KR20230049729A

KR20230049729A - Mems-기반 냉각 시스템들을 제조하기 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20230049729A
Application number: KR1020237008707A
Authority: KR
Inventors: 수리야프라카쉬 간티; 브라이언 제임스 갤리; 밍 퉁; 세쉬아기리 라오 매드하바페디; 비크램 무쿤단; 아난스 사란 얄라마시; 레오나드 유진 펜넬
Original assignee: 프로리 시스템스 인코포레이티드
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2023-04-13
Also published as: TW202228311A; US20220087064A1; TWI825478B; WO2022060594A1; CN116326255A

Abstract

냉각 시스템을 제공하는 방법이 설명된다. 방법은 복수의 시트들을 제공하는 것을 포함한다. 각각의 시트는 복수의 냉각 셀들의 각각의 냉각 셀에서 레벨에 대한 적어도 하나의 구조를 포함한다. 각각의 냉각 셀의 특정 레벨은 제1 측면 및 제2 측면을 갖는 냉각 요소를 포함한다. 냉각 요소는 제1 측에서 제2 측으로 유체를 구동하기 위해 진동 모션을 겪도록 구성된다. 이 방법은 또한 시트들을 정렬하는 단계, 시트들을 부착하여 냉각 셀들을 포함하는 라미네이트를 형성하는 단계, 라미네이트를 섹션들로 분리하는 단계를 포함한다. 각 섹션은 적어도 하나의 냉각 셀을 포함한다.

Description

MEMS-기반 냉각 시스템들을 제조하기 위한 방법 및 시스템

본 출원은 2020년 9월 16일에 출원된 발명의 명칭이 METHOD AND SYSTEM FOR FABRICATING MEMS-BASED COOLING SYSTEMS인 미국 가특허 출원 번호 63/079,460에 대해 우선권을 주장하고, 이 출원은 모든 목적들을 위해 본원에 참조로 포함된다.

컴퓨팅 디바이스들의 속도와 컴퓨팅 능력이 향상됨에 따라, 컴퓨팅 디바이스들에 의해 생성되는 열은 또한 증가한다. 발열을 해결하기 위해 다양한 메커니즘들이 제안되었다. 팬들과 같은 능동 디바이스들은 랩톱 컴퓨터들 또는 데스크톱 컴퓨터들과 같은 대형 컴퓨팅 디바이스들을 통해 공기를 구동하는 데 사용될 수 있다. 방열판들과 같은 수동 냉각 디바이스들은 스마트폰들, 가상 현실 디바이스들 및 태블릿 컴퓨터들과 같은 더 작은 모바일 컴퓨팅 디바이스들에 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 능동 및 수동 디바이스들은 스마트폰들과 같은 모바일 디바이스들과 랩톱들 및 데스크톱 컴퓨터들과 같은 더 큰 디바이스들 둘 모두를 적절하게 냉각하지 못할 수 있다. 결과적으로, 컴퓨팅 디바이스들을 위한 추가 냉각 솔루션들이 원해진다.

본 발명의 다양한 실시예들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들에 개시되어 있다.
도 1a-도 1f는 중심에 앵커링된 냉각 요소를 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 묘사한다.
도 2a-도 2b는 중심에 앵커링된 냉각 요소들을 포함하는 능동 냉각 시스템들에서 사용 가능한 냉각 요소들의 실시예들을 묘사한다.
도 3a-도 3b는 중심에 앵커링된 냉각 요소들을 포함하는 능동 냉각 시스템들에서 사용 가능한 냉각 요소들의 실시예들을 묘사한다.
도 4a-도 4b는 중심에 앵커링된 냉각 요소를 포함하는 능동 냉각 시스템의 실시예를 묘사한다.
도 5a-도 5e는 타일에 형성된 능동 냉각 시스템의 실시예를 묘사한다.
도 6은 시트 레벨 제조를 사용하여 냉각 시스템(들)을 제공하기 위한 방법의 실시예를 묘사하는 흐름도이다.
도 7a-도 7g는 제조 동안 적층형 냉각 시스템들의 실시예들을 묘사한다.
도 8a-도 8c는 시트 레벨 제조를 사용하는 제조를 나타내는 적층형 냉각 시스템들(800A, 800B 및 800C)의 실시예들을 묘사하는 다이어그램들이다.
도 9는 제조 동안 용접들이 사용되는 냉각 시스템의 실시예를 묘사하는 다이어그램이다.
도 10은 시트 레벨 제조를 사용하여 냉각 시스템(들)을 제공하기 위한 방법의 실시예를 묘사하는 흐름도이다.
도 11a-도 11d는 제조 동안 적층형 냉각 시스템들의 실시예를 묘사한다.
도 12a-도 12d는 시트 레벨 제조를 사용하여 형성된 냉각 요소들 부분들의 실시예들을 묘사한다.

본 발명은 프로세스로서; 장치; 시스템; 물질의 구성; 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품; 및/또는 프로세서, 예를 들어 프로세서에 결합된 메모리에 저장 및/또는 제공되는 명령들을 실행하도록 구성된 프로세서 같은 프로세서를 포함하여, 다수의 방식들로 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 이러한 구현들, 또는 본 발명이 취할 수 있는 임의의 다른 형태는 기법들로 지칭될 수 있다. 일반적으로, 개시된 프로세스들의 단계들의 순서는 본 발명의 범위 내에서 변경될 수 있다. 달리 언급되지 않으면, 작업을 수행하도록 구성되는 것으로 설명된 프로세서나 메모리와 같은 구성요소는 주어진 시간에 작업을 수행하도록 임시로 구성되는 일반 구성요소 또는 작업을 수행하도록 제조된 특정 구성요소로 구현될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, '프로세서'라는 용어는 컴퓨터 프로그램 명령들과 같은 데이터를 프로세싱하도록 구성된 하나 이상의 디바이스들, 회로들 및/또는 프로세싱 코어들을 지칭한다.

본 발명의 하나 이상의 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 원리들을 예시하는 첨부 도면들과 함께 아래에 제공된다. 본 발명은 이러한 실시예들과 관련하여 설명되지만, 본 발명은 임의의 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명의 범위는 청구범위들에 의해서만 제한되고 본 발명은 다수의 대안들, 수정들 및 등가물들을 포함한다. 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 하기 설명에 기재되어 있다. 이러한 세부사항들은 예시의 목적으로 제공되고 본 발명은 이러한 특정 세부사항들의 일부 또는 전부 없이 청구범위들에 따라 실시될 수 있다. 명확성을 위해, 본 발명과 관련된 기술 분야들에서 알려진 기술 자료는 본 발명이 불필요하게 모호하게 되지 않도록 상세히 설명되지 않았다.

반도체 디바이스들이 점점 강력해짐에 따라, 동작들 동안 생성된 열도 증가한다. 예를 들어 스마트폰들, 태블릿 컴퓨터들, 노트북들, 가상 현실 디바이스들과 같은 모바일 디바이스들용 프로세서들은 높은 클록 속도들로 동작할 수 있지만, 상당한 양의 열을 생성한다. 생성되는 열의 양 때문에, 프로세서들은 상대적으로 짧은 시간 기간 동안만 최대 속도로 실행될 수 있다. 이 시간이 만료되면, 스로틀링(throttling)(예를 들어, 프로세서의 클록 속도 저하)이 발생한다. 스로틀링은 발열을 줄일 수 있지만, 이는 또한 프로세서 속도에 악영향들을 미치므로, 프로세서들을 사용하는 디바이스들의 성능에도 영향을 미친다. 기술이 5G 이상으로 이동함에 따라, 이 문제는 더욱 악화될 것으로 예상된다.

랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터들과 같은 더 큰 디바이스들은 회전 블레이드들을 갖는 전기 팬들을 포함한다. 에너지를 공급받을 수 있는 팬은 내부 구성요소들의 온도 상승에 응답한다. 팬들은 더 큰 디바이스들을 통해 공기를 구동하여 내부 구성요소들을 냉각시킨다. 그러나, 이러한 팬들은 일반적으로 스마트폰들과 같은 모바일 디바이스들이나 태블릿 컴퓨터들과 같은 더 얇은 디바이스들에 너무 크다. 팬들은 또한 구성요소들의 표면에 존재하는 공기 경계층으로 인해 효능이 제한될 수 있고, 냉각하려는 핫 표면을 가로지르는 공기 흐름에 제한된 공기속도를 제공하고 과도한 양의 노이즈를 생성할 수 있다. 수동 냉각 솔루션들은 방열판, 히트 파이프(heat pipe) 또는 방열판으로 열을 전달하는 증기 챔버와 같은 구성요소들을 포함할 수 있다. 방열판이 핫 스폿들의 온도 상승을 다소 완화하지만, 현재 및 미래 디바이스들에서 생성되는 열의 양은 적절하게 해결되지 않을 수 있다. 유사하게, 히트 파이프 또는 증기 챔버는 생성된 과도한 열을 제거하기에 불충분한 양의 열 전달을 제공할 수 있다.

컴퓨팅 디바이스들의 다양한 구성들은 열 관리를 더욱 복잡하게 한다. 예를 들어, 랩톱들과 같은 컴퓨팅 디바이스들은 외부 환경에 빈번하게 개방되는 반면, 스마트폰들과 같은 다른 컴퓨팅 디바이스들은 일반적으로 외부 환경에 대해 폐쇄적이다. 따라서, 팬들과 같은 개방형 디바이스들에 대한 능동적 열 관리 솔루션들은 폐쇄형 디바이스들에 적합하지 않을 수 있다. 컴퓨팅 디바이스의 내부에서 외부 환경으로의 팬 구동 가열 유체는 스마트폰들과 같은 폐쇄형 컴퓨팅 디바이스들에 비해 너무 클 수 있고 제한된 유체 흐름을 제공할 수 있다. 또한, 폐쇄형 컴퓨팅 디바이스는 팬이 폐쇄형 컴퓨팅 디바이스에 통합될 수 있더라도 가열된 유체를 위한 출구가 없다. 따라서, 이러한 개방형-디바이스 메커니즘에 의해 제공되는 열 관리는 효능이 제한될 수 있다. 개방형 컴퓨팅 디바이스들의 경우에도, 입구 및/또는 출구의 위치는 상이한 디바이스들에 대해 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 랩톱에서 팬-구동 유체 흐름을 위한 출구는 가열된 유체의 유출부 내에 놓일 수 있는 사용자의 손이나 다른 구조들에서 멀리 위치하는 것이 원해질 수 있다. 이러한 구성은 사용자의 불편을 방지할 뿐만 아니라, 팬이 원하는 냉각을 제공하게 한다. 상이한 구성을 갖는 다른 모바일 디바이스는 입구들 및/또는 출구들이 다르게 구성될 것을 요구할 수 있고, 그러한 열 관리 시스템의 효능을 감소시킬 수 있고, 그러한 열 관리 시스템들의 사용을 방해할 수 있다. 따라서, 컴퓨팅 디바이스들에서 냉각을 개선하기 위한 메커니즘들이 요구된다.

시트들을 제공하는 것은 오리피스 플레이트 시트를 제공하는 것, 능동 디바이스 시트를 제공하는 것 및 상단 플레이트 시트를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 오리피스 플레이트 시트는 내부에 오리피스들을 포함한다. 능동 요소 시트는 각 냉각 셀에 대한 냉각 요소를 포함한다. 냉각 요소는 중심 영역과 주변부를 갖는다. 상단 플레이트 시트는 각각의 냉각 셀들에 대해 내부에 적어도 하나의 벤트(vent)를 포함한다. 이러한 일부 실시예들에서, 정렬은 상단 플레이트 시트와 오리피스 플레이트 시트 사이에 능동 요소 시트를 위치시키는 것을 포함한다. 시트들을 부착하는 것은 능동 요소 시트가 오리피스 플레이트 시트에 부착되고, 프레임 시트가 능동 요소 시트에 부착되고, 상단 플레이트 시트가 프레임 시트에 부착되도록 시트들을 부착하는 것을 포함할 수 있다. 프레임 시트가 또한 제공될 수 있다. 프레임 시트의 일부는 각 냉각 셀의 셀 벽들을 형성한다.

일부 실시예들에서, 능동 요소 시트를 제공하는 것은 복수의 높이들을 갖는 복수의 영역들을 제공하기 위해 기판을 선택적으로 에칭하는 것을 더 포함한다. 또한, 압전 층은 기판의 일부에 제공된다. 그러한 일부 실시예들에서, 능동 요소 시트를 제공하는 것은 강철 기판 상에 절연 배리어를 제공하는 것과 절연 배리어 상에 하단 전극을 제공하는 것을 더 포함한다. 압전 층은 하단 전극에 있다. 방법은 또한 하단 전극을 기판에 연결하는 것을 포함할 수 있다. 하단 전극을 연결하는 것은 하단 전극과 기판 사이에 점퍼(jumper)를 제공하거나 하단 전극을 제공하고 비아(들)에 전도체(들)(예를 들어, 금속들)를 제공하기 전에 절연 배리어에 비아(들)를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 기판은 강철(예를 들어, 스테인리스 강), Al(예를 들어, Al 합금) 및/또는 Ti(예를 들어, Ti6Al-4V와 같은 Ti 합금) 중 하나 이상을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 냉각 요소를 위한 지지 구조는 또한 능동 요소 시트를 제공하는 것의 일부로서 능동 요소 시트의 일부로부터 정의될 수 있다.

냉각 시스템이 또한 설명된다. 냉각 시스템은 복수의 시트들을 포함하는 적층 냉각 셀을 포함한다. 각각의 시트들은 적층 냉각 셀의 레벨에 대해 적어도 하나의 구조를 포함한다. 능동 요소 시트는 제1 측 및 제2 측을 갖는 냉각 요소를 포함한다. 냉각 요소는 제1 측에서 제2 측으로 유체를 구동하기 위해 진동 모션을 겪도록 구성된다. 시트들은 오리피스 플레이트 시트 및 상단 플레이트 시트를 더 포함할 수 있다. 오리피스 플레이트 시트는 내부에 오리피스들을 포함한다. 상단 플레이트 시트는 내부에 적어도 하나의 벤트를 갖는다. 능동 요소 시트는 오리피스 플레이트 시트와 상단 플레이트 시트 사이에 있다. 냉각 요소는 중심 영역과 진동 모션을 겪도록 구성된 주변부를 갖는다. 일부 실시예들에서, 능동 요소 시트는 냉각 요소의 중심 영역에 지지 구조를 더 포함한다. 능동 요소 시트는 지지 구조에 의해 오리피스 플레이트 시트에 결합된다. 일부 실시예들에서, 능동 요소 시트는 압전 층을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 냉각 요소는 기판, 기판 상의 절연 배리어, 절연 배리어 상의 하단 전극, 및 하단 전극과 스테인리스 기판 사이의 전기 커넥터를 포함한다. 압전 층은 하단 전극에 있다. 시트들은 프레임 시트를 더 포함할 수 있다. 프레임 시트의 일부는 적층 냉각 셀용 셀 벽들을 형성한다. 프레임 시트는 능동 요소 시트와 상단 플레이트 시트 사이에 있을 수 있다.

복수의 적층 냉각 셀들을 포함하는 냉각 시스템이 설명된다. 적층 냉각 셀들은 복수의 시트들을 포함한다. 각각의 시트들은 적층 냉각 셀의 레벨에 대해 적어도 하나의 구조를 포함한다. 시트는 오리피스 플레이트 시트, 능동 요소 시트 및 상단 플레이트 시트를 더 포함한다. 오리피스 플레이트 시트는 내부의 각 냉각 셀에 대해 복수의 오리피스들을 갖는다. 능동 요소 시트는 각각의 적층 냉각 셀에 대한 냉각 요소를 포함한다. 냉각 요소는 제1 측과 제2 측을 갖는다. 냉각 요소는 제1 측에서 제2 측으로 유체를 구동하기 위해 진동 모션을 겪도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소는 중심 영역 및 적어도 하나의 캔틸레버 아암을 갖는다. 캔틸레버 아암(들)은 진동 모션을 겪는다. 능동 요소 시트는 또한 냉각 요소를 위한 지지 구조를 포함할 수 있다. 지지 구조는 냉각 요소의 중심 부분에 있고 오리피스 플레이트에 결합된다. 상단 플레이트 시트는 각각의 적층 냉각 셀들에 대해 내부에 적어도 하나의 벤트를 갖는다. 능동 요소 시트는 오리피스 플레이트 시트와 상단 플레이트 시트 사이에 있다. 시트들은 프레임 시트를 더 포함할 수 있다. 프레임 시트의 일부는 각각의 적층 냉각 셀용 셀 벽들을 형성한다. 일부 실시예들에서, 프레임 시트는 능동 요소 시트와 상단 플레이트 시트 사이에 있다.

