JP2015222812A - 拡張式熱表面に対する統合されたコンパクトな衝当 - Google Patents

Abstract

【課題】電子デバイスに冷却を提供する熱管理システムが開示される。
【解決手段】熱管理システムは、表面であって、表面に熱的に結合された複数の拡張式要素を有する、表面と、表面にわたって冷却流を生成するように構成される複数の振動器アセンブリと、表面に対して複数の振動器アセンブリを配置するため、表面の複数の拡張式要素の頂上に配設された搭載構造とを含む。搭載構造は、複数の振動器アセンブリのそれぞれを或る角度で表面に配向させるように構成され、それにより、複数の振動器アセンブリによって生成される冷却流が拡張式要素に或る角度で衝当する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一般に、熱管理システムに関し、より具体的には、外部の拡張式熱表面の熱管理を提供する衝当流冷却装置に関する。

今日の市場において、電子デバイスは、益々小型になり、その一方で、より多くの機能及び計算パワーも有する。結果として、電子構成要素及びシステムが、静かで信頼性があり、また、小さな物理的フットプリントを有することが重要である。

ヒートシンク等の受動冷却システムは、最も信頼性のある冷却システムであるが、同時に効率が最も低い。ヒートシンクがより多くの熱を消散することが可能になるために、物理的フットプリントは、フィン、リブ、及び他の突出物等の拡張式表面を含むことによって増加する。したがって、空気又は液体冷却デバイス等の能動冷却システムがヒートシンクに付加されて、効率を上げる可能性がある。しかし、能動冷却システムの付加はまた、音響雑音及び信頼性等の他の設計の難題を導入し得る。

現行の従来技術は、ヒートシンク等の受動冷却システムとファン等の能動冷却システムの組合せを使用し、その組合せは、物理的フォームファクタ、動作条件、音響雑音、及び信頼性に関して制限される。既存のファン解決策の欠点は、ファンの可動部に関する関連する音響雑音を含む。別の欠点は、ファン解決策の信頼性を含む。すなわち、能動ファンの熱解決策は、一般に、故障する可能性がある多数の可動部を含む。更に、ファンベース冷却システムは、一般に、冷却流体の必要な体積流量を達成するために大きな物理的フットプリントを必要とし、この大きなフットプリントは、厳しい空間制約を有する電子デバイスにとって問題となる可能性がある。

したがって、熱管理システムが、熱管理システムの物理的フットプリントを増加させることなく、低い音響雑音及び増加した耐久性を持って動作することを可能にするように、電子デバイスに能動冷却及び受動冷却を提供する熱管理システムについての必要性が存在する。

米国特許第８３４２８１９号公報

本発明の一態様によれば、熱管理システムは、表面であって、表面に熱的に結合された複数の拡張式要素を有する、表面と、表面にわたって冷却流を生成するように構成される複数の振動器アセンブリと、表面に対して複数の振動器アセンブリを配置するため、表面の複数の拡張式要素の頂上に配設された搭載構造とを含む。更に、搭載構造は、複数の振動器アセンブリのそれぞれを或る角度で表面に配向させるように構成され、それにより、複数の振動器アセンブリによって生成される冷却流が拡張式要素に或る角度で衝当する。これにより拡張式熱表面に対する統合されたコンパクトな衝当（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）が提供される。

本発明の別の態様によれば、システムは、少なくとも１つの熱発生構成要素と、少なくとも１つの熱発生構成要素に熱的に結合された表面要素と、複数のシンセティックジェットアセンブリと、表面要素の頂上に配設され、複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれを、表面要素に対して或る角度で配向させるように構成される搭載デバイスとを含む。各シンセティックジェットアセンブリは、冷却流体の流れを生成するように構成されるシンセティックジェット、及び、シンセティックジェットに結合された搭載ブラケットを備える。更に、複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれによって生成される冷却流体の流れは、或る角度で表面要素上に衝当する。

本発明の更に別の態様によれば、熱管理システムを製造する方法は、少なくとも１つの熱発生構成要素を有する電気システムを設けること、及び、少なくとも１つの熱発生構成要素と熱的に連通状態になるように、電気システム上に表面要素を搭載することを含み、表面要素は、表面要素からの対流熱伝達を補助するため、表面要素から突出する複数の拡張式要素を含む。方法はまた、搭載構造を、複数の拡張式要素に隣接してヒートシンクに固着すること、及び、複数のシンセティックジェットアセンブリを搭載構造に結合することであって、それにより、複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれが、表面要素に対して或る角度で配置される、結合することを含む。

これらのまた他の利点及び特徴は、添付図面に関連して提供される本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。

図面は、本発明を実行するために現在のところ企図される実施形態を示す。

本発明の一実施形態による熱管理システムと共に使用可能なシンセティックジェットアセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態によるシンセティックジェットの断面図である。 制御システムが、振動板をオリフィスに向かって内向きに移動させるときのシンセティックジェットを示す、図２のシンセティックジェットの断面図である。 制御システムが、振動板をオリフィスから離れて外向きに移動させるときのシンセティックジェットを示す、図２のシンセティックジェットの断面図である。 本発明の一実施形態による、コンピューティングデバイス及び関連する熱管理システムの斜視図である。 本発明の一実施形態による、線６−６に沿って切取った、図５のコンピューティングデバイス及び関連する熱管理システムの側断面図である。 図５及び６の熱管理システムの搭載デバイスの斜視図である。 本発明の別の実施形態による、図１のシンセティックジェットアセンブリが固着されている、熱管理システム内に含まれる搭載デバイスの斜視図である。 本発明の別の実施形態による、図１のシンセティックジェットアセンブリが固着されている、熱管理システム内に含まれる搭載デバイスの斜視図である。 図８及び９の搭載デバイスと共に使用可能なシンセティックジェットパックの分解図である。 本発明の別の実施形態による、図１のシンセティックジェットアセンブリが固着されている、熱管理システム内に含まれる搭載デバイスの斜視図である。

