KR20150066574A

KR20150066574A - 냉각 조립체

Info

Publication number: KR20150066574A
Application number: KR1020157012025A
Authority: KR
Inventors: 루시우스 아카란네
Original assignee: 알까뗄 루슨트
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-06-16
Also published as: JP2015535656A; US20150247686A1; CN104718617A; EP2731131A1; WO2014072025A1

Abstract

냉각 조립체 및 방법이 개시된다. 냉각 조립체는 냉각될 발열 구성요소와 열적으로 결합 가능한 히트 싱크 베이스와, 냉각 핀으로서, 히트 싱크 베이스와 열적으로 결합 가능하여 발열 구성요소로부터 냉각 핀으로의 열적 경로를 제공하는, 상기 냉각 핀과, 냉각 핀을 왕복시키도록 작동 가능한 변위 기구를 포함한다. 냉각 핀이 자체적으로 왕복되는 구성체를 제공함으로써, 냉각 핀의 왕복은 조립체를 둘러싸는 주변 유체의 유동 경계층 및 열의 분산을 돕고, 냉각 핀의 표면으로부터 주변 환경으로 보다 많은 유동 혼합 및 열전달을 증진시키기 때문에, 주변 환경으로의 열전달은 상당히 향상된다. 이는 기존의 수동적인 또는 강제 공기 구성체보다 작은 볼륨을 가질 수 있고, 심지어 보다 작은 볼륨을 갖고 향상된 냉각 성능을 제공할 수 있는 조립체를 제공한다.

Description

냉각 조립체{COOLING ASSEMBLY}

본 발명은 냉각 조립체 및 방법에 관한 것이다.

냉각 조립체가 알려져 있다. 흔히, 전자 장치가 정상 작동을 유지하기 위해 냉각될 필요가 있는 구성요소를 포함한다는 것은 사실이다. 예를 들어, 프로세서 코어(processor core)와 같은 데이터 처리 장치는 정확한 작동을 유지하기 위해 냉각될 필요가 있을 수도 있다. 서로 다른 소위 "수동적인" 접근은 냉각될 장치와 열접촉하여 위치되고, 장치를 냉각시키기 위해, 장치로부터 주변 환경으로 멀리 열을 전달하는 다양한 히트 싱크 구조체를 포함하고 있다. 또한, 소위 "능동적인" 접근은 로터리 팬(rotary fan)이 히트 싱크에 부착되고, 주변 환경에 대한 열전달 능력을 향상시켜서 장치를 냉각시키기 위해, 공기를 히트 싱크로 불어내는 강제 공기 구성체(forced air arrangement)와 같이 존재한다.

각각의 이러한 방식이 장치를 냉각시키는 것을 도울 수 있지만, 이러한 방식은 단점을 각각 갖는다.

따라서, 장치를 냉각하기 위한 향상된 기술을 제공하는 것이 바람직하다.

제 1 관점에 따르면, 냉각될 발열 구성요소와 열적으로 결합 가능한 히트 싱크 베이스와, 냉각 핀으로서, 히트 싱크 베이스와 열적으로 결합 가능하여 발열 구성요소로부터 상기 냉각 핀으로의 열적 경로를 제공하는, 상기 냉각 핀과, 냉각 핀을 왕복시키도록 작동 가능한 변위 기구를 포함하는 냉각 조립체가 제공된다.

제 1 관점은 기존의 수동적인 구성체에 대한 문제점이 주변 환경에 대한 기존의 수동적인 구성체의 열전달 능력이 히트 싱크의 표면적과, 이 표면적에 걸쳐서 주변 유체의 충분한 대류 유동을 달성함에 따라 크게 달라진다는 것임을 인식한다. 충분한 대류를 유지하는 이러한 필요조건은 히트 싱크에 최소 볼륨을 배열한다. 또한, 제 1 관점은 기존의 강제 공기 구성체에 대한 문제점이 로터리 팬의 추가가 주변으로의 열전달을 향상시키는 것을 돕는 반면, 히트 싱크 상의 팬의 추가는 바람직한 것보다 큰 볼륨 장치를 초래한다는 것을 인식한다.

