN的第四端口通过流道连在一起，作
为压电微泵阵列的第四端口PP4；且第i个压电微泵Ai的第三端口通过流道与第i+1个压电
微泵单元Ai+1的第二端口连在一起，第1个压电微泵单元A1的第二端口作为压电微泵阵列
的第二端口PP2，第N个压电微泵单元AN的第三端口作为压电微泵阵列的第三端口PP3；其
中，N为大于等于2的整数，i+1的取值为2～N，压电微泵单元Ak的第一端口Pk1、第二端口
Pk2、第三端口Pk3及第四端口Pk4的通断状态受外部电信号的控制。

[0047] 详细地，如图1所示，压电微泵单元Ak包括泵腔Pk和微阀Vk1、Vk2、Vk3及Vk4，泵腔Pk具有两个流体接口，且每个流体接口分别引出两个端口，泵腔Pk的四个端口与四个微阀
Vk1、Vk2、Vk3及Vk4的一个端口一一对应连接，四个微阀Vk1、Vk2、Vk3及Vk4不与泵腔Pk连接
的另一端口分别作为压电微泵单元Ak的第一端口Pk1、第二端口Pk2、第三端口Pk3及第四端
口Pk4，且微阀Vk1、Vk2、Vk3及Vk4的通断状态受外部电信号的控制。

[0048] 更详细地，如图1所示，压电微泵单元Ak是由一个泵腔Pk与四个微阀Vk1、Vk2、Vk3及Vk4组成的具有四个流体端口的单元。泵腔Pk至少包括泵体及压电振子等，是两端口流体
元件，泵体具有两个流体接口，压电振子设置在泵体中，压电振子在交变电压信号作用下进
行往复振动，使得泵腔容积大小产生周期性变化，从而实现流体在泵腔的吸入与泵出。微阀
Vk1、Vk2、Vk3及Vk4是两端口流体元件，通过外部施加电学信号来控制阀门的开启与关断，
从而实现流体在通路上的通断。

[0049] 其中，泵腔Pk采用常见的铝合金等易于散热的金属材料制成，兼顾散热需求和结构可靠性；泵腔Pk和微阀Vk1、Vk2、Vk3、Vk4的尺寸要做到足够小，在mm量级，以适用于各种
微型系统的微流控驱动。

[0050] 详细地，如图2所示，压电微泵阵列由N个压电微泵单元A1、A2、…、AN连接组成，所有压电微泵单元A1、A2、…、AN的第一端口通过设计的流道相连在一起，作为压电微泵阵列
的第一端口PP1；所有压电微泵单元A1、A2、…、AN的第四端口通过设计的流道相连在一起，
作为压电微泵阵列的第四端口PP4；第1个压电微泵单元A1的第三端口与第2个压电微泵单
元A2的第二端口通过设计的流道连接，第2个压电微泵单元A2的第三端口与第3个压电微泵
单元A3的第二端口通过设计的流道连接，如此依次类推，除了第1个压电微泵单元A1的第二
端口与第N个压电微泵单元AN的第三端口处于不连接状态以外，所有相邻的两个压电微泵
单元，前一个压电微泵单元的第三端口与后一个压电微泵单元的第二端口通过设计好的流
道连接(连通)。

[0051] 在本发明的一可选实施例中，如图3所示，N的取值为4，压电微泵阵列由4个压电微泵单元A1、A2、A3及A4连接组成，所有压电微泵单元A1、A2、A3、A4的第一端口通过设计的流
道相连在一起，作为压电微泵阵列的第一端口PP1；所有压电微泵单元A1、A2、A3、A4的第四
端口通过设计的流道相连在一起，作为压电微泵阵列的第四端口PP4；第1个压电微泵单元
A1的第三端口与第2个压电微泵单元A2的第二端口通过设计的流道连接，第2个压电微泵单
元A2的第三端口与第3个压电微泵单元A3的第二端口通过设计的流道连接，第3个压电微泵
单元A3的第三端口与第4个压电微泵单元A4的第二端口通过设计的流道连接，第1个压电微
泵单元A1的第二端口作为压电微泵阵列的第二端口PP2，第4个压电微泵单元A4的第三端口
作为压电微泵阵列的第三端口PP3。

[0052] 如图2‑图3所示，通过上述连接方式形成的压电微泵阵列，总体具有四个流体端口，即第一端口PP1、第二端口PP2、第三端口PP3及第四端口PP4。在工作时，第二端口PP2与
第三端口PP3可通过关闭对应微阀(V12、VN3)而处于关闭状态，这时压电微泵阵列简化为两
个流体端口。其中，为了提高压电微泵单元并联后的总工作流量或压电微泵单元串联后的
总输出压强，压电微泵阵列内所有压电微泵单元的特征是完全相同的，也就是说，每个压电
微泵单元都具有相同的工作流量及输出压强设计值。

