KR102625364B1 - 중심 고정식 액추에이터를 위한 상단 챔버 공동 - Google Patents

중심 고정식 액추에이터를 위한 상단 챔버 공동 Download PDF

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Abstract

유동 챔버, 냉각 시스템 및 방법이 기술된다. 유동 챔버는 상단벽을 포함하는 상부 챔버, 액추에이터 및 하부 챔버를 포함한다. 액추에이터는 상단벽으로부터 원위에 있다. 하부 챔버는 액추에이터가 작동될 때 상부 챔버로부터 유체를 수용한다. 상단벽은 내부에 적어도 하나의 공동을 포함한다. 냉각 시스템은 유동 챔버를 포함한 냉각 셀을 사용한다. 방법은 유동 챔버를 통해 유체를 지향시키는 주파수에서 액추에이터를 구동하는 단계를 포함한다.

Description

중심 고정식 액추에이터를 위한 상단 챔버 공동{TOP CHAMBER CAVITIES FOR CENTER-PINNED ACTUATORS}
본 발명은 중심 고정식 액추에이터를 위한 상단 챔버 공동에 관한 것이다.
컴퓨팅 장치의 속도 및 컴퓨팅 능력이 증가함에 따라, 컴퓨팅 장치에 의해 생성되는 열도 증가한다. 열 발생을 해결하기 위해 다양한 메커니즘이 제안되었다. 팬과 같은 능동 장치는 랩탑 컴퓨터 또는 데스크탑 컴퓨터와 같은 대형 컴퓨팅 장치를 통해 공기를 구동하는 데 사용될 수 있다. 열 확산기와 같은 수동 냉각 장치는 스마트폰, 가상 현실 장치 및 태블릿 컴퓨터와 같은 더 작은 모바일 컴퓨팅 장치에 사용될 수 있다. 그러나 이러한 능동 및 수동 장치는 스마트폰과 같은 모바일 장치와 랩톱 및 데스크톱 컴퓨터와 같은 더 큰 장치 모두를 적절하게 냉각하지 못할 수 있다. 결과적으로 컴퓨팅 장치를 위한 추가 냉각 해결방안이 필요하다. 또한, 이러한 냉각 시스템은 모바일 장치 및 다른 장치에 대한 원하는 냉각을 더 잘 제공하기 위해 최적화되도록 요구될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예가 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 개시되어 있다.
도 1a 내지 도 1f는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 2는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 3은 중심 고정식 액추에이터를 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예에 대한 배압 대 유동을 도시한다.
도 4a 내지 도 4b는 중심 고정식 액추에이터 및 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예의 거동을 도시하는 그래프이다.
도 5는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 6a 내지 도 6b는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 7a 내지 도 7b는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 8은 액추에이터 및 상단 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 9는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 10a 내지 도 10b는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 11a 내지 도 11c는 타일에 형성된 능동 냉각 시스템의 실시예를 도시한다.
도 12는 유동 챔버를 통해 유동을 구동하기 위한 방법의 실시예를 도시하는 흐름도이다.
본 발명은 공정; 장치; 시스템; 물질의 조성; 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품; 및/또는 프로세서, 예컨대 프로세서에 연결된 메모리에 저장되고 및/또는 메모리에 의해 제공되는 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하는 수많은 방식으로 구현될 수 있다. 본원에서, 이러한 구현 또는 본 발명이 취할 수 있는 임의의 다른 형태는 기술로 지칭될 수 있다. 일반적으로, 개시된 공정의 단계의 순서는 본 발명의 범위 내에서 변경될 수 있다. 특별한 언급이 없는 한, 프로세서나 메모리와 같은 작업을 수행하도록 구성되는 구성요소는 주어진 시간에 작업을 수행하도록 일시적으로 구성되는 일반 구성요소 또는 작업을 수행하도록 제조된 특정 구성요소로서 구현될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, '프로세서'라는 용어는 컴퓨터 프로그램 명령과 같은 데이터를 처리하도록 구성된 적어도 하나의 장치, 회로, 및/또는 처리 코어를 지칭한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예에 대한 상세한 설명이 본 발명의 원리를 예시하는 첨부 도면과 함께 아래에 제공된다. 본 발명은 이러한 실시예와 관련하여 설명되지만, 본 발명은 임의의 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해서만 제한되며 본 발명은 수많은 대안, 수정 및 등가물을 포함한다. 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 하기 설명에 기재되어 있다. 이러한 세부사항은 예시의 목적으로 제공되며 본 발명은 이러한 특정 세부사항의 일부 또는 전부 없이 청구범위에 따라 실시될 수 있다. 명확성을 위해,, 본 발명과 관련된 기술 분야에서 알려진 기술 자료는 본 발명이 불필요하게 불명료해지는 일이 없도록 상세히 설명하지 않았다.
반도체 장치가 점점 더 강력해짐에 따라 동작 중에 발생하는 열도 증가한다. 예컨대, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 및 가상 현실 장치와 같은 모바일 장치용 프로세서는 높은 클럭 속도로 작동할 수 있지만 상당한 양의 열을 발생한다. 생성되는 열의 양으로 인해, 프로세서는 비교적 짧은 시간 동안만 최대 속도로 실행될 수 있다. 이 시간이 만료된 후에, 조절(예: 프로세서의 클럭 속도 저하)이 발생한다. 조절은 열 발생을 줄일 수 있지만, 프로세서 속도에 부정적인 영향을 미치므로 프로세서를 사용하는 장치의 성능에도 영향을 미친다. 기술이 5G 이상으로 이동함에 따라 이 문제는 더욱 악화될 것으로 예상된다.
랩탑 또는 데스크탑 컴퓨터와 같은 더 큰 장치는 회전하는 블레이드를 갖는 전기 팬을 포함한다. 팬은 내부 구성요소의 온도 상승에 따라 에너지화될 수 있다. 팬은 더 큰 장치를 통해 공기를 구동하여 내부 구성요소를 냉각시킨다. 그러나 이러한 팬은 일반적으로 스마트폰과 같은 모바일 장치나 태블릿 컴퓨터와 같은 얇은 장치에 비해 너무 크다. 팬은 또한 구성요소의 표면에 존재하는 공기의 경계층으로 인해 제한된 효율성을 가질 수 있으며, 냉각하려는 뜨거운 표면을 가로질러 공기 유동에 제한된 속도를 제공하고 과도한 양의 소음을 생성할 수 있다. 수동 냉각 해결방안은 열 교환기로 열을 전달하기 위해 열 확산기(heat spreader) 및 열 파이프 또는 증기 챔버와 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 열 확산기는 열점의 온도 상승을 어느 정도 완화하지만, 현재 및 미래의 장치에서 생성되는 열의 양은 적절하게 처리되지 않을 수 있다. 유사하게, 열 파이프 또는 증기 챔버는 발생된 과도한 열을 제거하기에 불충분한 열 전달량을 제공할 수 있다. 따라서, 더 작은 모바일 장치는 물론 더 큰 장치와 함께 사용할 수 있는 추가 냉각 해결방안이 필요하다.
냉각 시스템과 관련하여 설명되었지만, 본원에 기술된 기술 및/또는 장치는 다른 적용에서 사용될 수 있다. 예컨대, 액추에이터는 다른 장치에 사용될 수 있고 및/또는 냉각 시스템은 다른 목적으로 사용될 수 있다. 장치는 또한 중심 영역 또는 에지에서 지지 구조체에 결합된 액추에이터(즉, 냉각 요소)와 관련하여 기술된다. 다른 실시예에서, 액추에이터는 다른 방식으로 지지 구조체에 결합(예: 고정)될 수 있다. 예컨대, 액추에이터는 액추에이터의 에지를 따라 지지 구조체에 부착될 수 있다.
냉각 시스템에 사용될 수 있는 유동 챔버가 기술된다. 유동 챔버는 상단벽을 포함하는 상단 챔버, 액추에이터 및 바닥 챔버를 포함한다. 액추에이터는 상단벽으로부터 원위에 있다. 바닥 챔버는 액추에이터가 작동될 때 상단 챔버로부터 유체를 수용한다. 상단벽은 내부에 적어도 하나의 공동을 포함한다.
일부 실시예에서, 유동 챔버는 지지 구조체를 포함한다. 액추에이터는 중심 영역과 주변부를 포함한다. 액추에이터는 중심 영역의 지지 구조체에 의해 지지된다. 액추에이터 주변부의 적어도 일부는 고정되지 않는다. 액추에이터는 상단 챔버로부터 바닥 챔버로 유체를 구동하도록 작동될 때 진동 운동을 겪도록 구성된다. 일부 실시예에서, 액추에이터는 고정 영역 및 캔틸레버식 암을 포함한다. 고정 영역은 지지 구조체에 의해 고정된다. 캔틸레버식 암은 고정 영역으로부터 외측으로 연장되고 단차 영역, 적어도 하나의 연장 영역, 및 외부 영역을 포함할 수 있다. 단차 영역은 고정 영역으로부터 외측으로 연장되고 단차 두께를 갖는다. 연장 영역(들)은 단차 영역으로부터 외측으로 연장되고 단차 두께보다 작은 연장 두께(들)를 갖는다. 외부 영역은 연장 영역(들)으로부터 외측으로 연장되고 연장 두께(들)보다 큰 외부 두께를 갖는다.
일부 실시예에서, 상단벽은 내부에 적어도 하나의 통기구를 포함한다. 액추에이터는 상단벽과 바닥 챔버 사이에 있다. 일부 실시예에서, 유동 챔버의 상단 챔버는 4로 나눈 파장과 홀수 정수를 곱한 값에 대응하는 길이를 갖는다. 파장은 진동 운동의 주파수에 대한 음향 파장이다. 진동 운동의 주파수는 액추에이터에 대한 구조적 공진 및 파장을 갖는 상단 챔버에 대한 음향 공진에 대응한다. 일부 실시예에서, 유동 챔버는 또한 내부에 적어도 하나의 오리피스를 갖는 오리피스 플레이트를 포함한다. 오리피스 플레이트는 바닥 챔버의 바닥벽을 형성한다. 액추에이터는 적어도 하나의 오리피스를 통해 유체를 구동하도록 작동된다. 일부 실시예에서, 공동 또는 공동들은 액추에이터의 자유 부분의 길이에 0.25 내지 2/3를 곱한 길이를 갖는다. 일부 실시예에서, 공동의 폭은 50 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이다. 일부 실시예에서, 공동은 상단 챔버의 높이에 0.25 내지 1을 곱한 깊이(예: 50 마이크로미터 내지 500 마이크로미터)를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 냉각 시스템이 기술된다. 냉각 시스템은 냉각 셀들을 포함하며, 각각의 셀은 유동 챔버를 포함한다. 따라서, 각각의 냉각 셀은 상단 챔버, 냉각 요소 및 바닥 챔버를 포함한다. 상단 챔버는 상단벽을 포함한다. 냉각 요소는 상단벽으로부터 원위에 있다. 바닥 챔버는 냉각 요소가 작동될 때 상단 챔버로부터 유체를 수용한다. 더욱이, 상단벽은 내부에 적어도 하나의 공동을 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 냉각 셀들 각각은 지지 구조체를 더 포함한다. 그러한 실시예에서, 냉각 요소는 중심 영역 및 주변부를 포함한다. 또한 냉각 요소는 중심 영역에서 지지 구조체에 의해 지지된다. 주변부의 적어도 일부가 고정되지 않는다. 냉각 요소는 상단 챔버로부터 바닥 챔버로 유체를 구동하도록 작동될 때 진동 운동을 겪도록 구성된다. 일부 실시예에서, 액추에이터는 고정 영역 및 캔틸레버식 암을 포함한다. 고정 영역은 지지 구조체에 의해 고정된다. 캔틸레버식 암은 고정 영역으로부터 외측으로 연장되고 단차 영역, 적어도 하나의 연장 영역, 및 외부 영역을 포함할 수 있다. 단차 영역은 고정 영역으로부터 외측으로 연장되고 단차 두께를 갖는다. 연장 영역(들)은 단차 영역으로부터 외측으로 연장되고 단차 두께보다 작은 연장 두께(들)를 갖는다. 외부 영역은 연장 영역(들)으로부터 외측으로 연장되고 연장 두께(들)보다 큰 외부 두께를 갖는다.
일부 실시예에서, 상단벽은 내부에 적어도 하나의 통기구를 포함한다. 그러한 실시예에서, 냉각 요소는 상단벽과 바닥 챔버 사이에 있다. 또한, 상단 챔버는 4로 나눈 파장과 홀수 정수를 곱한 값에 대응하는 길이를 가질 수 있다. 파장은 진동 운동의 주파수에 대한 음향 파장이다. 진동 운동의 주파수는 냉각 요소에 대한 구조적 공진 및 파장을 갖는 상단 챔버에 대한 음향 공진에 대응한다. 일부 실시예에서, 각각의 냉각 셀은 내부에 오리피스(들)를 갖는 오리피스 플레이트를 포함한다. 오리피스 플레이트는 바닥 챔버의 바닥벽을 형성할 수 있다. 냉각 요소는 오리피스를 통해 유체를 구동하도록 작동된다. 일부 실시예에서, 공동/공동들은 액추에이터의 자유 부분의 길이에 0.25(1/4) 내지 2/3를 곱한 길이를 갖는다. 일부 실시예에서, 공동의 폭은 챔버의 폭의 50% 내지 100%이다. 일부 실시예에서, 공동은 상단 챔버의 높이에 0.25 내지 1을 곱한 깊이(예: 50 마이크로미터 내지 500 마이크로미터)를 가질 수 있다.
발열 구조체의 냉각 방법이 기술된다. 이 방법은 주파수에서 진동 운동을 유도하기 위해 냉각 요소를 구동하는 단계를 포함한다. 냉각 요소는 상단 챔버, 바닥 챔버 및 냉각 요소를 포함하는 챔버를 통해 유체를 지향시키도록 구동될 때 진동 운동을 겪도록 구성된다. 상단 챔버는 상단벽을 포함한다. 냉각 요소는 상단벽으로부터 원위에 있다. 바닥 챔버는 냉각 요소가 작동될 때 상단 챔버로부터 유체를 수용한다. 상단벽은 내부에 적어도 하나의 공동을 포함한다. 일부 실시예에서, 냉각 요소는 중심 영역 및 주변부를 포함한다. 냉각 요소는 중심 영역의 지지 구조체에 의해 지지된다. 주변부의 적어도 일부가 고정되지 않는다. 냉각 요소는 상단 챔버로부터 바닥 챔버로 유체를 구동하도록 작동될 때 진동 운동을 겪도록 구성된다. 상단벽은 내부에 통기구(들)를 포함한다. 액추에이터는 상단벽과 바닥 챔버 사이에 있다. 일부 실시예에서, 공동/공동들은 냉각 요소의 주변부에 근위에 있다. 일부 실시예에서, 공동/공동들은 액추에이터의 자유 부분의 길이에 0.25(1/4) 내지 2/3를 곱한 길이를 갖는다. 일부 실시예에서, 공동의 폭은 챔버의 폭의 50% 내지 100% 이다. 일부 실시예에서, 공동은 상단 챔버의 높이에 0.25 내지 1을 곱한 깊이(예: 50 마이크로미터 내지 500 마이크로미터)를 가질 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 발열 구조체(102)와 함께 사용 가능하고 중심 고정식 액추에이터(120)를 포함하는 능동 냉각 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시하는 도면이다. 냉각 시스템에 사용될 때, 냉각 요소로 지칭될 수도 있다. 따라서, 액추에이터(120)는 또한 본원에서 액추에이터(120)로 지칭될 수 있다. 명료함을 위해, 특정 구성요소만이 도시된다. 도 1a 내지 도 1f는 축척이 아니다. 대칭으로 도시되어 있지만, 냉각 시스템(100)은 반드시 그럴 필요는 없다.