따라서, 냉각 또는 히트 싱크 조립체가 제공된다. 조립체는 냉각될 발열 구성요소와 열적으로 결합 또는 연결될 수도 있는 히트 싱크 베이스를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 냉각 핀은 히트 싱크 베이스와 연결될 수도 있고, 발열 구성요소로부터 냉각 핀으로의 열적 경로를 제공한다. 냉각 핀을 왕복 또는 진동시키는 변위 기구가 제공될 수도 있다. 냉각 핀이 자체적으로 왕복되는 구성체를 제공함으로써, 냉각 핀의 왕복은 조립체를 둘러싸는 주변 유체의 유동 경계층(flow boundary layer) 및 열의 분산을 돕고, 냉각 핀의 표면으로부터 주변 환경으로 보다 많은 유동 혼합 및 열전달을 증진시키기 때문에, 주변 환경으로의 열전달은 상당히 향상된다. 이는 기존의 수동적인 또는 강제 공기 구성체보다 작은 볼륨을 가질 수 있고, 심지어 보다 작은 볼륨을 갖고 향상된 냉각 성능을 제공할 수 있는 조립체를 제공한다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 열-전도성 블레이드이고, 변위 기구는 냉각 핀의 변위(displacement)를 준다. 따라서, 냉각 핀은 열적으로 전도성의 블레이드일 수도 있고, 변위 기구는 열적으로 전도성의 블레이드를 변위시킨다. 또, 이러한 구성체는 냉각 핀의 냉각 또는 열전달 효율이 향상되는 것을 보장한다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 가요성이고, 변위 기구는 각 냉각 핀의 근위 단부를 향해 냉각 핀을 변위시켜서, 원위 단부를 향해 냉각 핀의 보다 큰 변위를 발생시킨다. 따라서, 일단부에서의 냉각 핀의 비교적 작은 변위는 타단부에서 냉각 핀의 변위를 향상시킬 수도 있다. 변위의 범위가 경계층의 분산을 향상시키고, 열전달 효율을 향상시키도록 혼합을 향상시키는 것을 돕는다는 것이 인식될 것이다.

일 실시예에 있어서, 변위 기구는 각 냉각 핀을 수용하는 압전 조립체(Piezo-electric assembly)를 포함하고, 압전 조립체는 구동 신호에 응답하여 냉각 핀을 왕복시키도록 작동 가능하다. 따라서, 압전 조립체는 다양한 전기 신호에 응답하여 냉각 핀을 왕복시키는데 사용될 수도 있다. 압전 물질을 사용하는 것은 냉각 핀을 변위시키는 특히 편리하고, 신뢰성 있으며 제어 가능한 방법이라는 것이 인식될 것이다.

일 실시예에 있어서, 변위 기구 및 냉각 핀 양자는 압전 조립체를 포함한다. 따라서, 전체 냉각 핀은 그 자체가 결합된 냉각 핀 및 변위 장치를 위해 제공되는 압전 물질을 포함할 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 압전 조립체는 그래핀(graphene)을 포함한다. 압전 물질을 그래핀 내로 통합시키면 질량을 감소시키고, 냉각 핀의 열전도율을 향상시키며, 열전달 효율을 향상시킨다.

일 실시예에 있어서, 히트 싱크 베이스는 복수의 베이스 모듈을 포함하고, 각 베이스 모듈은 냉각 핀을 수용하도록 배열되고, 냉각 핀을 왕복시키도록 작동 가능한 변위 기구와 관련된다. 따라서, 조립체는 모듈식의 구성체를 포함할 수도 있고, 이에 의해 필요한 개수의 모듈은 요구된 구성 냉각 조립체를 제공하도록 조립될 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 변위 기구는 냉각 핀이 왕복하는 활성 상태와, 냉각 핀이 정지 상태로 있는 비활성 상태 사이에서 전환하도록 작동 가능하다. 이러한 방식으로, 조립체는 냉각 핀이 왕복하는 능동 냉각 상태와 냉각 핀이 정지 상태로 있는 수동 냉각 상태 사이에서 전환될 수도 있다. 따라서 장치는 수동적인 장치로서 작동될 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 변위 기구는 변위 기구가 활성 상태로 전환되는 문턱값을 발열 구성요소의 온도가 초과할 때까지 비활성 상태에 있도록 작동 가능하다. 따라서, 조립체는 냉각 필요조건이 향상된 냉각 성능이 요구될 때까지 수동 상태에 있을 수도 있고, 이 시점에서 조립체가 능동 상태로 전환된다.

일 실시예에 있어서, 변위 기구는 발열 구성요소의 온도에 응답하여, 냉각 핀의 왕복의 주파수 및 진폭 중 적어도 하나를 변경하도록 작동 가능하다. 따라서, 냉각 핀의 왕복의 주파수 또는 진폭은 온도에 응답하여 변경될 수도 있다. 전형적으로 진폭 및/또는 주파수는 장치의 냉각을 향상시키기 위해, 장치의 증가된 온도로 증가될 것이다.

일 실시예에 있어서, 변위 기구는 냉각 핀을 공명 주파수로 왕복시키도록 작동 가능하다. 냉각 핀의 공명 주파수 중 하나에서 냉각 핀을 진동시키는 것에 의해, 변위를 일으키는데 사용된 에너지 단위당 변위가 최대화된다.