本発明の実施形態は、ヒートシンクにわたって流体流を方向付ける能動冷却デバイスを利用する熱管理システムを提供し、熱管理システムは、冷却デバイスをヒートシンクに対して或る角度で配向させ、それにより、流体流がヒートシンクに前記角度で衝当するように実装される搭載構造を有する。搭載構造によって提供される能動冷却デバイスの角度的搭載は、現行の能動ファン冷却システムよりずっと小さな物理的体積を占める能動冷却デバイスをもたらす。

本発明の様態のよりよい理解のために、本発明の実施形態に従って、熱管理システム内で利用され得る能動冷却デバイスのまた能動冷却デバイスの動作の例示的な実施形態が、図１〜４に示される。本発明の実施形態が熱管理システム内の特定の能動冷却デバイスの使用に制限されることが意図されないこと、しかし、例示的な実施形態では、振動型能動冷却デバイス（例えば、シンセティックジェットアセンブリ）が熱管理システム内で利用されることが認識される。

最初に図１を参照すると、シンセティックジェットアセンブリ１０の形態の振動型能動冷却デバイスの斜視図が提供される。シンセティックジェットアセンブリ１０は、その断面が図２に示されるシンセティックジェット１２、及び搭載ブラケット１４を含む。一実施形態では、搭載ブラケット１４は、１つ又は複数のロケーションでシンセティックジェット１２のハウジング１６に固着される、ｕ状ブラケットである。回路ドライバ１８は、外部に位置付けられるか又は搭載ブラケット１４に固着される可能性がある。代替的に、回路ドライバ１８は、シンセティックジェットアセンブリ１０から遠隔に位置付けられ得る。

ここで図１及び２を共に参照すると、シンセティックジェット１２のハウジング１６は、その中に気体又は流体２２を有する内部チャンバ又はキャビティ２０を画定し部分的に閉鎖する。ハウジング１６及び内部チャンバ２０は、本発明の種々な実施形態による事実上任意の幾何学的構成をとる可能性があるが、議論及び理解のために、ハウジング１６は、第１のプレート２４及び第２のプレート２６であって、両者の間に配置されたスペーサ要素２８によって離間した関係で保持される、第１のプレート２４及び第２のプレート２６を含むものとして図２の断面図に示される。１つ又は複数のオリフィス３０は、第１の及び第２のプレート２４、２６とスペーサ要素２８の側壁との間に形成されて、内部チャンバ２０を周囲の外部環境３２と流体連通状態にする。代替の実施形態では、スペーサ要素２８は、１つ又は複数のオリフィス３０がその中に形成される前面（図示せず）を含む。

種々の実施形態によれば、第１の及び第２のプレート２４、２６は、金属、プラスチック、ガラス、及び／又はセラミックから形成され得る。同様に、スペーサ要素２８は、金属、プラスチック、ガラス、及び／又はセラミックから形成され得る。適した金属は、ニッケル、アルミニウム、銅、及びモリブデン等の材料、又は、ステンレス鋼、真鍮、青銅、及び同様なもの等の合金を含む。適したポリマー及びプラスチックは、ポリオレフィン、ポリカーボネート、熱硬化性樹脂、エポキシ、ウレタン、アクリル、シリコン、ポリイミド、及びフォトレジスト材料等の熱可塑性プラスチック、並びに他の弾性プラスチックを含む。適したセラミックは、例えば、チタン酸塩（ランタンチタン酸塩、ビスマスチタン酸塩、及び、チタン酸ジルコン酸鉛等）、及び、モリブデン酸塩を含む。更に、シンセティックジェット１２の種々の他の構成要素も同様に、金属から形成され得る。

アクチュエータ３４、３６は、それぞれの第１の及び第２のプレート２４、２６に結合されて、第１の及び第２の複合構造又は可撓性振動板３８、４０を形成する−それにより、シンセティックジェット１２は「デュアルクールジェット（ｄｕａｌ ｃｏｏｌ ｊｅｔ）」として構築される。可撓性振動板３８、４０は、コントローラアセンブリ又は制御ユニットシステム４２を介してドライバ１８によって制御される。図１に示すように、一実施形態では、コントローラアセンブリ４２は、シンセティックジェット１２の搭載ブラケット１４に直接結合されたドライバ１８に電子的に結合される。一代替の実施形態では、制御ユニットシステム４２は、シンセティックジェット１２から遠隔に位置付けられるドライバ１８に統合される。例えば、各可撓性振動板３８、４０は、電極と金属層との間に印加される電気的バイアスによって移動し得る。更に、制御システム４２は、例えば、コンピュータ、論理プロセッサ、又は信号発生器等の任意の適切なデバイスによって電気的バイアスを生成するように構成され得る。

一実施形態では、アクチュエータ３４、３６は、圧電動力（ピエゾモーティブ）デバイスであり、圧電動力（ピエゾモーティブ）デバイスは、ピエゾモーティブデバイスを急速に膨張及び縮小させる高調波交流電圧の印加によって作動され得る。動作中、制御システム４２は、ドライバ１８によって、圧電アクチュエータ３４、３６に電荷を伝達し、圧電アクチュエータ３４、３６は、その電荷に応答して機械的応力及び／又は歪みを受ける。ピエゾモーティブアクチュエータ３４、３６の応力／歪みは、それぞれの第１の及び第２のプレート２４、２６の偏向をもたらし、それにより、時間調和又は周期的運動が達成される。内部チャンバ２０内の結果として生じる体積変化は、図３及び４に関して詳細に述べるように、内部チャンバ２０と外部環境３２との間の気体又は他の流体の相互交換をもたらす。

ピエゾモーティブアクチュエータ３４、３６は、本発明の種々の実施形態によるモノモルフ又はバイモルフデバイスであり得る。モノモルフの一実施形態では、ピエゾモーティブアクチュエータ３４、３６は、金属、プラスチック、ガラス、又はセラミックを含む材料から形成されたプレート２４、２６に結合され得る。バイモルフの一実施形態では、一方又は両方のピエゾモーティブアクチュエータ３４、３６は、圧電材料から形成されたプレート２４、２６に結合されたバイモルフアクチュエータであり得る。一代替実施形態では、バイモルフは、単一アクチュエータ３４、３６を含むことができ、プレート２４、２６は、第２のアクチュエータである。

