TW202142779A - 基於微機電系統之冷卻系統中的虛擬閥 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種主動冷卻系統。該主動冷卻系統包含至少一冷卻元件，該至少一冷卻元件在其中具有排放口且與流體連通。該(等)冷卻元件經致動以振動以驅動該流體朝向發熱結構且交替地打開及關閉對應於該排放口之至少一虛擬閥。該虛擬閥係針對低流動阻力打開且針對高流動阻力關閉。該排放口因該虛擬閥關閉而保持實體地打開。

Description

基於微機電系統之冷卻系統中的虛擬閥
本發明係關於一種包含至少一冷卻元件之主動冷卻系統，該至少一冷卻元件在其中具有排放口且經致動以交替地打開及關閉對應於該排放口之至少一虛擬閥。本發明亦係關於一種使用該冷卻系統冷卻發熱結構之方法。
隨著運算裝置之速度及運算能力增長，由運算裝置產生之熱量亦增加。已提出各種機構來解決熱量之產生。主動裝置(諸如風扇)可用於驅動空氣通過大型運算裝置(諸如膝上型電腦或桌上型電腦)。被動冷卻裝置(諸如散熱器)可用於較小運算裝置(諸如智慧型電話)中。然而，此等主動及被動裝置可能無法充分冷卻行動裝置(諸如智慧型電話)及較大裝置(諸如膝上型電腦及桌上型電腦)兩者。因此，需要用於運算裝置之額外冷卻解決方案。
描述一種主動冷卻系統。該主動冷卻系統包含至少一冷卻元件，該至少一冷卻元件在其中具有排放口且與流體連通。該(等)冷卻元件經致動以振動以驅動該流體朝向發熱結構且交替地打開及關閉對應於該排放口之至少一虛擬閥。該虛擬閥係針對低流動阻力打開且針對高流動阻力關閉。該排放口因該虛擬閥關閉而保持實體地打開。
在一些實施例中，該至少一冷卻元件包含第一冷卻元件及第二冷卻元件。該第一冷卻元件及/或該第二冷卻元件可為壓電微機電系統(MEMS)冷卻元件。該第一冷卻元件在其中具有被動排放口且與流體連通。該第二冷卻元件係在該第一冷卻元件與發熱結構之間。該第二冷卻元件在其中具有主動排放口。該(等)虛擬閥包含對應於該被動排放口之被動虛擬閥及對應於該主動排放口之主動虛擬閥。該被動虛擬閥係在吸入配置中打開且在排出配置中關閉。該主動虛擬閥係在該吸入配置中關閉且在該排出配置中打開。該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之至少一者使用振動運動以提供該吸入配置及該排出配置，使得該流體經引導朝向該發熱結構且使得該主動排放口及該被動排放口在該振動運動期間始終保持實體地打開。
該第一冷卻元件及該第二冷卻元件可經組態使得在該吸入配置中，該被動排放口具有被動吸入流動阻力且該主動排放口具有主動吸入流動阻力。該第一冷卻元件及該第二冷卻元件亦可經組態使得在該排出配置中，該被動排放口具有被動排出流動阻力且該主動排放口具有主動排出流動阻力。該被動排出流動阻力係大於該主動排出流動阻力。該被動吸入流動阻力係小於該主動吸入流動阻力。因此，藉由緩和通過該主動排放口及該被動排放口之動態流動阻力，可在該主動排放口及該被動排放口處形成虛擬閥。如上文所描述，可交替地打開及關閉該主動虛擬閥及該被動虛擬閥。
在一些實施例中，該主動冷卻系統包含其中具有(若干)孔口之孔口板。該孔口板係在該第二冷卻元件與該發熱結構之間。該(等)孔口具有與該發熱結構之表面之法線成某一角度定向之軸線。該角度係選自實質上零度及非零銳角。
在一些實施例中，該第一冷卻元件及該第二冷卻元件係藉由間隙分離。該振動運動係使得在該排出配置中，該間隙具有不超過10微米之第一寬度，且在該吸入配置中，該間隙具有不少於20微米之第二寬度。因此，該間隙之該寬度可影響該主動排放口及該被動排放口之該流動阻力。該被動排放口可經組態使得該被動排出流動阻力除以該被動吸入流動阻力係至少3且不超過10。因此，用於該被動排放口之該被動虛擬閥可被視為在該吸入配置中打開且在該排出配置中關閉。在一些實施例中，該主動排放口經組態使得該主動吸入流動阻力除以該主動排出流動阻力係至少3且不超過10。因此，用於該主動排放口之該主動虛擬閥可被視為在該排出配置中打開且在該吸入配置中關閉。在此等實施例中，使該虛擬閥關閉之該流動阻力對使該虛擬閥打開之該流動阻力之比率係至少3且不超過10。該等冷卻元件可經組態而以至少每秒30米之速度引導該流體朝向該發熱結構。