도 1a-도 1f는 중심에 앵커링된 냉각 요소(120 또는 120')를 포함하고 발열 구조(102)와 함께 사용 가능한 능동 냉각 시스템(100)의 예시적인 실시예를 묘사하는 도면들이다. 냉각 요소(120)는 도 1a-도 1e에 도시되고 냉각 요소(120')는 도 1f에 도시된다. 명확성을 위해, 소정 구성요소들만이 도시된다. 도 1a-도 1f는 축척에 맞지 않는다. 대칭으로 도시되어 있지만, 냉각 시스템(100)은 반드시 대칭일 필요는 없다.

냉각 시스템(100)은 내부에 벤트(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 냉각 요소(120), 내부에 오리피스들(132)을 갖는 오리피스 플레이트(130), 지지 구조(또는 "앵커")(160) 및 내부에 형성된 챔버들(140 및 150)(통칭하여 챔버(140/150))를 포함한다. 냉각 요소(120)는 중심 영역에서 앵커(160)에 의해 지지된다. 냉각 요소의 주변부(예를 들어, 팁(121))의 부분들에 더 가깝고 이를 포함하는 냉각 요소(120)의 영역들은 작동될 때 진동한다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 팁(121)은 앵커(160)로부터 가장 먼 주변부의 일부를 포함하고 냉각 요소(120)의 작동 동안 가장 큰 편향을 겪는다. 명확성을 위해, 냉각 요소(120)의 단 하나의 팁(121)만이 도 1a에서 라벨링된다.

도 1a는 중립 포지션의 냉각 시스템(100)을 묘사한다. 따라서, 냉각 요소(120)는 실질적으로 편평한 것으로 도시된다. 동위상 동작을 위해, 냉각 요소(120)는 도 1b 및 도 1c에 도시된 포지션들 사이에서 진동하도록 구동된다. 이러한 진동 모션은 유체(예를 들어, 공기)를 챔버들(140, 150)을 통해 벤트(112)로 끌어당겨 고속 및/또는 유량으로 오리피스들(132) 밖으로 인출한다. 예를 들어, 유체가 발열 구조(102)에 충돌하는 속도는 초당 30미터 이상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체는 냉각 요소(120)에 의해 초당 45미터 이상의 속도로 발열 구조(102)를 향해 구동된다. 일부 실시예들에서, 유체는 초당 60미터 이상의 속도로 냉각 요소(120)에 의해 발열 구조(102)를 향해 구동된다. 다른 속도들은 일부 실시예들에서 가능할 수 있다. 냉각 시스템(100)은 또한 냉각 요소(120)의 진동 모션에 의해 오리피스들(132)을 통해 챔버(140/150) 내로 유체가 거의 또는 전혀 인출되지 않도록 구성된다.

발열 구조(102)는 냉각 시스템(100)에 의해 냉각되는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에서, 발열 구조(102)는 열을 생성한다. 예를 들어, 발열 구조는 집적 회로일 수 있다. 일부 실시예들에서, 발열 구조(102)는 냉각되는 것이 바람직하지만 열 자체를 생성하지 않는다. 발열 구조(102)는 (예를 들어, 열을 생성하는 근처 물체로부터의) 열을 전도할 수 있다. 예를 들어, 발열 구조(102)는 방열판 또는 증기 챔버일 수 있다. 따라서, 발열 구조(102)는 프로세서들, 다른 집적 회로(들) 및/또는 칩 패키지(들)와 같은 개별 집적 회로 구성요소들을 포함하는 반도체 구성요소(들); 센서(들); 광학 디바이스(들); 하나 이상의 배터리들; 컴퓨팅 디바이스와 같은 전자 디바이스의 다른 구성요소(들); 방열판들; 히트 파이프들; 냉각을 원하는 다른 전자 구성요소(들) 및/또는 다른 디바이스(들)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 발열 구조(102)는 냉각 시스템(100)을 포함하는 모듈의 열 전도 부분일 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템(100)은 발열 구조(102)에 부착될 수 있고, 발열 구조(102)는 다른 히트 싱크, 증기 챔버, 집적 회로 또는 냉각되기를 원하는 다른 별도의 구조에 결합될 수 있다.

냉각 시스템(100)이 사용되기를 원하는 디바이스들은 또한 냉각 시스템을 배치하기 위한 제한된 공간을 가질 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템(100)은 컴퓨팅 디바이스들에 사용될 수 있다. 이러한 컴퓨팅 디바이스들은 스마트폰들, 태블릿 컴퓨터들, 랩톱 컴퓨터들, 태블릿들, 투인원(two-in-one) 랩톱들, 핸드헬드 게임 시스템들, 디지털 카메라들, 가상 현실 헤드셋들, 증강 현실 헤드셋들, 혼합 현실 헤드셋들 및 얇은 다른 디바이스들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 냉각 시스템(100)은 모바일 컴퓨팅 디바이스들 및/또는 적어도 하나의 차원에서 제한된 공간을 갖는 다른 디바이스들 내에 상주할 수 있는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 냉각 시스템일 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템(100)의 총 높이(발열 구조(102)의 상단에서 상단 플레이트(110)의 상단까지)는 2 밀리미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 시스템(100)의 총 높이는 1.5 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 이 총 높이는 1.1 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 총 높이는 1 밀리미터를 초과하지 않는다. 일부 실시예들에서, 총 높이는 이백오십 마이크로미터를 초과하지 않는다. 유사하게, 오리피스 플레이트(130)의 하단과 발열 구조(102)의 상단 사이의 거리(y)는 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, y는 200 마이크로미터 이상 1.2 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, y는 500 마이크로미터 이상 1 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, y는 200 마이크로미터 이상 300 마이크로미터 이하이다. 따라서, 냉각 시스템(100)은 컴퓨팅 디바이스들 및/또는 적어도 하나의 차원에서 제한된 공간을 갖는 다른 디바이스들에서 사용 가능하다. 그러나, 공간에 대한 제한들이 적은 디바이스들에서 및/또는 냉각 이외의 목적들로 냉각 시스템(100)을 사용하는 것을 방해하는 것은 없다. 하나의 냉각 시스템(100)(예를 들어, 하나의 냉각 셀)이 도시되어 있지만, 다수의 냉각 시스템들(100)은 발열 구조(102)과 관련하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 냉각 셀들의 1차원 또는 2차원 어레이가 활용될 수 있다.

냉각 시스템(100)은 발열 구조(102)를 냉각시키는 데 사용되는 유체와 연통한다. 유체는 가스 또는 액체일 수 있다. 예를 들어, 유체는 공기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체는 냉각 시스템(100)이 상주하는 (예를 들어, 디바이스의 외부 벤트들을 통해 제공되는) 디바이스 외측으로부터의 유체를 포함한다. 일부 실시예들에서, 유체는 냉각 시스템이 상주하는 디바이스 내에서(예를 들어, 폐쇄된 디바이스 내에서) 순환한다.

냉각 요소(120)는 능동 냉각 시스템(100)의 내부를 상단 챔버(140)와 하단 챔버(150)로 나누는 것으로 간주될 수 있다. 상단 챔버(140)는 냉각 요소(120), 측면 및 상단 플레이트(110)에 의해 형성된다. 하단 챔버(150)는 오리피스 플레이트(130), 측면들, 냉각 요소(120) 및 앵커(160)에 의해 형성된다. 상단 챔버(140) 및 하단 챔버(150)는 냉각 요소(120)의 주변부에서 연결되고 함께 챔버(140/150)(예를 들어, 냉각 시스템(100)의 내부 챔버)를 형성한다.

상단 챔버(140)의 크기 및 구성은 셀(냉각 시스템(100)) 치수들, 냉각 요소(120) 모션 및 동작 빈도의 함수일 수 있다. 상단 챔버(140)는 높이(h1)를 갖는다. 상단 챔버(140)의 높이는 원하는 유량 및/또는 속도로 오리피스들(132)을 통해 하단 챔버(150)로 유체를 구동하기에 충분한 압력을 제공하도록 선택될 수 있다. 상단 챔버(140)는 또한 작동될 때 냉각 요소(120)가 상단 플레이트(110)와 접촉하지 않도록 충분히 높다. 일부 실시예들에서, 상단 챔버(140)의 높이는 50 마이크로미터 이상 500 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 상단 챔버(140)는 200 마이크로미터 이상 300 마이크로미터 이하의 높이를 갖는다.

하단 챔버(150)는 높이(h2)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 하단 챔버(150)의 높이는 냉각 요소(120)의 모션을 수용하기에 충분하다. 따라서, 정상 동작 동안 냉각 요소(120)의 어떤 부분도 오리피스 플레이트(130)와 접촉하지 않는다. 하단 챔버(150)는 일반적으로 상단 챔버(140)보다 작고 유체가 오리피스들(132)로 역류하는 것을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하단 챔버(150)의 높이는 냉각 요소(120)의 최대 편향 + 5 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 편향(예를 들어, 팁(121)의 편향)(z)은 10 마이크로미터 이상 100 마이크로미터 이하의 진폭을 갖는다. 이러한 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 편향 진폭은 10 마이크로미터 이상 60 마이크로미터 이하이다. 그러나, 냉각 요소(120)의 편향 진폭은 냉각 시스템(100)을 통과하는 원하는 유량 및 냉각 시스템(100)의 구성과 같은 요인들에 따른다. 따라서, 하단 챔버(150)의 높이는 일반적으로 냉각 시스템(100)의 다른 구성요소들을 통과하는 유량에 따른다.

상단 플레이트(110)는 유체가 냉각 시스템(100)으로 인출될 수 있는 벤트(112)를 포함한다. 상단 벤트(112)는 챔버(140) 내의 원하는 음향 압력에 기반하여 선택된 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 벤트(112)의 폭(w)은 500 마이크로미터 이상 1000 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 벤트(112)의 폭은 250 마이크로미터 이상 2000 마이크로미터 이하이다. 도시된 실시예에서, 벤트(112)는 상단 플레이트(110)의 중심에 위치된 구멍이다. 다른 실시예들에서, 벤트(112)는 다른 곳에 위치될 수 있다. 예를 들어, 벤트(112)는 상단 플레이트(110)의 에지들 중 하나에 더 가까울 수 있다. 벤트(112)는 원형, 직사각형 또는 다른 형상의 풋프린트를 가질 수 있다. 단일 벤트(112)가 도시되어 있지만, 다수의 벤트들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 벤트들은 상단 챔버(140)의 에지들을 향해 오프셋되거나 상단 챔버(140)의 측면(들)에 위치될 수 있다. 상단 플레이트(110)가 실질적으로 편평한 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서, 트렌치들 및/또는 다른 구조들은 상단 챔버(140)의 구성 및/또는 상단 플레이트(110) 위의 영역을 수정하기 위해 상단 플레이트(110)에 제공될 수 있다.

앵커(지지 구조)(160)는 냉각 요소(120)의 중심 부분에서 냉각 요소(120)를 지지한다. 따라서, 냉각 요소(120)의 주변부의 적어도 일부는 고정되지 않고 자유롭게 진동한다. 일부 실시예들에서, 앵커(160)는 냉각 요소(120)의 중심 축(예를 들어, 도 1a-도 1e의 페이지에 수직)을 따라 연장된다. 그러한 실시예들에서, 진동하는 냉각 요소(120)의 부분(예를 들어, 팁(121)을 포함함)은 캔틸레버 방식으로 이동한다. 따라서, 냉각 요소(120)의 부분들은 나비의 날개와 유사한 방식(즉, 동위상) 및/또는 시소와 유사한 방식(즉, 이위상)으로 이동할 수 있다. 따라서, 캔틸레버 방식으로 진동하는 냉각 요소(120)의 부분들은 일부 실시예들에서는 위상이 같고 다른 실시예들에서 위상이 다르다. 일부 실시예들에서, 앵커(160)는 냉각 요소(120)의 축을 따라 연장되지 않는다. 그러한 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 주변의 모든 부분들은 자유롭게 진동한다(예를 들어, 해파리와 유사함). 도시된 실시예에서, 앵커(160)는 냉각 요소(120)의 하단으로부터 냉각 요소(120)를 지지한다. 다른 실시예들에서, 앵커(160)는 다른 방식으로 냉각 요소(120)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 앵커(160)는 상단으로부터 냉각 요소(120)를 지지할 수 있다(예를 들어, 냉각 요소(120)는 앵커(160)에 매달려 있다). 일부 실시예들에서, 앵커(160)의 폭(a)은 0.5 밀리미터 이상 4 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 앵커(160)의 폭은 2 밀리미터 이상 2.5 밀리미터 이하이다. 앵커(160)는 냉각 요소(120)의 10% 이상 50% 이하를 차지할 수 있다.

냉각 요소(120)는 발열 구조(102)로부터 멀리 떨어진 제1 측 및 발열 구조(102)에 근접한 제2 측을 갖는다. 도 1a-도 1e에 도시된 실시예에서, 냉각 요소(120)의 제1 측은 냉각 요소(120)의 상단이고(상단 플레이트(110)에 더 가까움) 제2 측은 냉각 요소(120)의 하단이다(오리피스 플레이트(130)에 더 근접함). 냉각 요소(120)는 도 1a-도 1e에 도시된 바와 같이 진동 모션을 겪도록 작동된다. 냉각 요소(120)의 진동 모션은 유체를 발열 구조(102)로부터(예를 들어, 상단 챔버(140)으로부터) 먼 냉각 요소(120)의 제1 측으로부터 발열 구조(102)에 근접한 냉각 요소(120)의 제2 측(예를 들어, 하단 챔버(150))으로 구동시킨다. 냉각 요소(120)의 진동 모션은 또한 유체를 벤트(112)를 통해 상단 챔버(140)로 인출하고; 유체를 상단 챔버(140)로부터 하단 챔버(150)로 강제하고; 유체를 하단 챔버(150)로부터 오리피스 플레이트(130)의 오리피스들(132)을 통해 구동한다. 따라서, 냉각 요소(120)는 액추에이터로서 보여질 수 있다. 단일 연속 냉각 요소의 맥락에서 설명되지만, 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)는 2개(또는 그 이상)의 냉각 요소들에 의해 형성될 수 있다. 각각의 냉각 요소는 한 부분이 고정되고(예를 들어, 지지 구조(160)에 의해 지지됨) 반대 부분은 고정되지 않는다. 따라서, 중심에서 지지되는 단일 냉각 요소(120)는 에지에서 지지되는 다수의 냉각 요소들의 조합에 의해 형성될 수 있다.

냉각 요소(120)는 냉각 요소(120)가 진동하기를 원하는 주파수에 의존하는 길이(L)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 길이는 4 밀리미터 이상 10 밀리미터 이하이다. 이러한 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)는 6 밀리미터 이상 8 밀리미터 이하의 길이를 갖는다. 냉각 요소(120)의 깊이(예를 들어, 도 1a-도 1e에 도시된 평면에 수직)는 L의 1/4 내지 L의 2배까지 변할 수 있다. 예를 들어, 냉각 요소(120)는 길이와 동일한 깊이를 가질 수 있다. 냉각 요소(120)의 두께(t)는 냉각 요소(120)의 구성 및/또는 냉각 요소(120)가 작동되기를 원하는 주파수에 기반하여 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소 두께는 8 밀리미터의 길이를 갖고 20 킬로헤르쯔 이상 25 킬로헤르쯔 이하의 주파수에서 구동되는 냉각 요소(120)에 대해 200 마이크로미터 이상 350 마이크로미터 이하이다. 챔버(140/150)의 길이(C)는 냉각 요소(120)의 길이(L)에 가깝다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 에지와 챔버(140/50)의 벽 사이의 거리(d)는 100 마이크로미터 이상 500 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, d는 200 마이크로미터 이상 300 마이크로미터 이하이다.