シンセティックジェット１２の構成要素は、接着剤、ハンダ、及び同様なものを使用して、共に付着され得る、又は、他の方法で互いに取付けられ得る。一実施形態では、熱硬化接着剤又は導電性接着剤が使用されて、アクチュエータ３４、３６を第１の及び第２のプレート、２４、２６に接合させ、それにより、第１の及び第２の複合構造３８、４０を形成する。導電性接着剤の場合、接着剤は、リード線（図示せず）をシンセティックジェット１２に取付けるため、銀、金、及び同様なもの等の導電性充填剤で充填され得る。

本発明の一実施形態では、アクチュエータ３４、３６は、水圧式、空気式、磁気、静電気、及び超音波材料等の圧電動力デバイス以外のデバイスを含み得る。そのため、こうした実施形態では、制御システム４２は、対応する方法で、それぞれのアクチュエータ３４、３６をアクティブ化するように構成される。例えば、静電気材料が使用される場合、制御システム４２は、アクチュエータ３４、３６に急速交流静電電圧を提供して、それぞれの第１の及び第２のプレート２４、２６をアクティブ化し撓ませるように構成され得る。

シンセティックジェット１２の動作は、図３及び４を参照して述べられる。図３では、アクチュエータ３４、３６が、矢印４４で示すように、第１の及び第２のプレート２４、２６を内部チャンバ２０に関して外向きに移動させるように制御されるときの、シンセティックジェット１２が示される。第１の及び第２のプレート２４、２６が外向きに撓むにつれて、内部チャンバ２０の内部体積が増加し、周囲気体又は流体４６が、矢印４８のセットで示すように、内部チャンバ２０になだれ込む。アクチュエータ３４、３６は、第１の及び第２のプレート２４、２６が内部チャンバ２０から外向に移動するときに、渦がオリフィス３０のエッジから既に除去され、したがって、内部チャンバ２０内に引込まれる周囲流体４６によって影響を及ぼされないように、制御システム４２によって制御される。一方で、周囲流体４６のジェットは、渦によって合成され、オリフィス３０から遠い距離の所から引込まれる周囲流体４６の強い同伴（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）を生成する。

図４は、アクチュエータ３４、３６が制御されて、矢印５０で示すように、第１の及び第２のプレート２４、２６を内部チャンバ２０に入るように内向きに撓むときのシンセティックジェット１２を示す。内部チャンバ２０の内部体積が減少するにつれて、流体２２が、例えば、熱発生電子構成要素等の、冷却されるデバイスに向かって矢印５２のセットで示す方向にオリフィス３０を通って冷却ジェットとして排出される。流体２２がオリフィス３０を通って内部チャンバ２０を出るとき、流れは、オリフィス３０の鋭利エッジで分離し、渦シートを生成し、渦シートは、渦になるよう巻込み、オリフィス３０のエッジから遠くに移動し始める。

図１〜４のシンセティックジェットが、そこに単一のオリフィスを有するものとして示し述べられるが、本発明の実施形態が、複数オリフィスのシンセティックジェットアクチュエータを含み得ることも想定される。更に、図１〜４のシンセティックジェットアクチュエータは、第１の及び第２のプレートの各々のプレート上に含まれたアクチュエータ要素を有するものとして示し述べられるが、本発明の実施形態は、プレートの一方の上に配置された単一のアクチュエータ要素だけを含み得ることも想定される。更に、シンセティックジェットプレートが、本明細書に示すように、正方形構成ではなく、円形、矩形、又は代替の形状の構成で設けられ得ることも想定される。

ここで図５〜７を参照すると、コンピューティングデバイス５４及び関連する熱管理システム５６の種々の図が、本発明の一実施形態に従って示され、熱管理システム５６は、その中に１つ又は複数の能動冷却デバイス−シンセティックジェットアセンブリ１０等を組込む。図５及び６に示すように、回路パック又は産業用コンピューティングプラットフォームの形態であり得るコンピューティングデバイス５４が設けられるが、コンピューティングデバイス５４がまた、高性能インスージアストグラフィクスカードの形態である可能性があることが認識される。ハウジング５５は、コンピューティングデバイス５４のために設けられることができ、コンピューティングデバイス５４の一部分を閉鎖し、コンピューティングデバイス５４に熱管理システム５６を搭載することを可能にする。

ここで、図５の線６−６に沿って切取ったコンピューティングデバイス５４及び熱管理システム５６の断面図である図６を参照すると、熱管理システム５６は、コンピューティングデバイス５４の少なくとも１つの熱発生構成要素６０（例えば、論理／グラフィクス処理ユニット（ＧＰＵ）等）の頂上に配設された拡張式表面要素５８を含むものとして示される。本発明の実施形態によれば、拡張式表面要素５８は、熱発生構成要素６０と周囲環境との間の改善された熱伝達を可能にする多数の構造のうちの任意の構造であり、ヒートシンク、ベイパーチャンバ、或は、１つ又は２つの相の液体を中に有する埋め込み式ヒートパイプ（又は同様なデバイス）を有する金属要素を含み得る。表面要素は、金属材料、非金属材料、又はそれらの混合で形成され得る。

図６の実施形態に示すように、拡張式表面要素５８は、拡張式表面要素５８上に形成された多数の拡張式表面要素６２を含む−それにより、拡張式表面要素５８は、ベースプレート６４に熱的に結合した多数のヒートシンクフィン６２を含むヒートシンク５８として最もよく記述され得る。ヒートシンクフィン６２及びベースプレート６４は、当技術分野で知られているように、種々の熱伝導性材料（例えば、アルミニウム、銅等）で形成される可能性がある。本発明の一実施形態では、ヒートシンクフィン６２は、図７に示すように、ヒートシンクフィン６２の間にチャネル６６を画定する「プレートフィン（ｐｌａｔｅ ｆｉｎ）」の１次元アレイで配列される。しかし、ヒートシンクフィン６２が「ピンフィン（ｐｌａｔｅ ｆｉｎ）」の２次元アレイで配列され得ることを当業者は認識するであろう。少なくとも１つの熱発生構成要素６０からの熱は、ベース６４内に伝達され、ベース６４は、次に、熱をフィン６２内に伝達する。結果として、フィン６２は、少なくとも１つの熱発生構成要素６０を冷却するための熱伝達用表面積を増加させる。