在一些實施例中，該振動運動具有至少15 kHz之頻率。該振動運動可為該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之異相振動運動。在一些實施例中，兩個冷卻元件皆振動。此異相振動或(若干)個別冷卻元件之振動可處於或接近該(等)冷卻元件之諧振頻率。在一些實施例中，彈性裝置耦合該第一冷卻元件及該第二冷卻元件。此一彈性裝置可有助於將異相振動維持於諧振或接近諧振。在一些實施例中，該第一冷卻元件具有鄰近於該被動排放口之平台(land)且該第二冷卻元件包含與該第一冷卻元件之該平台相對之插塞。在一些實施例中，該插塞包含面向該被動排放口之插塞表面。該插塞表面及/或該平台之平台表面形成用於該流體之曲折路徑。在一些實施例中，該冷卻系統包含使該流體至該第一冷卻元件之遠離該發熱結構之側之返回路徑。
使用主動冷卻系統，可透過被動排放口汲取流體(在吸入配置中/被動虛擬閥打開)且驅動流體通過主動排放口及孔口板中之孔口(在排出配置中/主動虛擬閥打開)。由於振動運動，流體被驅動朝向發熱結構，可偏轉離開發熱結構且沿著發熱結構與孔口板之間的通道行進。因此，流體可有效地消散來自發熱結構之熱量。因為流體以足夠速度且在一些實施例中與發熱結構實質上成法向撞擊於發熱結構上，所以在發熱結構處之流體之邊界層可薄化及/或部分移除。因此，改良發熱結構與移動流體之間的熱傳遞。因為更有效地冷卻發熱結構，所以對應積體電路可以更高速度及/或功率運行達更長時間。因此，可改良利用主動冷卻系統之裝置之效能。此外，主動冷卻系統可為MEMS裝置。因此，主動冷卻系統適用於諸如行動裝置(例如，智慧型電話、虛擬實境裝置及平板電腦)之較薄裝置中。因此可改良行動裝置之效能。主動冷卻系統亦可用於行動(諸如上文所論述之彼等運算裝置及膝上型電腦)及非行動(諸如桌上型電腦或智慧型電視)兩者之其他運算裝置中。因為該(等)第一冷卻元件及該(等)第二冷卻元件可以15 kHz或更高之頻率振動，所以使用者可能聽不到與冷卻元件之致動相關聯之任何雜訊。若對於該(等)第一壓電冷卻元件及該(等)第二壓電冷卻元件以諧振頻率或接近諧振頻率來驅動，則可顯著降低用於操作冷卻系統之功率。
此外，主動排放口及被動排放口在振動期間始終保持實體地打開。打開及關閉對應於排放口之虛擬閥，而非實體地關閉排放口。此係藉由提供吸入配置與排出配置之間的足夠流動阻力(或壓力)差來實現，如上文所描述。代替實體地關閉，在打開用於主動排放口之主動虛擬閥時可關閉用於被動排放口之被動虛擬閥且反之亦然。因為(若干)冷卻系統中之排放口不需要實體地關閉，所以可更容易地維持該(等)冷卻元件之諧振。可以有限額外功率來達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有主動冷卻系統之裝置之效能。
可以諸多方式來實施本發明，包含作為程序；設備；系統；物質組合物；體現於電腦可讀儲存媒體上之電腦程式產品；及/或處理器，諸如經組態以執行儲存於耦合至該處理器之記憶體上及/或藉由該記憶體提供之指令之處理器。在本說明書中，此等實施方案或本發明可採用之任何其他形式可被稱為技術。一般而言，在本發明之範疇內，可改變所揭示程序之步驟之順序。除非另有說明，否則可將被描述為經組態以執行任務之組件(諸如處理器或記憶體)實施為暫時經組態以在給定時間執行該任務之一般組件或經製造以執行該任務之特定組件。如本文中所使用，術語「處理器」係指經組態以處理資料(諸如電腦程式指令)之一或多個裝置、電路及/或處理核心。
在下文連同繪示本發明之原理之附圖提供本發明之一或多項實施例之詳細描述。本發明係結合此等實施例進行描述，但本發明並不限於任何實施例。本發明之範疇係僅藉由發明申請專利範圍限制且本發明涵蓋諸多替代例、修改及等效物。在以下描述中闡述許多具體細節以便提供本發明之透徹理解。出於例示目的提供此等細節且可在不具有此等具體細節之一些或全部之情況下根據發明申請專利範圍來實踐本發明。為清楚起見，尚未詳細描述與本發明有關之技術領域中已知之技術材料，使得不會不必要地模糊本發明。
