TWI749327B

TWI749327B - 微機電流體裝置之控制電路

Info

Publication number: TWI749327B
Application number: TW108116815A
Authority: TW
Inventors: 莫皓然; 余榮侯; 張正明; 戴賢忠; 廖文雄; 黃啟峰; 韓永隆; 郭俊毅
Original assignee: 研能科技股份有限公司
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TW202044763A

Abstract

一種微機電流體裝置之控制電路，包含一驅動電極以及複數個驅動單元。每一驅動單元包含一微機電流體裝置、一第一電晶體以及一控制單元。微機電流體裝置電性連接驅動電極。第一電晶體電性連接微機電流體裝置。控制單元電性連接第一電晶體。控制單元輸入一控制訊號給第一電晶體，使得相對應之驅動單元電性導通，來驅動微機電流體裝置，藉以完成流體之傳輸。

Description

微機電流體裝置之控制電路

本案係關於一種控制電路，尤指一種微機電流體裝置之控制電路。

隨著科技的日新月異，傳統的流體輸送裝置已朝向裝置微小化、流量極大化的方向進行。在應用上也愈來愈多元化，舉凡工業應用、生醫應用、醫療保健、電子散熱到近來熱門的穿戴式裝置皆可見它的踨影。

然而，近年來微機電相關製程以一體成型的方式來達成流體輸送裝置的微小化，而微小化後的流體輸送裝置需要一控制元件去選擇要作動的微機電流體裝置。

請參閱第1A圖以及第1B圖，傳統微機電流體裝置晶片9具有一晶片本體9a、複數個微機電流體裝置9b以及複數個控制電極9c。微機電流體裝置9b以及控制電極9c設置於晶片本體9a上。每一微機電流體裝置9b連接二控制電極9c，因此在微機電流體裝置晶片9上的控制電極9c數量難以減少，進而增加生產成本。此外，在傳統微機電流體裝置之控制電路90中，一微機電流體裝置90b需搭配至少一控制電極90a以及一電晶體90c，藉以驅動微機電流體裝置90b之作動。因此在控制電路90中也需設置有一定數量的控制電極90a以及電晶體90c，進而使得生產成本無法壓低。

本案之主要目的在於提供一種微機電流體裝置之控制電路，結合半導體元件與微機電流體裝置，使微機電流體裝置之控制可以晶片化在同一晶片上。如此，將能使控制也微小化、使電極的總數量減少、使微機電流體裝置之外部控制簡化、並減少生產成本。

為達上述目的，本案之較廣義實施態樣為提供一種微機電流體裝置之控制電路，包含一驅動電極以及複數個驅動單元。每一驅動單元包含一微機電流體裝置、一第一電晶體以及一控制單元。微機電流體裝置電性連接驅動電極。第一電晶體電性連接微機電流體裝置。控制單元電性連接第一電晶體。控制單元輸入一控制訊號給第一電晶體，使得相對應之驅動單元電性導通，來驅動微機電流體裝置，藉以完成流體之傳輸。

體現本案特徵與優點的實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第2A圖，於本案實施例中，微機電流體裝置之控制電路包含複數個致動區Zn，每一致動區Zn包含複數個驅動單元G1、G2...Gn、一驅動電極PD1以及一接地電極PD2。每一驅動單元G1、G2...Gn包含一微機電流體裝置10b、一第一電晶體M1以及一控制單元10c。其中，微機電流體裝置10b電性連接驅動電極PD1，第一電晶體M1電性連接微機電流體裝置10b，而控制單元10c電性連接第一電晶體M1。如此，選定之控制單元10c輸入一控制訊號給第一電晶體M1，使得相對應之驅動單元G1、G2...Gn電性導通，來驅動微機電流體裝置10b，藉以完成流體之傳輸。

請參閱第2B圖，於本案實施例中，控制單元10c之第一實施態樣包含一第二電晶體M2。第二電晶體M2具有一源極S、一汲極D以及一閘極G。第二電晶體M2之源極S與驅動單元G1、G2...Gn之第一電晶體M1之閘極G電性相連通，而控制訊號由第二電晶體M2之一閘極電極PD3與一汲極電極PD4輸入。

請參閱第2B圖、第3A圖以及第3B圖，一微機電流體裝置晶片10I被區分成複數個致動區Z1、Z2，每一致動區Z1、Z2內設有10個驅動單元G1~G10。因此，可藉由給予控制訊號S1~S12來控制不同致動區Z1、Z2內的驅動單元G1~G10致動。如第3B圖所示，當控制訊號S1由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入以及控制訊號S3~S12由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入時，可控制致動區Z1內的驅動單元G1~G10致動；而當控制訊號S2由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入以及控制訊號S3~S12由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入時，可控制致動區Z2內的驅動單元G1~G10致動。值得注意的是，第二電晶體M2之閘極電極PD3以及汲極電極PD4可交換訊號來致動驅動單元G1~G10，意即，當控制訊號S1由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入以及控制訊號S3~S12由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入時，亦可控制致動區Z1內的驅動單元G1~G10致動；而當控制訊號S2由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入以及控制訊號S3~S12由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入時，亦可控制致動區Z2內的驅動單元G1~G10致動。