냉각 요소(120)는 상단 챔버(140) 내 유체의 압력파의 음향 공진에 대한 공진 주파수 및 냉각 요소(120)의 구조적 공진에 대한 공진 주파수 둘 모두에 있거나 그 근처에 있는 주파수에서 구동될 수 있다. 진동 모션을 겪는 냉각 요소(120)의 부분은 냉각 요소(120)의 공진("구조적 공진")에서 또는 그 근처에서 구동된다. 진동을 겪는 냉각 요소(120)의 이 부분은 일부 실시예들에서 캔틸레버 섹션일 수 있다. 구조적 공진에 대한 진동 주파수는 구조 공진 주파수로 칭해진다. 냉각 요소(120) 구동에서 구조적 공진 주파수의 사용은 냉각 시스템(100)의 전력 소비를 감소시킨다. 냉각 요소(120) 및 상단 챔버(140)는 또한 이러한 구조적 공진 주파수가 상단 챔버(140)를 통해 구동되는 유체의 압력파에서의 공진(상단 챔버(140)의 음향 공진)에 대응하도록 구성될 수 있다. 이러한 압력파의 주파수는 음향 공명 주파수로 칭해진다. 음향 공진에서, 압력의 노드는 벤트(112) 근처에서 발생하고 압력의 안티노드(antinode)는 냉각 시스템(100)의 주변부 근처(예를 들어, 냉각 요소(120)의 팁(121) 근처 및 상단 챔버(140)와 하단 챔버(150) 사이의 연결부 근처)에서 발생한다. 이 두 영역들 사이의 거리는 C/2이다. 따라서, C/2 = n/4이고, 여기서 는 유체의 음향 파장이고 n은 홀수이다(예를 들어, n = 1, 3, 5 등). 최하위 모드의 경우, C = /2이다. 챔버(140)의 길이(예를 들어, C)가 냉각 요소(120)의 길이에 가깝기 때문에, 일부 실시예들에서, L/2 = n/4인 것이 또한 대략적으로 사실이고, 여기서 는 유체에 대한 음향 파장이고 n은 홀수이다. 따라서, 냉각 요소(120)가 구동되는 주파수()는 냉각 요소(120)에 대한 구조적 공진 주파수이거나 그 근처에 있다. 주파수()는 또한 적어도 상단 챔버(140)에 대한 음향 공명 주파수에 있거나 그 근처에 있다. 상단 챔버(140)의 음향 공진 주파수는 일반적으로 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수보다 온도 및 크기와 같은 파라미터에 따라 덜 극적으로 변한다. 결과적으로, 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)는 음향 공진 주파수보다 구조적 공진 주파수에서(또는 이에 더 가깝게) 구동될 수 있다.

오리피스 플레이트(130)는 내부에 오리피스들(132)을 갖는다. 오리피스들(132)의 특정 개수 및 분포가 도시되어 있지만, 다른 개수 및/또는 다른 분포가 사용될 수 있다. 단일 오리피스 플레이트(130)는 단일 냉각 시스템(100)에 사용된다. 다른 실시예들에서, 다수의 냉각 시스템들(100)은 오리피스 플레이트를 공유할 수 있다. 예를 들어, 다수의 셀들(100)은 원하는 구성으로 함께 제공될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 셀들(100)은 동일한 크기 및 구성 또는 상이한 크기(들) 및/또는 구성(들)일 수 있다. 오리피스들(132)은 발열 구조(102)의 표면에 대해 수직으로 배향된 축을 갖는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 오리피스들(132)의 축은 다른 각도에 있을 수 있다. 예를 들어, 축의 각도는 실질적으로 0도 및 0이 아닌 예각으로부터 선택될 수 있다. 오리피스들(132)은 또한 오리피스 플레이트(130)의 표면에 대한 수직에 실질적으로 평행한 측벽들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 오리피스들은 오리피스 플레이트(130)의 표면에 대한 수직에 대해 0이 아닌 각도의 측벽들을 가질 수 있다. 예를 들어, 오리피스들(132)은 원추형일 수 있다. 또한, 오리피스 위치(130)가 실질적으로 편평한 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서 트렌치들 및/또는 다른 구조들은 오리피스 플레이트(130)에 제공되어 하단 챔버(150)의 구성 및/또는 오리피스 플레이트(130)와 발열 구조(102) 사이의 영역을 수정할 수 있다.

오리피스들(132)의 크기, 분포 및 위치들은 발열 구조(102)의 표면으로 구동되는 유체의 유량을 제어하도록 선택된다. 오리피스들(132)의 위치들 및 구성들은 하단 챔버(150)로부터 오리피스들(132)을 통해 제트 채널(오리피스 플레이트(130)의 하단과 발열 구조(102)의 상단 사이의 영역)으로의 유체 유동을 증가/최대화하도록 구성될 수 있다. 오리피스들(132)의 위치들 및 구성들은 또한 오리피스들(132)을 통한 제트 채널로부터의 흡입 흐름(예를 들어, 역류)을 감소/최소화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 오리피스들의 위치들은 오리피스들(132)을 통해 하단 챔버(150)로 유체를 끌어당기는 냉각 요소(120)의 업스트로크(팁(121)이 오리피스 플레이트(13)으로부터 멀리 이동함)에서의 흡입이 감소되도록 팁(121)으로부터 충분히 멀리 있는 것이 바람직하다. 오리피스들의 위치들은 또한 냉각 요소(120)의 업스트로크에서 흡입이 또한 상단 챔버(140)로부터의 더 높은 압력이 상단 챔버(140)로부터 하단 챔버(150)로 유체를 밀어내게 하는 팁(121)에 충분히 근접한 것이 바람직하다. 일부 실시예들에서, 상단 챔버(140)로부터 하단 챔버(150)로의 유량 대 업스트로크에서 오리피스들(132)을 통한 제트 채널로부터의 유량의 비("순 유량비")는 2:1보다 크다. 일부 실시예들에서, 순 유동 비율은 적어도 85:15이다. 일부 실시예들에서, 순 유동 비율은 적어도 90:10이다. 원하는 압력, 유량, 흡입 및 순 유량비를 제공하기 위해, 오리피스들(132)은 냉각 요소(120)의 팁(121)으로부터 거리(r1) 이상 팁(121)으로부터 거리(r2) 이하인 것이 바람직하다. 일부 실시예들에서, r1은 100 마이크로미터 이상(예를 들어, r1 ≥ 100 m)이고 r2는 1 밀리미터 이하(예를 들어, r2 ≤ 1000 m)이다. 일부 실시예들에서, 오리피스들(132)은 냉각 요소(120)의 팁(121)으로부터 200 마이크로미터 이상 떨어져 있다(예를 들어, r1 ≥ 200 m). 이러한 일부 실시예들에서, 오리피스들(132)은 냉각 요소(120)의 팁(121)으로부터 300 마이크로미터 이상 떨어져 있다(예를 들어, r1 ≥ 300 m). 일부 실시예들에서, 오리피스들(132)은 100 마이크로미터 이상 500 마이크로미터 이하의 폭(o)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 오리피스들(132)은 200 마이크로미터 이상 300 마이크로미터 이하의 폭을 갖는다. 일부 실시예들에서, 오리피스 간격(s)은 100 마이크로미터 이상 1 밀리미터 이하이다. 이러한 일부 실시예들에서, 오리피스 간격은 400 마이크로미터 이상 600 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 오리피스들(132)은 또한 오리피스 플레이트(130) 영역의 특정 분율을 차지하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 오리피스들(132)은 오리피스들(132)을 통과하는 유체의 원하는 유량을 달성하기 위해 오리피스 플레이트(130)의 풋프린트의 5% 이상 15% 이하를 커버할 수 있다. 일부 실시예들에서, 오리피스들(132)은 오리피스 플레이트(130)의 풋프린트의 8% 이상 12% 이하를 커버한다.

일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)는 압전기를 사용하여 작동된다. 따라서, 냉각 요소(120)는 압전 냉각 요소일 수 있다. 냉각 요소(120)는 냉각 요소(120)에 장착되거나 통합된 압전기에 의해 구동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)는 냉각 시스템(100)의 다른 구조에 압전기를 제공하는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 방식으로 구동된다. 냉각 요소(120) 및 유사한 냉각 요소들은 압전 이외의 메커니즘이 냉각 요소를 구동하기 위해 사용될 수 있지만 이하에서는 압전 냉각 요소로 지칭된다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)는 기판 상의 압전 층을 포함한다. 기판은 스테인레스 강, Ni 합금 및/또는 하스텔로이 기판일 수 있다. 일부 실시예들에서, 압전 층은 기판 상에 박막들로 형성된 다수의 서브층들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 압전 층은 기판에 부착된 벌크층일 수 있다. 이러한 압전 냉각 요소(120)는 또한 압전기를 활성화시키기 위해 사용되는 전극을 포함한다. 기판은 일부 실시예들에서 전극으로서 기능한다. 다른 실시예들에서, 하단 전극은 기판과 압전 층 사이에 제공될 수 있다. 시드(seed), 캡핑(capping), 패시베이션 또는 다른 층들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 층들은 압전 냉각 요소에 포함될 수 있다. 따라서, 냉각 요소(120)는 압전을 사용하여 작동될 수 있다.

일부 실시예들에서, 냉각 시스템(100)은 굴뚝(도시되지 않음) 또는 다른 도관구조를 포함한다. 이러한 도관구조는 가열된 유체가 발열 구조(102)로부터 멀어지게 흐르는 경로를 제공한다. 일부 실시예들에서, 도관구조는 발열 구조(102)로부터 멀리 떨어진 상단 플레이트(110)의 측면으로 유체를 복귀시킨다. 일부 실시예들에서, 도관구조는 대신 발열 구조(102)에 평행한 방향으로 또는 발열 구조(102)에 수직이지만 반대 방향(예를 들어, 페이지의 하단을 향함)으로 발열 구조(102)로부터 멀리 유체를 지향시킬 수 있다. 디바이스 외부의 유체가 냉각 시스템(100)에서 사용되는 디바이스의 경우, 도관구조는 가열된 유체를 벤트로 보낼 수 있다. 그러한 실시예들에서, 추가의 유체는 유입 벤트로부터 제공될 수 있다. 디바이스가 둘러싸이는 실시예들에서, 도관구조는 벤트(112) 부근의 영역 및 발열 구조(102)로부터 원위로 돌아가는 순환 경로를 제공할 수 있다. 그러한 경로는 유체가 발열 구조(102)를 냉각시키기 위해 재사용되기 전에 열을 방산하도록 허용한다. 다른 실시예들에서, 도관구조는 생략되거나 다른 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 유체는 발열 구조(102)로부터 열을 멀리 운반하도록 허용된다.

냉각 시스템(100)의 동작은 도 1a-도 1e의 맥락에서 설명된다. 특정 압력들, 갭 크기들, 및 흐름의 타이밍과 관련하여 설명되었지만, 냉각 시스템(100)의 동작은 본원의 설명에 의존하지 않는다. 도 1b-도 1c는 냉각 시스템(100)의 동위상 동작을 묘사한다. 도 1b를 참조하면, 냉각 요소(120)는 그의 팁(121)이 상단 플레이트(110)로부터 멀어지도록 작동되었다. 따라서, 도 1b는 냉각 요소(120)의 다운 스토르크의 끝을 묘사하는 것으로 간주될 수 있다. 냉각 요소(120)의 진동 모션으로 인해, 하단 챔버(150)에 대한 갭(152)은 크기가 감소하고 간극(152B)으로 도시된다. 반대로, 상단 챔버(140)에 대한 갭(142)은 크기가 증가되고 간극(142B)으로 도시된다. 다운 스트로크 동안, 냉각 요소(120)가 중립 포지션에 있을 때 더 낮은(예를 들어, 최소) 압력이 주변부에서 발생된다. 다운 스트로크가 계속됨에 따라, 하단 챔버(150)는 크기가 감소하고 상단 챔버(140)는 도 1b에 도시된 바와 같이 크기가 증가한다. 따라서, 유체는 오리피스 플레이트(130)의 표면 및/또는 발열 구조(102)의 상단 표면에 수직으로 있거나 수직에 가까운 방향으로 오리피스들(132)로부터 배출된다. 유체는 예를 들어 초당 35 미터를 초과하는 고속으로 오리피스(132)로부터 발열 구조(102)를 향하여 구동된다. 일부 실시예들에서, 이어서 유체는 발열 구조(102)의 표면을 따라 발열 구조(102)의 주변부를 향해 이동하고, 여기서 압력은 오리피스들(132) 근처보다 낮다. 또한 다운 스트로크에서, 상단 챔버(140)의 크기가 증가하고 더 낮은 압력이 상단 챔버(140)에 존재한다. 결과적으로, 유체는 벤트(112)를 통해 상단 챔버(140)로 인출된다. 오리피스들(132)을 통해 발열 구조(102)의 표면을 따라 벤트(112)로의 유체의 모션은 도 1b에 라벨이 없는 화살표로 도시된다.

냉각 요소(120)는 또한 작동되어 팁(121)은 발열 구조(102)로부터 멀어지게 상단 플레이트(110)를 향하여 이동한다. 따라서, 도 1c는 냉각 요소(120)의 업 스트로크의 끝을 묘사하는 것으로 간주될 수 있다. 냉각 요소(120)의 모션으로 인해, 갭(142)은 크기가 감소되고 갭(142C)으로 도시된다. 갭(152)은 크기가 증가하였고 갭(152C)으로 도시된다. 업 스트로크 동안, 냉각 요소(120)가 중립 포지션에 있을 때 더 높은(예를 들어, 최대) 압력이 주변부에서 발생된다. 업스트로크가 계속됨에 따라, 하단 챔버(150)는 크기가 증가하고 상단 챔버(140)는 도 1c에 도시된 바와 같이 크기가 감소한다. 따라서, 유체는 상단 챔버(140)(예를 들어, 챔버(140/150)의 주변부)로부터 하단 챔버(150)로 구동된다. 따라서, 냉각 요소(120)의 팁(121)이 위로 이동할 때, 상단 챔버(140)는 진입하는 유체가 속도를 높이고 하단 챔버(150)를 향해 구동되는 노즐 역할을 한다. 하단 챔버(150)로의 유체의 모션은 도 1c에서 라벨이 없는 화살표로 도시되어 있다. 냉각 요소(120) 및 오리피스들(132)의 위치 및 구성은 흡입 및, 따라서, 업스트로크 동안 제트 채널(발열 구조(102)과 오리피스 플레이트(130) 사이)로부터 오리피스들(132)로의 유체 역류를 감소시키도록 선택된다. 따라서, 냉각 시스템(100)은 제트 채널로부터 하단 챔버(140)로 진입하는 가열된 유체의 과도한 양의 역류 없이 상단 챔버(140)로부터 하단 챔버(150)로 유체를 구동할 수 있다. 또한, 냉각 시스템(100)은 냉각 요소(120)가 상단 플레이트(110) 또는 오리피스 플레이트(130)와 접촉하지 않고 유체가 벤트(112)를 통해 인출되고 오리피스들(132)을 통해 배출되도록 동작할 수 있다. 따라서, 유체가 본원에 기술된 바와 같이 냉각 시스템(100)을 통해 구동되도록 벤트(112) 및 오리피스들(132)을 효과적으로 개폐하는 압력들이 챔버들(140 및 150) 내에서 발생된다.