일 실시예에 있어서, 변위 기구는 냉각 핀을 초음파 주파수로 왕복시키도록 작동 가능하다. 냉각 핀을 초음파 주파수로 진동시키는 것에 의해, 능동 상태의 가청 소음의 레벨이 최소화된다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 복수의 열로 배열된다. 열의 세트로 배열된 핀은 냉각 핀 주위의 유로를 향상시키는 것을 돕고, 조립체의 냉각 성능을 향상시키기 위해 조립체의 형상을 냉각될 장치의 형상에 맞추는 것을 돕는다.

일 실시예에 있어서, 변위 기구는 서로에 대해 반대 위상으로 인접한 열을 왕복시키도록 작동 가능하다. 냉각 핀의 인접한 열을 역-왕복시키는 것에 의해, 유동 경계층의 분산을 돕고, 유동 혼합을 향상하고 조립체의 냉각 성능을 향상시키는 증가된 난류 유동이 달성된다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 히트 싱크 베이스로부터 기립한다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 히트 싱크 베이스로부터 비-정상 경사로 기립한다. 냉각 핀을 히트 싱크 베이스에 대해 경사시키는 것에 의해, 조립체가 차지하는 높이가 더 최소화될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 금속 블레이드이다. 금속 블레이드를 제공하는 것은 냉각 핀의 열전도율을 향상시키는 것을 돕는다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 표면 파상(surface undulation)을 포함한다. 표면 파상을 제공하는 것은 또한 경계층을 분산시키고, 냉각 핀의 표면에서 보다 많은 혼합을 증진시키며, 조립체의 냉각 성능을 향상시키는 것을 도울 수 있다.

일 실시예에 있어서, 조립체는 이온화된 입자의 유동을 제공하기 위해 인접한 냉각 핀을 반대로 대전시키도록 작동 가능한 전압 발생기를 포함한다. 냉각 핀이 그들 사이의 전압 차를 갖는 것은 경계층을 분산시키고, 보다 많은 혼합을 증진시키는 것을 도울 수 있고, 조립체의 냉각 성능을 향상시키는 입자의 이온화 유동을 생성한다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀의 왕복은 냉각될 인접한 발열 구성요소 상으로 바로 향할 수 있는 유체 유동을 발생시킨다. 따라서, 냉각 조립체에 의해 발생된 기류는 다른 장치를 냉각하는데 사용될 수도 있다. 이는 그 장치 상의 추가의 냉각 조립체를 제공할 필요를 제거할 수도 있다.

제 2 관점에 따르면, 냉각될 발열 구성요소와 열적으로 결합 가능한 히트 싱크 베이스를 제공하는 단계와, 히트 싱크 베이스와 냉각 핀을 열적으로 연결시켜서, 발열 구성요소로부터 냉각 핀으로의 열적 경로를 제공하는 단계와, 냉각 핀을 왕복시키는 단계를 포함하는 냉각 방법이 제공된다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 열-전도성 블레이드이고, 왕복의 단계는 냉각 핀을 변위시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 가요성이고, 왕복의 단계는 각 냉각 핀의 근위 단부를 향해 냉각 핀을 변위시켜서, 원위 단부를 향해 냉각 핀의 보다 큰 변위를 발생시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 왕복의 단계는 각 냉각 핀을 수용하는 압전 조립체를 제공하는 단계와, 구동 신호에 응답하여 압전 조립체를 사용하여 냉각 핀을 왕복시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 압전 조립체는 그래핀을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 히트 싱크 베이스는 복수의 베이스 모듈을 포함하고, 각 베이스 모듈은 냉각 핀을 수용하도록 배열되고, 냉각 핀을 왕복시키도록 작동 가능한 변위 기구와 관련된다.

일 실시예에 있어서, 방법은 냉각 핀이 왕복되는 활성 상태와, 냉각 핀이 정지 상태로 있는 비활성 상태 사이에서 전환되는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 방법은 변위 기구가 활성 상태로 전환되는 문턱값을 발열 구성요소의 온도가 초과할 때까지 비활성 상태에 있는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 왕복의 단계는 발열 구성요소의 온도에 응답하여, 냉각 핀의 왕복의 주파수 및 진폭 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 왕복의 단계는 냉각 핀을 공명 주파수로 왕복시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 왕복의 단계는 냉각 핀을 초음파 주파수로 왕복시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 복수의 열로 배열된다.

일 실시예에 있어서, 왕복의 단계는 서로에 대해 반대 위상으로 인접한 열을 왕복시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 히트 싱크 베이스로부터 비-정상 경사로 기립한다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 금속 블레이드이다.

일 실시예에 있어서, 냉각 핀은 표면 파상을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 방법은 이온화된 입자의 유동을 제공하기 위해 인접한 냉각 핀을 반대로 대전시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 왕복의 단계는 냉각될 인접한 발열 구성요소 상으로 바로 향할 수 있는 유체 유동을 발생시킨다.