[0053] 详细地，如图4所示，为了提高压电微泵阵列的工作流量，可将压电微泵阵列内所有压电微泵单元并联起来，即压电微泵阵列具有并联使用状态，此时，N个压电微泵单元A1、
A2、…、AN的第一端口在外部电信号的控制下选择性地导通，N个压电微泵单元A1、A2、…、AN
的第四端口在外部电信号的控制下选择性地导通，N个压电微泵单元A1、A2、…、AN的第二端
口在外部电信号的控制下关断，N个压电微泵单元A1、A2、…、AN的第三端口在外部电信号的
控制下关断。

[0054] 其中，长方形实线框标注的微阀表示有流体通过且在外部电信号控制下不断开启与关断，圆圈实线框标注的微阀表示处于始终关闭状态而流体无方法通过。

[0055] 如图4所示，在所有压电微泵单元并联使用时，压电微泵单元Ak(k的取值为1～N)的微阀Vk2与微阀Vk3均处于关闭状态，而压电微泵单元Ak的微阀Vk1与微阀Vk4在泵腔Pk内
的压电振子往复振动过程中不断地轮流开启与关断，从而实现流体从压电微泵单元Ak的吸
入与泵出，最终，压电微泵阵列输的出流量相比单个压电微泵单元将大幅增加。

[0056] 更详细地，压电微泵阵列工作过程分为吸入与泵出两个阶段：在吸入阶段，所有压电微泵单元的泵腔同时处于吸入状态，即压电振子产生另一种形变使得泵腔体积增大而产
生真空，所有压电微泵单元A1、A2、…、AN的第一端口通过外部电信号控制开启对应微阀而
处于开启状态，而所有压电微泵单元A1、A2、…、AN的第四端口通过外部电信号控制关闭对
应微阀而处于关闭状态，这样流体工质将从压电微泵阵列第一端口PP1吸入至具有真空状
态的泵腔P1、P2、…、PN内；在泵出阶段，所有压电微泵单元A1、A2、…、AN的泵腔同时处于挤
压状态，即压电振子产生形变使得泵腔体积缩小，所有压电微泵单元A1、A2、…、AN的第一端
口通过外部电信号控制关闭对应微阀而处于关闭状态，而所有压电微泵单元A1、A2、…、AN
的第四端口通过外部电信号控制开启对应微阀而处于开启状态，这样流体工质将从泵腔
P1、P2、…、PN挤出至压电微泵阵列第四端口PP4输出。吸入与泵出两个阶段交替循环即构成
了压电微泵阵列工作过程，最终效果是流体工质从压电微泵阵列第一端口PP1不断吸入，并
从其第四端口PP4不断泵出。

[0057] 详细地，如图5所示，为了提高压电微泵阵列的输出压强，可将压电微泵阵列内所有压电微泵单元串联起来，即压电微泵阵列还具有串联使用状态，此时，第1个压电微泵单
元A1的第一端口在外部电信号的控制下选择性地导通，第1个压电微泵单元A1的第二端口
在外部电信号的控制下关断，第1个压电微泵单元A1的第三端口在外部电信号的控制下导
通，第1个压电微泵单元A1的第四端口在外部电信号的控制下关断；第N个压电微泵单元AN
的第一端口在外部电信号的控制下关断，第N个压电微泵单元AN的第二端口在外部电信号
的控制下导通，第N个压电微泵单元AN的第三端口在外部电信号的控制下关断，第N个压电
微泵单元AN的第四端口在外部电信号的控制下选择性地导通；若N大于等于3，则第j个压电
微泵单元Aj的第一端口在外部电信号的控制下关断，第j个压电微泵单元Aj的第二端口在
外部电信号的控制下导通，第j个压电微泵单元Aj的第三端口在外部电信号的控制下导通，
第j个压电微泵单元Aj的第四端口在外部电信号的控制下关断，其中，j+1的取值为3～N。

[0058] 其中，长方形实线框标注的微阀表示有流体通过且在外部电信号控制下不断开启与关断，长方形虚线框标注的微阀表示始终处于开启状态且有流体通过，圆圈框标注的微
阀表示始终处于关闭状态而流体无方法通过。

[0059] 更详细地，如图5所示，在所有压电微泵单元串联使用时，除了第1个压电微泵单元A1与最后一个压电微泵单元AN(N大于等于3)之外，其他所有压电微泵单元的第一端口对应
微阀与第四端口对应微阀均处于关闭状态，其他所有压电微泵单元的第二端口对应微阀与
第三端口对应微阀均处于开启状态。第1个压电微泵单元A1的第二端口对应微阀与第四端
口对应微阀均处于关闭状态，最后一个压电微泵单元AN的第一端口对应微阀与第三端口对
应微阀均处于关闭状态。此时，所有压电微泵单元的泵腔处于中间间隔有微阀的串联状态。
除了第1个压电微泵单元A1的第一端口对应微阀与最后一个压电微泵单元AN的第四端口对
应微阀以外，所有串联泵腔之间的微阀均处于开启状态。与上述并联状态工作过程类似，在
所有的泵腔P1、P2、…、PN挤压的过程当中，通过外部电信号控制第1个压电微泵单元A1的第
一端口对应微阀与最后一个压电微泵单元AN的第四端口对应微阀依次地开启和关断，形成
一个具有更高输出压强的压电微泵阵列。