도 1b 및 도 1c에 도시된 포지션들 사이의 모션은 반복된다. 따라서, 냉각 요소(120)는 상단 플레이트(110)의 원위 측으로부터 벤트(112)를 통해 상단 챔버(140)로 유체를 인출하고; 상단 챔버(140)로부터 하단 챔버(150)로 유체를 전달하고; 오리피스들(132)을 통해 발열 구조(102)를 향해 유체를 밀어내는 도 1a-도 1c에 표시된 진동 모션을 겪는다. 위에서 논의된 바와 같이, 냉각 요소(120)는 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 진동하도록 구동된다. 또한, 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 챔버(140/150)의 음향 공진과 정렬되도록 구성된다. 구조 및 음향 공진 주파수들은 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예를 들어, 냉각 요소(120)의 진동 모션은 15 kHz 내지 30 kHz의 주파수들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)는 20 kHz 이상30 kHz 이하의 주파수/주파수들에서 진동한다. 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 10% 이내이다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 5% 이내이다. 부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 3% 이내이다. 결과적으로, 효능과 유량은 향상될 수 있다. 그러나, 다른 주파수들이 사용될 수 있다.

발열 구조(102)를 향해 구동되는 유체는 발열 구조(102)의 상단 표면에 실질적으로 수직(직각)하게 이동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체 모션은 발열 구조(102)의 상단 표면에 대한 수직에 대해 영이 아닌 예각을 가질 수 있다. 어느 경우든, 유체는 발열 구조(102)에서 유체의 경계 층에서 얇아지거나 구멍들을 형성할 수 있다. 결과적으로, 발열 구조(102)로부터의 열 전달은 개선될 수 있다. 유체는 발열 구조(102)의 표면을 따라 이동하면서 발열 구조(102)에서 편향된다. 일부 실시예들에서, 유체는 발열 구조(102)의 상단에 실질적으로 평행한 방향으로 이동한다. 따라서, 발열 구조(102)로부터의 열은 유체에 의해 추출될 수 있다. 유체는 냉각 시스템(100)의 에지들에서 오리피스 플레이트(130)과 발열 구조(102) 사이의 영역을 빠져나갈 수 있다. 냉각 시스템(100)의 에지들에 있는 굴뚝들 또는 다른 도관구조(도시되지 않음)는 유체가 발열 구조(102)로부터 멀리 운반되게 한다. 다른 실시예들에서, 가열된 유체는 다른 방식으로 발열 구조(102)로부터 더 멀리 전달될 수 있다. 유체는 발열 구조(102)로부터 다른 구조로 또는 주변 환경으로 전달되는 열을 교환할 수 있다. 따라서, 상단 플레이트(110)의 원위 측의 유체는 상대적으로 차갑게 남아, 열의 추가 추출을 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체는 순환되어, 냉각 후에 상단 플레이트(110)의 원위 측으로 복귀한다. 다른 실시예들에서, 가열된 유체는 냉각 요소(120)의 원위 측에서 운반되어 새로운 유체로 대체된다. 결과적으로, 발열 구조(102)는 냉각될 수 있다.

도 1d-도 1e는 냉각 요소가 이위상으로 구동되는 중심에 앵커링된 냉각 요소(120)를 포함하는 능동 냉각 시스템(100)의 실시예를 묘사한다. 보다 구체적으로, 앵커(160)의 대향 측들(따라서 앵커(160)에 의해 지지되는 냉각 요소(120)의 중심 영역의 대향 측들)에 있는 냉각 요소(120)의 섹션은 이위상으로 진동하도록 구동된다. 일부 실시예들에서, 앵커(160)의 대향 측들에 있는 냉각 요소(120)의 섹션들은 위상이 180 도 또는 그 부근에서 구동된다. 따라서, 냉각 요소(120)의 한 섹션은 상단 플레이트(110)를 향해 진동하는 반면, 냉각 요소(120)의 다른 섹션은 오리피스 플레이트(130)/발열 구조(102)를 향해 진동한다. 상단 플레이트(110)를 향한 냉각 요소(120)의 섹션의 모션(업스트로크)은 상단 챔버(140)의 유체를 앵커(160)의 측면 상의 하단 챔버(150)로 구동시킨다. 오리피스 플레이트(130)를 향한 냉각 요소(120)의 섹션의 모션은 오리피스들(132)을 통해 발열 구조(102)를 향해 유체를 구동한다. 따라서, 고속으로 이동하는 유체(예를 들어 동위상 동작에 대해 설명된 속도)는 교대로 앵커(160)의 대향 측들에 있는 오리피스들(132)로부터 배출된다. 유체의 움직임은 도 1d 및 도 1e에서 라벨이 없는 화살표로 도시되어 있다.

도 1d 및 도 1e에 도시된 포지션들 사이의 모션은 반복된다. 따라서, 냉각 요소(120)는 냉각 요소(120)의 각 측에 대해 상단 플레이트(110)의 원위 측으로부터 상단 챔버(140)로 벤트(112)를 통해 유체를 번갈아 인출하고; 상단 챔버(140)의 각 측으로부터 하단 챔버(150)의 대응하는 측으로 유체를 전달하고; 앵커(160)의 각 측에 있는 오리피스들(132)을 통해 유체를 발열 구조(102)를 향해 밀어내는 도 1a, 도 1d 및 도 1e에 표시된 진동 모션을 겪는다. 위에서 논의된 바와 같이, 냉각 요소(120)는 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 진동하도록 구동된다. 또한, 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 챔버(140/150)의 음향 공진과 정렬되도록 구성된다. 구조 및 음향 공진 주파수들은 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예를 들어, 냉각 요소(120)의 진동 모션은 동위상 진동에 대해 설명된 주파수들일 수 있다. 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 10% 이내이다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 5% 이내이다. 부 실시예들에서, 냉각 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 냉각 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 3% 이내이다. 결과적으로, 효능과 유량은 향상될 수 있다. 그러나, 다른 주파수들이 사용될 수 있다.

이위상 진동을 위해 발열 구조(102)를 향해 구동되는 유체는 동위상 동작에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 발열 구조(102)의 상단 표면에 대해 실질적으로 수직(직각)으로 이동할 수 있다. 유사하게, 냉각 시스템(100)의 에지들에 있는 굴뚝들 또는 다른 도관구조(도시되지 않음)는 유체가 발열 구조(102)로부터 멀리 운반되게 한다. 다른 실시예들에서, 가열된 유체는 다른 방식으로 발열 구조(102)로부터 더 멀리 전달될 수 있다. 유체는 발열 구조(102)로부터 다른 구조로 또는 주변 환경으로 전달되는 열을 교환할 수 있다. 따라서, 상단 플레이트(110)의 원위 측의 유체는 상대적으로 차갑게 남아, 열의 추가 추출을 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체는 순환되어, 냉각 후에 상단 플레이트(110)의 원위 측으로 복귀한다. 다른 실시예들에서, 가열된 유체는 냉각 요소(120)의 원위 측에서 운반되어 새로운 유체로 대체된다. 결과적으로, 발열 구조(102)는 냉각될 수 있다.

도 1a-도 1e에서 균일한 냉각 요소의 맥락에서 도시되어 있지만, 냉각 시스템(100)은 상이한 형상들을 갖는 냉각 요소들을 활용할 수 있다. 도 1f는 맞춤형 기하구조를 갖고 냉각 시스템(100)과 같은 냉각 시스템에서 사용 가능한 가공 냉각 요소(120')의 실시예를 묘사한다. 냉각 요소(120')는 앵커링된 영역(122) 및 캔틸레버 아암들(123)을 포함한다. 앵커링된 영역(122)은 앵커(160)에 의해 냉각 시스템(100)에서 지지(예를 들어 제자리에 홀딩)된다. 캔틸레버 아암(123)은 냉각 요소(120')가 작동되는 것에 응답하여 진동 모션을 겪는다. 각각의 캔틸레버 아암(123)은 단차 영역(124), 연장 영역(126) 및 외부 영역(128)을 포함한다. 도 1f에 도시된 실시예에서, 앵커링 영역(122)은 중심에 위치된다. 단차 영역(124)은 앵커링된 영역(122)으로부터 외향으로 연장된다. 연장 영역(126)은 단차 영역(124)으로부터 외향으로 연장된다. 외부 영역(128)은 연장 영역(126)으로부터 외향으로 연장된다. 다른 실시예들에서, 앵커링된 영역(122)은 액추에이터의 한 에지에 있을 수 있고 외부 영역(128)은 대향 에지에 있을 수 있다. 그러한 실시예들에서, 액추에이터는 에지 앵커링된다.

연장 영역(126)은 단차 영역(124)의 두께(단차 두께)보다 작고 외부 영역(128)의 두께(외부 두께)보다 작은 두께(연장 두께)를 갖는다. 따라서, 연장 영역(126)은 리세스된 것으로 보일 수 있다. 연장 영역(126)은 또한 더 큰 하단 챔버(150)를 제공하는 것으로 보여질 수 있다. 일부 실시예들에서, 외부 영역(128)의 외부 두께는 단차 영역(124)의 단차 두께와 동일하다. 일부 실시예들에서, 외부 영역(128)의 외부 두께는 단차 영역(124)의 단차 두께와 상이하다. 일부 실시예들에서, 외부 영역(128) 및 단차 영역(124)은 각각 320 마이크로미터 이상 360 마이크로미터 이하의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 외부 두께는 적어도 50 마이크로미터이고 연장 두께보다 200 마이크로미터 이하 더 두껍다. 달리 말하면, 단차(단차 두께와 연장 두께의 차이)는 50 마이크로미터 이상 200 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 외부 단차(외부 두께와 연장 두께의 차이)는 50 마이크로미터 이상 200 마이크로미터 이하이다. 외부 영역(128)은 100 마이크로미터 이상 300 마이크로미터 이하의 폭(o)을 가질 수 있다. 연장 영역은 일부 실시예들에서 0.5 밀리미터 이상 1.5 밀리미터 이하의 단차 영역으로부터 외향으로 연장되는 길이(e)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 외부 영역(128)은 연장 영역(126)보다 앵커링된 영역(122)으로부터의 방향으로 더 높은 단위 길이당 질량을 갖는다. 이러한 질량 차이는 외부 영역(128)의 더 큰 크기, 냉각 요소(120)의 일부 사이의 밀도 차이 및/또는 다른 메커니즘으로 인한 것일 수 있다.

가공 냉각 요소(120')의 사용은 냉각 시스템(100)의 효능을 더 향상시킬 수 있다. 연장 영역(126)은 단차 영역(124) 및 외부 영역(128)보다 얇다. 이는 연장 영역(126)에 대응하는 냉각 요소(120')의 하단에 공동을 초래한다. 이 공동의 존재는 냉각 시스템(100)의 효율을 개선하는 데 도움이 된다. 각각의 캔틸레버 아암(123)은 상단 플레이트(110)를 향하여 업스트로크로 진동하고 상단 플레이트(110)으로부터 멀어지게 다운스트로크로 진동한다. 캔틸레버 아암(123)이 상단 플레이트(110)를 향해 이동할 때, 상단 챔버(140) 내의 고압 유체는 캔틸레버 아암(123)의 모션에 저항한다. 또한, 하단 챔버(150)의 흡입은 업스트로크 동안 캔틸레버 아암(123)의 상향 모션에 저항한다. 캔틸레버 아암(123)의 다운스트로크에서, 하단 챔버(150)의 증가된 압력과 상단 챔버(140)의 흡입력은 캔틸레버 아암(123)의 하향 모션에 저항한다. 그러나, 연장 영역(126)에 대응하는 캔틸레버 아암(123) 내의 공동의 존재는 업스트로크 동안 하단 챔버(150)에서의 흡입을 완화시킨다. 공동은 또한 다운스트로크 동안 하단 챔버(150)의 압력 증가를 감소시킨다. 흡입 및 압력 증가의 크기가 감소되기 때문에, 캔틸레버 아암(123)은 유체를 통해 더 쉽게 이동할 수 있다. 이것은 냉각 시스템(100)을 통해 유체 흐름을 구동하는 상단 챔버(140)에서 더 높은 압력을 실질적으로 유지하면서 달성될 수 있다. 또한, 외부 영역(128)의 존재는 캔틸레버 아암(123)이 냉각 시스템(100)을 통해 구동되는 유체를 통해 이동하는 능력을 향상시킬 수 있다. 외부 영역(128)은 단위 길이당 더 높은 질량을 갖고 따라서 더 높은 모멘텀을 갖는다. 결과적으로, 외부 영역(128)은 캔틸레버 아암(123)이 냉각 시스템(100)을 통해 구동되는 유체를 통해 이동하는 능력을 향상시킬 수 있다. 캔틸레버 아암(123)의 편향의 크기는 또한 증가될 수 있다. 더 두꺼운 단차 영역(124)의 사용을 통해 캔틸레버 아암(123)의 강성을 유지하면서 이러한 이점들이 달성될 수 있다. 또한, 외부 영역(128)의 더 큰 두께는 다운스트로크의 하단에서 흐름을 핀치 오프(pinching off)하는 것을 도울 수 있다. 따라서, 오리피스들(132)을 통한 역류를 방지하는 밸브를 제공하는 냉각 요소(120')의 능력이 개선될 수 있다. 따라서, 냉각 요소(120')를 이용하는 냉각 시스템(100)의 성능이 개선될 수 있다.

냉각 요소(120 및/또는 120')의 동위상 진동 또는 이위상 진동에 대해 작동되는 냉각 시스템(100)을 사용하여, 벤트(112)를 통해 인출되고 오리피스들(132)을 통해 구동되는 유체는 발열 구조(102)로부터 열을 효율적으로 방산할 수 있다. 유체가 충분한 속도(예를 들어, 적어도 초당 30 미터)로 발열 구조에 충돌하고 일부 실시예들에서 발열 구조에 실질적으로 수직이기 때문에, 발열 구조에서 유체의 경계 층은 얇아질 수 있고/있거나 부분적으로 제거된다. 결과적으로, 발열 구조(102)와 이동하는 유체 사이의 열 전달이 개선된다. 발열 구조가 더 효율적으로 냉각되기 때문에, 대응 집적 회로는 더 긴 시간들 동안 더 빠른 속도 및/또는 전력으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 발열 구조가 고속 프로세서에 대응하는 경우, 이러한 프로세서는 스로틀링 전에 더 오랜 시간 동안 실행될 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(100)을 활용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다. 또한, 냉각 시스템(100)은 MEMS 디바이스일 수 있다. 결과적으로, 냉각 시스템(100)은 제한된 공간이 이용 가능한 스마트폰들, 다른 모바일 폰들, 가상 현실 헤드셋들, 태블릿들, 투인원 컴퓨터들, 웨어러블들 및 핸드헬드 게임들과 같은 소형 및/또는 모바일 디바이스들에 사용하기에 적합할 수 있다. 따라서 이러한 디바이스들의 성능은 향상될 수 있다. 냉각 요소(120/120')는 15 kHz 이상의 주파수들에서 진동될 수 있기 때문에, 사용자들은 냉각 요소들의 작동과 관련된 노이즈를 듣지 못할 수 있다. 구조적 및/또는 음향 공명 주파수들에서 또는 그 근처에서 구동되는 경우, 냉각 시스템들 동작에 사용되는 전력은 크게 감소될 수 있다. 냉각 요소(120/120')는 진동 동안 상단 플레이트(110) 또는 오리피스 플레이트(130)와 물리적으로 접촉하지 않는다. 따라서, 냉각 요소(120/120')의 공진은 보다 용이하게 유지될 수 있다. 보다 구체적으로, 냉각 요소(120/120')와 다른 구조들 사이의 물리적 접촉은 냉각 요소(120/120')에 대한 공진 조건을 교란시킨다. 이러한 조건들의 교란은 냉각 요소(120/120')가 공진 상태에서 벗어나게 할 수 있다. 서, 냉각 요소(120/120')의 작동을 유지하기 위해 추가 전력이 사용될 필요가 있을 것이다. 또한, 냉각 요소(120/120')에 의해 구동되는 유체의 흐름이 감소할 수 있다. 이러한 문제들은 위에서 논의된 바와 같이 차압들과 유체 흐름을 사용하여 회피될 수 있다. 개선되고 조용한 냉각의 이점들은 제한된 추가 전력으로 달성될 수 있다. 또한, 냉각 요소(120/120')의 이위상 진동은 냉각 요소(100)의 질량 중심 위치가 보다 안정적으로 유지되게 한다. 냉각 요소(120/120')에 토크가 가해지더라도, 질량 중심의 모션으로 인한 힘은 감소되거나 제거된다. 결과적으로, 냉각 요소(120/120')의 모션으로 인한 진동들이 감소될 수 있다. 또한, 냉각 요소(120/120')의 2개의 측들에 대한 이위상 진동 모션의 사용을 통해 냉각 시스템(100)의 효율이 개선될 수 있다. 결과적으로, 냉각 시스템(100)을 포함하는 디바이스들의 성능이 향상될 수 있다. 또한, 냉각 시스템(100)은 높은 유체 흐름들 및/또는 속도들이 요구되는 다른 애플리케이션들(예를 들어, 발열 구조(102)가 있거나 없는)에서 사용 가능할 수 있다.