추가의 특정한 및 바람직한 관점이 첨부된 독립 청구항 및 종속 청구항에 개시된다. 종속 청구항의 특징은 적절히 독립 청구항의 특징과 조합되고, 청구항에 명백하게 개시된 특징 외의 조합으로 조합될 수도 있다.

장치 특징이 기능을 제공하도록 작동 가능한 것으로 설명되는 경우에, 이는 그 기능을 제공하거나, 그 기능을 제공하도록 조정 또는 구성되는 장치 특징을 포함한다는 것이 인식될 것이다.

이제, 본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 냉각 조립체의 구성요소를 도시하는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 냉각 조립체와 주변 환경 사이의 상호 작용을 도시하는 도면,
도 3은 일 실시예에 따른 발열 구성요소를 냉각시키기 위한 냉각 조립체의 개략도,
도 4는 일 실시예에 따른 왕복 냉각 핀을 갖는 발열 구성요소를 냉각시키기 위한 냉각 조립체의 개략도,
도 5a는 일 실시예에 따른 왕복 냉각 핀을 갖는 발열 구성요소를 냉각시키기 위한 냉각 조립체의 홀수 열의 개략도,
도 5b는 일 실시예에 따른 왕복 냉각 핀을 갖는 발열 구성요소를 냉각시키기 위한 냉각 조립체의 짝수 열의 개략도,
도 6은 일 실시예에 따른 경사진 왕복 냉각 핀을 갖는 발열 구성요소를 냉각시키기 위한 냉각 조립체의 개략도,
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 왕복 이온화 냉각 핀을 갖는 발열 구성요소를 냉각시키기 위한 냉각 조립체의 부분 개략도.

개요

실시예를 임의로 보다 상세하게 논의하기 전에, 먼저, 개요가 제공될 것이다. 단순히, 수동적인 대류를 발생시킬 수 있는 충분한 영역을 제공하는 것에 의존하는 이전의 수동적인 냉각 조립체 또는 히트 싱크 구성체에서, 또는 팬에 의해 제공된 강제 공기 냉각에 의존하는 이전의 능동적인 조립체에서, 히트 싱크 또는 냉각 조립체의 볼륨 엔벌로프(volume envelope)를 향상시키는 양자와 달리, 실시예는 냉각 조립체와 주변 환경 사이의 열전달을 향상시키기 위해 냉각 핀이 자체적으로 변위를 겪는 접근을 제공한다.

이는, 냉각 핀의 표면으로부터 주변 환경으로 보다 많은 유동 혼합 및 열전달을 증진시키고, 주변으로의 열전달을 향상시킴으로써 보다 효과적인 냉각을 제공하는 냉각 조립체를 둘러싸는 주변 공기 또는 유동 경계층 및 열의 분산을 격려하도록 냉각 핀을 흔들거나 옮겨놓음으로써 달성된다.

이러한 접근은 수동적인 히트 싱크 개념의 구조체를 갖고, 이 수동적인 히트 싱크를 관련 냉각 이점을 제공하는 능동적인 히트 싱크로 바꾼다. 특히, 이러한 접근은 자연 대류에 의해 간단히 냉각되는 동등한 수동적인 히트 싱크에 의해 달성되는 것에 비해, 주변으로의 히트 싱크의 열전달 능력을 상당히 증대시킨다. 다른 강제 냉각 접근과 달리, 이러한 접근은 동등한 기존의 능동적인 해결책보다 적은 실제-영역(real-state)을 발생하는 보다 적은 볼륨을 사용하는 능동적인 냉각을 달성한다. 게다가, 냉각 핀은 다른 강제 냉각 구조체보다 적은 가청 소음을 발생하기 위해 초음파 주파수 범위 내에서 왕복할 수도 있다.

냉각 조립체 모듈

도 1은 일 실시예에 따른 냉각 조립체의 구성요소를 도시한다. 높은 열전달 물질로 제조되는 히트 싱크 베이스(10)가 제공된다. 압전 심(piezo-electric shim)(20)이 히트 싱크 베이스(10) 내에 수용된다. 압전 심(20)은 변위를 일으키기 위해 압전 심(20)의 양측에 구동 신호를 제공하는 신호 발생기(도시되지 않음)와 전기적으로 결합된다. 압전 심(20)에 진동 신호를 제공하면 압전 심(20)이 A-A' 방향 사이에서 왕복하게 된다. 냉각 핀(30)이 압전 심(20) 내에 수용된다. 또, 냉각 핀(30)은 높은 열전도성 물질로 제조된다. 인식되는 바와 같이, A-A' 방향 사이에서의 압전 심(20)의 변위는 냉각 핀(30)의 대응하는 편향을 일으킨다. 또한, 냉각 핀(30)이 가요성이 되어, 냉각 핀(30)의 원위 단부(35)를 향해 추가의 변위를 일으키는 것이 바람직하다. 실시예에 있어서, 압전 심(20) 및 냉각 핀(30) 양자는 압전 물질로 제조된다. 도 1에 도시된 구성체가 실험적인 구성이고, 왕복 냉각 핀을 이용하는 냉각 조립체의 구성 및 치수는 임의의 특정 응용에 적합하도록 최적화될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 냉각 조립체(5)와 주변 환경 사이의 상호 작용을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 냉각 핀(30)의 왕복은 열의 분산 및 유동 경계층(32)을 일으킬 뿐만 아니라, 냉각 핀(30)으로부터 주변 환경 유체로 보다 많은 유동 혼합 및 열전달을 증진시킴으로써, 외부로의 열전달을 향상시킨다.