도 1a 및 도 1b는 냉각 시스템(100)의 단면도 및 평면도를 도시한다. 냉각 시스템(100)은 내부에 통기구(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(또는 냉각 요소)(120), 내부에 오리피스(132)를 갖는 오리피스 플레이트(130), 지지 구조체( 또는 "앵커")(160) 및 챔버(140 및 150)[집합적으로 내부에 형성된 유동 챔버(140/150)]를 포함한다. 유동/챔버(140/150)의 상단벽은 도시된 실시예에서 상단 플레이트(110)의 바닥 표면에 의해 형성된다. 유동 챔버(140/150)의 상단벽은 내부에 공동(170)을 갖는다. 따라서, 유동 챔버(140/150)는 상단 플레이트(110)와 오리피스 플레이트(130) 사이에 형성되는 것으로 간주될 수 있다. 액추에이터(120)는 앵커(160)에 의해 중심 영역에서 지지된다. 도 1b에서, 액추에이터(120)는 파선으로 도시되고 앵커(160)는 점선/파선으로 도시된다. 단순화를 위해, 오리피스(132)는 도 1b에 도시되어 있지 않다. 액추에이터의 주변부[예: 팁(121)]의 일부에 더 가깝고 이를 포함하는 액추에이터(120)의 영역은 작동될 때 진동한다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 팁(121)은 앵커(160)로부터 가장 먼 주변부의 일부를 포함하고 액추에이터(120)의 작동 중에 가장 큰 편향을 겪는다. 명확성을 위해, 액추에이터(120)의 하나의 팁(121)만 도 1a에 라벨링되어 있다.
도 1a 및 도 1b는 중립 위치에 있는 냉각 시스템(100)을 도시한다. 따라서, 액추에이터(120)는 실질적으로 평평한 것으로 도시된다. 동위상 작동의 경우, 액추에이터(120)는 도 1c 및 도 1d에 도시된 위치들 사이에서 진동하도록 구동된다. 이러한 진동 운동은 유체(예: 공기)를 유동 챔버(140/150)를 통해 통기구(112) 내로 그리고 고속 및/또는 유량으로 오리피스(132) 밖으로 끌어당긴다. 예컨대, 유체가 발열 구조체(102)에 충돌하는 속도는 초당 적어도 30미터일 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 액추에이터(120)에 의해 초당 적어도 45미터의 속도로 발열 구조체(102)를 향해 구동된다. 일부 실시예에서, 유체는 적어도 초당 60미터의 속도로 액추에이터(120)에 의해 발열 구조체(102)를 향해 구동된다. 일부 실시예에서는 다른 속도가 가능할 수 있다. 냉각 시스템(100)은 또한 액추에이터(120)의 진동 운동에 의해 오리피스(132)를 통해 유체가 유동 챔버(140/150) 내로 다시 유입되지 않거나 거의 또는 전혀 유입되지 않도록 구성된다.
발열 구조체(102)는 냉각 시스템(100)에 의해 냉각되는 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 발열 구조체(102)는 열을 발생한다. 예컨대, 발열 구조체는 집적 회로일 수 있다. 일부 실시예에서, 발열 구조체(102)는 냉각되는 것이 바람직하지만 자체적으로 열을 발생시키지는 않는다. 발열 구조체(102)는 (예: 열을 발생하는 근처의 물체로부터) 열을 전도할 수 있다. 예컨대, 발열 구조체(102)는 열 확산기 또는 증기 챔버일 수 있다. 따라서, 발열 구조체(102)는 프로세서와 같은 개별 집적 회로 구성요소들, 다른 집적 회로(들)를 포함하는 반도체 구성요소(들) 및/또는 칩 패키지(들); 센서(들); 광학 장치(들); 적어도 하나의 배터리들; 컴퓨팅 장치와 같은 전자 장치의 다른 구성요소(들); 열 확산기; 열 파이프; 다른 전자 구성요소(들) 및/또는 냉각되기를 원하는 기타 장치(들)를 포함할 수 있다.
냉각 시스템(100)이 사용되기를 원하는 장치는 또한 냉각 시스템을 배치하기 위한 제한된 공간을 가질 수 있다. 예컨대, 냉각 시스템(100)은 컴퓨팅 장치에 사용될 수 있다. 이러한 컴퓨팅 장치에는 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿, 투인원 랩톱(two-in-one laptop), 휴대용 게임 시스템, 디지털 카메라, 가상 현실 헤드셋, 증강 현실 헤드셋, 혼합 현실 헤드셋 및 얇은 기타 장치가 포함될 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 냉각 시스템(100)은 모바일 컴퓨팅 장치 및/또는 적어도 1차원에서 제한된 공간을 갖는 다른 장치 내에 상주할 수 있는 마이크로-전자기계 시스템(MEMS;micro-electro-mechanical system)의 냉각 시스템일 수 있다. 예컨대, 냉각 시스템(100)의 전체 높이[발열 구조체(102)의 상단으로부터 상단 플레이트(110)의 상단까지]는 2 밀리미터 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 시스템(100)의 전체 높이는 1.5 밀리미터이다. 일부 실시예에서, 전체 높이는 250 마이크로미터를 초과하지 않는다. 일부 실시예에서, 이 전체 높이는 1.1 밀리미터이다. 일부 실시예에서, 전체 높이는 1 밀리미터를 초과하지 않는다. 유사하게, (도 1c에 도시된) 오리피스 플레이트(130)의 바닥과 발열 구조체(102)의 상단 사이의 거리(y)는 작을 수 있다. 일부 실시예에서, y는 200 마이크로미터 내지 1 밀리미터이다. 일부 실시예에서, y는 200 마이크로미터 내지 300 마이크로미터이다. 따라서, 일부 실시예에서, 발열 구조체(102)에 가장 가까운 오리피스 플레이트(130)의 표면과 발열 구조체(102)로부터 가장 먼 상단 플레이트(110)의 표면 사이의 거리는 700 마이크로미터 이하이다. 따라서, 냉각 시스템(100)은 컴퓨팅 장치 및/또는 적어도 1차원에서 제한된 공간을 갖는 다른 장치에서 사용 가능하다. 그러나, 공간에 대한 제한이 더 적은 장치 및/또는 냉각 이외의 목적을 위한 냉각 시스템(100)의 사용을 방해하는 것은 없다. 하나의 냉각 시스템(100)이 도시되어 있지만(예: 하나의 냉각 셀), 다중 냉각 시스템(100)이 발열 구조체(102)와 관련하여 사용될 수 있다. 예컨대, 냉각 셀의 1차원 또는 2차원 어레이가 사용될 수 있다.
냉각 시스템(100)은 발열 구조체(102)를 냉각하는 데 사용되는 유체와 연통한다. 유체는 기체 또는 액체일 수 있다. 예컨대, 유체는 공기일 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 냉각 시스템(100)이 상주하는 장치 외부로부터의 유체를 포함한다(예: 장치의 외부 통기구를 통해 제공됨). 일부 실시예에서, 유체는 냉각 시스템이 (예: 봉입된 장치에) 있는 장치 내에서 순환한다.
액추에이터(120)는 능동 냉각 시스템(100)[예: 유동 챔버(140/150)]의 내부를 상단(또는 상부) 챔버(140)와 바닥(또는 하부) 챔버(150)로 나누는 것으로 간주될 수 있다. 상단 챔버(140)는 액추에이터(120), 측부 및 상단 플레이트(110)에 의해 형성된다. 바닥 챔버(150)는 오리피스 플레이트(130), 측부, 액추에이터(120) 및 앵커(160)에 의해 형성된다. 상단 챔버(140) 및 바닥 챔버(150)는 액추에이터(120)의 주변부에서 연결되고 함께 유동 챔버(140/150)[예: 냉각 시스템(100)의 내부 챔버]를 형성한다.
상단 챔버(140)의 크기 및 구성은 셀[냉각 시스템(100)] 치수, 액추에이터(120) 운동 및 작동 주파수의 함수일 수 있다. 상단 챔버(140)는 높이(h1)를 갖는다. 상단 챔버(140)의 높이는 원하는 유량 및/또는 속도로 오리피스(132)를 통해 바닥 챔버(150)로 유체를 구동하기에 충분한 압력을 제공하도록 선택될 수 있다. 상단 챔버(140)는 또한 작동될 때 액추에이터(120)가 상단 플레이트(110)와 접촉하지 않을 정도로 충분히 높다. 일부 실시예에서, 상단 챔버(140)의 높이는 50 마이크로미터 내지 500 마이크로미터이다. 일부 실시예에서, 상단 챔버(140)는 200 마이크로미터 내지 300 마이크로미터의 높이를 갖는다.
상단 플레이트(110)도 내부에 공동(170)을 포함한다. 도 1b에서, 공동(170)은 점선으로 도시된다. 특정 형상(즉, 직사각형)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 공동(170)은 삼각형, 타원형, 원형 및/또는 다이아몬드 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 형상을 가질 수 있다. 공동(170)이 대칭이고 동일한 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, 공동(170)은 상이한 형상을 가질 수 있고 및/또는 비대칭일 수 있다. 유동 챔버(140/150)의 외부 에지에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 공동(170)은 다른 곳에 위치할 수 있다. 공동(170)의 치수는 또한 변할 수 있다. 공동(170)은 50 마이크로미터 내지 400 마이크로미터의 높이(u)[예: 일부 실시예에서, 상단 챔버(140)의 높이(h1)의 25% 내지 상단 챔버 높이의 100%]를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 공동(170)은 200 마이크로미터 이하(예: 일부 실시예에서 상단 챔버 높이의 50% 이하)의 높이를 가질 수 있다. 공동(170)의 길이(v1)는 500 마이크로미터 내지 2.5 밀리미터[예: 일부 실시예에서 액추에이터(120)의 자유 부분 길이의 25% 내지 2/3]일 수 있다. 예컨대, 액추에이터(120)의 자유 부분은 3밀리미터(예: 1밀리미터 내지 5밀리미터)의 길이(L1)를 가질 수 있다. 그러한 실시예에서, 공동(170)은 1밀리미터 내지 2밀리미터의 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 공동(170)은 1.5밀리미터의 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 길이(v1)는 액추에이터(120)의 팁(121)과 상단 챔버(140)의 외벽 사이의 거리(예: 에지 통기구 길이의 2배)에 적어도 2를 곱한 L1의 절반 이하이다. 공동(170)의 폭(v2)은 상단 챔버(140)의 폭(D1)의 적어도 절반이고 상단 챔버의 폭보다 크지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 공동(170)은 6밀리미터 내지 8밀리미터의 폭을 갖는다. 일부 실시예에서, 공동(170)에 대해 다른 형상이 사용될 수 있다. 이러한 일부 실시예에서, 공동의 면적은 위에 표시된 직사각형 공동과 동일한 범위에 있는 것이 바람직할 수 있다. 공동(170)의 존재 때문에, 상단 플레이트(110)는 다양한 두께를 갖는 것으로 보일 수 있고, 상단 챔버(140)(및 유동 챔버(140/150))는 다양한 높이를 갖는 것으로 볼 수 있고, 유동 챔버(140/150)는 내부에 공동(170)을 갖는 상단 표면을 갖는 것으로 볼 수 있다.
상단 플레이트(110)는 유체가 냉각 시스템(100)으로 유입될 수 있는 통기구(112)를 포함한다. 상단 통기구(112)는 챔버(140) 내의 원하는 음압에 기초하여 선택된 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 통기구(112)의 폭(w)은 500마이크로미터 내지 1,000마이크로미터이다. 일부 실시예에서, 통기구(112)의 폭은 250 마이크로미터 내지 2,000 마이크로미터이다. 도시된 실시예에서, 통기구(112)는 상단 플레이트(110)의 중심에 위치한 구멍이다. 다른 실시예에서, 통기구(112)는 다른 곳에 위치할 수 있다. 예컨대, 통기구(112)는 상단 플레이트(110)의 에지들 중 하나에 더 가까울 수 있다. 통기구(112)는 원형, 직사각형 또는 다른 형상의 풋프린트를 가질 수 있다. 단일 통기구(112)가 도시되어 있지만, 여러 개의 통기구가 사용될 수 있다. 예컨대, 통기구는 상단 챔버(140)의 에지를 향해 오프셋되거나 상단 챔버(140)의 측부(들)에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 페이지의 평면 밖으로 오프셋된 다중 통기구가 사용될 수 있다.
바닥 챔버(150)는 높이(h2)를 갖는다. 일부 실시예에서, 바닥 챔버(150)의 높이는 액추에이터(120)의 움직임을 수용하기에 충분하다. 따라서, 액추에이터(120)의 어떤 부분도 정상 작동 동안 오리피스 플레이트(130)와 접촉하지 않는다. 바닥 챔버(150)는 일반적으로 상단 챔버(140)보다 작고 오리피스(132)로의 유체의 역류를 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 바닥 챔버(150)의 높이는 액추에이터(120)의 최대 편향에 5 마이크로미터 내지 10 마이크로미터를 더한 값이다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 편향[예: 팁(121)의 편향]은 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 진폭(z)(도 1d로 도시됨)를 갖는다. 일부 그러한 실시예에서, 액추에이터(120)의 편향 진폭은 10 마이크로미터 내지 60 마이크로미터이다. 그러나, 액추에이터(120)의 편향의 진폭은 냉각 시스템(100)을 통한 원하는 유량 및 냉각 시스템(100)의 구성과 같은 요인에 의존한다. 따라서, 바닥 챔버(150)의 높이는 일반적으로 관통 유량 및 냉각 시스템(100)의 다른 구성요소에 의존한다.
앵커(지지 구조체)(160)는 액추에이터(120)의 중심 부분에서 액추에이터(120)를 지지한다. 따라서, 액추에이터(120) 주변부의 적어도 일부는 고정되지 않고 자유롭게 진동한다. 일부 실시예에서, 앵커(160)는 액추에이터(120)의 중심 축을 따라 연장된다(예: 도 1a 내지 도 1f에서 페이지에 수직). 그러한 실시예에서, 진동하는 액추에이터(120)의 부분[예: 팁(121)을 포함하는]은 캔틸레버식 방식으로 이동한다. 따라서, 액추에이터(120)의 부분들은 나비의 날개와 유사한 방식(즉, 동위상) 및/또는 시소와 유사한 방식(즉, 위상차)으로 이동할 수 있다. 따라서, 캔틸레버 방식으로 진동하는 액추에이터(120)의 부분은 일부 실시예에서는 동위상 진동을, 다른 실시예에서는 위상차 진동을 수행한다. 일부 실시예에서, 앵커(160)는 액추에이터(120)의 축을 따라 연장되지 않는다. 이러한 실시예에서, 액추에이터(120)의 주변부의 모든 부분은 자유롭게 진동한다(예: 해파리와 유사함). 도시된 실시예에서, 앵커(160)는 액추에이터(120)의 바닥으로부터 액추에이터(120)를 지지한다. 다른 실시예에서, 앵커(160)는 다른 방식으로 액추에이터(120)를 지지할 수 있다. 예컨대, 앵커(160)는 상단으로부터 액추에이터(120)를 지지할 수 있다[예: 액추에이터(120)가 앵커(160)에 매달려 있음]. 일부 실시예에서, 앵커(160)의 폭(a)은 0.5밀리미터 내지 4밀리미터이다. 일부 실시예에서, 앵커(160)의 폭은 2밀리미터 내지 2.5밀리미터이다. 앵커(160)는 액추에이터(120)의 10% 내지 50%를 차지할 수 있다.