도 2a-도 2b는 냉각 시스템(100)과 같은 능동 냉각 시스템들과 유사한 냉각 시스템들(200A 및 200B)의 실시예들의 평면도들을 묘사한다. 도 2a 및 도 2b는 축척에 맞지 않는다. 단순화를 위해, 각각 냉각 요소들(220A 및 220B) 및 앵커들(260A 및 260B)의 일부만이 도시되어 있다. 냉각 요소들(220A 및 220B)은 냉각 요소(120/120')와 유사하다. 따라서, 냉각 요소들(220A 및/또는 220B)에 사용되는 크기들 및/또는 재료들은 냉각 요소(120/120')에 대한 것과 유사할 수 있다. 앵커들(지지 구조들)(260A 및 260B)은 앵커(160)와 유사하고 파선들로 표시되어 있다.

냉각 요소들(220A, 220B)에 대해, 앵커들(260A, 260B)은 각각 중심에 위치되고 냉각 요소들(220A, 220B)의 중심 축을 따라 연장된다. 따라서, 진동하도록 작동되는 캔틸레버 부분들은 앵커들(260A 및 260B)의 우측 및 좌측에 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(들)(220A 및/또는 220B)는 연속 구조들이고, 그 중 2개의 부분들이 작동된다(예를 들어, 앵커들(260A 및 260B) 외측의 캔틸레버 부분들). 일부 실시예들에서, 냉각 요소(들)(220A 및/또는 220B)는 각각이 앵커들(260A 및 260B)에 각각 부착되고 작동되는 별도의 캔틸레버 부분들을 포함한다. 따라서 냉각 요소들(220A 및 220B)의 캔틸레버 부분들은 나비의 날개들(동위상) 또는 시소(이위상)와 유사한 방식으로 진동하도록 구성될 수 있다. 도 2a 및 도 2b에서, L은 냉각 요소의 길이이고, 도 1a-도 1e에 묘사된 것과 유사하다. 또한 도 2a 및 도 2b에서, 냉각 요소들(220A 및 220B)의 깊이(P)가 표시된다.

또한 도 2a-도 2b에 점선들 압전기(223)가 도시된다. 압전기(223)는 냉각 요소들(220A 및 220B)을 작동시키는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 압전기(223)는 다른 영역에 위치될 수 있고/있거나 상이한 구성을 가질 수 있다. 압전기의 맥락에서 기술되었지만, 냉각 요소들(220A 및 220B)를 작동시키기 위한 다른 메커니즘이 활용될 수 있다. 그러한 다른 메커니즘들은 압전기(223)의 위치들에 있을 수 있거나 다른 곳에 위치될 수 있다. 냉각 요소(220A)에서, 압전기(223)는 캔틸레버 부분들에 부착될 수 있거나 냉각 요소(220A)에 통합될 수 있다. 또한, 압전기(223)가 도 2a 및 도 2b에서 특정 형상들 및 크기들을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구성들이 사용될 수 있다.

도 2a에 도시된 실시예에서, 앵커(260A)는 냉각 요소(220A)의 전체 깊이를 연장시킨다. 따라서, 냉각 요소(220A)의 주변부의 일부가 고정된다. 냉각 요소(220A)의 주변부의 고정되지 않은 부분들은 진동 모션을 겪는 캔틸레버 섹션들의 일부이다. 다른 실시예들에서, 앵커는 중심 축의 전체 길이를 연장시킬 필요가 없다. 그러한 실시예들에서, 냉각 요소의 전체 주변부는 고정되지 않는다. 그러나, 그러한 냉각 요소는 본원에서 설명된 방식으로 진동하도록 구성된 캔틸레버 섹션들을 여전히 갖는다. 예를 들어, 도 2b에서, 앵커(260B)는 냉각 요소(220B)의 주변부까지 연장되지 않는다. 따라서, 냉각 요소(220B)의 주변부는 고정되지 않는다. 그러나, 앵커(260B)는 여전히 냉각 요소(220B)의 중심 축을 따라 연장된다. 냉각 요소(220B)는 캔틸레버 부분들이 진동하도록(예를 들어, 나비의 날개들과 유사하게) 여전히 작동된다.

냉각 요소(220A)가 직사각형으로 묘사되어 있지만, 냉각 요소들은 다른 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(220A)의 모서리들은 둥글게 될 수 있다. 도 2b의 냉각 요소(220B)는 둥근 캔틸레버 섹션들을 갖는다. 다른 형상들이 가능하다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 앵커(260B)는 중공이고 구멍들(263)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(220B)는 앵커(260B)의 영역에 구멍(들)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(220B)는 구멍(들)이 앵커(260B)의 영역에 존재하도록 다수의 부분들을 포함한다. 결과적으로, 유체는 냉각 요소(220B) 및 앵커(260B)를 통해 인출될 수 있다. 따라서, 냉각 요소(220B)는 상단 플레이트(110)와 같은 상단 플레이트 대신에 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 냉각 요소(220B)의 구멍들 및 구멍들(263)은 벤트(112)와 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 또한, 냉각 요소들(200A 및 200B)이 중심 영역에서 지지되는 것으로 묘사되어 있지만, 일부 실시예들에서, 냉각 요소(220A 및/또는 220B)의 하나의 캔틸레버 섹션은 생략될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 냉각 요소(220A 및/또는 220B)는 하나의 에지 또는 그 부근에서 지지되거나 앵커링되는 것으로 간주될 수 있는 반면, 적어도 대향 에지의 적어도 일부는 진동 모션을 자유롭게 겪는다. 이러한 일부 실시예들에서, 냉각 요소(220A 및/또는 220B)는 진동 모션을 겪는 단일 캔틸레버 섹션을 포함할 수 있다.

도 3a-도 3b는 냉각 시스템(100)과 같은 능동 냉각 시스템과 유사한 냉각 시스템들(300A 및 300B)의 실시예들의 평면도들을 묘사한다. 도 3a 및 도 3b는 축척에 맞지 않는다. 단순화를 위해, 각각 냉각 요소들(320A 및 320B) 및 앵커들(360A 및 360B)만이 도시되어 있다. 냉각 요소들(320A 및 320B)은 냉각 요소(120/120')와 유사하다. 따라서, 냉각 요소들(320A 및/또는 320B)에 사용되는 크기들 및/또는 재료들은 냉각 요소(120/120')에 대한 것과 유사할 수 있다. 앵커들(360A 및 360B)은 앵커(160)와 유사하고 파선들로 표시되어 있다.

냉각 요소들(320A 및 320B)의 경우, 앵커들(360A 및 360B)은 각각 냉각 요소들(320A 및 320B)의 중심 영역으로 제한된다. 따라서, 앵커(360A, 360B)를 둘러싸는 영역들은 진동 모션을 겪는다. 따라서 냉각 요소들(320A 및 320B)은 해파리와 유사한 방식으로 또는 우산의 개/폐와 유사한 방식으로 진동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소들(320A 및 320B)의 전체 주변부는 동위상으로 진동한다(예를 들어, 모두 함께 위 또는 아래로 이동). 다른 실시예들에서, 냉각 요소들(320A 및 320B)의 주변 부분들은 이위상으로 진동한다. 도 3a 및 도 3b에서, L은 도 1a-도 1e에 묘사된 것과 유사한 냉각 요소의 길이(예를 들어, 직경)이다. 냉각 요소들(320A 및 320B)이 원형으로 묘사되어 있지만, 냉각 요소들은 다른 형상을 가질 수 있다. 또한, 냉각 요소들(320A 및 320B)의 진동 모션을 구동하기 위해 압전기(도 3a 및 도 3b에 도시되지 않음) 및/또는 다른 메커니즘이 사용될 수 있다.

도 3b에 도시된 실시예에서, 앵커(360B)는 중공이고 구멍들(363)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(320B)는 앵커(360B)의 영역에 구멍(들)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(320B)는 구멍(들)이 앵커(360B)의 영역에 존재하도록 다수의 부분들을 포함한다. 결과적으로, 유체는 냉각 요소(320B) 및 앵커(360B)를 통해 인출될 수 있다. 유체는 구멍들(363)을 통해 인출될 수 있다. 따라서, 냉각 요소(320B)는 상단 플레이트(110)와 같은 상단 플레이트 대신에 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 냉각 요소(320B)의 구멍들 및 구멍들(363)은 벤트(112)와 유사한 방식으로 기능할 수 있다.

냉각 시스템(100)과 같은 냉각 시스템들은 냉각 요소(들)(220A, 220B, 320A, 320B) 및/또는 유사한 냉각 요소들을 활용할 수 있다. 그러한 냉각 시스템들은 또한 냉각 시스템(100)의 이점들을 공유할 수 있다. 냉각 요소(들)(220A, 220B, 320A, 320B) 및/또는 유사한 냉각 요소들을 사용하는 냉각 시스템들은 유체를 발열 구조를 향해 고속으로 보다 효율적으로 구동할 수 있다. 결과적으로, 발열 구조와 이동 유체 사이의 열 전달이 향상된다. 발열 구조가 더 효율적으로 냉각되기 때문에, 대응 디바이스는 더 오랜 시간 동안 더 높은 속도 및/또는 전력으로 실행되는 것과 같이 개선된 동작을 나타낼 수 있다. 냉각 요소(들)(220A, 220B, 320A, 320B) 및/또는 유사한 냉각 요소들을 이용하는 냉각 시스템들은 제한된 공간이 이용 가능한 소형 및/또는 모바일 디바이스에 사용하기에 적합할 수 있다. 따라서 이러한 디바이스들의 성능은 향상될 수 있다. 냉각 요소(들)(220A, 220B, 320A, 320B) 및/또는 유사한 냉각 요소들이 15k Hz 이상의 주파수들에서 진동될 수 있기 때문에, 사용자들은 냉각 요소들의 작동과 연관된 어떠한 노이즈도 듣지 못할 수 있다. 냉각 요소(들)(220A, 220B, 320A, 320B) 및/또는 유사한 냉각 요소들에 대한 음향 및/또는 구조적 공진 주파수들에서 또는 그 근처에서 구동되는 경우, 냉각 시스템을 동작하는 데 사용되는 전력은 상당히 감소될 수 있다. 냉각 요소(들)(220A, 220B, 320A, 320B) 및/또는 유사한 냉각 요소들은 사용 동안 플레이트들과 물리적으로 접촉하지 않아, 공진이 더 쉽게 유지되게 할 수 있다. 개선되고 조용한 냉각의 이점들은 제한된 추가 전력으로 달성될 수 있다. 결과적으로, 냉각 요소(들)(220A, 220B, 320A, 320B) 및/또는 유사한 냉각 요소들을 포함하는 디바이스들의 성능이 개선될 수 있다.

도 4a-도 4b는 상단 중앙에 앵커링된 냉각 요소를 포함하는 능동 냉각 시스템(400)의 실시예를 묘사한다. 도 4a는 중립 포지션에 있는 냉각 시스템(400)의 측면도를 묘사한다. 도 4b는 냉각 시스템(400)의 평면도를 묘사한다. 도 4a-도 4b는 축척에 맞지 않는다. 단순화를 위해, 냉각 시스템(400)의 일부들만이 도시되어 있다. 도 4a-도 10b를 참조하여, 냉각 시스템(400)은 냉각 시스템(100)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소들은 유사한 레이블들을 갖는다. 예를 들어, 냉각 시스템(400)은 발열 구조(102)와 유사한 발열 구조(402)와 함께 사용된다.

냉각 시스템(400)은 벤트(112)를 갖는 상단 플레이트(110), 냉각 요소(220), 오리피스들(132)을 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 갖는 상단 챔버(140), 갭(152)을 갖는 하단 챔버(150), 흐름 챔버(140/150) 및 앵커(즉, 지지 구조)(160)와 각각 유사한 벤트(412)를 갖는 상단 플레이트(410), 냉각 요소(420), 오리피스들(432)을 포함하는 오리피스 플레이트(430), 갭을 갖는 상단 챔버(440), 갭을 갖는 하단 챔버(450), 흐름 챔버(440/450) 및 앵커(즉, 지지 구조)(460)를 포함한다. 따라서, 냉각 요소(420)는 냉각 요소(420)의 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(460)에 의해 중심에서 지지된다. 일부 실시예들에서, 앵커(460)는 (예를 들어, 앵커(260A 및/또는 260B)와 유사한 방식으로) 냉각 요소(420)의 축을 따라 연장된다. 다른 실시예들에서, 앵커(460)는 냉각 요소(420)의 중심 부분 근처에만 있다(예를 들어, 앵커(460C 및/또는 460D)와 유사함). 비록 도 4a 및 도 4b에 명시적으로 라벨링되지는 않았지만, 냉각 요소(420)는 냉각 요소(120')의 앵커 영역(122), 캔틸레버 아암들(123), 단차 영역(124), 연장 영역(126) 및 외부 영역(128)과 유사한 앵커 영역 및 단차 영역을 포함하는 캔틸레버 아암들, 연장 영역 및 외부 영역들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(420)의 캔틸레버 아암들은 동위상으로 구동된다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(420)의 캔틸레버 아암은 이위상으로 구동된다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소(120)와 같은 단순한 냉각 요소가 사용될 수 있다.

앵커(460)는 위에서 냉각 요소(420)를 지지한다. 따라서, 냉각 요소(420)는 앵커(460)로부터 매달려 있다. 앵커(460)는 상단 플레이트(410)에 매달려 있다. 상단 플레이트(410)는 벤트(413)를 포함한다. 앵커(460)의 측면들에 있는 벤트들(412)은 유체가 챔버(440)의 측면들로 흐르는 경로를 제공한다.

냉각 시스템(100)과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 냉각 요소(420)는 냉각 요소(420)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 진동하도록 구동될 수 있다. 또한, 냉각 요소(420)의 구조적 공진 주파수는 챔버(440/1050)의 음향 공진과 정렬되도록 구성될 수 있다. 구조 및 음향 공진 주파수들은 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예를 들어, 냉각 요소(420)의 진동 모션은 냉각 시스템(100)과 관련하여 설명된 주파수들일 수 있다. 결과적으로, 효능과 유량은 향상될 수 있다. 그러나, 다른 주파수들이 사용될 수 있다.

냉각 시스템(400)은 냉각 시스템(100)과 유사한 방식으로 동작한다. 따라서 냉각 시스템(400)은 냉각 시스템(100)의 이점들을 공유한다. 따라서, 냉각 시스템(400)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다. 또한, 앵커(460)로부터 냉각 요소(420)를 매다는 것은 성능을 더 향상시킬 수 있다. 특히, 다른 냉각 셀들(도시되지 않음)에 영향을 미칠 수 있는 냉각 시스템(400)의 진동들은 감소될 수 있다. 예를 들어, 냉각 요소(420)의 모션으로 인해 상단 플레이트(410)에서 더 적은 진동이 도입될 수 있다. 결과적으로, 냉각 시스템(400)과 다른 냉각 시스템들(예를 들어, 다른 셀들) 또는 냉각 시스템(400)을 포함하는 디바이스의 다른 부분들 사이의 혼선이 감소될 수 있다. 따라서, 성능은 더 향상될 수 있다.