단일 열 냉각 조립체

도 3은 일 실시예에 따른 발열 구성요소를 냉각하기 위한 냉각 조립체의 개략도를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 냉각 조립체(대체로, 5A)는 발열 구성요소(50)와 열적으로 결합한다. 이러한 구성에 있어서, 발열 구성요소(50)와 히트 싱크 베이스(10A) 사이의 상호 작용에서, 전형적으로 서멀 페이스트(thermal paste)(도시되지 않음)에 의해 발열 구성요소(50)와 결합하는 히트 싱크 베이스(10A)가 제공된다. 이는 발열 구성요소(50)로부터 히트 싱크 베이스(10A)로의 열적 경로를 제공한다.

복수의 냉각 핀(30A)이 히트 싱크 베이스(10A) 내에 매설되고, 히트 싱크 베이스(10A)와 열적으로 결합한다. 이 예에서, 냉각 핀(30A)은 이들이 수용되는 히트 싱크 베이스(10A)의 주요 면(12)에 정상인 방향으로 기립한다. 각각의 냉각 핀(30A)은 드라이버(도시되지 않음)에 의해 제공된 구동 신호에 응답하여 왕복될 수도 있다. 도 3은 드라이버에 의해 제공된 신호가 없고, 냉각 핀(30A)이 정지된 수동 또는 비활성 상태의 냉각 조립체(5A)의 구성을 도시한다. 이 상태에서, 냉각 조립체(5A)는 종래의 수동적인 히트 싱크로서 작동한다. 드라이버는 발열 구성요소(50)의 온도가 문턱값을 초과할 때까지 수동 상태에 있다.

발열 구성요소(50)의 온도가 문턱값을 초과하는 경우, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 드라이버는 냉각 핀(30A)을 왕복하게 하는 신호를 제공한다. 이러한 왕복은 도 2에 도시된 냉각 핀(30A) 주위의 경계 층의 분열을 야기하고, 이에 의해 외부로의 열전달을 향상시킨다. 이 예에서, 드라이버에 의해 제공된 신호는 각각의 냉각 핀(30A)이 인접한 냉각 핀과 동일한 위상에서 왕복하게 한다. 즉, 모든 냉각 핀(30A)은 동시에 A방향으로 편향하고, 동시에 A'방향으로 편향한다. 이는 냉각 핀이 반대 위상으로 왕복되는 경우에 가능한 것보다 서로 근접하여 위치되는 것을 가능하게 하는데, 그렇지 않으면 냉각 핀은 서로에게 영향을 미치기 때문이다. 또한, 냉각 핀(30A)은 왕복될 수 있기 때문에, 인접한 핀 사이의 거리는 열의 분산을 위해 외부 공기의 자연 대류에만 의존하는 수동적인 구성체 내에서 가능한 것에 비해 감소될 수 있다. 인접한 냉각 핀(30A) 사이의 거리를 감소시킴으로써, 단위 체적당 냉각 핀의 향상된 표면적이 달성될 수 있다. 이는 냉각 조립체의 보다 컴팩트한 구성체가 제공되게 한다. 게다가, 냉각 핀(30A)을 왕복시킴으로써, [팬(fan)과 같은] 임의의 추가적인 강제 공기 프로바이더(forced air provider)의 필요가 제거되어, 냉각 조립체(5A)의 단위 체적을 또 감소시킨다. 게다가, 냉각 핀(30A)의 왕복은 인접한 구성요소를 냉각시키는 것을 돕는데 사용될 수 있는 대체로 D방향의 유체 유동을 일으킨다. 또, D방향과 반대인 방향으로 공기를 추진시키는 기존의 수동적인 히트 싱크 또는 강제 공기 히트 싱크를 갖는 이러한 구성체는 가능하지 않다.