액추에이터(120)는 발열 구조체(102)로부터 원위에 있는 제1 측부 및 발열 구조체(102)에 근위에 있는 제2 측부를 갖는다. 도 1a 내지 도 1f에 도시된 실시예에서, 액추에이터(120)의 제1 측부는 [오리피스 플레이트(130)로부터 더 멀리 떨어져 있는] 액추에이터(120)의 상단이고 및 제2 측부는 [오리피스 플레이트(130)에 더 가까운] 액추에이터(120)의 바닥이다. 액추에이터(120)는 도 1a 내지 도 1f에 도시된 바와 같이 진동 운동을 겪도록 작동된다. 액추에이터(120)의 진동 운동은 발열 구조체(102)로부터 원위에 있는 액추에이터(120)의 제1 측부로부터 [예: 상단 챔버(140)로부터] 발열 구조체(102)에 근위에 있는 액추에이터(120)의 제2 측부로 [예: 바닥 챔버(150)로] 유체를 구동한다. 달리 말하면, 액추에이터(120)의 작동은 유체를 유동 챔버(140/150)를 통해 상단 챔버(140)로부터 바닥 챔버(150)로 지향시킨다. 액추에이터(120)의 진동 운동은 또한 유체를 통기구(112)를 통해 상단 챔버(140)로 끌어들이고; 상단 챔버(140)로부터 바닥 챔버(150)로 유체를 압송하고; 및 오리피스 플레이트(130)의 오리피스(132)를 통해 바닥 챔버(150)로부터 유체를 구동한다.
액추에이터(120)는 액추에이터(120)가 진동하기를 원하는 주파수에 의존하는 길이(L)를 갖는다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 길이는 4밀리미터 내지 10밀리미터이다. 그러한 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 6밀리미터 내지 8밀리미터의 길이를 갖는다. 액추에이터(120)[예: 도 1a 및 도 1c 내지 도 1f에 도시된 평면에 수직인]의 깊이(D)(도 1b에 도시됨)는 L의 1/4 내지 L의 2배까지 다양할 수 있다. 예컨대, 액추에이터(120)는 길이와 동일한 깊이를 가질 수 있다. 액추에이터(120)의 두께(t)는 액추에이터(120)의 구성 및/또는 액추에이터(120)가 작동되기를 원하는 주파수에 기초하여 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터 두께는 8밀리미터의 길이를 갖고 20kHz 내지 25kHz의 주파수에서 구동되는 액추에이터(120)에 대해 200마이크로미터 내지 350마이크로미터이다. 유동 챔버(140/150)의 길이(C)는 액추에이터(120)의 길이(L)에 가깝다. 예컨대, 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 에지와 유동 챔버(140/150)의 벽 사이의 거리(d)는 100마이크로미터 내지 1000마이크로미터이다. 일부 실시예에서, d는 100 마이크로미터 내지 500 마이크로미터이다. 일부 이러한 실시예에서, d는 적어도 300 마이크로미터이다. 일부 실시예에서, d는 200 마이크로미터 내지 300 마이크로미터이다. 일부 실시예에서, d는 800 마이크로미터 이하이다. 이 거리 d는 에지 통기구라고 할 수 있다.
도시된 실시예에서, 액추에이터(120)는 중심 부분(122)[이하, 고정 영역(122)]에서 중심 축을 따라(도 1a에서 페이지의 평면 외부) 앵커(160)에 의해 지지(제자리에 유지)된다. 따라서, 진동하도록 작동되는 캔틸레버식 암(123)(도 1b에만 표시됨)은 앵커(160)의 우측 및 좌측에 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 자유롭고 작동되는 2개의 부분[예: 캔틸레버식 암(123)]을 갖는 연속 구조체이다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 각각이 앵커(160)에 부착되고 작동되는 별개의 캔틸레버식 부분을 포함한다. 액추에이터(120)의 캔틸레버식 암(123)은 나비의 날개(동위상) 또는 시소(위상차)와 유사한 방식으로 진동하도록 구동될 수 있다.
도 1a 내지 도 1f에는 도시되지 않았지만, 액추에이터(120)는 하나 이상의 압전층(들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 압전은 액추에이터(120)의 캔틸레버 암(123)에만 있거나 또는 그 안에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 압전은 액추에이터(120) 상에 또는 전체에 있을 수 있다. 따라서, 액추에이터(120)는 압전이 액추에이터(120) 안으로 통합된 다층 액추에이터일 수 있다. 예컨대, 액추에이터(120)는 기판 상에 압전 층을 포함할 수 있다. 기판은 스테인리스 스틸, Ni 합금 및/또는 Hastelloy 기판일 수 있다. 일부 실시예에서, 압전 층은 기판 상에 박막으로서 형성된 다중 하위층을 포함한다. 다른 실시예에서, 압전 층은 기판에 부착된 벌크 층일 수 있다. 이러한 압전 액추에이터(120)는 또한 압전을 작동하는데 사용되는 전극을 포함한다. 기판은 일부 실시예에서 전극으로서 기능한다. 다른 실시예에서, 바닥 전극은 기판과 압전층 사이에 제공될 수 있다. 시드(seed), 캡핑(capping), 패시베이션(passivation) 또는 기타 층을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 다른 층들이 압전 액추에이터에 포함될 수 있다. 압전과 관련하여 설명되었지만, 액추에이터(120)를 작동시키기 위한 다른 메커니즘이 이용될 수 있다. 그러한 다른 메커니즘은 액추에이터(120) 상에 (예: 부착 상태로) 있고, 액추에이터(120)에 통합되거나 다른 곳에[예: 앵커(160)] 위치될 수 있다.
도 1b에 도시된 실시예에서, 앵커(160)는 액추에이터(120)의 깊이(D)의 전부가 아니라 대부분 연장된다. 액추에이터(120)의 전체 주변부는 자유이다. 그러나, 앵커(160)는 여전히 액추에이터(120)의 중심 고정식 영역(122)을 제자리에 유지한다. 따라서, 앵커(160)는 캔틸레버식 암(123)이 원하는 대로 진동하기 위해 중심 축의 전체 길이를 연장할 필요가 없다. 일부 실시예에서, 앵커(160)는 중심축을 따라 액추에이터(120)의 주변부까지 연장된다. 이러한 일부 실시예에서, 앵커(160)는 적어도 D의 깊이를 갖는다.
액추에이터(120)가 직사각형으로 도시되어 있지만, 액추에이터는 다른 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 에지는 둥글게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 전체 캔틸레버식 암(123)은 둥글게 될 수 있다. 다른 형상도 가능하다. 예컨대, 일부 실시예에서 앵커는 액추에이터의 중심 근처 영역으로 제한될 수 있다. 그러한 일부 실시예에서, 액추에이터는 앵커 주위에서 대칭일 수 있다. 예컨대, 앵커(160) 및 액추에이터(120)는 원형 풋프린트를 가질 수 있다. 이러한 액추에이터는 해파리와 유사한 방식으로 또는 우산의 개폐와 유사한 방식으로 진동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 액추에이터의 전체 주변부는 동위상으로 진동한다(예: 모두 함께 위 또는 아래로 움직인다). 다른 실시예에서, 그러한 액추에이터의 주변부의 일부는 위상차로 진동한다.
액추에이터(120)는 상단 챔버(140) 내의 유체의 압력파의 음향 공진을 위한 공진 주파수와 액추에이터(120)의 구조적 공진을 위한 공진 주파수 모두에 있거나 그 근처에 있는 주파수에서 구동될 수 있다. 진동 운동을 겪는 액추에이터(120)의 부분[예: 길이(L-a)/2를 갖는 각각의 캔틸레버식 암(123)]은 액추에이터(120)의 공진("구조적 공진")에서 또는 그 근처에서 구동된다. 진동을 겪는 액추에이터(120)의 부분은 일부 실시예에서 캔틸레버식 섹션일 수 있다. 구조적 공진을 위한 진동의 주파수는 구조적 공진 주파수로 지칭된다. 액추에이터(120)를 구동할 때 구조적 공진 주파수를 사용하면, 냉각 시스템(100)의 전력 소비가 감소한다. 액추에이터(120) 및 상단 챔버(140)는 또한 이러한 구조적 공진 주파수가 상단 챔버(140)를 통해 구동되는 유체의 압력파의 공진[상단 챔버(140)의 음향 공진]에 대응하도록 구성될 수 있다. 이러한 압력파의 주파수를 음향 공진 주파수라고 한다. 음향 공진에서, 압력의 노드(node)는 통기구(112) 근처에서 발생하고 압력의 반대 노드(antinode)는 냉각 시스템(100)의 주변부 근처[예: 액추에이터(120)의 팁(121) 근처 및 상단 챔버(140)와 바닥 챔버(150) 사이의 연결부 근처]에서 발생한다. 이 두 영역들 사이의 거리는 C/2이다. 따라서 C/2 = nλ/4이고, 여기서 λ는 유체의 음향 파장이고 n은 홀수이다(예: n = 1, 3, 5 등). 최하위 모드의 경우 C = λ/2이다. 챔버(140)(예: C)의 길이가 액추에이터(120)의 길이에 가깝기 때문에, 일부 실시예에서 L/2 = nλ/4인 것도 대략 사실이며, 여기서 λ는 유체에 대한 음향 파장이고 n은 홀수이다. 따라서, 액추에이터(120)가 구동되는 주파수(ν)는 액추에이터(120)에 대한 구조적 공진 주파수 또는 그 근처에 있다. 주파수(ν)는 또한 적어도 상단 챔버(140)에 대한 음향 공진 주파수 또는 그 근처에 있다. 상단 챔버(140)의 음향 주파수는 일반적으로 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수보다 온도 및 크기와 같은 파라미터에 따라 덜 극적으로 변한다. 결과적으로, 일부 실시예에서 액추에이터(120)는 음향 공진 주파수보다 구조적 공진 주파수(또는 그에 가깝게)에서 구동될 수 있다.
오리피스 플레이트(130)는 내부에 오리피스(132)를 갖는다. 오리피스(132)의 특정 수 및 분포가 도시되어 있지만, 다른 수 및/또는 다른 분포가 사용될 수 있다. 단일 오리피스 플레이트(130)는 단일 냉각 시스템(100)에 사용된다. 다른 실시예에서, 다중 냉각 시스템(100)은 오리피스 플레이트를 공유할 수 있다. 예컨대, 다중 셀(100)이 원하는 구성으로 함께 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 셀(100)은 동일한 크기 및 구성 또는 상이한 크기(들) 및/또는 구성(들)일 수 있다. 오리피스(132)는 발열 구조체(102)의 표면에 법선으로 배향된 축을 갖는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 오리피스(132)의 축은 다른 각도에 있을 수 있다. 예컨대, 축의 각도는 실질적으로 0도 및 0이 아닌 예각으로부터 선택될 수 있다. 오리피스(132)는 또한 오리피스 플레이트(130)의 표면에 대한 법선에 실질적으로 평행한 측벽을 갖는다. 일부 실시예에서, 오리피스는 오리피스 플레이트(130)의 표면에 대한 법선에 대해 0이 아닌 각도로 측벽을 가질 수 있다. 예컨대, 오리피스(132)는 원추형일 수 있다. 또한, 오리피스 플레이트(130)는 일부 실시예에서 실질적으로 평평하게 도시되지만, 바닥 챔버(150)의 구성 및/또는 오리피스 플레이트(130) 및 발열 구조체(102) 사이의 영역을 수정하기 위해 트렌치 및/또는 다른 구조체가 오리피스 플레이트(130)에 제공될 수 있다.
오리피스(132)의 크기, 분포 및 위치는 발열 구조체(102)의 표면으로 구동되는 유체의 유량을 제어하도록 선택된다. 오리피스(132)의 위치 및 구성은 바닥 챔버(150)로부터 오리피스(132)를 통해 제트 채널[오리피스 플레이트(130)의 바닥과 발열 구조체(102)의 상단 사이의 영역]로 유체 유동을 증가/최대화하도록 구성될 수 있다. 오리피스(132)의 위치 및 구성은 또한 제트 채널로부터 오리피스(132)를 통해 흡입 유동(예: 역류)을 감소/최소화하도록 선택될 수 있다. 예컨대, 오리피스의 위치는 오리피스(132)를 통해 바닥 챔버(150) 내로 유체를 끌어당기는 액추에이터(120)[팁(121)이 오리피스 플레이트(13)로부터 멀어지게 이동함]의 상향 행정에서의 흡입이 감소되도록 팁(121)으로부터 충분히 멀리 있는 것이 바람직하다. 오리피스의 위치는 또한 액추에이터(120)의 상향 행정에서의 흡입이 상단 챔버(140)로부터의 더 높은 압력이 상단 챔버(140)로부터 바닥 챔버(150)로 유체를 밀어내는 것을 허용하도록 팁(121)에 충분히 근접하는 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 상향 행정에서 상단 챔버(140)로부터 바닥 챔버(150)로의 유량 대 제트 채널로부터 오리피스(132)를 통한 제트 채널로부터의 유량의 비율("순 유량비")은 2:1보다 크다. 일부 실시예에서, 순 유량비(net flow ratio)는 적어도 85:15이다. 일부 실시예에서, 순 유량비는 적어도 90:10이다. 원하는 압력, 유량, 흡입 및 순 유량비를 제공하기 위해, 오리피스(132)는 액추에이터(120)의 팁(121)으로부터 적어도 거리(r1)이고 팁(121)으로부터의 거리(r2) 이하인 것이 바람직하다. 일부 실시예에서 r1은 적어도 100 마이크로미터(예: r1 ≥100 ㎛)이고 r2는 1 밀리미터 이하(예: r2 ≤1000 ㎛)이다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)는 액추에이터(120)의 팁(121)으로부터 적어도 200 마이크로미터이다(예: r1 ≥200 ㎛)이다. 일부 그러한 실시예에서, 오리피스(132)는 액추에이터(120)의 팁(121)으로부터 적어도 300 마이크로미터이다(예: r1 ≥300 ㎛)이다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)는 100 마이크로미터 내지 500 마이크로미터의 폭(o)을 갖는다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)는 200 마이크로미터 내지 300 마이크로미터의 폭을 갖는다. 일부 실시예에서, 오리피스 분리(s)는 100 마이크로미터 내지 1 밀리미터이다. 일부 그러한 실시예에서, 오리피스 분리는 400 마이크로미터 내지 600 마이크로미터이다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)는 또한 오리피스 플레이트(130) 영역의 특정 부분을 점유하는 것이 바람직하다. 예컨대, 오리피스(132)는 오리피스(132)를 통한 유체의 원하는 유량을 달성하기 위해 오리피스 플레이트(130)의 풋프린트의 5% 내지 15%를 덮는다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)는 오리피스 플레이트(130)의 풋프린트의 8% 내지 12%를 덮는다.