도 5a-도 5e는 타일 또는 어레이로서 구성된 다수의 냉각 셀들을 포함하는 능동 냉각 시스템(500)의 실시예를 묘사한다. 도 5a는 평면도를 묘사하고, 도 5b-도 5e는 측면도들을 묘사한다. 도 5a-도 5e는 축척에 맞지 않는다. 냉각 시스템(500)은 본원에 설명된 하나 이상의 냉각 시스템들과 유사한 4개의 냉각 셀들(501A, 501B, 501C 및 501D)(집합적으로 또는 일반적으로 501)을 포함한다. 보다 구체적으로, 냉각 셀들(501)은 냉각 시스템(100 및/또는 400)과 유사하다. 2×2 구성의 4개의 냉각 셀들(501)이 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서, 다른 개수 및/또는 다른 구성의 냉각 셀들(501)이 이용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 냉각 셀들(501)은 구멍들(112)을 갖는 상단 플레이트(110), 냉각 요소(120), 오리피스들(132)을 갖는 오리피스 플레이트(130), 상단 챔버(140), 하단 챔버(150) 및 앵커(160)와 유사한 구멍들(512)을 갖는 공유 상단 플레이트(510), 냉각 요소들(520), 오리피스들(532)을 포함하는 공유 오리피스 플레이트(530), 상단 챔버들(540), 하단 챔버들(550) 및 앵커들(지지 구조들)(560)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 냉각 셀들(501)은 예를 들어 상단 플레이트(510), 냉각 셀들(501) 사이의 측벽들 및 오리피스 플레이트(530)를 절단함으로써 함께 제조되고 분리될 수 있다. 따라서, 공유된 상단 플레이트(510) 및 공유된 오리피스 플레이트(530)의 맥락에서 설명되었지만, 제조 후 냉각 셀들(501)은 분리될 수 있다. 일부 실시예들에서, 탭들(도시되지 않음) 및/또는 앵커들(560)과 같은 다른 구조들은 냉각 셀들(501)을 연결할 수 있다. 또한, 타일(500)은 타일(500)을 포함하는 통합 시스템의 일부일 수 있거나 타일(500)과 별개일 수 있는 발열 구조(예를 들어, 히트 싱크, 집적 회로 또는 다른 구조)에 부착될 수 있다. 또한, 유체 흐름을 냉각 셀들(501) 외측으로 지향시키기 위한 후드 또는 다른 메커니즘, 기계적 안정성 또는 보호가 또한 포함될 수 있다. 냉각 셀들(501)에 대한 전기적 연결은 또한 도 5a-도 5e에 도시되지 않는다. 냉각 요소들(520)은 이위상으로 구동된다(즉, 시소와 유사한 방식으로). 또한, 도 5b-도 5c 및 도 5d-도 5e에서 알 수 있는 바와 같이, 하나의 셀에서 냉각 요소(520)는 인접한 셀(들)에서 냉각 요소(들)(520)와 이위상으로 구동된다. 도 5b-도 5c에서, 하나의 행의 냉각 요소들(520)은 이위상으로 구동된다. 따라서, 셀(501A)의 냉각 요소(520)는 셀(501B)의 냉각 요소(520)와 이위상이다. 유사하게, 셀(501C)의 냉각 요소(520)는 셀(501D)의 냉각 요소(520)와 이위상이다. 도 5d-도 5e에서, 하나의 열의 냉각 요소(520)는 이위상으로 구동된다. 따라서, 셀(501A)의 냉각 요소(520)는 셀(501C)의 냉각 요소(520)와 이위상이다. 유사하게, 셀(501B)의 냉각 요소(520)는 셀(501D)의 냉각 요소(520)와 이위상이다. 냉각 요소들(520)을 이위상으로 구동함으로써, 냉각 시스템(500)의 진동들은 감소될 수 있다.

냉각 시스템(500)의 냉각 셀들(501)은 냉각 시스템(들)(100, 400) 및/또는 유사한 냉각 시스템과 유사한 방식으로 기능한다. 결과적으로, 본원에 기술된 이점들은 냉각 시스템(500)에 의해 공유될 수 있다. 인근의 셀들의 냉각 요소들이 이위상으로 구동되기 때문에, 냉각 시스템(500)의 진동들은 감소될 수 있다. 다수의 냉각 셀들(501)이 사용되기 때문에, 냉각 시스템(500)은 향상된 냉각 능력들을 누릴 수 있다. 또한, 다수의 개별 냉각 셀들(501) 및/또는 냉각 시스템(500)은 냉각 셀들의 원하는 풋프린트를 획득하기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다.

도 6은 시트 레벨 제조를 사용하여 냉각 시스템(들)을 형성하기 위한 방법(600)의 실시예를 묘사하는 흐름도이다. 단순화를 위해, 모든 단계들은 도시되지 않는다. 또한, 단계들은 다른 순서로 수행될 수 있고, 서브단계들을 포함하고/하거나 조합될 수 있다. 방법(600)은 주로 다중 냉각 시스템들을 제조하는 맥락에서 설명된다. 그러나, 단일 냉각 시스템이 형성될 수 있다.

냉각 시스템의 다양한 구조들에 대한 시트(들)는 602로 제공된다. 각 시트는 각 냉각 셀의 레벨에 대해 적어도 하나의 구조를 포함한다. 각 시트는 일반적으로 또한 다중 냉각 셀들을 위한 구조(들)를 포함한다. 냉각 셀의 특정 레벨은 제1 측 및 제2 측을 갖는 냉각 요소를 포함한다. 일단 냉각 셀(들)이 제조되면, 냉각 요소는 제1 측에서 제2 측으로 유체를 구동하기 위해 진동 모션을 겪도록 구성된다. 예를 들어, 능동 요소 시트는 602의 일부로 형성될 수 있다. 능동 요소 시트는 냉각 요소들을 포함하고 냉각 셀의 특정 레벨에 상주한다. 따라서, 냉각 요소들(120, 420 및/또는 520)과 같은 냉각 요소를 위한 기판 및 압전 층(들)은 602에서 능동 요소 시트를 형성하는 부분으로서 각각의 셀에 제공될 수 있다. 유사하게, 각각의 셀에 대한 오리피스 플레이트를 포함하는 오리피스 플레이트 시트 및/또는 각각의 셀에 대한 상단 플레이트를 포함하는 상단 플레이트 시트는 602의 일부로서 제공될 수 있다. 따라서, 오리피스 플레이트(130, 430 및/또는 530) 및 상단 플레이트(110, 410 및/또는 510)가 형성될 수 있다. 구조들은 또한 602에서 시트들에 및/또는 시트들에 제공된다. 따라서, 공동들, 트렌치들, 관통 홀들, 테이퍼들 및 다른 피처(feature)들은 다양한 시트들로 에칭될 수 있다. 예를 들어, 오리피스들은 오리피스 플레이트 시트의 각 오리피스 플레이트에 대해 형성될 수 있다. 벤트는 상단 플레이트 시트의 각 상단 플레이트에 형성될 수 있다. 간단한 냉각 요소 및/또는 단차 영역, 연장된 영역 및 가공된 냉각 요소의 외부 영역은 능동 요소 시트의 각 냉각 요소에 대해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 앵커는 602의 일부로서 능동 요소 시트로부터 형성된다. 예를 들어, 시트용 기판은 냉각 요소뿐만 아니라 앵커를 형성하도록 에칭될 수 있다. 대안적으로, 앵커는 상이한 시트로부터 별도로 형성될 수 있다. 압전 층들, 절연 층들, 전도 층들 및/또는 다른 구성요소들은 또한 602의 일부로 시트들 상에 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 그러한 구조의 일부 또는 전부는 시트가 하나 이상의 다른 시트들에 부착된 후에 대응하는 시트들 상에 제공될 수 있다. 따라서, 냉각 요소, 앵커, 오리피스 플레이트, 상단 플레이트, 오리피스들, 벤트, 챔버 벽들 및/또는 구조들의 다른 피처들은 602에서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 개별 셀에 대한 구조들은 602에서 개별적으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 다수의 셀들을 위한 구조들은 602에서 형성된다. 예를 들어, 다수의 셀들을 위한 다수의 오리피스들 세트를 포함하는 단일 대형 오리피스 플레이트는 602에서 제공될 수 있다. 602에서 제조된 시트들은 독립적이고, 일부 실시예들에서, 물리적으로 분리된다. 따라서, 602에서 제조된 각각의 시트는 다른 시트들로부터 분리될 수 있다.

시트들은 604에서 정렬된다. 시트들은 606에서 냉각 셀들을 형성하기 위해 부착된다. 일부 실시예들에서, 606은 다중 냉각 셀들을 포함하는 대형 시트를 형성하기 위해 층들을 적층한다. 프로세스들(604 및 606)은 교대로 수행될 수 있다. 예를 들어, 능동 요소 시트는 604에서 오리피스 플레이트 시트와 정렬될 수 있고 606에서 2개의 시트들은 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 개별 셀들의 챔버 벽들의 부분들은 오리피스 플레이트 시트 및/또는 상단 플레이트 시트 상에 제조된다. 일부 실시예들에서, 챔버 벽들을 형성하는 프레임 및/또는 추가 부재들은 604에서 정렬되고 606에서 오리피스 플레이트 시트 및/또는 능동 요소 시트 상에 장착된다. 상단 플레이트 시트는 604 및 606에서 냉각 요소 또는 프레임 시트에 정렬 및 장착된다. 따라서, 냉각 셀들용 층들은 정렬되고 어셈블리된다. 시트의 다른 구성들 및 순서들이 가능하다.

일부 실시예들에서, 층들은 에폭시, 용접 및/또는 다른 유형의 접착제 및/또는 프로세스를 사용하여 606에서 부착된다. 일부 실시예들에서, 액체 에폭시는 분배되고 경화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 시스템의 층들을 정렬하고 부착하기 위해 다이들이 사용된다. 일부 실시예들에서, 냉각 셀들의 구성요소들을 부착하기 위해 606에서 다양한 접착제가 활용된다. 접착제는 원하는 특성들을 제공하기 위해 충전제들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착제는 전기 전도성 충전제들, 영률을 증가시키는 충전제들, 형성된 냉각 셀들의 높이를 제어하기 위해 사용되는 충전제들 및/또는 다른 목적들을 위해 사용되는 충전제들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구조들의 일부 또는 전부를 부착하기 위해 용접들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 라인, 스폿 및/또는 용접들의 조합 패턴들뿐만 아니라, 필렛, 충전제, 관통 및/또는 다른 용접들이 활용될 수 있다. 따라서, 다중 적층 냉각 셀들을 포함하는 라미네이트는 606에서 형성될 수 있다.

냉각 셀들은 선택적으로 608에서 섹션들로 분리된다. 각 섹션은 적어도 하나의 냉각 셀을 포함한다. 예를 들어, 다수의 냉각 셀들을 포함하는 대형 시트가 606에서 형성되면, 개별 셀들(예를 들어, 냉각 시스템(100)) 또는 타일들(예를 들어, 타일(500))은 608에서 시트로부터 절단될 수 있다. 따라서, 셀들의 2×2 어레이가 608에서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 셀(들)의 다른 크기의 어레이는 608에서 분리될 수 있다. 608이 수행될 수 있고, 예를 들어 단일 셀들, 4x4 어레이들, 및/또는 셀들의 다른 구성들은 시트에서 분리될 수 있다. 타일 내의 셀들은 향상된 진동 격리를 위해 서로 분리될 수 있다. 예를 들어 오리피스 및/또는 상단 플레이트는 탭들로만 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 608은 타일들 및/또는 셀들을 레이저 절단하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 608은 진동 격리와 같은 다른 목적들을 위해 추가로 절단하는 것을 포함할 수 있다.

방법(600)을 사용하여, 냉각 시스템들, 타일들 및/또는 100, 400, 500 및/또는 501과 같은 냉각 셀들이 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 냉각 시스템들, 타일들 및/또는 냉각 셀들의 이점들은 실현될 수 있다. 또한, 제조가 단순화되고 많은 수의 타일들 및/또는 냉각 셀들 생산으로 쉽게 스케일링될 수 있다.

예를 들어, 도 7a-도 7g는 방법(600)을 사용하여 제조하는 동안 적층된 냉각 시스템(710)의 실시예들을 묘사한다. 단순화를 위해, 일부 구성요소만이 도시되고 논의된 모든 구조들은 레이블이 지정되지 않는다. 다른 실시예들에서, 다른 구성요소들 및/또는 다른 배열들이 사용될 수 있다. 도 7a-도 7g는 일반적으로 축척에 맞지 않는다. 특정 개수의 냉각 셀들이 도시되어 있지만, 시트 및/또는 라미네이트는 다른 개수의 냉각 셀들을 포함할 수 있다. 도 7a, 도 7b-도 7c 및 도 7d는 시트들(710, 721 및 730)을 묘사한다. 일부 실시예들에서, 시트(들)(710, 721 및/또는 730)는 프로세싱 전에 두께가 50 마이크로미터 이상 1 밀리미터 이하인 시트들을 포함하거나 시트들일 수 있다. 예를 들어, 시트들(시트(721)와 같은)은 강철, Al(예를 들어, Al 합금) 및/또는 Ti(예를 들어, Ti6Al-4V와 같은 Ti 합금) 중 하나 이상을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 도 7a의 시트(710)는 상단 플레이트 시트이다. 따라서, 벤트들(712)은 602의 일부로서 상단 플레이트 시트(710)에 형성되었다. 예를 들어, 벤트들(710)은 시트(710)로 에칭될 수 있다. 도 7d는 602에 형성된 오리피스 플레이트 시트(730)를 묘사한다. 따라서, 오리피스들(732)은 오리피스 시트(730) 내로 에칭되었다. 제공될 각각의 냉각 셀에 대해 2개의 세트의 오리피스들(732)이 형성된다. 다른 구조는 일부 실시예들에서 시트들(710 및/또는 720)에 또는 그 위에 형성될 수 있다.

도 7b 및 도 7c는 602에 형성된 능동 요소 시트(721)의 단면도 및 평면도를 묘사한다. 따라서, 냉각 요소들(720) 및 앵커(760)는 602의 일부로서 형성되었다. 구멍들(725)은 또한 형성되었다. 따라서, 냉각 요소(720) 및 앵커(760)는 통합 구조의 일부이다. 따라서, 능동 요소 시트(721)는 선택적으로 에칭되어 앵커(760), 냉각 요소들(720) 및 냉각 셀 벽들로부터 냉각 요소들(720)을 분리하는 구멍들(725)을 형성할 수 있다. 도 7b-도 7c에서, 시트(721)로부터 형성된 냉각 요소들(720)의 부분들만이 명시적으로 도시되어 있다. 예를 들어, 냉각 요소들(720)을 구동하는데 사용되는 압전기 및/또는 다른 구조들은 도 7b-도 7c에 도시되어 있지 않다. 도 7c에서 볼 수 있는 바와 같이, 많은 개의 냉각 요소들(720)은 동일한 시트(721)로부터 형성될 수 있다. 도 7c에 도시된 실시예에서, 냉각 요소들(720)은 그룹들(724)로 형성되어 타일(500)과 같은 타일들을 더 쉽게 형성한다. 따라서, 냉각 요소들(720)은 타일(500)과 같은 4개의-셀 타일들에 사용하기 위해 4개의 그룹들(724)로 형성된다. 상단 플레이트 시트(710) 및 오리피스 플레이트 시트(730)는 또한 그룹들(724)과 유사한 그룹들로 형성된 구조들을 가질 수 있다. 도시된 실시예들에서, 구멍들(725)은 에칭되어 도 7c에서 흑색으로 도시되어 있다. 그룹들(724)의 아웃라인 및 그룹(724) 내의 상이한 셀들에 대한 냉각 요소들(720) 사이의 분할은 부분적으로 에칭되거나 달리 정의되어 나중에 제조 시 그룹들(724)과 개별 셀들의 분리를 용이하게 한다.