更に、インタポーザ又は搭載デバイス／構造６８が、複数のヒートシンクフィン６２の上部表面に沿って配設されて、シンセティックジェットアセンブリ１０等の複数の能動冷却デバイスをインタポーザ又は搭載デバイス／構造６８内に受入れる。搭載デバイス６８は、シンセティックジェットアセンブリ１０を、シンセティックジェットアセンブリのそれぞれをヒートシンク５８向かって或る角度７０で配向させ、それにより、複数のシンセティックジェットアセンブリ１０のそれぞれから吐出される流体２２の冷却用ジェットが０°と９０°との間の、また理想的には５°と４５℃との間の角度でヒートシンク５８に衝当するように、搭載デバイス６８内に受入れる。流体２２の冷却用ジェットを或る角度でヒートシンク５８に方向付けることによって、（フィン全体にわたる流体の標準的な平行流と比較して）より薄い熱境界層がヒートシンクフィン６２の周りに存在し、それにより、熱管理システム５６を介して改善された熱伝達を達成することになる。

キャリア７２は、ヒートシンクフィン６２と搭載デバイス６８との間に配設されて、複数のシンセティックジェットアセンブリ１０の振動によって生成される音響雑音を低減し得る。キャリア７２は、金属又は非金属材料からなるガスケット又はフレームであり得る。更に、トレイ７４はまた、ヒートシンク５８のベース６４と少なくとも１つの熱発生構成要素６０との間に配設されて、ヒートシンク５８を支持するのを補助し得る。トレイ７４は、ヒートシンク５８及び熱発生構成要素６０と熱的に連通状態になるように配列される。

図６に示すように、本発明の一実施形態によれば、ヒートシンク５８のヒートシンクフィン６２のそれぞれは、ヒートシンクフィン６２内に形成された少なくとも１つのノッチ７６を含み得る。ノッチ７６は、複数のシンセティックジェットアセンブリ１０のそれぞれからの流体２２の冷却用ジェットが、ノッチ７６を介して複数のチャネル６６の複数と相互作用できることになるため、チャネル６６間の流体連通を可能にすることになる。次に、複数のシンセティックジェットアセンブリ１０からの流体２２の冷却用ジェットは、全体的に７７で示すようにヒートシンク５８の側部表面においてチャネル６６から出る前に、複数のフィン６２によって提供される全表面積と相互作用することによって優れた冷却を提供できることになる。

図６に更に示すように、本発明の一実施形態によれば、複数のオリフィス７８がヒートシンク５８のベース６４内に形成されて、流体２２の冷却用ジェットの一部分がヒートシンク５８に衝当した後にオリフィス７８を通って流れることを可能にし、一方、流体２２の冷却用ジェットの残りは、ヒートシンク５８に沿って流れ（ｒｕｎ）、側部７７でヒートシンク５８を出る。この実施形態が、流体２２の冷却用ジェットの一部分がヒートシンク５８に熱的に結合されない少なくとも１つの構成要素８０と相互作用することを可能にすることが認識される。トレイ７４がヒートシンク５８のベース６４と熱発生構成要素６０との間に配設される事例では、トレイ７４が（熱インタフェース材料等を通して）構成要素８０に熱的に結合されること、及び、熱がトレイ７４を通して構成要素８０から消散され、オリフィス７８を通って流れる流体２２の冷却用ジェットの一部分によってトレイ７４が冷却される可能性があることが企図される。

ここで図７を参照すると、搭載デバイス６８の構造がより詳細に論じられ、図７に見られるように、搭載デバイス６８は、キャビティ９４を囲みキャビティ９４を作るため、第１及び第２の端壁９０、９２に結合した第１及び第２の側壁８６、８８を備えるハウジング８４を含む。搭載デバイス６８はまた、第１及び第２の端壁９０、９２に結合し、キャビティ９４を少なくとも２つの列９８に分割するように構成される少なくとも１つの分割器壁９６を含み得る。図７は、２つの列９８を作る単一分割器壁９６を含む搭載デバイス６８を示すが、搭載デバイス６８が、１つより多いか又は少ない分割器壁９６によって作られる２つより多いか又は少ない列９８を含み得ることが企図される。例示的な一実施形態によれば、搭載デバイス６８内に配置されたシンセティックジェットアセンブリ１０に電力を提供するための配線（図示せず）が、分割器壁９６に沿ってルーティングされる可能性があり、４つのピン接続部が、配線から延在し、異なる周波数でシンセティックジェットが働くことを可能にするシンセティックジェットアセンブリに接続可能であることが認識される。

複数のスロット１００が、分割器壁９６及び搭載デバイス６８の側壁内に形成されて、シンセティックジェットアセンブリ１０をスロット１００内に受入れ、シンセティックジェットアセンブリをヒートシンク５８に対して所望の角度で配向させるようにする。例示的な一実施形態によれば、スロット１００は、シンセティックジェットアセンブリ１０の搭載ブラケット１４がそれぞれのスロット１００に嵌着して、搭載デバイス６８内にシンセティックジェットアセンブリ１０を固定するようなサイズに作られる。スロット１００は、複数のシンセティックジェットアセンブリ１０のそれぞれを角度７０で配向させて、複数のシンセティックジェットアセンブリ１０のそれぞれのオリフィス３０を通して吐出される流体２２の冷却用ジェットが角度７０（例えば、５°と４５°との間）でヒートシンク５８に衝当するように構成される。一実施形態によれば、最大２４のシンセティックジェットアセンブリ１０の配置構成が、搭載デバイス６８のスロット１００内に嵌合される可能性がある。