일부 실시예에서, 냉각 시스템(100)은 굴뚝(미도시) 또는 다른 덕트를 포함한다. 이러한 덕트는 가열된 유체가 발열 구조체(102)로부터 멀리 흐를 수 있는 경로를 제공한다. 일부 실시예에서, 덕트는 유체를 발열 구조체(102)로부터 원위인 상단 플레이트(110)의 측부로 되돌린다. 일부 실시예에서, 덕트는 대신 발열 구조체(102)에 평행한 방향 또는 발열 구조체(102)에 수직이지만 반대 방향(예: 페이지의 하단을 향함)으로 발열 구조체(102)로부터 유체를 멀리 지향시킬 수 있다. 장치 외부의 유체가 냉각 시스템(100)에서 사용되는 장치에 대해서, 덕트는 가열된 유체를 통기구로 보낼 수 있다. 이러한 실시예에서, 추가 유체가 입구 통기구로부터 제공될 수 있다. 장치가 봉입된 실시예에서, 덕트는 통기구(112) 근처이고 발열 구조체(102)로부터 원위인 영역으로 되돌아가는 순환 경로를 제공할 수 있다. 이러한 경로는 유체가 발열 구조체(102)를 냉각시키기 위해 재사용되기 전에 열을 발생시킬 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 덕트는 생략되거나 다른 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 유체는 발열 구조체(102)로부터 열을 운반할 수 있다.
냉각 시스템(100)의 작동은 도 1a 내지 도 1f와 관련하여 기술된다. 특정 압력, 갭 크기 및 유동 타이밍과 관련하여 설명되었지만, 냉각 시스템(100)의 작동은 본원의 설명에 의존하지 않는다. 도 1c 내지 도 1d는 냉각 시스템(100)의 동위상 작동을 도시한다. 도 1c를 참조하면, 액추에이터(120)는 그 팁(121)이 상단 플레이트(110)로부터 멀리 이동하도록 작동되었다. 따라서 도 1c는 액추에이터(120)의 하향 행정의 단부를 도시하는 것으로 간주될 수 있다. 액추에이터(120)의 진동 운동으로 인해, 바닥 챔버(150)를 위한 갭(152)은 크기가 감소되었고 갭(152B)으로 도시된다. 반대로, 상단 챔버(140)를 위한 갭(142)은 크기가 증가되었고 갭(142B)으로 도시된다. 하향 행정 동안, 액추에이터(120)가 중립 위치에 있을 때 주변부에서 더 낮은(예: 최소) 압력이 발생한다. 하향 행정이 계속됨에 따라, 도 1c에 도시된 바와 같이 바닥 챔버(150)의 크기가 감소하고 상단 챔버(140)의 크기가 증가한다. 따라서, 유체는 오리피스(132) 외부로 구동된다. 오리피스(132) 외부로 구동된 유체는 오리피스 플레이트(130)의 표면 및/또는 발열 구조체(102)의 상단 표면에서 또는 이에 거의 수직인 방향으로 이동할 수 있다. 유체는 오리피스(132)로부터 발열 구조체를 향해 고속으로 예컨대 초당 35미터를 초과하는 속도로 구동된다. 일부 실시예에서, 유체는 그 다음 발열 구조체(102)의 표면을 따라 그리고 발열 구조체(102)의 주변부를 향해 이동하며, 여기서 압력은 오리피스(132) 근처보다 낮다. 또한 하향 행정에서, 상단 챔버(140)의 크기가 증가하고 상단 챔버(140)의 낮은 압력이 제공된다. 그 결과, 유체는 통기구(112)를 통해 상단 챔버(140)로 유입된다. 오리피스(132)를 통해, 그리고 발열 구조체(102)의 표면을 따라 통기구(112)로 유체의 운동이 도 1c의 라벨 없는 화살표로 표시된다.
액추에이터(120)는 또한 팁(121)이 발열 구조체(102)로부터 멀어지고 상단 플레이트(110)를 향해 이동하도록 작동된다. 따라서 도 1d는 액추에이터(120)의 상향 행정의 단부를 도시하는 것으로 간주될 수 있다. 액추에이터(120)의 운동으로 인하여, 갭(142)은 크기가 감소되었고 갭(142C)으로 도시되어 있다. 갭(152)은 크기가 증가되었고 갭(152C)으로 도시된다. 상향 행정 동안, 액추에이터(120)가 중립 위치에 있을 때 주변부에서 더 높은 압력이 발생한다. 상향 행정이 계속됨에 따라, 도 1d에 도시된 바와 같이 바닥 챔버(150)의 크기가 증가하고 상단 챔버(140)의 크기가 감소한다. 따라서, 유체는 상단 챔버(140)[예: 유동 챔버(140/150)의 주변부]로부터 바닥 챔버(150)로 구동된다. 따라서, 액추에이터(120)의 팁(121)이 이동할 때, 상단 챔버(140)는 진입 유체를 가속시키고 바닥 챔버(150)를 향하여 구동되게 하는 노즐로서 작용한다. 바닥 챔버(150)로의 유체의 운동은 도 1d에서 라벨없는 화살표로 도시된다. 액추에이터(120) 및 오리피스(132)의 위치 및 구성은 흡입을 감소시키고 따라서 상향 행정 동안 제트 채널[발열 구조체(102)와 오리피스 플레이트(130) 사이]로부터 오리피스(132)로의 유체의 역류를 감소시키도록 선택된다. 따라서, 냉각 시스템(100)은 바닥 챔버(150)로 들어가는 제트 채널로부터의 가열된 유체의 과도한 역류 없이 상단 챔버(140)로부터 바닥 챔버(150)로 유체를 구동할 수 있다.
도 1c와 도 1d에 도시된 위치들 사이에서 운동이 반복된다. 따라서, 액추에이터(120)는 도 1c 내지 도 1d에 표시된 진동 운동을 겪으며, 상단 플레이트(110)의 원위측으로부터 상단 챔버(140)로 유체를 통기구(112)를 통해 끌어당기고; 상단 챔버(140)로부터 바닥 챔버(150)로 유체를 전달하고; 및 오리피스(132)를 통해 발열 구조체(102)를 향해 유체를 가압한다. 위에서 논의된 바와 같이, 액추에이터(120)는 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 진동하도록 구동된다. 또한, 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수는 유동 챔버(140/150)의 음향 공진과 정렬하도록 구성된다. 구조적 공진 주파수 및 음향 공진 주파수는 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예컨대, 액추에이터(120)의 진동 운동은 15kHz 내지 30kHz의 주파수일 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 20kHz 내지 30kHz의 주파수/주파수들에서 진동한다. 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 10% 이내이다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 5% 이내이다. 실시예에서, 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 3% 이내이다. 결과적으로, 효율 및 유량이 개선될 수 있다. 그러나 다른 주파수가 사용될 수 있다.
발열 구조체(102)를 향해 구동되는 유체는 발열 구조체(102)의 상단 표면에 대해 실질적으로 법선(수직)으로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 운동은 발열 구조체(102)의 상단 표면에 대한 법선에 대해 0이 아닌 예각을 가질 수 있다. 어느 경우든, 유체는 발열 구조체(102)에서 유체의 경계층에서 얇아지고 및/또는 구멍을 형성할 수 있다. 결과적으로, 발열 구조체(102)로부터의 열 전달이 개선될 수 있다. 유체는 발열 구조체(102)의 표면을 따라 이동하면서 발열 구조체(102)에서 편향된다. 일부 실시예에서, 유체는 발열 구조체(102)의 상단에 실질적으로 평행한 방향으로 이동한다. 따라서 발열 구조체(102)로부터의 열은 유체에 의해 추출될 수 있다. 유체는 냉각 시스템(100)의 에지에서 오리피스 플레이트(130)와 발열 구조체(102) 사이의 영역을 빠져나갈 수 있다. 냉각 시스템(100)의 에지에 있는 굴뚝 또는 기타 덕트(미도시)는 유체가 발열 구조체로부터 멀리 운반되도록 허용한다. 다른 실시예에서, 가열된 유체는 다른 방식으로 발열 구조체(102)로부터 더 멀리 전달될 수 있다. 유체는 발열 구조체(102)로부터 다른 구조체 또는 주변 환경으로 전달된 열을 교환할 수 있다. 따라서, 상단 플레이트(110)의 원위에서 유체는 상대적으로 냉각 상태를 유지하여 추가적인 열 추출을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 유체가 순환되어 냉각 후에 상단 플레이트(110)의 원위측으로 복귀한다. 다른 실시예에서, 가열된 유체는 액추에이터(120)의 원위에서 새로운 유체로 옮겨지고 대체된다. 그 결과, 발열 구조체(102)가 냉각될 수 있다.
도 1e 내지 도 1f는 액추에이터가 위상차로 구동되는 중심 고정식 액추에이터(120)를 포함하는 능동 냉각 시스템(100)의 실시예를 도시한다. 보다 구체적으로, 앵커(160)의 반대 측부[따라서 앵커(160)에 의해 지지되는 액추에이터(120)의 중심 영역의 반대 측부] 상의 액추에이터(120)의 섹션은 위상차로 진동하도록 구동된다. 일부 실시예에서, 앵커(160)의 반대 측부 상의 액추에이터(120)의 섹션은 180도 또는 그 근처의 위상차로 구동된다. 따라서, 액추에이터(120)의 한 섹션은 상단 플레이트(110)를 향해 진동하는 반면, 액추에이터(120)의 다른 섹션은 오리피스 플레이트(130)/발열 구조체(102)를 향해 진동한다. 오리피스 플레이트(130)를 향한 액추에이터(120)의 섹션의 이동(상향 행정)은 앵커(160)의 측부에서 상단 공동(140) 내의 유체를 바닥 공동(150)으로 구동한다. 오리피스 플레이트(130)를 향한 액추에이터(120)의 섹션의 이동은 오리피스(132)를 통해 발열 구조체(102)를 향해 유체를 구동한다. 따라서, 고속(동위상 작동과 관련하여 기술된 속도)으로 이동하는 유체는 앵커(160)의 반대 측부에 있는 오리피스(132) 밖으로 교대로 구동된다. 유체의 이동은 도 1e 및 도 1f에서 라벨이 없는 화살표로 도시된다.
도 1e와 도 1f에 도시된 위치들 사이의 움직임이 반복된다. 따라서, 액추에이터(120)는 도 1a, 도 1e, 도 1f에 표시된 진동 운동을 겪으며, 액추에이터(120)의 각 측부에 대해 상단 플레이트(110)의 원위측으로부터 상단 챔버(140) 내로 통기구(112)를 통해 유체를 교대로 끌어들이고; 상단 챔버(140)의 각 측부로부터 바닥 챔버(150)의 대응하는 측부로 유체를 전달하고; 및 앵커(160)의 각 측부에 있는 오리피스(132)를 통해 발열 구조체(102)를 향해 유체를 가압한다. 위에서 논의된 바와 같이, 액추에이터(120)는 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 진동하도록 구동된다. 또한, 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수는 유동 챔버(140/150)의 음향 공진과 정렬되도록 구성된다. 구조적 공진 주파수 및 음향 공진 주파수는 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예컨대, 액추에이터(120)의 진동 운동은 동위상 진동에 대해 기술된 주파수일 수 있다. 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 10% 이내이다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 5% 이내이다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 3% 이내이다. 결과적으로, 효율 및 유량이 개선될 수 있다. 그러나 다른 주파수가 사용될 수 있다.
위상차 진동을 위해 발열 구조체(102)를 향해 구동되는 유체는 동위상 작동에 대해 위에서 기술된 것과 유사한 방식으로 발열 구조체(102)의 상단 표면에 대해 실질적으로 법선(수직)으로 이동할 수 있다. 유사하게, 냉각 시스템(100)의 에지에 있는 굴뚝 또는 다른 덕트(도시되지 않음)는 유체가 발열 구조체(102)로부터 멀리 운반되도록 한다. 다른 실시예에서, 가열된 유체는 다른 방식으로 발열 구조체(102)로부터 더 멀리 전달될 수 있다. 유체는 발열 구조체(102)로부터 다른 구조체 또는 주변 환경으로 전달된 열을 교환할 수 있다. 따라서, 상단 플레이트(110)의 원위측에 있는 유체는 상대적으로 냉각 상태를 유지하여 추가적인 열 추출을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 유체가 순환되어 냉각 후에 상단 플레이트(110)의 원위측으로 복귀한다. 다른 실시예에서, 가열된 유체는 액추에이터(120)의 원위측에서 새로운 유체로 운반되고 대체된다. 그 결과, 발열 구조체(102)가 냉각될 수 있다.
동위상 진동 또는 위상차 진동을 위해 작동되는 냉각 시스템(100)을 사용하여, 통기구(112)를 통해 유입되고 오리피스(132)를 통해 구동되는 유체는 발열 구조체(102)로부터 열을 효율적으로 발산할 수 있다. 유체가 충분한 속도(예: 초당 적어도 30미터)로 발열 구조체에 충돌하고 일부 실시예에서 발열 구조체에 실질적으로 법선이며, 발열 구조체에서 유체의 경계층이 얇아지거나 부분적으로 제거될 수 있다. 결과적으로, 발열 구조체(102)와 이동 유체 사이의 열 전달이 개선된다. 발열 구조체가 더 효율적으로 냉각되기 때문에, 대응 집적 회로는 더 높은 속도 및/또는 더 긴 시간 동안 전력으로 실행될 수 있다. 예컨대, 발열 구조체가 고속 프로세서에 대응하는 경우, 이러한 프로세서는 스로틀링(throttling) 전에 더 오랜 시간 동안 실행될 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(100)을 이용하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 또한, 냉각 시스템(100)은 MEMS 장치일 수 있다. 결과적으로, 냉각 시스템(100)은 제한된 공간이 사용 가능한 스마트폰, 기타 휴대폰, 가상 현실 헤드셋, 태블릿, 투인원 컴퓨터, 웨어러블 및 핸드헬드 게임과 같은 소형 및/또는 모바일 장치에 사용하기에 적합할 수 있다. 따라서 이러한 장치의 성능이 개선될 수 있다. 액추에이터(120)는 15kHz 이상의 주파수에서 진동될 수 있기 때문에, 사용자는 액추에이터의 작동과 관련된 어떠한 소음도 듣지 못할 수 있다. 구조적 공진 주파수 및/또는 음향 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 구동되는 경우, 냉각 시스템 작동에 사용되는 전력이 크게 감소할 수 있다. 액추에이터(120)는 진동 동안 상단 플레이트(110) 또는 오리피스 플레이트(130)와 물리적으로 접촉하지 않는다. 따라서, 액추에이터(120)의 공진이 보다 용이하게 유지될 수 있다. 보다 구체적으로, 액추에이터(120)와 다른 구조체 사이의 물리적 접촉은 액추에이터(120)에 대한 공진 조건을 교란한다. 이러한 조건을 교란하면, 액추에이터(120)를 공진에서 벗어나게 구동할 수 있다. 따라서, 액추에이터(120)의 작동을 유지하기 위해 추가 전력이 사용될 필요가 있을 것이다. 또한, 액추에이터(120)에 의해 구동되는 유체의 유동이 감소할 수 있다. 이러한 문제는 위에서 논의한 바와 같이 차압 및 유체 유동을 사용하여 피할 수 있다. 제한된 추가 전력으로 개선된 조용한 냉각의 이점을 얻을 수 있다. 또한, 액추에이터(120)의 위상차 진동은 액추에이터(100)의 질량 중심의 위치가 더 안정적으로 유지되도록 한다. 토크가 액추에이터(120)에 가해지더라도, 질량 중심의 운동으로 인한 힘은 감소되거나 제거된다. 그 결과, 액추에이터(120)의 움직임으로 인한 진동이 감소될 수 있다. 더욱이, 냉각 시스템(100)의 효율은 액추에이터(120)의 2개의 측부에 대해 위상차 진동 운동의 사용을 통해 개선될 수 있다. 결과적으로, 냉각 시스템(100)을 포함하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 또한, 냉각 시스템(100)은 높은 유체 유동 및/또는 속도가 요구되는 다른 적용[예: 발열 구조체(102)이 있거나 없는]에서 사용될 수 있다.