도 7C는 또한 탭들(726)을 묘사한다. 탭들(726)은 그룹(724) 또는 타일 내의 셀들을 기계적으로 연결한다. 도시된 실시예에서, 탭들(726)은 그룹(724)의 풋프린트 외측에 있다. 다른 실시예들에서, 탭들은 그룹(724)의 풋프린트 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 탭들은 그룹(724) 내의 냉각 요소들(720) 사이에 직접 있을 수 있다. 능동 요소 시트(721)에 대해서만 도시되어 있지만, 탭들(726)은 상단 플레이트 시트(710) 및 오리피스 플레이트 시트(730)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 시트들의 일부일 수 있다. 또한, 탭들(726)의 일부 또는 전부는 나중에 제조 시 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 탭들(726)은 최종 디바이스에 남아 있고 추가적인 기계적 안정성을 제공할 수 있다.

도 7e는 606에서 시트들(710, 721, 및 730)의 정렬 및 608에서 부착 후의 라미네이트(700)를 묘사한다. 또한 도 7e에는 능동 요소 시트(721)로부터 상단 플레이트 시트(710)를 이격시키는 데 사용되는 프레임(780)이 도시된다. 도시되지는 않았지만, 압전 층, 전자 장치 및/또는 냉각 요소(720)를 작동시키는 데 사용되는 다른 구성요소들이 또한 제공되었다. 일부 실시예들에서, 이들 구성요소들은 능동 요소 시트(721)가 정렬되어 오리피스 플레이트 시트(730) 및/또는 상단 플레이트 시트(710)에 부착되기 전에 602의 일부로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 이들 구성요소들은 능동 요소 시트(721)가 정렬되고 오리피스 플레이트 시트에 부착된 후 그러나 상단 플레이트 시트(710)가 추가되기 전에 602의 일부로서 형성된다. 또한, 시트들(710, 721, 730, 및 780)을 부착하기 위해 사용되는 에폭시 또는 다른 접착제(들)(용접들 포함)(770)가 도시되어 있다. 능동 요소 시트(721), 오리피스 플레이트 시트(730) 및 (일부 실시예들에서) 시트들(721 및 730)을 부착하는데 사용되는 에폭시(770)의 열 팽창 계수(CTE)는 밀접하게 매칭될 수 있다. 예를 들어, CTE들은 일부 실시예들에서 10% 이내로, 일부 이러한 실시예들에서 5% 이내로 매칭될 수 있다. 유사한 CTE들은 제조되는 냉각 셀들에 대한 기하구조 제어를 개선하고 능동 요소 시트(721)와 오리피스 플레이트 시트(730)의 구조들 사이의 응력들을 감소시킬 수 있다. 파선들은 냉각 셀들이 분리될 수 있는 영역을 나타낸다. 예를 들어, 레이저 절단과 같은 절단은 파선들 또는 그 부근에서 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 개별 셀들을 정의한 적어도 일부 구멍들이 이미 존재한다. 예를 들어, 기존 구멍들은 도 7c에 도시된 그룹들(724)을 정의한다. 따라서, 라미네이트(700)는 제조, 정렬 및 부착되어 냉각 셀들을 형성하는 다수의 시트들을 포함한다.

도 7f는 라미네이트(700')의 다른 실시예를 묘사한다. 라미네이트(700')는 벤트들(712)을 포함하는 상단 플레이트 시트(710), 프레임(780), 냉각 요소들(720)을 갖는 능동 요소 시트(721), 내부에 오리피스들(732)을 갖는 오리피스 플레이트 시트(730), 및 에폭시 또는 다른 접착제(들)(770)를 포함한다. 파선들은 개별 셀들이 예를 들어 레이저 또는 다른 절단을 통해 분리될 수 있는 영역들을 나타낸다. 또한, 앵커들(760')이 형성되는 앵커 시트(760')가 도시되어 있다. 따라서, 앵커 시트(760')는 에폭시 또는 다른 접착제(들)(770)를 통해 오리피스 플레이트 시트(730)에 부착된다. 앵커 시트(760')는 에폭시(770') 또는 다른 접착제(들)를 통해 능동 요소 시트(721)에 부착된다. 따라서, 라미네이트(700')는 앵커(760')가 시트에서 개별적으로 제조되고 능동 요소 시트(721)에 접착되는 다수의 냉각 셀들을 포함한다.

도 7g는 라미네이트(700'')의 다른 실시예를 묘사한다. 라미네이트(700')는 벤트들(712)을 포함하는 상단 플레이트 시트(710), 프레임(780), 냉각 요소들(720)을 갖는 능동 요소 시트(721), 내부에 오리피스들(732)을 갖는 오리피스 플레이트 시트(730), 및 에폭시 또는 다른 접착제(들)(770)를 포함한다. 파선들은 개별 셀들이 예를 들어 레이저 또는 다른 절단을 통해 분리될 수 있는 영역들을 나타낸다. 앵커 시트 또는 통합 앵커 대신, 에폭시 및/또는 다른 접착제(들)는 앵커(760/770'')를 형성한다. 따라서, 라미네이트(700')는 앵커(760')가 시트들(721 및 730)의 본딩 동안 별도로 형성되는 다수의 냉각 셀들을 포함한다. 다른 실시예에서, 앵커들은 오리피스 플레이트 시트(730)로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 오리피스 플레이트 시트(730)는 구멍들(732)을 형성할 뿐만 아니라 앵커들이 형성되기를 원하는 영역 주변의 재료를 제거하기 위해 에칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 앵커 구조는 다른 방식으로 오리피스 플레이트 시트(730) 상에 제조될 수 있다.

따라서 적층 냉각 셀들 및/또는 냉각 타일들은 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 냉각 시스템들, 타일들 및/또는 냉각 셀들의 이점들은 실현될 수 있다. 또한, 제조가 단순화되고 많은 수의 타일들 및/또는 냉각 셀들 생산으로 쉽게 스케일링될 수 있다.

도 8a-도 8c는 시트 레벨 제조를 사용하는 제조를 나타내는 냉각 시스템들(800A, 800B 및 800C)의 실시예들을 묘사하는 다이어그램들이다. 따라서, 냉각 시스템들(800A, 800B, 및 800C)은 적층 냉각 시스템들이다. 단순화를 위해, 일부 구성요소만이 도시되고 논의된 모든 구조들은 레이블이 지정되지 않는다. 다른 실시예들에서, 다른 구성요소들 및/또는 다른 배열들이 사용될 수 있다. 도 8a-도 8c는 축척에 맞지 않는다. 냉각 시스템들(800A, 800B 및 800C)은 또한 타일(500)과 같은 타일의 일부일 수 있다. 따라서, 냉각 시스템들(800A, 800B, 및 800C)은 적층 냉각 셀들로 간주될 수 있다.

도 8a는 냉각 시스템(800A)을 묘사한다. 냉각 시스템(800A)은 구멍들(112)을 갖는 상단 플레이트(110), 냉각 요소(120), 오리피스들(132)을 갖는 오리피스 플레이트(130), 상단 챔버(140), 하단 챔버(150) 및 앵커(160)와 유사한 구멍들(812)을 갖는 상단 플레이트(810), 냉각 요소(820), 내부에 오리피스들을 포함하는 오리피스 플레이트(830), 상단 챔버, 하단 챔버들 및 앵커들(지지 구조들)(860)을 포함한다. 냉각 시스템(800A)이 사용되고자 하는 발열 구조(802)의 위치는 파선으로 표시되어 있다.

도 8a에서 볼 수 있는 바와 같이, 다수의 구조 층들은 냉각 시스템(800A)을 형성하기 위해 제조되었고, 부착되었고, 일부 실시예들에서 분리되었다. 따라서, 위에서 설명된 구조들에 더하여, 본드 층들(880, 882, 884, 및 886)이 도시되어 있다. 이러한 본드 층들은 오리피스 플레이트(830), 프레임(870) 및 상단 플레이트(810)와 같은 구조들을 부착하는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 프레임(870)은 명목상 100 마이크로미터 두께이다. 그러나, 다른 두께들이 사용될 수 있다. 또한 602에서 형성될 수 있고 압전기(826)를 기판(822)에 부착하는 데 사용되는 냉각 요소(820)용 본드 층(824)이 도시되어 있다. 일부 실시예들에서, 기판(822)은 스테인리스 강, Al 합금(Al만을 포함함), 및/또는 Ti6Al-4V와 같은 Ti 합금일 수 있다. 기판(822)은 압전기(826)가 구동될 때 구부러지는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 기판(822)은 냉각 요소(820)용 액추에이터로 간주된다. 일부 실시예들에서, 모든 냉각 요소(820)는 액추에이터인 것으로 간주될 수 있다. 본드 층들(824, 880, 882, 884 및/또는 886)은 에폭시 접착제들을 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 에폭시 접착제들은 높은 모듈러스를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 에폭시 접착제들은 필름들 또는 시트들로서 적용되고, 니들(needle)에 의해 액체로 분배되고, 스크린 인쇄, 잉크젯, 분무될 수 있다. 열 또는 자외선 방사를 통해 경화되는 에폭시들은 또한 사용될 수 있다. 감압성 접착제, 아크릴 접착제들 등과 같은 다른 접착제들은 또한 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 접착제들은 성능을 맞추도록 충전될 수 있다. 예를 들어, 충전제는 열 전도도, 전기 전도도, 두께(예를 들어, 본드 높이), 모듈러스 및/또는 다른 특성을 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 8b는 냉각 시스템(800)과 유사한 냉각 시스템(800B)을 묘사한다. 냉각 시스템(800B)은 냉각 시스템(800)의 구성요소들과 유사한 구성요소들을 포함한다. 이러한 구성요소들은 유사한 레이블들을 갖는다. 또한, 본드들(882 및 824)과 각각 유사한 충전된 본드들(882B 및 824B)이 도시되어 있다. 충전된 본드(882B)는 냉각 시스템(800B)의 높이를 제어하는 데 사용되는 충전제를 포함한다. 충전된 본드(824B)는 전기 전도성 충전제를 포함한다. 결과적으로, 압전기(826)는 충전된 본드(824)에 전기적으로 결합될 수 있다. 또한, 충전된 본드(824)는 기판(822)에 전기적으로 결합될 수 있다.

일부 실시예들에서, 하나 이상의 구조들이 용접될 수 있다. 예를 들어, 시스템들(800C)은 앵커를 오리피스 플레이트에 부착하고, 앵커를 냉각 요소에 부착하고, 챔버 벽들을 오리피스 플레이트에 부착하기 위해 용접들이 사용된 냉각 셀들을 묘사한다. 또한, 도 8c는 용접 패턴들이 형성된 영역들(890 및 892)이 표시된다. 도시된 실시예에서, 더 높은 밀도의 용접들(890)은 앵커(860)에 사용된다. 냉각 셀(800A 및/또는 800B)의 에지들(벽들)에 더 낮은 밀도의 용접들(892)이 사용될 수 있다. 용접은 높은 기계적 강도의 본드를 생성하기 때문에 용접이 바람직할 수 있다. 도 8c에 표시된 바와 같이, 상이한 용접 패턴들은 열 및 기판 변형을 완화하기 위해 사용될 수 있다.

도 8a-도 8c에 도시된 시스템들의 형성은 방법(600)을 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 다수의 냉각 시스템들은 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템(800)의 경우, 냉각 요소(820)의 층들(822, 824 및 826)은 602에서 시트에 형성될 수 있다. 또한 602에서, 앵커(860)는 기판(822)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 앵커(860)는 냉각 요소(820)에 통합된다. 냉각 요소(820)가 냉각 요소(120')와 유사한 형상을 갖는 경우, 기판(822)은 단차, 연장부 및 외부 영역들을 형성하도록 에칭될 수 있다. 다수의 냉각 요소들(820)이 시트에 형성될 수 있기 때문에, 다수의 앵커들(860)은 602에 형성된다. 또한 602에서 개별 냉각 요소들(820)은 어셈블리를 위해 시트로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소들은 나중에 제조 시 분리된다. 또한 602에서, 오리피스 플레이트(830)의 오리피스들이 형성될 수 있다. 오리피스 플레이트(830)는 또한 오리피스 플레이트들(830)에 대응하는 다수의 오리피스들의 세트를 포함하는 시트로 형성될 수 있다. 상단 플레이트(810)의 구멍(812)은 또한 602에서 제공될 수 있다. 상단 플레이트(810)는 또한 상단 플레이트들(810)에 대응하는 다수의 구멍들(812)을 포함하는 시트로 형성될 수 있다. 구조들은 원하는 포지션에 정렬되고 604 및 606에서 부착된다. 일부 실시예들에서, 개별 냉각 요소들(820)은 오리피스들 사이의 영역들에 정렬되고 오리피스 플레이트들(830)용 시트에 부착된다. 일부 실시예들에서, 냉각 요소들(820)용 시트는 예를 들어 본드 층들(880 및/또는 884)을 통해 정렬되고 부착된다. 앵커(860)가 냉각 요소(820)에 통합되지 않은 실시예들에서, 앵커들(860)은 오리피스 플레이트들(830)을 포함하는 시트에 개별적으로 부착된다. 이어서, 시트는 챔버 벽들로부터 냉각 요소들(820)을 분리하기 위해 에칭될 수 있다. 또한 606에서, 프레임(870)(602의 일부로서 제공됨)은 본드 층들(886)을 통해 부착될 수 있다. 상단 플레이트들(810)를 포함하는 시트는 또한 본드 층들(882)을 통해 정렬되고 부착된다. 이어서, 개별 냉각 시스템들(800) 또는 냉각 시스템들의 세트들(예를 들어, 타일들)은 608에서 시트에서 분리될 수 있다. 유사한 프로세스들은 냉각 시스템들(800B 및/또는 800C)을 제조하기 위해 활용될 수 있다.

도 9는 제조 동안 용접들이 사용되는 냉각 시스템(900)의 실시예를 묘사하는 다이어그램이다. 따라서, 냉각 시스템(900)의 일부가 도시되어 있다. 단순화를 위해, 일부 구성요소만이 도시되고 논의된 모든 구조들은 레이블이 지정되지 않는다. 다른 실시예들에서, 다른 구성요소들 및/또는 다른 배열들이 사용될 수 있다. 도 9는 축척에 맞지 않는다.

냉각 시스템(900)은 냉각 요소(920), 오리피스 플레이트(930) 및 앵커(960)를 포함한다. 냉각 셀(900)을 완성하는 상단 플레이트 및 다른 구조들은 도시되지 않았다. 또한, 오리피스들(132, 432, 532, 732 및 832)과 유사한 오리피스들은 도시되지 않는다. 보다 구체적으로, 다양한 용접들은 앵커(960) 및 액추에이터/냉각 요소(920)에 사용된다. 도 9에 표시된 바와 같이, 레이저 용접들은 앵커를 오리피스 플레이트의 대응 구멍에 부착하는 데 사용될 수 있다. 레이저 용접 충전제는 또한 제공될 수 있다. 액추에이터(920)는 또한 용접(들)을 사용하여 앵커(960)에 부착될 수 있다. 이러한 실시예에서, 방법(600)의 604 및 606은 앵커들(960)을 오리피스 플레이트들을 포함하는 시트의 대응 구멍들에 정렬하는 단계, 다양한 용접들을 완료하는 단계, 냉각 요소들(920)을 포함하는 시트를 원하는 포지션들에 정렬하는 단계 및 앵커들(960)과 냉각 요소들(920) 사이의 용접들을 완료하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 다수의 구성들은 시트 레벨 제조를 통해 냉각 셀들을 제조할 때 사용될 수 있다.

도 10은 시트 레벨 제조를 사용하여 냉각 시스템(들)을 제공하기 위한 방법(1000)의 실시예를 묘사하는 흐름도이다. 단순화를 위해, 모든 단계들은 도시되지 않는다. 또한, 단계들은 다른 순서로 수행될 수 있고, 서브단계들을 포함하고/하거나 조합될 수 있다. 방법(1000)은 주로 다중 냉각 시스템들을 제조하는 맥락에서 설명된다. 그러나, 단일 냉각 시스템이 형성될 수 있다.