발열 구성요소(50)의 온도가 증가함에 따라, 냉각 핀(30A)의 왕복을 제어하는데 사용된 신호의 진폭 및/또는 주파수가 증가한다. 이는 왕복 냉각 핀(30A)의 냉각 효과를 발열 장치(50)의 열 분산 필요에 맞추는 것을 돕는다. 전형적으로, 냉각 핀(30A)의 왕복을 구동하는데 제공된 신호의 주파수는 냉각 핀(30A)의 공명 주파수가 달성될 때까지 증가될 것이다. 냉각 핀(30A)의 최대 변위는 소정의 진폭 신호에 대해 달성된다. 즉, 구동 신호의 효율은 공명 주파수에서 최대이다. 또한, 구동 신호의 진폭을 증가시키면 냉각 핀(30A)의 냉각 효율을 향상시키도록 그들의 변위가 증가된다.

다수의 열 냉각 조립체

도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따른 발열 구성요소를 냉각하기 위한 냉각 조립체의 개략도를 도시한다. 도 5a는 '홀수' 열을 통한 단면을 도시하는 반면, 도 5b는 '짝수' 열을 통한 단면을 도시한다. 이 구성체는 도 4에 도시된 것과 유사하지만, 냉각 핀(30A)의 단지 하나의 열을 갖는 것보다 냉각 핀(30A)의 다수의 열이 제공된다. 이러한 구성체는, N이 각 열의 냉각 핀(30A)의 개수이고, M이 냉각 조립체(5B) 내의 냉각 핀의 열의 개수인 M×N 냉각 핀(30A)의 어레이를 포함하는 냉각 조립체를 제공한다.

이 구성체에서, 컨트롤러는 서로에 대해 반대 위상으로 왕복하도록 냉각 핀(30A)의 인접한 열을 구동시킨다. 도 5a 및 도 5b에서 알 수 있는 바와 같이, 냉각 핀(30A)의 홀수 열이 A방향으로 편향되는 경우에, 냉각 핀(30A)의 짝수 열은 A'방향으로 편향된다. 이 역-왕복은 난류 유동을 증가시키고, 외부로의 열 분산을 향상시키는 것을 돕는다.

축소된 높이의 냉각 조립체

도 6은 일 실시예에 따른 발열 구성요소를 냉각시키기 위한 냉각 조립체의 개략도를 도시한다. 이 구성체에 있어서, 냉각 조립체(대체로 5C)는 도 4에 도시된 구성체와 유사하지만, 냉각 핀(30B)은 대신에, 히트 싱크 베이스(10B)의 주요 면(12B)에 정상인 각으로부터 멀리 경사지고, 이 히트 싱크 베이스(10B)에 냉각 핀(30B)이 수용된다. 이는 도 4 및 도 5에 도시된 구성체의 것에 비해, 축소된 높이(X)를 갖는 냉각 조립체를 제공한다. 도 4와 같이, 냉각 핀(30B)은 도시된 바와 같이 왕복하도록 드라이버에 의해 동일한 위상에서 구동된다.

도 5에 도시된 것과 유사한 방식으로, 히트 싱크 블레이드(30B)의 인접한 열이 제공될 수도 있고, 각각의 히트 싱크 블레이드(30B)의 인접한 열은 서로 반대 위상으로 왕복할 수도 있다. 게다가, 인접한 열은 반대 경사각을 가질 수도 있어서, 인접한 열은 반대 방향으로 경사진다.

이온 냉각 조립체

도 7a 및 도 7b는 냉각 핀 사이의 이온의 유동의 발생을 통해 열 분산을 향상시키는 구성체를 도시한다. 특히, (열 내의 및/또는 열 사이의) 인접한 핀(30C)은 반대로 대전하고, 이는 이러한 냉각 핀 사이에서 이동하고, 핀 사이의 공기의 유동을 돕는 이온화된 입자를 발생시킨다.

각 실시예에 있어서, 냉각 핀을 변위시키는 압전면을 구비하는 것보다, 전체 냉각 핀이 구동 신호의 실행 하에서 변위되도록, 전체 냉각 핀이 압전 물질로 이루어질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 게다가, 압전 물질을 사용하는 것 외에, 다른 변위 기구가 이용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 냉각 핀의 왕복을 수행하도록, (모터 또는 솔레노이드 또는 음파 또는 초음파 장치 또는 다른 전자-기계 기구와 같은) 기계식 액추에이터가 이용될 수도 있다.