[0060] 此外，可以理解的是，压电微泵阵列还具有串并联混合使用状态，即部分压电微泵单元串联，部分压电微泵单元并联，同时对微流体的工作流量和输出压强进行增强。其中，
压电微泵单元的串并联主要是指各个泵腔之间的串并联。

[0061] 同时，基于上述压电微泵阵列的结构设计，如图6‑图7所示，本发明还提供一种微系统，其包括：

[0062] 衬底1，其内设置有流道1A；

[0063] 电路板2，设置在衬底1上；

[0064] 功率器件3，设置在衬底1或者电路板2上；

[0065] 压电微泵阵列4，设置在衬底1上，与衬底1中的流道1A配合，实现微系统的微流体散热。

[0066] 详细地，如图6‑图7所示，为了便于散热，衬底1选用金属材质的壳体，其内设有多个三维设置的流道，其上表面还设有多个与流道相连通的液冷接口1B，压电微泵阵列4中的
多个压电微泵单元41可灵活分布于衬底1上的任意合适位置，压电微泵单元41包括一个泵
腔411与四个微阀412，泵腔411及微阀412分别通过衬底1表面上的液冷接口1B与对应的流
道1A连通，实现如图2所示的压电微泵阵列的分布式连接。

[0067] 更详细地，压电微泵单元41整体为金属材料制作而成，可直接表贴装配在衬底1上，其高度为1～6mm。整个微系统无外置流体管道，多个压电微泵单元41之间的流体互连以
及泵腔411与微阀412之间的流体互连均通过衬底1内置的流道1A实现。

[0068] 详细地，如图6‑图7所示，电路板2及功率器件3设置在衬底1上且位于衬底1中的多个流道1A上，通过外部电信号对压电微泵阵列的串并联选择可对流道1A中的微流体进行快
速、高工作流量、高输出压强的驱动，对电路板2及功率器件3进行散热。其中，功率器件3包
括两类，一类功率器件为直接安装在衬底1上的，另一类功率器件是安装在电路板2上的，而
电路板2安装在衬底上。

[0069] 更详细地，如图6‑图7所示，多个流道1A均匀分布在衬底1中，对整个微系统进行均匀散热。

[0070] 可选地，上述微系统可使用于大功率射频组件设计，所述大功率电子组件为机载T/R组件、电源组件等。详细地，如图6‑图7所示，微系统还包括位于衬底1两侧的肋条5，肋条
5一方面用于电子组件在外部机架上安装，另一方面起到往外界散热的作用。可以理解的
是，微系统还可以包括散热热沉等结构，在此不再赘述。

[0071] 基于上述压电微泵阵列4与衬底1的结构配合设计，上述微系统能实现一体化自闭环的热循环管理，能通过压电微泵阵列4、微流体及流道1A对微系统进行主动高效的散热。

[0072] 基于上述相同的发明构思，如图8所示，本发明还提供一种微系统的热管理方法，其包括步骤：

[0073] S1、提供衬底，并在衬底中形成多个流道；

[0074] S2、提供电路板及功率器件，并将电路板及功率器件设置在衬底上；

[0075] S3、提供上述压电微泵阵列，并将压电微泵阵列设置在衬底上，压电微泵阵列与衬底中的流道配合；

[0076] S4、调控外部电信号，实现压电微泵阵列多个压电微泵单元的串并联组合控制，对电路板及功率器件进行微流体散热。

[0077] 在步骤S1～S2中，多个流道均匀分布在衬底中；电路板及功率器件设置在衬底中的多个流道上，便于后续散热。

[0078] 在本发明的一可选实施例中，调控外部电信号，实现压电微泵阵列多个压电微泵单元的串并联组合控制，对电路板及功率器件进行微流体散热的步骤S3可以包括：

[0079] 调控外部电信号，将压电微泵阵列中的N个压电微泵单元的并联起来，以提高压电微泵阵列的微流体流量，提升散热效果。

[0080] 在本发明的一可选实施例中，调控外部电信号，实现压电微泵阵列多个压电微泵单元的串并联组合控制，对电路板及功率器件进行微流体散热的步骤S3还可以包括：

[0081] 调控外部电信号，将压电微泵阵列中的N个压电微泵单元的串联起来，以提高压电微泵阵列的微流体输出压强，提升散热效果。

[0082] 在本发明的另一可选实施例中，调控外部电信号，实现压电微泵阵列多个压电微泵单元的串并联组合控制，对电路板及功率器件进行微流体散热的步骤S3还可以包括：

[0083] 调控外部电信号，将压电微泵阵列中的部分压电微泵单元的并联起来，将压电微泵阵列中的部分压电微泵单元的串联起来，同时提高压电微泵阵列的微流体流量与微流体
输出压强，提升散热效果。

[0084] 综上所述，在本发明所提供的本发明的压电微泵阵列、微系统及微系统的热管理方法中，通过外部电信号对压电微泵阵列中的N个呈分布式连接的压电微泵单元进行控制，
能有效改变N个压电微泵单元的串并联状态，串联使用时能提高流体的输出压强，并联使用
时能提升流体的输入输出流量，从而能有效满足微系统的微流体散热时的大流量和高压强
需求，提升微系统的散热效果。

[0085] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因
此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。