隨著半導體裝置變得愈來愈強大，在操作期間產生之熱量亦增加。例如，用於行動裝置(諸如智慧型電話、平板電腦及筆記本電腦)之處理器可以高時脈速度操作，但產生大量熱量。由於所產生之熱量之量，處理器可僅在相對較短時間段內以全速運行。在此時間期滿之後，出現節流(例如，處理器之時脈速度變慢)。儘管節流可減少熱量產生，但其亦不利地影響處理器速度及因此使用處理器之裝置之效能。隨著技術向5G及更高發展，預期此問題將加劇。
較大裝置(諸如膝上型電腦或桌上型電腦)包含具有旋轉葉片之電風扇。可回應於內部組件之溫度增加而供能給該風扇。風扇驅動空氣通過較大裝置以冷卻內部組件。然而，對於行動裝置(諸如智慧型電話)或對於較薄裝置(諸如平板電腦)，此等風扇通常太大。由於存在於組件之表面處之空氣之邊界層，風扇亦可具有有限功效，對跨所要冷卻之熱表面之氣流提供有限空速且可產生過量雜訊。被動冷卻解決方案可包含用以將熱量傳遞至熱交換器之組件(諸如散熱器及熱管或蒸氣腔室)。儘管散熱器在某種程度上減輕熱點處之溫度升高，但當前及未來裝置中產生之熱量可能無法得到適當解決。類似地，熱管或蒸氣腔室可提供不足量之熱傳遞以移除所產生之過多熱量。因此，期望能夠與較小行動裝置一起使用之額外冷卻解決方案。
圖1A至圖1D係描繪可與發熱結構102一起使用之主動冷卻系統100之例示性實施例之圖式。為清楚起見，僅展示特定組件且圖1A至圖1D未按比例。圖1A至圖1C描繪冷卻系統100之操作，而圖1D描繪壓電冷卻元件110/120。參考圖1A至圖1C，冷卻系統100係結合發熱結構102一起使用。儘管被展示為對稱的，但冷卻系統100無需為對稱的。
發熱結構102在操作期間自附近發熱物件產生或傳導熱量且期望被冷卻。發熱結構102可包含(若干)半導體組件，包含：個別積體電路組件，諸如處理器、(若干)其他積體電路及/或(若干)晶片封裝；(若干)感測器；(若干)光學裝置；一或多個電池；或諸如運算裝置之電子裝置之(若干)其他組件；散熱器；熱管；期望被冷卻之(若干)其他電子組件及/或(若干)其他裝置。裝置亦可具有其中放置冷卻系統之有限空間。例如，冷卻系統100可用於運算裝置中。此等運算裝置可包含(但不限於)：智慧型電話、平板電腦、膝上型電腦、二合一膝上型電腦、手持式遊戲系統、數位相機、虛擬實境耳機、擴增實境耳機、混合實境耳機及其他裝置。冷卻系統100可為能夠駐留於行動運算裝置內之微機電系統(MEMS)冷卻系統。例如，冷卻系統100之總高度(自發熱結構102之頂部至系統100/冷卻元件110之頂部)可小於1毫米且在一些實施例中不超過250微米。儘管展示一個冷卻系統100 (例如，一個冷卻單元)，但可結合發熱結構102使用多個冷卻系統。例如，可利用一維或二維冷卻單元陣列。
冷卻系統100係與用於冷卻發熱結構102之流體連通。該流體可為氣體或液體。例如，流體可為空氣。冷卻系統100包含與流體接觸之第一冷卻元件110，及第二冷卻元件120。在一些實施例中，冷卻系統100亦包含孔口板130及視情況存在之煙囪160。用於冷卻發熱結構102之流體起始於冷卻元件110之遠離發熱結構102之側處。
冷卻元件110具有遠離發熱結構102之第一側及接近於發熱結構102之第二側。在圖1A至圖1C中所展示之實施例中，冷卻元件110之該第一側係冷卻元件110之頂部且該第二側係冷卻元件110之底部。冷卻元件110亦在其中具有被動排放口112。在所展示之實施例中，被動排放口112係冷卻元件110中之中心定位孔隙。在其他實施例中，被動排放口112可定位於別處。例如，被動排放口112可更靠近冷卻元件110之邊緣之一者。被動排放口112可具有圓形、矩形或其他形狀覆蓋區。儘管展示一個被動排放口112，但可使用多個被動排放口。