각 시트는 1002에서 원하는 구조들을 형성하기 위해 선택적으로 에칭된다. 예를 들어, 시트의 영역들은 그 안에 구멍들을 형성하기 위해 마스킹되고 에칭될 수 있다. 마스크는 제거되고 교체될 수 있고 시트는 시트의 두께를 변경하기 위해 에칭될 수 있다. 이러한 두께 변동들은 앵커 또는 다른 피처들과 같은 구조들을 제공하는 데 사용될 수 있다. 또한, 시트는 물리적으로 분리될 수 있기 때문에, 시트의 상단만, 하단만 또는 상단과 하단 둘 모두는 에칭될 수 있다. 예를 들어, 상단 플레이트 시트의 구멍들은 시트를 양면들로부터 에칭함으로써 형성될 수 있다. 유사하게, 상단(상단 플레이트를 향함) 및 하단(오리피스 플레이트를 향함) 표면들 둘 모두에서 변동들을 갖는 가공된 냉각 요소가 형성될 수 있다.

각 시트에 대한 추가 구성요소들은 1004에서 시트들 상에 제공된다. 예를 들어, 압전 층, 시드 층들 및/또는 다른 전기 연결 층들은 능동 요소 시트 상에 제공될 수 있다. 시트들이 물리적으로 분리 가능하기 때문에, 구조들은 시트의 상단 및/또는 하단에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1002 및 1004는 특정 시트가 비어 있는 동안 수행된다. 일부 실시예들에서, 1002 및/또는 1004는 시트가 다른 시트에 부착되는 동안 수행될 수 있다. 따라서, 1002 및 1004는 방법(600)의 602에 대응하는 것으로 볼 수 있다.

라미네이트의 제조는 1006에서 완료된다. 예를 들어, 각 시트는 정렬되어 나머지 시트(들)에 부착될 수 있고, 셀들 및/또는 타일들은 분리될 수 있고/있거나, 추가 구조들은 형성될 수 있다.

도 11a-도 11d는 방법(1000)을 사용하여 제조하는 동안 적층 냉각 시스템의 일부 실시예를 묘사한다. 특히, 능동 요소 시트(1121)가 도시되어 있다. 단순화를 위해, 일부 구성요소만이 도시되고 논의된 모든 구조들은 레이블이 지정되지 않는다. 다른 실시예들에서, 다른 구성요소들 및/또는 다른 배열들이 사용될 수 있다. 도 11a-도 11d는 일반적으로 축척에 맞지 않는다. 특정 개수의 냉각 셀들이 도시되어 있지만, 시트 및/또는 라미네이트는 다른 개수의 냉각 셀들을 포함할 수 있다.

도 11a는 프로세싱 전 능동 요소 시트(1121)를 묘사한다. 일부 실시예들에서, 능동 요소 시트(1121)는 스테인리스 강 시트, Al 합금 시트, 또는 Ti6Al-4V시트와 같은 Ti 합금이다. 도 11b는 구멍들(1125)이 1002의 일부로서 형성된 후 능동 요소 시트(1121)를 묘사한다. 구멍들(1125)은 냉각 셀들의 벽들로부터 형성되는 냉각 요소들을 분리한다. 그러나, 일부 실시예들에서, 냉각 요소의 일부(도시되지 않음)는 연결된 상태로 유지된다. 구멍들(1125)은 능동 요소 시트(1121)의 상단 측 및/또는 후단 측을 에칭함으로써 제조될 수 있다. 도 11c는 1002의 일부로서 추가 에칭 후 능동 요소 시트(1121)를 묘사한다. 따라서, 앵커들(1160)이 형성되었다. 또한, 다양한 두께를 갖는 가공 냉각 요소(1120)가 제작되었다. 따라서, 능동 요소 시트(1121)의 후면 측 에칭은 구조들(1120 및/또는 1160)의 부분들을 형성하기 위해 에칭될 수 있다. 도 11d는 압전 층들(1127)이 1004의 일부로서 제공된 후의 능동 요소 시트(1121)를 묘사한다. 다른 구조들은 또한 1004의 일부로 제공될 수 있다. 능동 요소 시트(1121)를 포함하는 적층 냉각 요소들(도시되지 않음)은 1006에서 형성된다.

따라서, 시트는 적층 냉각 셀들 및/또는 적층 냉각 타일들로 제조 및 통합될 수 있다. 따라서, 이러한 냉각 시스템들, 타일들 및/또는 냉각 셀들의 이점들은 실현될 수 있다. 또한, 제조가 단순화되고 많은 수의 타일들 및/또는 냉각 셀들 생산으로 쉽게 스케일링될 수 있다.

도 12a-도 12d는 기판이 전극에 전기적으로 연결되게 하는 제조를 나타내는 냉각 요소들(1200A, 1200B, 1200C 및 1200D)의 부분들의 실시예들을 묘사한다. 도 12a, 도 12b, 도 12c 및 도 12d에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 냉각 요소들(1200A, 1200B, 1200C 및 1200D)은 적어도 제1 절연체(1220), 스테인리스 강, Al 합금 및/또는 Ti 합금 기판(예를 들어, 시트)(1210), 및 제2 절연체(1230A, 1230B, 120C 및 1230D)를 각각 포함한다. 냉각 요소들(1200A, 1200B, 1200C, 및 1200D)은 또한 각각 압전 층(1250A, 1250B, 1250C, 및 150D)에 대한 시드 층의 역할을 할 수 있는 전극(예를 들어, 하단 전극)(1240A, 1240B, 1240C, 및 1240D)을 각각 포함한다. 냉각 요소(1200B)는 추가적인 전도성 층(1260B)을 포함한다. 기판(1120)과 전극(1240C) 사이에 전기적 접촉을 만들기 위해, 냉각 요소(1200C)는 금속 층(1270C) 또는 점퍼를 포함한다. 기판(1120)과 전극(1240C) 사이의 접촉을 보장하기 위해, 절연체(1230C)의 일부가 제거되었다. 냉각 요소(1200D)에서, 이 전기 접촉은 전극 층(1240D)의 증착 전에 절연체(1230D)에 비아들을 형성함으로써 이루어진다. 따라서, 기판(1220)은 하단 전극(1240A, 1240B, 1240C 또는 1240D)과 전기적으로 연결될 수 있다.

시트들로부터 형성된 다수의 냉각 요소들을 포함하는 라미네이트들이 제조될 수 있다. 개별 적층 냉각 셀들 및/또는 적층 타일들은 라미네이트에서 분리될 수 있다. 따라서, 이러한 냉각 시스템들, 타일들 및/또는 냉각 셀들의 이점들은 제작을 단순화하면서 실현될 수 있다. 이러한 제조는 또한 많은 수의 타일들 및/또는 냉각 셀들의 생산으로 쉽게 확장될 수 있다. 따라서 냉각 셀들의 성능 및 제조가 향상될 수 있다.

전술한 실시예가 이해의 명확성을 위해 일부 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 제공된 세부사항들로 제한되지 않는다. 본 발명을 구현하는 많은 대안적인 방법들이 있다. 개시된 실시예들은 예시적이며 제한적이지 않다.

Claims

냉각 시스템을 제공하는 방법으로서,
복수의 시트들을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 시트들 각각은 복수의 냉각 셀들의 각각의 냉각 셀의 레벨에 대해 적어도 하나의 구조를 포함하고, 상기 복수의 냉각 셀들의 각각의 냉각 셀의 특정 레벨은 제1 측 및 제2 측을 갖는 냉각 요소를 포함하고, 상기 냉각 요소는 상기 제1 측에서 상기 제2 측으로 유체를 구동하기 위해 진동 모션을 겪도록 구성되는, 상기 복수의 시트들을 제공하는 단계;
상기 복수의 시트들을 정렬하는 단계;
상기 복수의 냉각 셀들을 포함하는 라미네이트(laminate)를 형성하기 위해 상기 복수의 시트들을 부착하는 단계; 및
상기 라미네이트를 복수의 섹션들로 분리하는 단계로서, 상기 복수의 섹션들 각각은 상기 복수의 냉각 셀들 중 적어도 하나의 냉각 셀을 포함하는, 상기 라미네이트를 복수의 섹션들로 분리하는 단계를 포함하는, 냉각 시스템을 제공하는 방법.
제1 항에 있어서, 상기 복수의 시트들을 제공하는 단계는:
내부에 복수의 오리피스(orifice)들을 갖는 오리피스 플레이트 시트를 제공하는 단계;
상기 복수의 냉각 셀들의 각각의 냉각 셀에 대한 상기 냉각 요소를 포함하는 능동 요소 시트를 제공하는 단계로서, 상기 냉각 요소는 중심 영역 및 주변부를 가지며, 상기 주변부의 적어도 일부는 상기 진동 모션을 겪기에 자유로운, 상기 능동 요소 시트를 제공하는 단계; 및
상단 플레이트 시트를 제공하는 단계로서, 상기 상단 플레이트 시트는 상기 복수의 냉각 셀들의 각각의 냉각 셀에 대해 내부에 적어도 하나의 벤트(vent)를 포함하는, 상기 상단 플레이트 시트를 제공하는 단계를 더 포함하는, 냉각 시스템을 제공하는 방법.
제2 항에 있어서, 상기 정렬하는 단계는:
상기 상단 플레이트 시트와 상기 오리피스 플레이트 시트 사이에 상기 능동 요소 시트를 위치시키는 단계를 더 포함하는, 냉각 시스템을 제공하는 방법.
제2 항에 있어서, 상기 복수의 시트들을 제공하는 단계는:
프레임 시트를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 프레임 시트의 일부는 상기 복수의 냉각 셀들의 각각의 냉각 셀에 대한 셀 벽들을 형성하는, 냉각 시스템을 제공하는 방법.
제4 항에 있어서, 부착하는 단계는:
상기 능동 요소 시트가 상기 오리피스 플레이트 시트에 부착되고, 상기 프레임 시트가 상기 능동 요소 시트 또는 상단 플레이트 시트에 부착되고, 상기 상단 플레이트 시트가 상기 프레임 시트 또는 상기 능동 요소 시트에 부착된 상기 프레임 시트에 부착되도록 상기 복수의 시트들을 부착하는 단계를 더 포함하는, 냉각 시스템을 제공하는 방법.
제2 항에 있어서, 상기 능동 요소 시트를 제공하는 단계는:
복수의 높이들을 갖는 복수의 영역들을 제공하도록 스테인레스 강, Al 합금 및 Ti 합금 중 적어도 하나를 포함하는 기판을 선택적으로 에칭하는 단계; 및
상기 기판의 일부에 압전 층을 제공하는 단계를 더 포함하는, 냉각 시스템을 제공하는 방법.
제6 항에 있어서, 상기 능동 요소 시트를 제공하는 단계는:
상기 기판 상에 절연 배리어를 제공하는 단계;
상기 절연 배리어 상에 하단 전극을 제공하는 단계로서, 상기 압전 층은 상기 하단 전극 상에 상주하는, 상기 하단 전극을 제공하는 단계; 및
상기 하단 전극을 상기 기판에 연결하는 단계로서, 상기 하단 전극을 연결하는 단계는 상기 하단 전극과 상기 기판 사이에 사이에 점퍼(jumper)를 제공하는 단계 및 상기 하단 전극을 제공하기 전에 상기 절연 배리어에 적어도 하나의 비아를 제공하는 단계로부터 선택된 프로세스를 포함하는, 상기 하단 전극을 상기 기판에 연결하는 단계를 더 포함하는, 냉각 시스템을 제공하는 방법.
제2 항에 있어서, 상기 능동 요소 시트를 제공하는 단계는:
상기 능동 요소 시트의 일부로부터 상기 냉각 요소에 대한 지지 구조를 정의하는 단계를 더 포함하는, 냉각 시스템을 제공하는 방법.
냉각 시스템으로서,
복수의 시트들을 포함하는 적층 냉각 셀을 포함하고, 상기 복수의 시트들 각각은 상기 적층 냉각 셀의 레벨에 대한 적어도 하나의 구조를 포함하고, 상기 복수의 시트들 중 능동 요소 시트는 제1 측 및 제2 측을 갖는 냉각 요소를 포함하고, 상기 냉각 요소는 상기 제1 측에서 상기 제2 측으로 유체를 구동하기 위해 진동 모션을 겪도록 구성되는, 냉각 시스템.
제9 항에 있어서, 상기 복수의 시트들은:
내부에 복수의 오리피스들을 갖는 오리피스 플레이트 시트; 및
내부에 적어도 하나의 벤트를 갖는 상단 플레이트 시트를 더 포함하고, 상기 능동 요소 시트는 상기 오리피스 플레이트 시트와 상기 상단 플레이트 시트 사이에 있고, 상기 냉각 요소는 중심 영역 및 주변부를 가지며, 상기 주변부는 상기 진동 모션을 겪도록 구성되는, 냉각 시스템.
제10 항에 있어서, 상기 능동 요소 시트는 상기 냉각 요소의 중심 영역에 지지 구조를 더 포함하고, 상기 능동 요소 시트는 상기 지지 구조에 의해 상기 오리피스 플레이트 시트에 결합되는, 냉각 시스템.
제10 항에 있어서, 상기 복수의 시트들은:
프레임 시트를 더 포함하고, 상기 프레임 시트의 일부는 적층 냉각 셀을 위한 셀 벽들을 형성하는, 냉각 시스템.
제12 항에 있어서, 상기 프레임 시트는 상기 능동 요소 시트와 상기 상단 플레이트 시트 사이에 있는, 냉각 시스템.
제10 항에 있어서, 상기 능동 요소 시트는 압전 층을 더 포함하는, 냉각 시스템.
제14 항에 있어서, 상기 냉각 요소는:
스테인레스 강, Al 합금 및 Ti 합금 중 적어도 하나를 포함하는 기판;
상기 기판 상의 절연 배리어;
상기 절연 배리어 상의 하단 전극으로서, 상기 압전 층은 상기 하단 전극 상에 상주하는, 상기 하단 전극; 및
상기 하단 전극과 상기 기판 사이의 전기 커넥터를 더 포함하는, 냉각 시스템.
냉각 시스템으로서,
복수의 시트들을 포함하는 복수의 적층 냉각 셀들을 포함하고, 상기 복수의 시트들 각각은 상기 복수의 적층 냉각 셀들의 적층 냉각 셀의 레벨에 대한 적어도 하나의 구조를 포함하고, 상기 복수의 시트들은
내부에 상기 복수의 적층 냉각 셀들 각각에 대한 복수의 오리피스들을 갖는 오리피스 플레이트 시트;
상기 복수의 적층 냉각 셀들 각각에 대한 냉각 요소를 포함하는 능동 요소 시트로서, 상기 냉각 요소는 제1 측 및 제2 측을 가지며, 상기 냉각 요소는 유체를 상기 제1 측에서 상기 제2 측으로 구동하기 위해 진동 모션을 겪도록 구성되는, 상기 능동 요소 시트; 및
상기 복수의 적층 냉각 셀들 각각에 대해 내부에 적어도 하나의 벤트를 갖는 상단 플레이트 시트로서, 상기 능동 요소 시트는 상기 오리피스 플레이트 시트와 상기 상단 플레이트 시트 사이에 있는, 상기 상단 플레이트 시트를 더 포함하는, 냉각 시스템.
제16 항에 있어서, 상기 냉각 요소는 중심 영역 및 적어도 하나의 캔틸레버 아암(cantilevered arm)을 갖고, 상기 적어도 하나의 캔틸레버 아암은 상기 진동 모션을 겪는, 냉각 시스템.
제16 항에 있어서, 상기 복수의 시트들은:
프레임 시트를 더 포함하고, 상기 프레임 시트의 일부는 상기 복수의 적층 냉각 셀들 각각을 위한 셀 벽들을 형성하는, 냉각 시스템.
제18 항에 있어서, 상기 프레임 시트는 상기 능동 요소 시트와 상기 상단 플레이트 시트 사이에 있는, 냉각 시스템.
제18 항에 있어서, 상기 능동 요소 시트는:
상기 냉각 요소에 대한 지지 구조를 더 포함하고, 상기 지지 구조는 상기 냉각 요소의 중심 부분에 있고, 상기 지지 구조는 상기 오리피스 플레이트에 결합되는, 냉각 시스템.