請參閱第3C圖以及第3D圖，一微機電流體裝置晶片10II被區分成複數個致動區Z1、Z2、Z3、Z4，每一致動區Z1、Z2、Z3、Z4內設有10個驅動單元G1~G10。因此，可藉由給予控制訊號S1~S14來控制不同致動區Z1、Z2、Z3、Z4內的驅動單元G1~G10致動。如第3D圖所示，當控制訊號S1由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入以及控制訊號S5~S14由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入時，可控制致動區Z1內的驅動單元G1~G10致動；當控制訊號S2由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入以及控制訊號S5~S14由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入時，可控制致動區Z2內的驅動單元G1~G10致動；當控制訊號S3由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入以及控制訊號S5~S14由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入時，可控制致動區Z3內的驅動單元G1、G2...G10致動；而當控制訊號S4由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入以及控制訊號S5~S14由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入時，可控制致動區Z4內的驅動單元G1~G10致動。值得注意的是，同樣地，第二電晶體M2之閘極電極PD3以及汲極電極PD4可交換訊號來致動驅動單元G1~G10，意即，當控制訊號S1由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入以及控制訊號S5~S14由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入時，亦可控制致動區Z1內的驅動單元G1~G10致動；當控制訊號S2由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入以及控制訊號S5~S14由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入時，亦可控制致動區Z2內的驅動單元G1~G10致動；當控制訊號S3由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入以及控制訊號S5~S14由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入時，亦可控制致動區Z3內的驅動單元G1~G10致動；而當控制訊號S4由第二電晶體M2之汲極電極PD4輸入以及控制訊號S5~S14由第二電晶體M2之閘極電極PD3輸入時，亦可控制致動區Z4內的驅動單元G1~G10致動。

值得注意的是，於本案實施例中，控制單元10c之第一實施態樣的設置方式，可使得同一致動區Zn內的10個驅動單元G1~G10僅需搭配13個電極。以致動區Z1為例，致動區Z1包含共用的一個驅動電極PD1、共用的一個接地電極PD2、用以輸入控制訊號S1的一個閘極電極PD3（意即10個驅動單元G1~G10共用一個閘極電極PD3），以及用以分別輸入控制訊號S3~S12的10個電極，相較於傳統的微機電流體裝置晶片，每10個微機電流體裝置需搭配20個電極，本案的設置方式使得電極總數量減少許多，亦降低生產成本。此外，不同致動區Zn中用以輸入相同控制訊號S3~S12的汲極電極PD4亦可共用電極，比如致動區Z1中用以輸入控制訊號S3的汲極電極PD4可與致動區Z2中用以輸入控制訊號S3的汲極電極PD4共用一個電極，將可使整個微機電流體裝置晶片10I、10II的總電極數量再降低。

值得注意的是，微機電流體裝置晶片10I以及微機電流體裝置晶片10II的致動區Z1、Z2、Z3、Z4以交錯設置，可控制鄰近的致動區不會同時被致動，避免流體流動的互相影響產生。

值得注意的是，本案微機電流體裝置晶片中致動區的配置、驅動單元的數量以及控制訊號的連接方式不以上述為限，皆可依照設計需求而變更。

請參閱第2B圖以及第4圖，於本案實施例中，控制單元10c'之第二實施態樣相似於控制單元10c之第一實施態樣，不同之處在於控制單元10c'之第二實施態樣還包含一第三電晶體M3，電性連接第二電晶體M2。藉由連續導通第一電晶體M1、第二電晶體M2以及第三電晶體M3來驅動選定的微機電流體裝置10b，例如：當由一閘極電極PD5輸入之控制訊號S1以及由一汲極電極PD6輸入之控制訊號S2皆為HIGH時，第三電晶體M3會導通，而當由汲極電極PD4輸入之控制訊號S3也為HIGH時，第二電晶體M2亦會導通，接著，當驅動電極PD1提供一驅動訊號時，會導通第一電晶體M1，使得相對應的微機電流體裝置10b致動。

值得注意的是，於本案實施例中，第一電晶體M1、第二電晶體M2以及第三電晶體M3分別為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體（NMOS）、一P型金屬氧化物半導體場效電晶體（PMOS）、一互補式金屬氧化物半導體場效電晶體（CMOS）、一擴散金屬氧化物半導體場效電晶體（DMOS）、一橫向擴散金屬氧化物半導體場效電晶體（LDMOS）及一雙極性電晶體（BJT）之至少其中之一或其組合，但不以此為限，第一電晶體M1、第二電晶體M2以及第三電晶體M3的型態可依設計需求而變更。