또한, 압전 블레이드가 전형적으로 블레이드의 공명 주파수와 동일한 진동 저압 구동 신호에 의해 구동되는 것에 의해 진동되도록 하는 고상 장치(solid state device)인 것이 인식될 것이다. 블레이드를 진동시키도록 낮은 전압과 주기적인 신호를 전달하는 구동 회로는 수 개의 냉각 또는 히트 싱크 조립체를 건조시키는 도터보드(daughterboard)로서 냉각 또는 장착되는 구성요소를 수용하는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)의 PCB 디자인에 통합될 수도 있다. 실시예는 많은 이점을 제공한다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 냉각 또는 히트 싱크 조립체는 그들 아래에 장착된 장치의 온도를 제어하기 위해, 능동 상태와 수동 상태 사이에서 주기적으로 진동하도록 제어될 수 있다. 히트 싱크 조립체는 냉각이 요구될 때까지 수동 상태에 있도록 제어될 수 있고, 그 결과 히트 싱크 조립체는 능동 상태가 된다. 블레이드의 각 열이 이전의 열과 반대 위상으로, 보다 많은 난류 유동을 생성하고, 장치를 위해 혼합 및 냉각하도록, 히트 싱크가 설계될 수 있다. 히트 싱크는 PCB 디자인에 따라 특정 진폭 및 주파수에서 작동하도록 설계될 수 있고, 그에 따라 최적의 냉각이 각 디자인을 위해 달성될 수 있다. 수 개의 보드가 나란히 장착되는 경우, 히트 싱크 조립체는 장치와 인접한 장치 또는 PCB를 냉각하는데 사용될 수 있다. 압전 블레이드를 통해 열전도율을 향상시키고, 크기(mass)를 감소시키기 위해서, 블레이드는 스탠포드 연구원에 의해 개발된 알려진 기술을 사용한 그래핀으로 제조될 수 있다. 블레이드는 베이스 플레이트 표면으로부터 여러 다양한 경사로 장착될 수 있다. 높이 제한이 있거나, 또는 냉각 유체의 유동이 특정 방향으로 장려되는 것이 바람직한 구성이 사용될 수 있다. 또한, 능동 히트 싱크는 이온풍을 생성하는 전기-유체 역학을 포함하여 향상될 수 있다. 이온풍은 2개의 상이하게 대전된 블레이드를 구비함으로써 발생될 수 있다. 이 2개의 상이하게 대전된 블레이드에서, 이온화된 공기가 양으로 대전된 블레이드에서 생성되어 그 다음에 이온화된 기류와 이온화되지 않은 기류 사이의 물질 전달 상호 작용을 통해 발생된 증가된 물질 유량비를 갖는 음으로 대전된 블레이드로 흐른다. 또한, 냉각 블레이드 표면은 표면적을 증가시키는 반면, 예를 들면, 골프공에서 발견된 것과 유사한 딤플(dimple) 또는 리세스 구성체를 제공하는 것과 같이, 항력 및 압력 손실을 제한하는 특징을 포함할 수 있다.

당업자는 다양한 상술된 방법의 단계가 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다는 것이 순조롭게 인식된다. 여기서, 일부 실시예는 디지털 데이터 저장 매체와 같은 기계 또는 컴퓨터 판독 가능하고 명령어의 기계-실행가능한 또는 컴퓨터-실행가능한 프로그램을 인코딩(encode)하는 프로그램 저장 장치를 커버하도록 의도되며, 상기 명령어는 상기 전술된 방법의 단계 중 일부 또는 전체를 수행한다. 프로그램 저장 장치는 예를 들어, 디지털 메모리와, 자기 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 저장 매체와, 하드 드라이브, 또는 선택적으로 판독 가능한 디지털 데이터 저장 매체일 수도 있다. 또한, 실시예는 상술된 방법의 상기 단계를 수행하도록 프로그래밍된 컴퓨터를 커버하도록 의도된다.

"프로세서" 또는 "로직(logic)"으로 지칭된 임의의 기능적인 블럭(block)을 포함하여, 도면에 도시된 다양한 요소의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라, 적절한 소프트웨어와 관련한 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수도 있다. 프로세서에 의해 제공되는 경우에, 단일 전용 프로세서에 의해, 단일 공유 프로세서에 의해, 또는 복수의 개별 프로세서에 의해 기능이 제공될 수도 있고, 이러한 프로세서 중 일부는 공유될 수도 있다. 게다가, 용어 "프로세서" 또는 "컨트롤러" 또는 "로직"의 명백한 사용은 오로지 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어만을 참조하는 것으로 해석되어서는 안되며, 제한 없이, 디지털 신호 처리기(DSP) 하드웨어, 네트워크 프로세서, 주문형 반도체(application specific integrated circuit; ASIC), 현장 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 저장 소프트웨어용 읽기 전용 메모리(ROM), 임의 접근 메모리(RAM), 및 비휘발성 저장 장치(non-volatile storage)를 절대적으로 포함할 수도 있다. 또한, 다른 하드웨어, 종래적인 및/또는 주문 제작된 하드웨어가 포함될 수도 있다. 유사하게, 도면에 도시된 임의의 스위치는 개념 상만으로 존재한다. 이러한 스위치의 기능은 프로그램 로직의 작동을 통해, 전용 로직을 통해, 프로그램 제어와 전용 로직의 상호 작용, 또는 심지어 수동으로, 개시 내용으로부터 보다 상세하게 이해되는 바와 같이, 임플러멘터(implementer)에 의해 선택 가능한 특정 기술을 통해 수행될 수도 있다.