冷卻元件120係在冷卻元件110與發熱結構102之間。在所展示之實施例中，冷卻元件120亦在冷卻元件110與孔口板130之間。冷卻元件110及120係藉由間隙142分離且形成頂部腔室140。底部腔室150經形成於冷卻元件120與孔口板130之間。冷卻元件120亦在其中具有主動排放口122。在所展示之實施例中，主動排放口122係遠離冷卻元件120之中心區域定位之孔隙。在其他實施例中，主動排放口122可定位於別處。例如，主動排放口可中心定位於冷卻元件120中。儘管展示兩個主動排放口122，但可存在另一數目(例如，一個、三個等)。在一些實施例中，主動排放口122經定位使得主動排放口122並不與被動排放口112對準。主動排放口122可具有圓形、矩形或其他形狀覆蓋區。
冷卻元件110及/或120可為壓電冷卻元件。圖1D中展示壓電冷卻元件110及/或120之實施例。因此，(若干)冷卻元件110及/或120及類似冷卻元件在下文中被稱為壓電冷卻元件，但可使用除壓電件(piezoelectric)以外之機構來驅動冷卻元件係可能的。在一些實施例中，(若干)冷卻元件110及/或120包含不銹鋼及/或赫史特合金(Hastelloy)基板172上之壓電層174。在一些實施例中，壓電層174包含多個子層。例如，壓電層174可為多層壓電件。(若干)壓電冷卻元件110及/或120亦可包含頂部電極176。在一些實施例中，底部電極可由不銹鋼基板172形成。在其他實施例中，底部電極(未展示)可提供於基板172與壓電件174之間。包含(但不限於)晶種層、罩蓋層、鈍化層或其他層之其他層(未展示)可包含於(若干)壓電冷卻元件110及/或120中。在一些實施例中，(若干)冷卻元件110及/或120具有不超過200微米之厚度。在一些此類實施例中，(若干)冷卻元件110及/或120之該(等)厚度不超過100微米(例如，標稱上可為100奈米)。在一些實施例中，(若干)壓電冷卻元件110及/或120之寬度及/或長度(或半徑)係至少3毫米。在一些實施例中，寬度及/或長度係至少5毫米。在一些此類實施例中，寬度及/或長度係至少7毫米。
孔口板130在其中具有孔口132。儘管展示為分佈遍及孔口板130，但孔口可以另一方式定位。針對單個冷卻系統100使用單個孔口板130。在其他實施例中，多個冷卻系統100可共用孔口板。孔口132展示為具有與發熱結構102之表面成法向定向之軸線。在其他實施例中，一或多個孔口132之該軸線可成另一角度。例如，該軸線之角度可選自實質上零度及非零銳角。
在一些實施例中，冷卻系統100包含煙囪160。煙囪160提供使經加熱流體流動遠離發熱結構102之返回路徑。在一些實施例中，煙囪160使流體返回至冷卻元件110之遠離發熱結構102之側。在所展示之實施例中，煙囪160實質上垂直於發熱結構102並朝向冷卻元件110之遠離發熱結構102之側引導經加熱流體。在其他實施例中，可省略或以另一方式組態煙囪160。例如，煙囪可代替性地在平行於發熱結構102或垂直於發熱結構102但與所展示之方向(例如，朝向頁面之底部)相反之方向上引導流體遠離發熱結構102。若以陣列提供多個冷卻系統100，各冷卻系統100可包含煙囪，僅邊緣處之冷卻系統100可包含煙囪，則可在該陣列之邊緣或其他位置處提供其他管道以提供使經加熱流體流動之路徑及/或可使用其他機構以容許自接近於發熱結構102之區域移除經加熱流體。
如上文所論述，冷卻系統100可為MEMS裝置。因此，冷卻系統100之尺寸可為小。例如，冷卻系統100可具有擁有長度不超過7毫米之側之矩形覆蓋區。在一些此類實施例中，該長度可為至少3毫米。在一些實施例中，冷卻系統100係正方形的。孔口板130可定位為距發熱結構102至少50微米且不超過500微米之距離。在一些實施例中，此距離係不超過200微米。在一些實施例中，孔口板130與發熱結構102之間的此距離係至少100微米。在一些實施例中，孔口板130可具有至少10微米且不超過25微米之厚度。冷卻系統100之深度可為至少40微米且不超過500微米。