請參閱第2B圖以及第5圖，於本案實施例中，控制單元10c''之第三實施態樣包含一邏輯元件R，電性連接驅動單元G1、G2...Gn之第一電晶體M1。當邏輯元件R給一邏輯訊號予驅動單元G1、G2...Gn其中之一第一電晶體M1使之導通時，若驅動電極PD1亦提供驅動訊號，則相對應之微機電流體裝置10b會被致動。

值得注意的是，於本案實施例中，邏輯元件R為一及閘（AND gate），但不以此為限，邏輯元件R的型態可依設計需求而變更。

綜上所述，本案提供一種微機電流體裝置之控制電路，藉由控制電路的結構變化來驅動不同的微機電流體裝置，並且使控制微小化、使電極的總數量減少、使微機電流體裝置之外部控制簡化、以及減少生產成本。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

9a:晶片本體90:控制電路90a、9c:控制電極90c:電晶體9、10I、10II:微機電流體裝置晶片Z1、Z2、Z3、Z4、Zn:致動區PD1:驅動電極PD2:接地電極PD3、PD5:閘極電極PD4、PD6:汲極電極9b、90b、10b:微機電流體裝置10c、10c'、10c'':控制單元M1:第一電晶體M2:第二電晶體M3:第三電晶體G:閘極D:汲極S:源極R:邏輯元件S1~S14、Sn:控制訊號G1~G10、Gn:驅動單元

第1A圖為傳統微機電流體裝置晶片的示意圖。第1B圖為傳統微機電流體裝置之控制電路的示意圖。第2A圖為本案微機電流體裝置之控制電路的示意圖。第2B圖為本案控制電路之控制單元之第一實施態樣的示意圖。第3A圖為本案微機電流體裝置晶片之驅動配置的示意圖。第3B圖為本案控制單元之第一實施態樣之控制訊號配置的示意圖。第3C圖為本案微機電流體裝置晶片之另一驅動配置的示意圖。第3D圖為本案控制單元之第一實施態樣之另一控制訊號配置的示意圖。第4圖為本案控制電路之控制單元之第二實施態樣的示意圖。第5圖為本案控制電路之控制單元之第三實施態樣的示意圖。

Zn:致動區

PD1:驅動電極

PD2:接地電極

10b:微機電流體裝置

10c:控制單元

M1:第一電晶體

G1~G4、Gn:驅動單元

G:閘極

D:汲極

S:源極

Claims

一種微機電流體裝置之控制電路，包含：一驅動電極；以及複數個驅動單元，共同電性連接該驅動電極，每一該驅動單元包含：一微機電流體裝置，電性連接該驅動電極；一第一電晶體，電性連接該微機電流體裝置；以及一控制單元，電性連接該第一電晶體，其中該控制單元包含一第二電晶體及一第三電晶體，其中該第二電晶體電性連接相對應之該第一電晶體，該第三電晶體電性連接該第二電晶體；其中，該控制單元輸入一控制訊號給該第一電晶體，使得相對應之該驅動單元電性導通，來驅動該微機電流體裝置，藉以完成流體之傳輸。
如申請專利範圍第1項所述之微機電流體裝置之控制電路，其中該第一電晶體為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOS)、一P型金屬氧化物半導體場效電晶體(PMOS)、一互補式金屬氧化物半導體場效電晶體(CMOS)、一擴散金屬氧化物半導體場效電晶體(DMOS)、一橫向擴散金屬氧化物半導體場效電晶體(LDMOS)及一雙極性電晶體(BJT)之至少其中之一或其組合。
如申請專利範圍第1項所述之微機電流體裝置之控制電路，其中該第一電晶體以及該第二電晶體分別為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOS)、一P型金屬氧化物半導體場效電晶體(PMOS)、一互補式金屬氧化物半導體場效電晶體(CMOS)、一擴散金屬氧化物半導體場效電晶體(DMOS)、一橫向擴散金屬氧化物半導體場效電晶體(LDMOS)及一雙極性電晶體(BJT)之至少其中之一或其組合。
如申請專利範圍第1項所述之微機電流體裝置之控制電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體以及該第三電晶體分別為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOS)、一P型金屬氧化物半導體場效電晶體(PMOS)、一互補式金屬氧化物半導體場效電晶體(CMOS)、一擴散金屬氧化物半導體場效電晶體(DMOS)、一橫向擴散金屬氧化物半導體場效電晶體(LDMOS)及一雙極性電晶體(BJT)之至少其中之一或其組合。