여기서 임의의 블럭 다이어그램은 본 발명의 원리를 구현하는 예시적인 회로(circuitry)의 개념상의 도면을 나타낸다는 것이 당업자에게 인식되어야 한다. 유사하게, 임의의 플로우 차트, 플로우 다이어그램, 상태 전이도, 의사 코드(pseudo code) 등은 컴퓨터 판독 가능 매체 내에서 나타내질 수 있어서, 컴퓨터 또는 프로세서가 명백하게 도시되든지 간에, 이러한 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수도 있는 다양한 공정을 나타낸다.

상세한 설명 및 도면은 단지 본 발명의 원리를 나타낸다. 당업자는, 여기서 명백하게 설명되거나 도시되지 않더라도, 본 발명의 원리를 구현하고, 본 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는 다양한 구성체를 고안할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 여기에 기재된 모든 예는 본 분야를 촉진시키기 위해 발명자(들)에 의해 기여된 개념 및 본 발명의 원리를 리더(reader)가 이해하는 것을 지원하는 교육학적인 목적을 위해서만 주로 명백하게 의도되고, 이러한 상세하게 기재된 예 및 조건을 한정하지 않는 것으로 해석된다. 게다가, 여기서 본 발명의 원리, 개념 및 실시예뿐만 아니라, 특정 예를 기재하는 모든 표현은 동등물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

냉각 조립체에 있어서,
냉각될 발열 구성요소와 열적으로 결합 가능한 히트 싱크 베이스와,
냉각 핀으로서, 상기 냉각 핀은 상기 히트 싱크 베이스와 열적으로 결합 가능하여 상기 발열 구성요소로부터 상기 냉각 핀으로의 열적 경로를 제공하는, 상기 냉각 핀과,
상기 냉각 핀을 왕복시키도록 작동 가능한 변위 기구를 포함하는
냉각 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각 핀은 열전도성 블레이드이고, 상기 변위 기구는 상기 냉각 핀을 변위시키는
냉각 조립체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 냉각 핀은 가요성이고, 상기 변위 기구는 각 냉각 핀의 근위 단부를 향해 상기 냉각 핀을 변위시켜서, 원위 단부를 향해 상기 냉각 핀의 보다 큰 변위를 발생시키는
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변위 기구는 각 냉각 핀을 수용하는 압전 조립체를 포함하고, 상기 압전 조립체는 구동 신호에 응답하여 상기 냉각 핀을 왕복시키도록 작동 가능한
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변위 기구 및 냉각 핀 양자는 상기 압전 조립체를 포함하는
냉각 조립체.
제 5 항에 있어서,
상기 압전 조립체는 그래핀을 포함하는
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변위 기구는 상기 냉각 핀이 왕복하는 활성 상태와, 상기 냉각 핀이 정지 상태로 있는 비활성 상태 사이에서 전환하도록 작동 가능하고, 상기 변위 기구는, 상기 변위 기구가 상기 활성 상태로 전환되는 문턱값을 상기 발열 구성요소의 온도가 초과할 때까지 상기 비활성 상태에 있도록 작동 가능한
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변위 기구는 상기 발열 구성요소의 온도에 응답하여, 상기 냉각 핀의 왕복의 주파수 및 진폭 중 적어도 하나를 변경하도록 작동 가능한
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변위 기구는 상기 냉각 핀을 공명 주파수로 왕복시키도록 작동 가능한
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변위 기구는 상기 냉각 핀을 초음파 주파수로 왕복시키도록 작동 가능한
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 핀은 복수의 열 내에 배열되고, 상기 변위 기구는 서로에 대해 반대 위상으로 인접한 열을 왕복시키도록 작동 가능한
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 핀은 표면 파상을 포함하는
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
이온화된 입자의 유동을 제공하기 위해 인접한 냉각 핀을 반대로 대전시키도록 작동 가능한 전압 발생기를 포함하는
냉각 조립체.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 핀의 왕복은 냉각될 인접한 발열 구성요소 상으로 바로 향할 수 있는 유체 유동을 발생시키는
냉각 조립체.
냉각 방법에 있어서,
냉각될 발열 구성요소와 열적으로 결합 가능한 히트 싱크 베이스를 제공하는 단계와,
상기 히트 싱크 베이스와 냉각 핀을 열적으로 연결시켜서, 상기 발열 구성요소로부터 상기 냉각 핀으로의 열적 경로를 제공하는 단계와,
상기 냉각 핀을 왕복시키는 단계를 포함하는
냉각 방법.