유동 챔버(140/150)의 공동(170)은 냉각 시스템(100)의 작동을 위한 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 상단 챔버(140)의 압력은 액추에이터(120)의 팁의 상향 행정 동안 증가한다. 공동(170)의 존재는 압력 증가를 완화시킨다. 공동(170)은 상단 챔버(140)로부터 바닥 챔버(150)로 유체를 구동하기에 충분한 압력이 발생하도록 구성된다. 이는 도 1d, 도 1e[액추에이터(120)의 우측/상향 행정 부분] 및 도 1f[액추에이터(120)의 좌측/상향 행정 부분]에서 유체의 움직임을 나타내는 화살표로 도시된다. 그러나 압력이 다소 감소했기 때문에 액추에이터(120)의 팁(121)이 상향 행정에서 구동되는 압력은 공동(170)을 포함하지 않는 상단 챔버(예: 도 1a, 도 1c 및 도 1e의 점선에 의해 표시된 일정한 높이를 갖는 상단 챔버)보다 감소되었다. 따라서, 공동(170)을 포함하는 실시예에서, 상향 행정에서 액추에이터(120)를 구동하는 데 필요한 전력이 감소될 수 있다. 따라서, 이전에 논의된 이점에 더하여, 유체 유동 및 속도가 유지되는 동안 액추에이터(120)를 구동하는 데 필요한 전력이 감소될 수 있다.
유사하게, 에지 통기구[액추에이터(120)의 팁(121)과 유동 챔버(140/150)의 외벽 사이의 거리(d)]는 상단 챔버(140)와 바닥 챔버(150)의 압력을 조정하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 더 작은 에지 통기구(낮은 d)는 상단 공동(140)에서 더 높은 압력을 초래하는 반면 더 큰 에지 통기구(높은 d)는 상단 공동(140)에서 더 낮은 압력을 초래한다. 비록 압력이 변화되지만, 이는 에지 통기구 크기의 범위에 걸쳐 유동에서의 제한된 변화일 수 있다. 예컨대, 본원에서 논의된 범위(예: 100 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터, 또는 300 마이크로미터 내지 800 마이크로미터)에서, 압력 액추에이터(120)는 실질적으로 유동을 감소시키지 않으면서 에지 통기구 크기를 증가시키기 위한 감소에 대해 구동된다. 따라서, 구동 액추에이터(120)에 의해 소모되는 전력이 감소될 수 있다. 에지 통기구 크기는 여러 가지 방법으로 조정할 수 있다. 유동 챔버(140/150)는 액추에이터(120)의 길이를 증가시키지 않고 더 길게 만들 수 있고(예: C 증가), 액추에이터(120)는 더 짧게 만들 수 있고(예: L 감소), 및/또는 액추에이터(120) 및 앵커(160)는 더 짧게 만들 수 있다(L 및 a 감소). 유동 챔버(140/150)의 길이를 증가시키면, 액추에이터(120)의 구조적 공진을 변경하지 않고 에지 통기구 크기를 증가시킬 수 있다. 액추에이터(120)의 길이를 감소시키고 앵커(160)의 길이를 감소시키면, 구조적 공진 주파수를 유지하면서 에지 통기구 크기를 증가시킬 수 있다[즉, L 및 a는 액추에이터(120)의 자유 캔틸레버식 부분이 동일한 길이로 유지되도록 감소].
도 2는 중심 고정식 공학적 액추에이터를 포함하는 능동 냉각 시스템(200)의 실시예를 도시한다. 도 2는 축척이 아니다. 단순화를 위해, 냉각 시스템(200)의 일부만이 도시되어 있다. 냉각 시스템(200)은 냉각 시스템(100)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소는 유사한 라벨을 갖는다. 예컨대, 냉각 시스템(200)은 발열 구조체(102)와 유사한 발열 구조체(202)와 함께 사용된다. 냉각 시스템(200)은 통기구(212)를 갖는 상단 플레이트(210), 액추에이터(220), 오리피스(232)를 포함하는 오리피스 플레이트(230), 갭을 갖는 상단 챔버(240), 갭을 갖는 바닥 챔버(250), 유동 챔버(240/250), 앵커(즉, 지지 구조체)(260), 및 공동(270)을 포함하고, 이들은 각각 통기구(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(120), 오리피스(132)를 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 갖는 상단 챔버(140), 갭(152)을 갖는 바닥 챔버(150), 유동 챔버(140/150), 앵커(즉, 지지 구조체)(160) 및 공동(170)과 유사하다. 따라서, 액추에이터(220)는 액추에이터(220) 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(260)에 의해 중심에서 지지된다.
액추에이터(220)는 고정 영역(122) 및 캔틸레버식 암(123)과 유사한 고정 영역(222) 및 캔틸레버식 암(223)을 포함한다. 고정 영역(222)과 캔틸레버식 암(223) 사이의 분리는 점선으로 표시된다. 각 캔틸레버식 암(223)은 팁(221)에서 종료된다. 고정 영역(222)은 앵커(260)에 의해 냉각 시스템(200)에서 지지(예: 제자리에 유지)된다. 캔틸레버식 암(223)은 작동되는 액추에이터(220)에 응답하여 진동 운동을 겪는다.
액추에이터(220)는 또한 각각의 캔틸레버식 암(223)이 단차 영역(224), 연장 영역(226) 및 외부 영역(228)을 포함하기 때문에 공학적 액추에이터로 간주될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 고정 영역(222)은 중심에 위치된다. 단차 영역(224)은 고정 영역(222)으로부터 외측으로(팁(121)을 향해) 연장된다. 연장 영역(226)은 단차 영역(224)으로부터 외측으로 연장된다. 외부 영역(228)은 연장 영역(226)으로부터 외측으로 연장된다. 다른 실시예에서, 고정 영역(222)은 액추에이터의 한 에지에 있을 수 있고 외부 영역(228)은 반대 에지에 있을 수 있다. 그러한 실시예에서, 액추에이터는 에지 고정된다.
연장 영역(226)은 단차 영역(224)의 두께(단차 두께)보다 작고 외부 영역(228)의 두께(외부 두께)보다 작은 두께(연장 두께)를 갖는다. 따라서, 연장 영역(226)은 오목한 것으로 보일 수 있다. 연장 영역(226)은 또한 더 큰 바닥 챔버(250)를 제공하는 것으로 볼 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 영역(228)의 외부 두께는 단차 영역(224)의 단차 두께와 동일하다. 일부 실시예에서, 외부 영역(228)의 외부 두께는 단차 영역(224)의 단차 두께와 상이하다. 따라서, 외부 영역(228)은 다양한 실시예에서 연장 영역(224)보다 두껍거나 연장 영역(224)보다 얇을 수 있다. 외부 영역(228)의 외부 두께 및 단차 영역(224)의 단차 두께는 각각 320 마이크로미터 내지 360 마이크로미터이다. 다른 실시예에서, 다른 두께가 가능하다. 일부 실시예에서, 단차(단차 영역 두께 및 연장 영역 두께의 차이)는 50 마이크로미터 내지 200 마이크로미터이다. 일부 실시예에서, 외부 단차(외부 영역 두께 및 연장 영역 두께의 차이)는 50 마이크로미터 내지 200 마이크로미터이다. 외부 영역(228)은 100 마이크로미터 내지 300 마이크로미터의 폭[단차 영역(226)의 내부 에지로부터 팁(221)까지]을 가질 수 있다. 연장 영역(226)은 일부 실시예에서 0.5 밀리미터 내지 1.5 밀리미터의 길이[단차 영역(224)로부터 외부 영역(228)까지]를 갖는다. 일부 실시예에서, 외부 영역(228)은 연장 영역(226)보다 [고정 영역(222)으로부터 팁(221)을 향하는 방향으로] 단위 길이당 더 큰 질량을 갖는다. 이러한 질량의 차이는 외부 영역(228)의 더 큰 크기/두께, 액추에이터(220)의 부분 및/또는 다른 메커니즘 사이의 밀도 차이에 기인할 수 있다.
냉각 시스템(200)은 냉각 시스템(100)과 유사한 방식으로 작동한다. 따라서 냉각 시스템(200)은 냉각 시스템(100)의 이점을 공유한다. 따라서, 냉각 시스템(200)을 사용하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 냉각 시스템(100)과 관련하여, 공동(270)의 존재는 액추에이터(220)가 각각의 캔틸레버식 암(223)의 상향 행정에 대해 작용하는 압력을 추가로 감소시킬 수 있다. 따라서, 소모되는 전력이 감소될 수 있다.
공학적 액추에이터(220)의 사용은 냉각 시스템(200)의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 연장 영역(226)은 단차 영역(224) 및 외부 영역(228)보다 얇다. 이는 연장 영역(226)에 대응하는 액추에이터(220)의 바닥에 공동을 초래한다. 이 공동의 존재는 냉각 시스템(200)의 효율을 개선하는 것을 보조한다. 도 1a 내지 도 1f와 관련하여 논의된 것과 유사한 방식으로, 캔틸레버식 암(223)은 상향 행정에서 상단 플레이트(210)를 향해 진동하고 하향 행정에서 상단 플레이트(210)로부터 멀어지는 방향으로 진동한다. 캔틸레버식 암(223)은 동위상 또는 위상차로 진동할 수 있다. 캔틸레버식 암(223)이 상단 플레이트(210)를 향해 이동할 때 상단 챔버(240)의 고압 유체는 캔틸레버식 암(223)의 움직임에 저항한다. 그러나 공동(270)의 존재는 캔틸레버식 암(223)의 상향 운동에 대한 저항을 완화한다. 바닥 챔버(250)에서의 흡입은 또한 상향 행정 동안 캔틸레버식 암(223)의 상향 운동에 저항한다. 캔틸레버식 암(223)의 하향 행정에서, 바닥 챔버(250)의 증가된 압력과 상단 챔버(240)의 흡입은 캔틸레버식 암(223)의 하향 운동에 저항한다. 그러나, 연장 영역(226)에 대응하는 캔틸레버식 암(223)의 공동의 존재는 상향 행정 동안 바닥 챔버(250)의 흡입을 완화한다. 연장 영역(226)에 의해 형성된 공동은 또한 하향 행정 동안 바닥 챔버(250)의 압력 증가를 감소시킨다. 유사하게, 공동(270)은 상단 챔버(240)로부터의 흡입을 감소시킬 수 있다. 흡입 및 압력 증가는 상향 행정 및 하향 행정 모두에 대해 크기가 감소되기 때문에, 캔틸레버 암(223)은 캔틸레버 암(123)보다 유체를 통해 더 쉽게 이동할 수 있다. 이는 냉각 시스템(200)을 통한 유체 유동을 구동하기 위해 상단 챔버(240)에서 충분히 높은 압력을 실질적으로 유지하면서 달성될 수 있다. 따라서, 효율이 개선될 수 있다.
더욱이, 외부 영역(228)의 존재는 냉각 시스템(200)을 통해 구동되는 유체를 통해 이동하는 캔틸레버식 암(223)의 능력을 향상시킬 수 있다. 외부 영역(228)은 더 높은 질량 및 따라서 더 높은 운동량을 갖는다. 결과적으로, 외부 영역(228)은 냉각 시스템(200)을 통해 구동되는 유체를 통해 이동하는 캔틸레버식 암(223)의 능력을 향상시킬 수 있다. 캔틸레버식 암(223)의 편향의 크기도 증가될 수 있다. 이러한 이점은 더 두꺼운 단차 영역(224)의 사용을 통해 캔틸레버식 암(223)의 강성을 유지하면서 달성될 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(200)의 효율이 다시 개선될 수 있다.
개선점은 다음과 같이 이해될 수도 있다. Q는 액추에이터(220)의 효율의 척도로 간주될 수 있다. Q의 값은 액추에이터(220)와 주변 유체(즉, 공기와 같은 가스 또는 액체)의 상호작용, 액추에이터(220) 내의 구조적 손실, 액추에이터(220)의 고정에 의해 적어도 부분적으로 결정되고 및/또는 다른 특성(Q)는 δres = Q*δstatic으로 정의되는 것으로 간주할 수 있고, 여기서 δres는 공진시의 편향이고 δstatic은 대응 정적 편향이다. Q 값이 높을수록 공진시의 편향이 더 높고 편향이 더 천천히 감쇠한다(즉, 감쇠가 더 낮음). 공학적 구성으로 인해, 액추에이터(220)는 주변 유체를 통해 더 잘 이동할 수 있다. 결과적으로, 더 높은 정적 편향이 달성될 수 있고, 편향이 공진에서 더 잘 증폭될 수 있고, 액추에이터(220)를 구동하는 데 소모되는 전력이 감소될 수 있고, 편향이 더 천천히 소멸될 수 있다(즉, 감소된 감쇠를 받음). 액추에이터(220)의 Q 및 따라서 냉각 시스템(200)의 효율은 액추에이터(220)의 구성에 의해 개선될 수 있다.
공학적 액추에이터(220)의 사용은 또한 냉각 시스템(200)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 감소된 두께 때문에, 연장 영역(226)은 외부 영역(228) 및 단차 영역(224)보다 덜 강성일 수 있다. 이러한 강성의 감소는 진동 동안 액추에이터(220) 상의 응력을 감소시킨다. 액추에이터(220)는 고장날 가능성이 더 적을 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(200)의 신뢰성이 개선될 수 있다.
따라서, 냉각 시스템(100) 및/또는 냉각 시스템(200)을 사용하면, 다른 구성을 갖는 종래의 냉각 시스템(미도시)뿐만 아니라 공동(170/270)이 없고 및/또는 액추에이터가 액추에이터(220)만큼 공학적이지 않은 냉각 시스템에 비해 성능이 개선될 수 있다. 이는 도 3, 도 4a 및 도 4b에서 더 볼 수 있다.
도 3은 중심 고정식 액추에이터를 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예에 대한 배압 대 유동을 도시하는 그래프(300)이다. 배압은 냉각 시스템을 통한 유동이 0이 되는 압력이다. 곡선(310)은 시스템(100)과 유사하지만 균일한 유동 챔버(공동 없음) 및 균일한 액추에이터[액추에이터(120)와 유사]를 갖는 냉각 시스템에 대한 배압 대 유량을 나타낸다. 곡선(320)은 균일한 유동 챔버[공동(170/270) 없음] 및 공학적 액추에이터[액추에이터(220)와 유사]를 갖는 시스템(200)과 유사한 냉각 시스템에 대한 배압 대 유량을 나타낸다. 곡선(330)은 공동[예: 공동(270)] 및 공학적 액추에이터[액추에이터(200)와 유사]를 갖는 냉각 시스템(200)과 유사한 냉각 시스템에 대한 배압 대 유량을 나타낸다. 도 3으로 표시되는 바와 같이, 유량, 특히 제로 배압에서의 최대 유량은 곡선(310, 320, 330)에 대해 실질적으로 동일하다. 그러나, 유량에 큰 영향을 미치지 않으면서 배압이 감소될 수 있다. 곡선(310 및 320) 사이의 차이는 액추에이터(220)와 같은 공학적 액추에이터의 사용이 유량에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않으면서 배압을 감소시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 곡선(320;공동 없음, 공학적 액추에이터 및 330;공동, 공학적 액추에이터) 사이의 차이에 의해 표시된 바와 같이, 공동(170 및/또는 270)의 존재는 유량에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않으면서 배압을 감소시킬 수 있다. 또한, 공동(170 및/또는 270)의 크기 변화는 배압 감소를 조정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 공동의 면적(예: 길이 및 폭)을 사용하여 배압 감소를 변경할 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(100 및 200)을 작동시키는 데 사용되는 전력뿐만 아니라 배압은 공동(170 및/또는 270)의 존재에 의해 뿐만 아니라 공학적 액추에이터(220)의 사용을 통해 감소될 수 있다. 또한, 배압은 유량에서 적어도 부분적으로 분리될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 능동 냉각 시스템의 실시예의 거동을 나타내는 그래프(400A 및 400B)이다. 도 4a는 액추에이터[예: 액추에이터(120 및/또는 220)]의 진동 주기를 통한 시간에 대한 유동 챔버의 상단 챔버[예: 상단 챔버(140 및/또는 240)] 내의 압력을 도시한다. 도 4b는 액추에이터[예: 액추에이터(120 및/또는 220)]의 진동 주기를 통한 시간에 대한 유동 챔버의 바닥 챔버[예: 바닥 챔버(150 및/또는 250)] 내의 압력을 도시한다.