ここで図８を参照すると、本発明の別の実施形態による熱管理システム１０２の斜視図が示される。この実施形態では、図５及び６の実施形態と同様に、熱管理システム１０２は、やはり少なくとも１つの熱発生構成要素６０の頂上に配設されたヒートシンク５８を含み、ヒートシンク５８は、ベース６４に熱的に結合された複数のフィン６２を備える。フィン６２及びベースプレート６４が、当技術分野で知られているように、種々の熱伝導性材料から形成される可能性があることが企図される。本発明の一実施形態では、ヒートシンクフィン６２は、ヒートシンクフィン６２の間にチャネル６６を画定する「プレートフィン」の１次元アレイで配列される。しかし、ヒートシンクフィン６２が「ピンフィン」の２次元アレイで配列され得ることを当業者は認識するであろう。少なくとも１つの熱発生構成要素６０からの熱は、ベース６４内に伝達され、ベース６４は、次に、熱をフィン６２内に伝達する。結果として、フィン６２は、少なくとも１つの熱発生構成要素６０を冷却するための熱伝達用表面積を増加させる。

熱管理システム１０２はまた、複数のヒートシンクフィン６２の上部表面に沿って配設される搭載デバイス１０４（すなわち、「インターポーザ」）を含む。この実施形態では、搭載デバイス１０４は、複数の締結具（図示せず）によってヒートシンク５８に結合される少なくとも１つのレール１０６を備える。図８は、第１のレール１０８及び第２のレール１１０を有する搭載デバイス１０４を示すが、搭載デバイス１０４が、図９に示すように単一レール１０６又は二つ（２）より多いレール１０６を有し得ることが企図される。図８に示すように、シンセティックジェットアセンブリ１０は、レール１０８、１１０によって搭載デバイス１０４に結合され、締結具１１１が各シンセティックジェットアセンブリ１０のブラケット１４をレール１０８、１１０に固着する。

シンセティックジェットアセンブリ１０をレール１０８、１１０に固着するとき、シンセティックジェットアセンブリ１０は、第１の数１１２のシンセティックジェットアセンブリ１０が第１のレール１０８に結合され、第２の数１１４のシンセティックジェットアセンブリ１０が第２のレール１１０に結合されるように配列される。この実施形態では、第１の数１１２の複数のシンセティックジェットアセンブリ１０は、流体２２の冷却用ジェットを第１の方向１１６に方向付けるように配向される。一方、第２の数１１４のシンセティックジェットアセンブリ１０は、各シンセティックジェットアセンブリ１０のオリフィス３０を通して吐出される流体２２の冷却用ジェットを第２の方向１１８に方向付けるように配向される。

先に述べたように、図９は、搭載デバイス１０４が単一レール１０６を備える代替の一実施形態を示す。この実施形態では、シンセティックジェットアセンブリ１０は、締結具等によってレール１０６にそれぞれ固着される複数のシンセティックジェットスタック１２０になるよう分離／配列される。図９は、各シンセティックジェットスタック１２０内に二つ（２）のシンセティックジェットアセンブリ１０を示すが、各シンセティックジェットスタック１２０が二つ（２）より多いか又は少ないシンセティックジェットアセンブリ１０を含む得ることが企図される。示す実施形態では、各シンセティックジェットスタック１２０の二つ（２）のシンセティックジェットアセンブリ１０は、レール１０６に固着され、互いに対して配置されて、異なる角度でヒートシンク５８に向かって配向する−「ショートレンジ（ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ）」及び「ロングレンジ（ｌｏｎｇ ｒａｎｇｅ）」冷却と一般的に呼ばれる可能性があるものをヒートシンク５８に提供する。すなわち、シンセティックジェットスタック１２０のシンセティックジェットアセンブリ１０のそれぞれをヒートシンク５８に対して異なる角度で配向させることによって、シンセティックジェットアセンブリ１０によって生成される流体２２の冷却用ジェットは、ヒートシンク５８に沿った複数のロケーションでヒートシンク５８に衝当することになる。

一例として、シンセティックジェットスタック１２０の第１のシンセティックジェットアセンブリ１０は、約５°〜４０°の角度でヒートシンク５８に向かって流体２２の冷却用ジェットを方向付けるように配向されて、シンセティックジェットアセンブリ１０に近接する−全体的に１２２で示すロケーションでヒートシンク５８に衝当する「ショートレンジ」流を提供し得る。シンセティックジェットスタック１２０の第２のシンセティックジェットアセンブリ１０は、約２°〜２０°の角度でヒートシンク５８に向かって流体２２の冷却用ジェットを方向付けるように配向されて、シンセティックジェットアセンブリ１０からより遠位の−全体的に１２４で示すロケーションでヒートシンク５８に衝当する「ロングレンジ」流を提供し得る。上記角度／角度範囲は、例に過ぎないことを意図され、また、ヒートシンク５８に対するシンセティックジェットアセンブリ１０のそれぞれの角度配向が、所望に応じて設定される可能性がある−それにより、必要とされるいろいろなアプリケーションについて効果的な熱管理性能を達成するための熱管理システム１０２の柔軟性を提供することが理解される。

代替の一実施形態では、シンセティックジェットパック１２１（すなわち、ＤＣＪパック）が、シンセティックジェットスタック１２０の代わりに使用され得る。図１０は、本発明の一実施形態によるシンセティックジェットパック１２１の分解斜視図を示す。この実施形態では、シンセティックジェットパック１２１は、第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂを含む。図１０は、２つのシンセティックジェットアセンブリ１０の使用を示すが、二つ（２）より多いか又は少ないシンセティックジェットアセンブリ１０が使用され得ることが企図される。図１〜４に関して先に述べたように、第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂのそれぞれは、搭載ブラケット１４、アクチュエータ３４、３６、第１のプレート２４、第２のプレート２６、壁２８、及び回路ドライバ１８を含む。