在一些實施例中，此深度係至少50微米且不超過300微米。因此，壓電冷卻元件110及/或120可距孔口板130至少40微米且不超過500微米。壓電冷卻元件110及/或120可距發熱結構102至少50微米且不超過500微米。在一些實施例中，孔口板130係至少50微米且不超過150微米厚。例如，孔口板130標稱上可為100微米厚。在一些實施例中，冷卻系統100之整個厚度係不超過500微米。在一些實施例中，冷卻系統100之整個厚度係至少250微米。在一些實施例中，孔口132之直徑係至少50微米且不超過200微米。在一些實施例中，孔口132佔據孔口板130之在冷卻元件120下方之部分之至少2%且不超過5%。在其他實施例中，可使用其他尺寸。
圖1A描繪在中性位置中之冷卻系統100。因此，冷卻元件110及120展示為實質上平坦的。在操作中，壓電冷卻元件110及120經致動以在圖1B及圖1C中所展示之位置之間振動。因此，壓電冷卻元件110及120係壓電致動器。冷卻系統100之操作係在圖1B及圖1C之背景內容中進行描述。參考圖1B，壓電冷卻元件110已被致動以移動遠離發熱結構102 (變形為凸的)，而壓電冷卻元件120已被致動以移動朝向發熱結構102 (變形為凹的)。此組態被稱為吸入配置。由於壓電冷卻元件110及120之振動運動，間隙142在尺寸上已增加且展示為間隙142A。例如，在一些實施例中，在中性位置(圖1A)中，間隙142具有至少10微米且不超過20微米之高度。在吸入配置(圖1B)中，間隙142A可具有至少20微米且不超過30微米之高度。因此，頂部腔室140已在體積上增加，而底部腔室150已在體積上減小。在吸入配置中，被動排放口112之流動阻力(被動吸入流動阻力)為低。因此，被動排放口112處之壓力為低。相比而言，主動排放口122之流動阻力(主動吸入流動阻力)為高。因此，主動排放口122處之壓力為高。由於低被動吸入流動阻力，流體係通過被動排放口112被汲取至頂部腔室140中。此係藉由圖1B中之箭頭所展示。然而，由於高被動吸入流動阻力，流體未流出(或在有限程度上流出)主動排放口122。然而，在此組態中，主動排放口122未實體地關閉。例如，在吸入配置中，主動排放口122未與孔口板130接觸。
圖1C描繪排出配置。壓電冷卻元件110已被致動以移動朝向發熱結構102 (變形為凹的)，而壓電冷卻元件120已被致動以移動遠離發熱結構102 (變形為凸的)。由於壓電冷卻元件110及120之振動運動，間隙142已在尺寸上減小且展示為間隙142B。例如，在一些實施例中，在中性位置(圖1A)中，間隙142具有至少10微米且不超過20微米之高度。在排出配置(圖1C)中，間隙142B具有至少5微米且不超過10微米之高度。因此，頂部腔室140已在體積上減小，而底部腔室150已在體積上增加。在排出配置中，被動排放口112之流動阻力(被動排出流動阻力)為高。因此，被動排放口112處之壓力為高。相比而言，主動排放口122之流動阻力(主動排出流動阻力)為低。因此，主動排放口122處之壓力為低。由於低主動排出流動阻力，流體係通過主動排放口122自頂部腔室140排出，進入底部腔室150中且通過孔口132。此係藉由圖1C中之箭頭所展示。然而，由於高被動排出流動阻力，流體未流出(或在有限程度上流出)被動排放口112。因此，在排出配置中，被動排放口112被視為關閉且主動排放口122被視為打開。然而，在此組態中，被動排放口112未實體地關閉。例如，在排出配置中，被動排放口112未與冷卻元件120接觸。間隙142B不具有零長度。