도 4a에서, 곡선(410A)은 시스템(100)과 유사하지만 균일한 유동 챔버(공동 없음) 및 균일한 액추에이터[액추에이터(120)와 유사]를 갖는 냉각 시스템에 대한 시간에 대한 상단 챔버의 압력을 나타낸다. 곡선(420A)은 시스템(200)과 유사하지만 균일한 유동 챔버[공동(170/270) 없음] 및 공학적 액추에이터[액추에이터(220)와 유사]를 갖는 냉각 시스템에 대한 시간에 대한 상단 챔버의 압력을 나타낸다. 곡선(430A)은 공동[예: 공동(270)] 및 공학적 액추에이터[액추에이터(200)와 유사]를 갖는 냉각 시스템(200)과 유사한 냉각 시스템에 대한 시간에 대한 상단 챔버의 압력을 나타낸다. 따라서, 하나의 주기[예: 액추에이터(120)는 도 1c 및 도 1d에 도시된 위치들 사이에서 또는 도 1e 및 도 1f에 도시된 위치들 사이에서 변화함]이 도시된다. 오리피스 플레이트[예: 액추에이터(220)]에 가장 가까운 표면에 공동을 갖는 공학적 액추에이터의 사용은 액추에이터가 작동하는 상단 챔버의 압력을 크게 변경하지 않는다. 따라서, 곡선(410A 및 420A)은 매우 유사하다. 그러나, 공동[예: 공동(170 및/또는 270)]의 도입은 상단 챔버[예: 상단 챔버(140 및/또는 240)]에서의 압력 변화를 완화한다. 이는 곡선(430A)과 곡선(410A 및 420A) 사이의 차이에 의해 알 수 있다. 공동이 있기 때문에, 액추에이터가 구동되는 압력의 크기가 감소한다. 따라서, 액추에이터는 더 낮은 전력으로 구동될 수 있다.
도 4b에서, 곡선(410B)은 시스템(100)과 유사하지만 균일한 유동 챔버(공동 없음) 및 균일한 액추에이터[액추에이터(120)와 유사]를 갖는 냉각 시스템에 대한 시간 대 바닥 챔버의 압력을 나타낸다. 곡선(420B)은 시스템(200)과 유사하지만 균일한 유동 챔버[공동(170/270) 없음] 및 공학적 액추에이터[액추에이터(220)와 유사]를 갖는 냉각 시스템에 대한 시간 대 바닥 챔버의 압력을 나타낸다. 곡선(430B)은 공동[예: 공동(270)] 및 공학적 액추에이터[액추에이터(200)와 유사]를 갖는 냉각 시스템(200)과 유사한 냉각 시스템에 대한 시간 대 바닥 챔버의 압력을 나타낸다. 따라서, 하나의 주기[예: 액추에이터(120)는 도 1c 및 도 1d에 도시된 위치들 사이에서 또는 도 1e 및 도 1f에 도시된 위치들 사이에서 변화함]이 도시된다. 오리피스 플레이트[예: 액추에이터(220)]에 가장 가까운 표면에 공동을 갖는 공학적 액추에이터의 사용은 액추에이터가 작용하는 바닥 챔버[예: 바닥 챔버(150 및/또는 250)] 내의 압력을 상당히 감소시킨다. 따라서, 압력 크기의 상당한 감소는 곡선(410B 및 420B) 사이에서 볼 수 있다. 그러나 공동[예: 공동(170 및/또는 270)]의 도입은 바닥 챔버의 압력을 크게 변경하지 않는다. 따라서, 곡선(430B)은 곡선(420B)과 매우 유사하다. 연장 영역에 의해 형성된 공동을 갖는 공학적 액추에이터의 사용으로 인해, 액추에이터가 구동되는 압력의 크기가 감소된다. 따라서, 액추에이터는 더 낮은 전력으로 구동될 수 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이, 유동 챔버(들)(140/150 및/또는 240/250)를 통한 유체 유동은 챔버(140, 150, 240 및 240) 내의 압력을 감소시키면서 유지될 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(100 및/또는 200)의 작동 전력을 감소시키면서 높은 유체 유량이 제공될 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(100 및/또는 200)의 성능은 종래의 냉각 시스템에 비해 개선될 뿐만 아니라 또한 공동 및/또는 공학적 액추에이터를 사용하지 않는 냉각 시스템에 대해서도 개선될 수 있다.
도 5는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템(500)의 실시예를 도시한다. 도 5는 축척이 아니다. 단순화를 위해, 냉각 시스템(500)의 일부만 도시되어 있다. 냉각 시스템(500)은 냉각 시스템(들)(100 및/또는 200)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소는 유사한 라벨을 갖는다. 예컨대, 냉각 시스템(500)은 발열 구조체(102)와 유사한 발열 구조체(502)와 함께 사용된다.
냉각 시스템(500)은 통기구(512)를 갖는 상단 플레이트(510), 액추에이터(520), 오리피스(532)를 포함하는 오리피스 플레이트(530), 갭을 갖는 상단 챔버(540), 갭을 갖는 바닥 챔버(550), 유동 챔버(540/550), 앵커(즉, 지지 구조체)(560) 및 공동(570)을 포함하고, 이들은 각각 통기구(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(220), 오리피스(132)를 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 갖는 상단 챔버(140), 갭(152)을 갖는 바닥 챔버(150), 유동 챔버(140/150), 앵커(즉, 지지 구조체)(160) 및 공동(170)과 유사하다. 따라서, 액추에이터(520)는 액추에이터(520) 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(560)에 의해 중심에서 지지된다. 도 5에 라벨링되지 않았지만, 앵커(560)는 액추에이터(520)가 캔틸레버식 암 및 액추에이터(520)와 유사한 중심 고정식 영역을 포함하도록 액추에이터(520)의 축을 따라 연장된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(520)는 액추에이터(220)와 유사한 방식으로 공학적구성될 수 있다. 따라서, 액추에이터(520)는 각각 고정 영역(222), 캔틸레버식 암(223), 단차 영역(224), 연장 영역(226) 및 외부 영역(228)과 유사한 단차 영역, 연장 영역 및 외부 영역을 포함하는 고정 영역 및 캔틸레버식 암일 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(520)의 캔틸레버식 암은 동위상으로 구동된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(520)의 캔틸레버식 암은 위상차로 구동된다. 다른 실시예에서, 앵커(560)는 액추에이터(520)의 중심 부분 근처에만 있다. 냉각 시스템(500)은 냉각 시스템(100 및/또는 200)과 유사한 방식으로 작동한다.
유동 챔버(540/550)는 공동(570)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 공동(570)은 액추에이터(520)의 중심에 더 가깝게 이동되었다. 또한, 공동(570)의 깊이는 액추에이터(520)의 중심 축으로부터의 거리에 따라 변한다. 따라서, 일부 실시예에서 공동은 유동 챔버의 외벽에서 종료되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 공동(570)은 직사각형 이외의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 공동(570)의 위치, 깊이, 형상, 및/또는 다른 특성은 변할 수 있다. 그러나, 공동(570)은 도 3 내지 도 4b와 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 상단 챔버(540)의 압력을 완화하도록 여전히 구성될 수 있다.
따라서 냉각 시스템(500)은 냉각 시스템(들)(100 및/또는 200)의 이점을 공유한다. 따라서, 냉각 시스템(500)을 사용하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 냉각 시스템(들)(100 및/또는 200)과 유사한 방식으로, 공동(570)은 액추에이터(520)가 작용하는 압력을 추가로 감소시킬 수 있다. 따라서 소모되는 전력이 감소될 수 있다. 또한, 액추에이터(220)와 유사한 공학적 액추에이터가 균일한 액추에이터(520) 대신 사용된다면, 시스템(200)의 추가적인 이점이 달성될 수 있다. 따라서, 성능, 신뢰성 및 전력 소모가 개선될 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템(600)의 실시예를 도시한다. 도 6a는 냉각 시스템(600)의 측면도이고, 도 6b는 냉각 시스템(600)의 평면도이다. 도 6a 내지 도 6b는 축척이 아니다. 단순화를 위해, 냉각 시스템(600)의 일부만 도시되어 있다. 냉각 시스템(600)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 및/또는 500)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소는 유사한 라벨을 갖는다. 예컨대, 냉각 시스템(600)은 발열 구조체(102)와 유사한 발열 구조체(602)와 함께 사용된다.
냉각 시스템(600)은 통기구(612)를 갖는 상단 플레이트(610), 액추에이터(620), 오리피스(632)를 포함하는 오리피스 플레이트(630), 갭을 갖는 상단 챔버(640), 갭을 갖는 바닥 챔버(650), 유동 챔버(640/650), 앵커(즉, 지지 구조체)(660) 및 공동(670-1, 670-2 및 670-3)[집합적으로 또는 일반적으로 공동(670)]를 포함하고, 이들은 각각 통기구(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(220), 오리피스(132)를 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 갖는 상단 챔버(140), 갭(152)을 갖는 바닥 챔버(150), 유동 챔버(140/150), 앵커(즉, 지지 구조체)(160), 및 공동(170)과 유사하다. 따라서, 액추에이터(620)는 액추에이터(620) 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(660)에 의해 중심에서 지지된다. 도 6a 내지 도 6b에 라벨링되지 않았지만, 앵커(660)는 액추에이터(620)가 캔틸레버식 암 및 액추에이터(620)와 유사한 중심 고정식 영역을 포함하도록 액추에이터(620)의 축을 따라 연장된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(620)는 액추에이터(220)와 유사한 방식으로 공학적구성될 수 있다. 따라서, 액추에이터(620)는 각각 고정 영역(222), 캔틸레버식 암(223), 단차 영역(224), 연장 영역(226) 및 외부 영역(228)과 유사한 단차 영역, 연장 영역 및 외부 영역을 포함하는 고정 영역 및 캔틸레버식 암일 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(620)의 캔틸레버식 암은 동위상으로 구동된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(620)의 캔틸레버식 암은 위상차로 구동된다. 다른 실시예에서, 앵커(660)는 액추에이터(620)의 중심 부분 근처에만 있다. 냉각 시스템(600)은 냉각 시스템(100, 200 및/또는 500)과 유사한 방식으로 작동한다.
유동 챔버(640/650)는 공동(670)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 공동(670-1, 670-2 및 670-3) 및 공동(670-1, 670-2 및 670-3) 사이의 공간(672)(도 6a 내지 도 6b에서 2개만 라벨링됨)은 공동(170)이 냉각 시스템(100)에서 상단 플레이트(110)를 점유하는 것과 거의 동일한 상단 플레이트(610) 영역을 점유한다. 그러나, 공동(670-1, 670-2 및 670-3) 사이의 공간(672)은 더 두껍다[예: 공동(670-1, 670-2 및 670-3)보다 더 적은 양으로 오목하거나 오목하지 않다]. 공동(670)은 도 3 내지 도 4b와 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 상단 챔버(640)의 압력을 완화하도록 여전히 구성될 수 있다. 또한, 공간(672)은 공동(670)이 도입하는 상단 플레이트(610)의 강성의 감소를 완화할 수 있다. 상단 플레이트(610)가 더 강성일 수 있기 때문에, 액추에이터(610)의 운동으로 인한 진동이 감소될 수 있다.
따라서 냉각 시스템(600)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 및/또는 500)의 이점을 공유한다. 따라서, 냉각 시스템(600)을 사용하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 냉각 시스템(들)(100, 200, 및/또는 500)과 유사한 방식으로, 공동(670)은 액추에이터(620)가 작용하는 압력을 추가로 감소시킬 수 있다. 따라서 소모되는 전력이 감소될 수 있다. 또한, 액추에이터(220)와 유사한 공학적 액추에이터가 균일한 액추에이터(520) 대신 사용된다면, 시스템(200)의 추가적인 이점이 달성될 수 있다. 진동은 또한 상단 플레이트(610)의 강화된 강성 때문에 감소될 수 있다. 따라서, 성능, 신뢰성 및 전력 소비가 개선될 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템(700)의 실시예를 도시한다. 도 7a는 냉각 시스템(700)의 측면도이고, 도 7b는 냉각 시스템(700)의 평면도이다. 도 7a 내지 도 7b는 축척이 아니다. 단순화를 위해, 냉각 시스템(700)의 일부만 도시되어 있다. 냉각 시스템(700)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500 및/또는 600)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소는 유사한 라벨을 갖는다. 예컨대, 냉각 시스템(700)은 발열 구조체(102)와 유사한 발열 구조체(702)와 함께 사용된다.
냉각 시스템(700)은 통기구(712)를 갖는 상단 플레이트(710), 액추에이터(720), 오리피스(732)를 포함하는 오리피스 플레이트(730), 갭을 갖는 상단 챔버(740), 갭을 갖는 바닥 챔버(750), 유동 챔버(740/750), 앵커(즉, 지지 구조체)(760) 및 공동(770)를 포함하고, 이들은 각각 통기구(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(220), 오리피스(132)를 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 갖는 상단 챔버(140), 갭(152)을 갖는 바닥 챔버(150), 유동 챔버(140/150), 앵커(즉, 지지 구조체)(160) 및 공동(170)와 유사하다. 따라서, 액추에이터(720)는 액추에이터(720) 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(760)에 의해 중심에서 지지된다. 도 7에 라벨링되지 않았지만, 앵커(760)는 액추에이터(720)가 캔틸레버식 암 및 액추에이터(720)와 유사한 중심 고정식 영역을 포함하도록 액추에이터(720)의 축을 따라 연장된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(720)는 액추에이터(220)와 유사한 방식으로 공학적구성될 수 있다. 따라서, 액추에이터(720)는 고정 영역(222), 캔틸레버식 암(223), 단차 영역(224), 연장 영역(226) 및 외부 영역(228)과 유사한, 단차 영역, 연장 영역 및 외부 영역을 각각 포함하는 캔틸레버식 암 및 고정 영역일 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(720)의 캔틸레버식 암은 동위상으로 구동된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(720)의 캔틸레버식 암은 위상차로 구동된다. 다른 실시예에서, 앵커(760)는 액추에이터(720)의 중심 부분 근처에만 있다. 냉각 시스템(700)은 냉각 시스템(100, 200, 500, 및/또는 600)과 유사한 방식으로 작동한다.
유동 챔버(740/750)는 공동(770)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 공동(770)은 액추에이터(720)의 중심에 더 가깝게 이동되었다. 따라서, 공동(770)은 일부 실시예에서 유동 챔버의 외벽에서 종료되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 공동(770)은 직사각형 이외의 형상을 가질 수 있다. 또한, 공동(770)의 측벽은 상단 플레이트(710)의 바닥 표면에 수직이 아니다. 따라서, 공동(770)의 위치, 깊이, 형상, 및/또는 다른 특성은 변할 수 있다. 공동(770)은 여전히 도 3 내지 도 4b의 맥락에서 기술된 것과 유사한 방식으로 상단 챔버(740)의 압력을 완화하도록 구성될 수 있다.