例示的な実施形態では、第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂは、垂直スタック構造で積重ねられる。代替的に、第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂは、水平スタック構造及び／又はシンセティックジェットパック１２１が本明細書で述べるように機能することを可能にする任意の他の構造で積重ねられ得る。同様に、例示的な実施形態では、第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂは、第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａと第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂとの間に配置されたスペーサ１２６に結合される。スペーサ１２６は、第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａと第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂとの間にエリアを画定し、一実施形態によれば、ヒートシンク５８に対する異なる角度での第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂの配置を可能にする（図９）。ヒートシンク５８に対する異なる角度での第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂの配置を可能にするため、スペーサの厚さは、パック１２１の側部の長さに沿って変動し得る。すなわち、シンセティックジェットパック１２１の後縁のスペーサ１２６は、シンセティックジェットパック１２１の前縁におけるスペーサ１２６に比較して増加した厚さを有し得る、又は、その逆も同様である。もちろん、スペーサ１２６のそれぞれは、第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂのそれぞれがヒートシンク５８に対して同じ角度で配置されるように、同じ厚さを有する可能性があることが認識される。したがって、スペーサ１２６が利用されて、ヒートシンクに対するシンセティックジェットパック１２１の配置構成を最適化し得る。

例示的な一実施形態では、スペーサ１２６は、シンセティックジェットアセンブリ１０の各層を通る空気の換気を容易にする少なくとも１つの換気穴（ｈｏｌｅ）１２８を更に画定し、空気の換気は、シンセティックジェットパック１２１の温度の低減を容易にする。換気穴１２８は、シンセティックジェットパック１２１を通る空気の移動を容易にするため、種々の形状及び寸法である可能性がある。スペーサ１２６は、少なくとも１つの締結具１３２、例えば、限定することなく、ピン、ネジ、ボルト、クリップ、接着剤、又は第１のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａを第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂに締結することが可能な任意の他のデバイスを受入れるように構成される複数の締結穴１３０を更に画定し得る。例示的な実施形態では、スペーサ１２６はまた、接触穴１３４であって、接触穴１３４を通って延在するコネクタプラグ等の少なくとも１つの導電性要素１３６を受入れ得る、接触穴１３４を画定する。したがって、導電性要素１３６は、第１及び第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの回路ドライバ１８の間の電力給送部として役立つ。

同様に例示的な実施形態では、キャップアセンブリ１３８がシンセティックジェットパック１２１の上部に結合される。キャップアセンブリ１３８は複数の換気穴１２８を含む。キャップアセンブリ１３８はまた、複数の締結穴１３０を含み得る。ベースアセンブリ１４０は、第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂに結合され、ベースアセンブリ１４０に対する第２のシンセティックジェットアセンブリ１０Ｂの締結を容易にする複数の締結穴１３０を含む。例示的な実施形態では、少なくとも１つの締結穴１３０は、キャップアセンブリ１３８からベースアセンブリ１４０まで延在し、シンセティックジェットパック１２１を搭載デバイス１０４等の別のデバイスに結合することを容易にする。

本発明の更に別の実施形態によれば、また、図１１に示すように、搭載デバイス１０４−第１のレール１０８及び第２のレール１１０を備える（図８）か、単一レール１０６を備える（図９）か、又は二つ（２）より多いレール１０６を備える−が設けられ、搭載デバイス１０４は、ｘ方向にヒートシンク５８から離れて延在して、搭載デバイス１０４に対するシンセティックジェットアセンブリ１０（又はシンセティックジェットスタック１２０又はシンセティックジェットパック１２１）の搭載を可能にする。こうした配置構成は、厳しい高さ制限がエレクトロニクスシステム及び関連する熱管理システムについて存在するが、より多くの空間がシステムの側部に利用可能である場合に、所望され得る。有利には、搭載デバイス１０４及びシンセティックジェットアセンブリ１０をヒートシンク５８の側部に配置することによって、流体２２の冷却用ジェットは、ヒートシンク５８の全長と相互作用できる。

有利には、本発明の実施形態は、したがって、ヒートシンクにわたって流体流を方向付ける能動冷却デバイスを利用する熱管理システムであって、熱管理システム全体の体積を低減するため、冷却デバイスをヒートシンクに対して或る角度で配向させるように実装される搭載構造を有する、熱管理システムを提供する。すなわち、搭載構造によって提供される能動冷却デバイスの角度的搭載は、能動冷却デバイス（すなわち、シンセティックジェットアセンブリ）の垂直高さが最小化されることを可能にする−インタポーザ及びシンセティックジェットアセンブリは、例えば約５ｍｍの高さを有する。これは、２５ｍｍの高さを有する場合があるヒートシンク上に配置された標準的な冷却ファンと比較される。

更なる利益として、冷却デバイスをヒートシンクに対して或る角度で配向させることによって、熱管理システムにおいて、冷却性能の改善もまた達成される可能性がある。流体の冷却用ジェットを或る角度でヒートシンクに方向付けることによって、フィンにわたる流体の標準的な平行流と比較して、より薄い熱境界層がヒートシンクフィンの周りに存在することになり、それにより、熱管理システムによって熱伝達の改善を達成する。

上述した利益は、低い音響雑音及び増加した耐久性を持って動作しながら、熱管理システムによって達成される可能性がある。

したがって、本発明の一実施形態によれば、熱管理システムは、表面であって、表面に熱的に結合された複数の拡張式要素を有する、表面と、表面にわたって冷却流を生成するように構成される複数の振動器アセンブリと、表面に対して複数の振動器アセンブリを配置するため、表面の複数の拡張式要素の頂上に配設された搭載構造とを含む。更に、搭載構造は、複数の振動器アセンブリのそれぞれを或る角度で表面に配向させるように構成され、それにより、複数の振動器アセンブリによって生成される冷却流が拡張式要素に或る角度で衝当する。

本発明の別の実施形態によれば、システムは、少なくとも１つの熱発生構成要素と、少なくとも１つの熱発生構成要素に熱的に結合された表面要素と、複数のシンセティックジェットアセンブリと、表面要素の頂上に配設され、複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれを、表面要素に対して或る角度で配向させるように構成される搭載デバイスとを含む。各シンセティックジェットアセンブリは、冷却流体の流れを生成するように構成されるシンセティックジェット、及び、シンセティックジェットに結合された搭載ブラケットを備える。更に、複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれによって生成される冷却流体の流れは、或る角度で表面要素上に衝当する。

本発明の更に別の実施形態によれば、熱管理システムを製造する方法は、少なくとも１つの熱発生構成要素を有する電気システムを設けること、及び、少なくとも１つの熱発生構成要素と熱的に連通状態になるように、電気システム上に表面要素を搭載することを含み、表面要素は、表面要素からの対流熱伝達を補助するため、表面要素から突出する複数の拡張式要素を含む。方法はまた、搭載構造を、複数の拡張式要素に隣接してヒートシンクに固着すること、及び、複数のシンセティックジェットアセンブリを搭載構造に結合することであって、それにより、複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれが、表面要素に対して或る角度で配置される、結合することを含む。

本発明は、制限された数の実施形態だけに関連して述べられたが、本発明が、開示されたこうした実施形態に限定されないことが容易に理解されるべきである。むしろ、本発明は、修正されて、これまで述べられていないが、本発明の精神及び範囲にふさわしい任意の数の変形、代替、置換、又は等価な配置構成を組込む可能性がある。更に、本発明の種々の実施形態が述べられたが、本発明の態様が、述べた実施形態の幾つかだけを含む得ることが理解される。したがって、本発明は、先の説明によって制限されると見なされるのではなく、添付の特許請求の範囲によって制限されるだけである。

１０ シンセティックジェットアセンブリ
１２ シンセティックジェット
１４ 搭載ブラケット
１６ ハウジング
１８ 回路ドライバ
２０ 内部チャンバ又はキャビティ
２２ 流体
２４ 第１のプレート
２６ 第２のプレート
２８ スペーサ要素
３０ オリフィス
３２ 外部環境
３４ アクチュエータ
３６ アクチュエータ
３８ 振動板
４０ 振動板
４２ コントローラアセンブリ又は制御ユニットシステム
４６ 周囲流体
５４ コンピューティングデバイス
５６ 熱管理システム
５８ 拡張式表面要素
６０ 熱発生構成要素
６２ 拡張式要素
６４ ベースプレート
６６ チャネル
６８ インタポーザ又は搭載デバイス／構造
７０ 角度
７２ キャリア
７４ トレイ
７６ ノッチ
７７ 側部
７８ オリフィス
８０ 構成要素
８４ ハウジング
８６ 第１の側壁
８８ 第２の側壁
９０ 第１の端壁
９２ 第２の端壁
９４ キャビティ
９６ 分割器壁
９８ 列
１００ スロット
１０２ 熱管理システム
１０４ 搭載デバイス（インタポーザ）
１０６ レール
１０８ 第１のレール
１１０ 第２のレール
１１１ 締結具
１１２ 第１の数
１１４ 第２の数
１１６ 第１の方向
１１８ 第２の方向
１２０ シンセティックジェットスタック
１２１ シンセティックジェットパック
１２６ スペーサ
１２８ 換気穴
１３０ 締結穴
１３２ 締結具
１３４ 接触穴
１３６ 導電性要素
１３８ キャップアセンブリ
１４０ ベースアセンブリ

Claims (22)