따라서 냉각 시스템(700)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 및/또는 600)의 이점을 공유한다. 따라서, 냉각 시스템(700)을 사용하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 및/또는 600)과 유사한 방식으로, 공동(770)은 액추에이터(720)가 작용하는 압력을 추가로 감소시킬 수 있다. 따라서 소모되는 전력이 감소될 수 있다. 또한, 액추에이터(720)와 유사한 공학적 액추에이터가 균일한 액추에이터(520) 대신에 사용된다면, 시스템(200)의 추가적인 이점이 달성될 수 있다. 따라서, 성능, 신뢰성 및 전력 소모가 개선될 수 있다.
도 8은 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템(800)의 실시예를 도시한다. 도 8은 축척이 아니다. 단순화를 위해, 냉각 시스템(800)의 일부만 도시되어 있다. 냉각 시스템(800)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600 및/또는 700)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소는 유사한 라벨을 갖는다. 예컨대, 냉각 시스템(800)은 발열 구조체(102)와 유사한 발열 구조체(802)와 함께 사용된다.
냉각 시스템(800)은 통기구(812)를 갖는 상단 플레이트(810), 액추에이터(820), 오리피스(832)를 포함하는 오리피스 플레이트(830), 갭을 갖는 상단 챔버(840), 갭을 갖는 바닥 챔버(850), 유동 챔버(840/850), 앵커(즉, 지지 구조체)(860) 및 공동(870)을 포함하고, 이들은 각각 통기구(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(220), 오리피스(132)를 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 갖는 상단 챔버(140), 갭(152)을 갖는 바닥 챔버(150), 유동 챔버(140/150), 앵커(즉, 지지 구조체)(160) 및 공동(170)과 유사하다. 따라서, 액추에이터(820)는 액추에이터(820) 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(860)에 의해 중심에서 지지된다. 도 8에 라벨링되지 않았지만, 앵커(860)는 액추에이터(820)가 캔틸레버식 암 및 액추에이터(820)와 유사한 중심 고정식 영역을 포함하도록 액추에이터(820)의 축을 따라 연장된다. 도시된 실시예에서, 액추에이터(820)는 액추에이터(220)와 유사한 방식으로 공학적구성될 수 있다. 따라서, 액추에이터(820)는 고정 영역(222), 캔틸레버식 암(223), 단차 영역(224), 연장 영역(226) 및 외부 영역(228)과 유사한 고정 영역(822), 캔틸레버식 암(823), 단차 영역(824), 연장 영역(826) 및 외부 영역(828)을 각각 포함한다. 일부 실시예에서, 액추에이터(800)는 다른 방식으로 구성될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 액추에이터(820)는 액추에이터(120)와 유사한 단순한 액추에이터일 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(820)의 캔틸레버식 암은 동위상으로 구동된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(820)의 캔틸레버식 암은 위상차로 구동된다. 다른 실시예에서, 앵커(860)는 액추에이터(820)의 중심 부분 근처에만 있다. 냉각 시스템(800)은 냉각 시스템(100, 200, 500, 600, 및/또는 700)과 유사한 방식으로 작동한다.
액추에이터(820)는 또한 팁(821) 근처에 리세스 영역(880)을 포함한다. 리세스 영역(880)은 공동(870)과 유사한 방식으로 기능한다. 따라서, 리세스 영역(880)은 유동 챔버(840/840)를 통해 유체를 구동할 때 액추에이터(820)가 작동해야 하는 압력을 감소시킬 수 있다. 따라서 전력 소모를 줄일 수 있다.
냉각 시스템(800)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600, 및/또는 700)의 이점을 공유한다. 따라서, 냉각 시스템(800)을 사용하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600 및/또는 700)과 유사한 방식으로, 공동(870) 및 리세스 영역(880)은 액추에이터(820)가 작용하는 압력을 추가로 감소시킬 수 있다. 따라서 소모되는 전력이 감소될 수 있다. 또한, 액추에이터(220)와 유사한 공학적 액추에이터(820)가 균일한 액추에이터 대신에 사용되기 때문에, 시스템(200)의 추가 이점이 시스템(800)에 대해 달성될 수 있다.
도 9는 액추에이터 및 상부 챔버의 공동을 포함하는 능동 냉각 시스템(900)의 실시예를 도시한다. 도 9는 축척이 아니다. 단순화를 위해, 냉각 시스템(900)의 일부만 도시되어 있다. 냉각 시스템(900)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600, 700, 및/또는 800)과 유사하다. 결과적으로 유사한 구성요소는 유사한 라벨을 갖는다. 예컨대, 냉각 시스템(900)은 발열 구조체(102)와 유사한 발열 구조체(902)와 함께 사용된다.
냉각 시스템(900)은 통기구(912)를 갖는 상단 플레이트(910), 액추에이터(920), 오리피스(932)를 포함하는 오리피스 플레이트(930), 갭을 갖는 상단 챔버(940), 갭을 갖는 바닥 챔버(950), 유동 챔버(940/950), 앵커(즉, 지지 구조체)(960), 및 공동(970)을 포함하고, 이들은 각각 통기구(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(220), 오리피스(132)를 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 갖는 상단 챔버(140), 갭(152)을 갖는 바닥 챔버(150), 유동 챔버(140/150), 앵커(즉, 지지 구조체)(160) 및 공동(170)과 유사하다. 따라서, 액추에이터(920)는 액추에이터(920) 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(960)에 의해 중심에서 지지된다. 도 9에 라벨링되지 않았지만, 앵커(960)는 액추에이터(920)가 캔틸레버식 암 및 액추에이터(220)와 유사한 중심 고정식 영역을 포함하도록 액추에이터(920)의 축을 따라 연장된다. 도시된 실시예에서, 액추에이터(920)는 액추에이터(220)와 유사한 방식으로 공학적구성될 수 있다. 따라서, 액추에이터(920)는 고정 영역(222), 캔틸레버식 암(223), 단차 영역(224), 연장 영역(226) 및 외부 영역(228)과 유사한 고정 영역(922), 캔틸레버식 암(923), 단차 영역(924), 연장 영역(926) 및 외부 영역(928)을 각각 포함한다. 일부 실시예에서, 액추에이터(800)는 다른 방식으로 구성될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 액추에이터(920)는 액추에이터(120)와 유사한 단순한 액추에이터일 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(920)의 캔틸레버식 암은 동위상으로 구동된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(920)의 캔틸레버식 암은 위상차로 구동된다. 다른 실시예에서, 앵커(960)는 액추에이터(920)의 중심 부분 근처에만 있다. 냉각 시스템(900)은 냉각 시스템(100, 200, 500, 600, 700, 및/또는 800)과 유사한 방식으로 작동한다.
오리피스 플레이트(930)는 리세스 영역 또는 공동(980)를 포함한다. 수직 측벽을 갖고 앵커(960)까지 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 오리피스 플레이트(930)[및 따라서 바닥 챔버(950)] 내의 공동(980)은 유동 챔버(940/950)에서 압력을 제어하는 데 사용될 수 있다. 공동(980)은 유동 챔버(940/950)를 통해 유체를 구동할 때 액추에이터(920)가 작동해야 하는 압력을 감소시킬 수 있다. 따라서 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 리세스 영역(980)은 오리피스 플레이트(930)와 액추에이터(920) 사이의 갭을 제어하는 데 사용될 수 있다. 결과적으로, 오리피스(932)를 통해 바닥 챔버(950)로의 유체의 역류가 더 감소될 수 있다.
냉각 시스템(900)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600, 700, 및/또는 800)의 이점을 공유한다. 따라서, 냉각 시스템(900)을 사용하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600, 700 및/또는 800)과 유사한 방식으로, 공동(970) 및 리세스 영역(980)은 액추에이터(920)가 작용하는 압력을 추가로 감소시킬 수 있다. 오리피스(932)를 통한 역류 또는 유체도 제어될 수 있다. 따라서 소모되는 전력이 감소될 수 있다. 또한, 액추에이터(220)와 유사한 공학적 액추에이터(920)가 균일한 액추에이터 대신에 사용되기 때문에, 시스템(200)의 추가 이점이 시스템(900)에 대해 달성될 수 있다.
도 10a 내지 도 10b는 상단 중심 고정식 액추에이터를 포함하는 능동 냉각 시스템(1000)의 실시예를 도시한다. 도 10a는 중립 위치에 있는 냉각 시스템(1000)의 측면도를 도시한다. 도 10b는 냉각 시스템(1000)의 평면도를 도시한다. 도 10a 내지 도 10b는 축척이 아니다. 단순화를 위해, 냉각 시스템(1000)의 일부만 도시되어 있다. 도 10a 내지 도 10b를 참조하면, 냉각 시스템(1000)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600, 700, 800, 및/또는 900)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소는 유사한 라벨을 갖는다. 예컨대, 냉각 시스템(1000)은 발열 구조체(102)와 유사한 발열 구조체(1002)와 함께 사용된다.
냉각 시스템(1000)은 통기구(1012)를 갖는 상단 플레이트(1010), 액추에이터(1020), 오리피스(1032)를 포함하는 오리피스 플레이트(1030), 갭을 갖는 상단 챔버(1040), 갭을 갖는 바닥 챔버(1050), 유동 챔버(1040/1050), 앵커(즉, 지지 구조체)(1060), 및 공동(1070)을 포함하고, 이들은 각각 통기구(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(220), 오리피스(132)를 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 갖는 상단 챔버(140), 갭(152)을 갖는 바닥 챔버(150), 유동 챔버(140/150), 앵커(즉, 지지 구조체)(160) 및 공동(170)과 유사하다. 따라서, 액추에이터(1020)는 액추에이터(1020) 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(1060)에 의해 중심에서 지지된다. 일부 실시예에서, 앵커(1060)는 액추에이터(1020)의 축을 따라 연장된다[예: 앵커(360C 및/또는 360D)와 유사한 방식으로]. 다른 실시예에서, 앵커(1060)는 액추에이터(1020)의 중심 부분 근처에만 있다[예: 앵커(1060C 및/또는 1060D)와 유사함]. 도 10a 및 도 10b에 명시적으로 라벨링되지는 않았지만, 액추에이터(1020)는 고정 영역(1022), 캔틸레버식 암(1023), 단차 영역(1024), 연장 영역(1026) 및 외부 영역(1028)과 유사한 고정 영역, 및 단차 영역, 연장 영역 및 외부 영역을 포함하는 캔틸레버식 암을 각각 포함한다. 일부 실시예에서, 액추에이터(1020)의 캔틸레버식 암은 동위상으로 구동된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(1020)의 캔틸레버식 암은 위상차로 구동된다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)와 같은 간단한 액추에이터가 사용될 수 있다.
앵커(1060)는 위로부터 액추에이터(1020)를 지지한다. 따라서, 액추에이터(1020)는 앵커(1060)에 매달려 있다. 앵커(1060)는 상단 플레이트(1010)에 매달려 있다. 상단 플레이트(1010)는 통기구(1013)를 포함한다. 앵커(1060)의 측부에 있는 통기구(1012)는 유체가 챔버(1040)의 측부로 흐르도록 하는 경로를 제공한다.
냉각 시스템(100)과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 액추에이터(1020)는 액추에이터(1020)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 진동하도록 구동될 수 있다. 또한, 액추에이터(1020)의 구조적 공진 주파수는 챔버(1040/1050)의 음향 공진과 정렬되도록 구성될 수 있다. 구조적 공진 주파수 및 음향 공진 주파수는 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예컨대, 액추에이터(1020)의 진동 운동은 냉각 시스템(100)과 관련하여 기술된 주파수에 있을 수 있다. 결과적으로, 효율성 및 유량이 개선될 수 있다. 그러나 다른 주파수가 사용될 수 있다.
냉각 시스템(1000)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600, 700, 800 및/또는 900)과 유사한 방식으로 작동한다. 따라서 냉각 시스템(1000)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600, 700, 800 및/또는 900)의 이점을 공유한다. 따라서 냉각 시스템(1000)을 사용하는 장치의 성능이 개선될 수 있다. 또한, 앵커(1060)로부터 액추에이터(1020)를 매달면, 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, 다른 냉각 셀(미도시)에 영향을 미칠 수 있는 냉각 시스템(1000)의 진동이 감소될 수 있다. 예컨대, 액추에이터(1020)의 움직임으로 인해 상단 플레이트(1010)에서 더 적은 진동이 유도될 수 있다. 결과적으로, 냉각 시스템(1000)과 다른 냉각 시스템(예: 다른 셀) 또는 냉각 시스템(1000)을 통합하는 장치의 다른 부분 사이의 혼선이 감소될 수 있다. 따라서 성능이 더욱 개선될 수 있다.
다양한 냉각 시스템(100, 200, 500, 600, 700, 800, 900)이 설명되었고 특정 특징이 강조되었다. 셀(100, 200, 500, 600, 700, 800, 900 및/또는 1000)의 다양한 특성은 본원에 명시적으로 도시되지 않은 방식으로 결합될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 타일 또는 어레이로 구성된 다중 냉각 셀을 포함하는 능동 냉각 시스템(1100)의 실시예를 도시한다. 도 11a는 평면도를 나타내고, 도 11b 내지 도 11c는 측면도를 나타낸다. 도 11a 내지 도 11c는 축척이 아니다. 냉각 시스템(1100)은 본원에 기술된 하나 이상의 냉각 시스템과 유사한 4개의 냉각 셀(1101A, 1101B, 1101C 및 1101D)(집합적으로 또는 일반적으로 1101)을 포함한다. 보다 구체적으로, 냉각 셀(1101)은 냉각 시스템(100, 200, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) 및/또는 이들의 일부 조합과 유사하다. 2x2 구성의 4개의 냉각 셀(1101)이 도시되어 있지만, 일부 실시예에서 냉각 셀(1101)의 다른 수 및/또는 다른 구성이 사용될 수 있다. 냉각 셀의 다중 어레이도 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 냉각 셀(1101)은 구멍(1112)을 갖는 공유 상단 플레이트(1110), 액추에이터(1120), 오리피스(1132)를 포함하는 공유 오리피스 플레이트(1130), 상단 챔버(1140), 바닥 챔버(1150), 유동 챔버(1140/1150), 앵커(지지 구조체)(1160) 및 공동(1170)을 포함하고, 이들은 각각 구멍(112)을 갖는 상단 플레이트(110), 액추에이터(120), 오리피스(132)를 갖는 오리피스 플레이트(130), 상단 챔버(140), 바닥 챔버(150), 유동 챔버(140/150), 앵커(160), 및 공동(170)과 유사하다. 일부 실시예에서, 냉각 셀(1101)은 냉각 시스템(들)(200, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) 및/또는 이들의 일부 조합과 유사할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 셀(1101)은 예컨대 상단 플레이트(1110) 및 오리피스 플레이트(1130)를 통해 절단함으로써 함께 제조되고 분리될 수 있다. 액추에이터(1120)는 위상차(즉, 시소와 유사한 방식으로) 구동된다. 또한, 도 11b 내지 도 11c에서 볼 수 있는 바와 같이, 하나의 셀의 액추에이터(1120)는 인접한 셀(들)의 액추에이터(들)(1120)와 위상차로 구동된다. 도 11b 내지 도 11c에서, 종열 및 횡열의 액추에이터(1120)는 위상차로 구동된다. 따라서, 셀(1101A)의 액추에이터(1120)는 셀(1101B)의 액추에이터(1120)와 위상차가 있다. 유사하게, 셀(1101C)의 액추에이터(1120)는 셀(1101D)의 액추에이터(1120)와 위상차가 있다. 따라서, 셀(1101A, 1101D)의 액추에이터(1120)는 동위상이다. 셀(1101B 및 1101C)의 액추에이터(1120)는 동위상이다. 특히 더 큰 어레이의 경우 다른 구성이 가능하다. 예컨대, 셀(1101A 및 1101C)의 액추에이터(1120)는 동위상이고, 셀(1101B 및 1101D)의 액추에이터(1120)는 동위상이고, 셀(1101A 및 1101B)의 액추에이터는 위상차가 있고, 셀 (1101C 및 1101D)의 액추에이터(1120)는 위상차가 있을 수 있다. 액추에이터(1120)를 위상차로 구동함으로써, 냉각 시스템(1100)의 진동이 감소될 수 있다.