1. 熱管理システムであって、
   表面であって、表面に熱的に結合された複数の拡張式要素を有する、表面と、
   前記表面にわたって冷却流を生成するように構成される複数の振動器アセンブリと、
   前記表面に対して前記複数の振動器アセンブリを配置するため、前記表面の前記複数の拡張式要素の頂上に配設された搭載構造とを備え、前記搭載構造は、前記複数の振動器アセンブリのそれぞれを或る角度で前記表面に配向させるように構成され、それにより、前記複数の振動器アセンブリによって生成される冷却流が前記拡張式要素に或る角度で衝当する、熱管理システム。
2. 前記搭載構造と前記表面との間に配設されたキャリアを更に備える、請求項１記載の熱管理システム。
3. 前記複数の振動器アセンブリのそれぞれは、前記それぞれの上に形成された搭載ブラケットを備える、請求項１記載の熱管理システム。
4. 前記搭載構造は、
   キャビティを作るため、第１及び第２の端壁によって結合された第１及び第２の側壁と、
   前記第１の側壁と前記第２の側壁との間に配設され、前記第１及び第２の端壁に結合された少なくとも１つの分割器壁であって、前記キャビティを少なくとも２つの列に分割するように構成される、少なくとも１つの分割器壁と、
   前記第１の側壁、前記第２の側壁、及び前記少なくとも１つの分割器壁内に形成された複数のスロットであって、前記複数の振動器アセンブリのそれぞれの前記搭載ブラケットに嵌着して、前記振動器アセンブリを前記搭載構造内に搭載するように構成される、複数のスロットとを備える、請求項３記載の熱管理システム。
5. 前記搭載構造は、前記搭載構造の対向端上の前記表面に固着される第１のレール及び第２のレールを備え、第１の数の前記複数の振動器アセンブリは前記第１のレールに結合され、第２の数の前記複数の振動器アセンブリは前記第２のレールに結合され、
   前記第１の数の振動器アセンブリ及び前記第２の数の振動器アセンブリは、それぞれの各振動器アセンブリの前記搭載ブラケットによって前記第１のレール及び前記第２のレールに結合される、請求項３記載の熱管理システム。
6. 前記第１の数の前記複数の振動器アセンブリは第１の方向に或る角度で配向し、前記第２の数の前記複数の振動器アセンブリは第２の方向に或る角度で配向し、それにより、前記第１の数の前記複数の振動器アセンブリによって生成される冷却流は、前記第２の数の前記複数の振動器アセンブリによって生成される冷却流に全体的に対向する、請求項５記載の熱管理システム。
7. 前記搭載構造は、前記搭載構造の一方の端上の前記表面に固着されたレールを備え、
   前記複数の振動器アセンブリは、それぞれが少なくとも１つの振動器アセンブリを含む複数の振動器アセンブリスタック又はパックになるように配列され、前記複数の振動器アセンブリスタック又はパックのそれぞれは前記レールに結合される、請求項３記載の熱管理システム。
8. 前記振動器アセンブリスタック又はパックのそれぞれは、第１の振動器アセンブリ及び第２の振動器アセンブリを備え、前記第１及び第２の振動器アセンブリは異なる角度に配向する、請求項７記載の熱管理システム。
9. 振動器アセンブリスタック又はパック内の前記第１の振動器アセンブリは２°と２０°との間の角度にあり、前記振動器アセンブリスタック又はパック内の前記第２の振動器アセンブリは５°と４０°との間の角度にあり、それにより、前記第１及び第２の振動器アセンブリによって生成される冷却流は異なるロケーションにおいて前記表面に衝当する、請求項８記載の熱管理システム。
10. 前記複数の振動器アセンブリのそれぞれは、シンセティックジェットアセンブリを備え、シンセティックジェットアセンブリは、
    キャビティを作るため、スペーサ要素によって結合された第１及び第２のプレートであって、前記スペーサ要素は、前記スペーサ要素内に形成された少なくとも１つのオリフィスを含む、第１及び第２のプレートと、
    前記第１及び第２のプレートの少なくとも一方のプレートに結合されたアクチュエータであって、それにより、前記少なくとも一方のプレートの偏向を選択的にもたらす、アクチュエータと、
    前記第１及び第２のプレートの少なくとも一方のプレートを選択的に偏向させる前記少なくとも１つのアクチュエータに電気結合された回路ドライバであって、それにより、前記キャビティの体積を変更させ、前記少なくとも１つのオリフィスから冷却流を吐出させる、回路ドライバとを含む、請求項１記載の熱管理システム。
11. システムであって、
    少なくとも１つの熱発生構成要素と、
    前記少なくとも１つの熱発生構成要素に熱的に結合された表面要素と、
    複数のシンセティックジェットアセンブリであって、それぞれが、
    冷却流体の流れを生成するように構成されるシンセティックジェット、及び、
    前記シンセティックジェットに結合された搭載ブラケットを備える、複数のシンセティックジェットアセンブリと、
    前記表面要素の頂上に配設され、前記複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれを、前記表面要素に対して或る角度で配向させるように構成される搭載デバイスとを備え、
    前記複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれによって生成される前記冷却流体の流れは、或る角度で前記表面要素上に衝当する、システム。
12. 前記搭載デバイスは、
    キャビティを画定するハウジングと、
    前記キャビティを少なくとも２つの列に分割するため、前記ハウジング内に配設された少なくとも１つの分割器壁と、
    前記ハウジング及び前記少なくとも１つの分割器壁内に形成された複数のスロットであって、前記複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれの前記搭載ブラケットに嵌着して、前記ハウジング内に前記複数のシンセティックジェットアセンブリを固定するように更に構成される、複数のスロットとを備える、請求項１１記載のシステム。
13. 前記搭載デバイスは、前記表面要素の固着された少なくとも１つのレールを備える、請求項１１記載のシステム。
14. 前記少なくとも１つのレールは、
    前記表面要素の第１の端に配置された第１のレールと、
    前記表面要素の第２の端に配置された第２のレールとを備え、
    前記複数のシンセティックジェットアセンブリの第１の部分は、前記第１のレールに結合され、第１の方向に或る角度で配向し、
    前記複数のシンセティックジェットアセンブリの第２の部分は、前記第２のレールに結合され、第２の方向に或る角度で配向する、請求項１３記載のシステム。
15. 前記少なくとも１つのレールは単一レールを備え、前記複数のシンセティックジェットアセンブリは前記単一レールに結合されて、それぞれが少なくとも１つのシンセティックジェットを含む複数のシンセティックジェットスタックになるようには配列され、前記複数のシンセティックジェットスタックのそれぞれは前記単一レールに結合される、請求項１３記載のシステム。
16. 前記複数のシンセティックジェットアセンブリは、複数のシンセティックジェットスタック又は複数のシンセティックジェットパックの配列を備える、請求項１３記載のシステム。
17. 前記シンセティックジェットスタック又は前記シンセティックジェットパックのそれぞれは、第１の角度で配向した第１のシンセティックジェット及び第１の角度と異なる第２の角度で配向した第２のシンセティックジェットを備える、請求項１６記載のシステム。
18. 前記表面要素は、ベースであって、ベースの上方に延在する複数のフィンを有する、ベースを含むヒートシンクを備え、
    前記ヒートシンクの前記ベースは、前記ベース内に形成された複数のオリフィスを含み、それにより、前記複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれによって生成される前記冷却流体の流れの一部分は、前記開口を通って流れ（ｐａｓｓ）て、前記少なくとも１つの熱発生構成要素に冷却を提供する、請求項１１記載のシステム。
19. 前記少なくとも１つの熱発生構成要素及び前記ヒートシンクと熱的に連通状態になるため、前記少なくとも１つの熱発生構成要素と前記ヒートシンクとの間に配設されたトレイを更に備え、前記開口を通って流れる前記冷却流体の流れの前記一部分は、前記トレイに冷却を提供する、請求項１８記載のシステム。
20. 熱管理システムを製造する方法であって、
    少なくとも１つの熱発生構成要素を有する電気システムを設けること、
    前記少なくとも１つの熱発生構成要素と熱的に連通状態になるように、前記電気システム上に表面要素を搭載することであって、前記表面要素は、前記表面要素からの対流熱伝達を補助するため、前記表面要素から突出する複数の拡張式要素を含む、搭載すること、
    搭載構造を、前記複数の拡張式要素に隣接して前記ヒートシンクに固着すること、及び、
    複数のシンセティックジェットアセンブリを前記搭載構造に結合することであって、それにより、前記複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれが、前記表面要素に対して或る角度で配置される、結合することを含む、方法。
21. 前記複数のシンセティックジェットアセンブリを前記搭載構造に結合することは、前記複数のシンセティックジェットアセンブリを、前記搭載構造のハウジング内に形成された複数のスロットに嵌合させることを含み、前記複数のスロットは、前記複数のシンセティックジェットアセンブリのそれぞれに嵌着して、前記シンセティックジェットアセンブリを前記搭載構造内に固定するように構成される、請求項２０記載の方法。
22. 前記複数のシンセティックジェットアセンブリを前記搭載構造に結合することは、前記複数のシンセティックジェットアセンブリを前記搭載構造の１つ又は複数のレールに固着させることを含む、請求項２０記載の方法。