냉각 시스템(1100)의 냉각 셀(1101)은 냉각 시스템(들)(100, 200, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) 및/또는 유사한 냉각 시스템과 유사한 방식으로 기능한다. 결과적으로, 본원에 기술된 이점은 냉각 시스템(1100)에 의해 공유될 수 있다. 인접 셀의 액추에이터가 위상차로 구동되기 때문에, 냉각 시스템(1100)의 진동이 감소될 수 있다. 다중 냉각 셀(1101)이 사용되기 때문에, 냉각 시스템(1100)은 향상된 냉각 능력을 누릴 수 있다. 또한, 복수의 개별 냉각 셀(1101) 및/또는 냉각 시스템(1100)은 냉각 셀의 원하는 풋프린트를 얻기 위해 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
도 12는 냉각 시스템을 작동시키기 위한 방법(1200)의 예시적인 실시예를 도시하는 흐름도이다. 방법(1200)은 단순화를 위해 도시되지 않은 단계를 포함할 수 있다. 방법(1200)은 압전 냉각 시스템(100)과 관련하여 기술된다. 그러나, 방법(1200)은 본원에 기술된 시스템 및 셀을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 냉각 시스템과 함께 사용될 수 있다.
1202에서 냉각 시스템의 액추에이터(들) 중 하나 이상이 진동하도록 작동된다. 1202에서, 원하는 주파수를 갖는 전기 신호가 액추에이터(들)를 구동하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 액추에이터는 1202에서 구조적 공진 주파수 및/또는 음향 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 구동된다. 구동 주파수는 15kHz 이상일 수 있다. 1202에서 다중 액추에이터가 구동되는 경우, 냉각 액추에이터는 위상차로 구동될 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터는 실질적으로 180도 위상차로 구동된다. 또한, 일부 실시예에서, 개별 액추에이터는 위상차로 구동된다. 예컨대, 액추에이터의 상이한 부분은 반대 방향으로 진동하도록 구동될 수 있다(즉, 시소와 유사). 일부 실시예에서, 개별 액추에이터는 동위상으로(즉, 버터플라이와 유사하게) 구동될 수 있다. 또한, 구동 신호는 앵커(들), 액추에이터(들), 또는 앵커(들)와 액추에이터(들) 모두에 제공될 수 있다. 또한, 앵커는 구부리거나 및/또는 병진 이동하도록 구동될 수 있다.
압전 액추에이터(들)로부터의 피드백은 1204에서 구동 전류를 조정하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 조정은 액추에이터(들) 및/또는 냉각 시스템의 음향 공진 주파수 및/또는 구조적 공진 주파수/주파수들에서 또는 그 근처에서 주파수를 유지하는 데 사용된다. 특정 액추에이터의 공진 주파수는 예컨대 온도 변화로 인해 드리프트될 수 있다. 1204에서 이루어진 조정을 통해 공진 주파수의 드리프트를 설명할 수 있다.
예컨대, 압전 액추에이터(120)는 1202에서 구조적 공진 주파수/주파수들로 구동될 수 있다. 이 공진 주파수는 또한 상단 챔버(140)에 대한 음향 공진 주파수 또는 그 근처에 있을 수 있다. 이는 앵커(160)(도 1a 내지 도 1f에 도시되지 않음)의 압전 층(들) 및/또는 액추에이터(120)의 압전 층(들)을 구동함으로써 달성될 수 있다. 1204에서 피드백은 공진 상태에서 및 다수의 액추에이터가 180도 위상차로 구동되는 일부 실시예에서 액추에이터(120)를 유지하기 위해 사용된다. 따라서, 냉각 시스템(100)을 통해 그리고 발열 구조체(102) 상으로 유체 유동을 구동하는 액추에이터(120)의 효율이 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 1204는 냉각 요소(120)를 통한 전류 및/또는 앵커(160)를 통한 전류를 샘플링하고 공진 및 낮은 입력 전력을 유지하도록 전류를 조정하는 것을 포함한다.
결과적으로, 액추에이터(들)(120, 220, 520, 620, 720, 820, 920, 1020 및/또는 1120)와 같은 액추에이터는 본원에 기술된 바와 같이 작동할 수 있다. 따라서 방법(1200)은 본원에 기술된 압전 냉각 시스템의 사용을 제공한다. 또한, 공동(170, 270, 570, 670, 770, 870, 880, 970, 980, 1070 및/또는 1170)의 존재로 인해, 냉각 시스템(100, 200, 500, 600, 800, 900, 1000 및/또는 1100)에 의해 소모되는 전력은 추가로 감소될 수 있다. 따라서 압전 냉각 시스템은 더 낮은 전력으로 반도체 장치를 보다 효율적이고 조용하게 냉각할 수 있다.
상술한 실시예는 이해의 명확성을 위해, 일부 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 제공된 상세 사항으로 제한되지 않는다. 본 발명을 구현하는 많은 대안적인 방법이 있다. 개시된 실시예는 예시적이며 제한적이지 않다.

Claims (20)

  1. 유동 챔버로서,
    두께를 갖는 상단벽을 포함하는 상부 챔버;
    상기 상단벽으로부터 원위에 위치한 액추에이터; 및
    하부 챔버로서, 상기 액추에이터는 상기 하부 챔버와 상기 상부 챔버 사이에 있고, 상기 상부 챔버는 상기 액추에이터와 상기 상단 벽 사이에 있으며, 상기 하부 챔버는 상기 액추에이터가 진동 운동을 겪도록 작동될 때 상기 상부 챔버로부터 유체를 수용하는, 상기 하부 챔버를 포함하고,
    상기 상단벽은 내부에 적어도 하나의 공동을 포함하고, 상기 적어도 하나의 공동은 상기 유체가 상기 공동을 통해 상기 상부 챔버 안으로 끌어당겨지지 않도록 상기 상단벽의 두께의 일부만을 통해 연장하는, 유동 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    지지 구조체를 추가로 포함하고,
    상기 액추에이터는 중심 영역 및 주변부를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 중심 영역에서 상기 지지 구조체에 의해 지지되고, 상기 주변부의 적어도 일부는 고정되지 않고, 상기 액추에이터는 상기 상부 챔버로부터 상기 하부 챔버로 상기 유체를 구동하도록 작동될 때 상기 진동 운동을 겪도록 구성되는, 유동 챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상단벽은 내부에 적어도 하나의 통기구를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 상단벽과 상기 하부 챔버 사이에 있으며, 상기 유체는 상기 액추에이터가 상기 진동 운동을 겪을 때 상기 적어도 하나의 통기구를 통해 상기 상부 챔버 안으로 끌어당겨지는, 유동 챔버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 챔버는 4로 나눈 파장과 홀수 정수를 곱한 값에 대응하는 길이를 갖고, 상기 파장은 상기 진동 운동의 주파수에 대한 음향 파장이고, 상기 진동 운동의 주파수는 상기 액추에이터에 대한 구조적 공진 및 상기 길이를 갖는 상기 상부 챔버에 대한 음향 공진에 대응하는, 유동 챔버.
  5. 제2항에 있어서,
    내부에 적어도 하나의 오리피스를 갖는 오리피스 플레이트를 추가로 포함하고,
    상기 오리피스 플레이트는 상기 하부 챔버의 바닥벽을 형성하고, 상기 하부 챔버는 상기 액추에이터와 상기 바닥벽 사이에 있고, 상기 액추에이터는 상기 적어도 하나의 오리피스를 통해 상기 유체를 구동하도록 작동되는, 유동 챔버.
  6. 제5항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 액추에이터는 내부에 리세스 영역을 갖거나 또는 상기 오리피스 플레이트는 내부에 추가 공동을 갖는, 유동 챔버.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터는 고정 영역 및 캔틸레버식 암을 포함하고, 상기 고정 영역은 상기 지지 구조체에 고정되고, 상기 캔틸레버식 암은 상기 고정 영역으로부터 외측으로 연장되고, 단차 영역, 적어도 하나의 연장 영역, 및 외부 영역을 포함하고, 상기 고정 영역으로부터 외측으로 연장되는 상기 단차 영역은 단차 두께를 갖고, 상기 적어도 하나의 연장 영역은 상기 단차 영역으로부터 외측으로 연장되고 상기 단차 두께보다 작은 적어도 하나의 연장 두께를 갖고, 상기 연장 영역으로부터 외측으로 연장되는 상기 외부 영역은 상기 연장 두께보다 큰 외부 두께를 갖는, 유동 챔버.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공동은 상기 액추에이터의 자유 부분의 자유 부분 길이에 0.25 내지 2/3를 곱한 길이를 갖는, 유동 챔버.
  9. 냉각 시스템으로서,
    복수의 냉각 셀들로서, 상기 복수의 냉각 셀들 각각은 상부 챔버, 냉각 요소 및 하부 챔버를 포함하고, 상기 상부 챔버는 두께를 갖는 상단벽을 포함하고, 상기 냉각 요소는 상기 상단벽으로부터 원위에 위치되고, 상기 냉각 요소는 상기 하부 챔버와 상기 상부 챔버 사이에 있고, 상기 상부 챔버는 상기 냉각 요소와 상기 상단 벽 사이에 있으며, 상기 하부 챔버는 상기 냉각 요소가 진동 운동을 겪도록 작동될 때 상기 상부 챔버로부터 유체를 수용하는, 상기 복수의 냉각 셀들을 포함하고,
    상기 상단벽은 내부에 적어도 하나의 공동을 포함하고, 상기 적어도 하나의 공동은 상기 유체가 상기 공동을 통해 상기 상부 챔버 안으로 끌어당겨지지 않도록 상기 상단벽의 두께의 일부만을 통해 연장하는, 냉각 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 셀들 각각은 지지 구조체를 추가로 포함하고;,
    상기 냉각 요소는 중심 영역 및 주변부를 포함하고, 상기 냉각 요소는 상기 중심 영역에서 상기 지지 구조체에 의해 지지되고, 상기 주변부의 적어도 일부는 고정되지 않고, 상기 냉각 요소는 상기 상부 챔버로부터 상기 하부 챔버로 상기 유체를 구동하도록 작동될 때 상기 진동 운동을 겪도록 구성되는, 냉각 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상단벽은 내부에 적어도 하나의 통기구를 포함하고, 상기 냉각 요소는 상기 상단벽과 상기 하부 챔버 사이에 있으며, 상기 유체는 상기 냉각 요소가 상기 진동 운동을 겪을 때 상기 적어도 하나의 통기구를 통해 상기 상부 챔버 안으로 끌어당겨지는, 냉각 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상부 챔버는 4로 나눈 파장과 홀수 정수를 곱한 값에 대응하는 길이를 갖고, 상기 파장은 상기 진동 운동의 주파수에 대한 음향 파장이고, 상기 진동 운동의 주파수는 상기 냉각 요소에 대한 구조적 공진 및 상기 길이를 갖는 상기 상부 챔버에 대한 음향 공진에 대응하는, 냉각 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 셀들 각각은 내부에 적어도 하나의 오리피스를 갖는 오리피스 플레이트를 추가로 포함하고,
    상기 오리피스 플레이트는 상기 하부 챔버의 바닥벽을 형성하고, 상기 하부 챔버는 상기 냉각 요소와 상기 바닥벽 사이에 있고, 상기 냉각 요소는 상기 적어도 하나의 오리피스를 통해 상기 유체를 구동하도록 작동되는, 냉각 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 냉각 요소는 내부에 리세스 영역을 갖거나 또는 상기 오리피스 플레이트는 내부에 추가 공동을 갖는, 냉각 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 냉각 요소는 고정 영역 및 캔틸레버식 암을 포함하고, 상기 고정 영역은 상기 지지 구조체에 의해 고정되고, 상기 캔틸레버식 암은 상기 고정 영역으로부터 외측으로 연장되고, 단차 영역, 적어도 하나의 연장 영역, 및 외부 영역을 포함하고, 상기 고정 영역으로부터 외측으로 연장되는 상기 단차 영역은 단차 두께를 갖고, 상기 적어도 하나의 연장 영역은 상기 단차 영역으로부터 외측으로 연장되고 상기 단차 두께보다 작은 적어도 하나의 연장 두께를 갖고, 상기 연장 영역으로부터 외측으로 연장되는 상기 외부 영역은 상기 연장 두께보다 큰 외부 두께를 갖는, 냉각 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 공동은 상기 냉각 요소의 자유 부분의 자유 부분 길이에 0.25 내지 2/3를 곱한 길이를 갖는, 냉각 시스템.
  17. 발열 구조체를 냉각하는 방법으로서,
    주파수에서 진동 운동을 유도하도록 냉각 요소를 구동하는 단계로서, 상기 냉각 요소는 상부 챔버, 하부 챔버 및 상기 냉각 요소를 포함하는 챔버를 통해 유체를 지향시키도록 구동될 때 상기 진동 운동을 겪도록 구성되고, 상기 상부 챔버는 두께를 갖는 상단벽을 포함하고, 상기 냉각 요소는 상기 상단벽으로부터 원위에 위치되고, 상기 냉각 요소는 상기 하부 챔버와 상기 상부 챔버 사이에 있고, 상기 상부 챔버는 상기 냉각 요소와 상기 상단 벽 사이에 있으며, 상기 하부 챔버는 상기 냉각 요소가 작동될 때 상기 상부 챔버로부터 상기 유체를 수용하는, 상기 구동 단계를 포함하고,
    상기 상단벽은 내부에 적어도 하나의 공동을 포함하고, 상기 적어도 하나의 공동은 상기 유체가 상기 공동을 통해 상기 상부 챔버 안으로 끌어당겨지지 않도록 상기 상단벽의 두께의 일부만을 통해 연장하는, 냉각 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 냉각 요소는 중심 영역 및 주변부를 포함하고, 상기 냉각 요소는 상기 중심 영역에서 지지 구조체에 의해 지지되고, 상기 주변부의 적어도 일부는 고정되지 않고, 상기 냉각 요소는 상기 상부 챔버로부터 상기 하부 챔버로 상기 유체를 구동하도록 작동될 때 상기 진동 운동을 겪도록 구성되는, 냉각 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 상단벽은 내부에 적어도 하나의 통기구를 포함하고, 상기 냉각 요소는 상기 상단벽과 상기 하부 챔버 사이에 있으며, 상기 유체는 상기 냉각 요소가 상기 진동 운동을 겪을 때 상기 적어도 하나의 통기구를 통해 상기 상부 챔버 안으로 끌어당겨지는, 냉각 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공동은 상기 냉각 요소의 주변부 근위에 있고, 상기 적어도 하나의 공동은 상기 냉각 요소의 자유 부분의 자유 부분 길이에 0.25 내지 2/3를 곱한 길이를 갖는, 냉각 방법.
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