虛擬閥可被視為形成於主動排放口122及被動排放口112處或附近。虛擬閥在關閉時具有高但非無限流動阻力。因此，虛擬閥未實體地阻止流動，而取而代之使用高流動阻力或高壓力來節流或阻止流動。虛擬閥在打開時具有顯著較低流動阻力或壓力，從而容許流動。在一些實施例中，針對虛擬閥之關閉與打開之間的流動阻力或壓力之比率係至少3且不超過10。因此，由於在吸入配置中流動阻力足夠高，使得很少或無流體流動通過主動排放口122，所以在吸入配置中主動排放口122及其虛擬閥(「主動虛擬閥」)被視為關閉。由於壓力或流動阻力足夠低以容許流體通過被動排放口112被汲取至頂部腔室140中，所以在吸入配置中被動排放口112及其虛擬閥(「被動虛擬閥」)被視為打開。相比而言，由於壓力或流動阻力足夠低以容許流體流動通過主動排放口122且被驅動離開孔口132，所以在排出配置中主動排放口122及主動虛擬閥被視為打開。由於在排出配置中壓力或流動阻力足夠高，使得很少或無流體被汲取通過被動排放口112，所以在排出配置中被動排放口112及被動虛擬閥被視為關閉。
歸因於冷卻元件110及120之振動運動(及伴隨之自圖1B至圖1C之間隙142A/142B之減小)，流體被汲取至頂部腔室140中且通過孔口132。流體之運動係藉由通過孔口132之箭頭所展示。流體可在其行進遠離孔口板130時擴散，如藉由用於圖1C中之一些孔口132之虛線及箭頭所展示。流體偏轉離開發熱結構102且沿著發熱結構102與孔口板130之間的通道行進。
可重複在圖1B及圖1C中所展示之位置之間的運動。因此，壓電冷卻元件110及120振動，從而自冷卻元件110之遠端側汲取流體通過被動排放口112，進入頂部腔室140中，通過主動排放口122離開腔室140且推動流體通過孔口132且朝向發熱結構102。在一些實施例中，在操作期間(若干)壓電冷卻元件110之振動之頻率係至少15 kHz。在一些實施例中，頻率係至少20 kHz。因此，壓電冷卻元件110及120可在超音波範圍中操作。此外，在一些實施例中，可以諧振頻率或接近諧振頻率來驅動(若干)壓電冷卻元件110及/或120。在一些實施例中，(若干)壓電冷卻元件110及/或120之諧振頻率係至少15 kHz。亦可期望(若干)壓電冷卻元件110及120之諧振頻率接近。在一些實施例中，期望(若干)壓電冷卻元件110及120之諧振頻率在100赫茲內。在一些實施例中，使用回饋以使(若干)壓電冷卻元件110及/或120維持於諧振或接近諧振。例如，可週期性地量測用於驅動(若干)壓電冷卻元件110及/或120之電流且調整(若干)壓電冷卻元件110及/或120之驅動頻率以維持諧振。在一些實施例中，在幾百赫茲之(若干)諧振頻率內驅動(若干)壓電冷卻元件110及/或120以用於最佳化之效能。然而，其他頻率係可行的。例如，驅動頻率與諧振頻率之接近度可用於控制流量。若驅動頻率距離諧振頻率愈遠，則流量愈低。亦可調整驅動頻率以使(若干)冷卻元件110及/或120維持於180度異相或接近180度異相。
在一些實施例中，流體撞擊於發熱結構102上之速度係至少每秒30米。在一些實施例中，藉由壓電冷卻元件110及120以至少每秒40米之速度將流體驅動朝向發熱結構102。在一些此類實施例中，流體具有至少每秒45米之速度。在一些實施例中，流體具有至少每秒55米之速度。此外，在一些實施例中，可達成至少每秒60米及/或每秒75米之流體速度。然而，在一些實施例中，更高速度可係可行的。可部分歸因於孔口132之直徑之審慎選擇而達成在每秒30米或更多之範圍內之流體速度。
如圖1C中所指示，經驅動朝向發熱結構102之流體可實質上法向(垂直)於發熱結構102之頂表面移動。在其他實施例中，流體運動可具有相對於發熱結構102之頂表面之法線之非零銳角。在任一情況中，流體可薄化及/或在發熱結構102處之流體之邊界層中形成孔隙。在一種情況中，邊界層係藉由圖1C中之發熱結構102之頂表面處之彎曲虛線指示。因此，可改良來自發熱結構102之熱量之傳遞。流體偏轉離開發熱結構102，從而沿著發熱結構102之表面行進。在一些實施例中，流體在實質上平行於發熱結構102之頂部之方向上移動。因此，可藉由流體提取來自發熱結構102之熱量。流體可在冷卻系統100之邊緣處離開孔口板130與發熱結構102之間的區域。在所展示之實施例中，冷卻系統100之邊緣處之煙囪160容許將流體帶離發熱結構102。在其他實施例中，可以另一方式傳遞經加熱流體更遠離發熱結構102。流體可返回至冷卻元件110之遠端側，此處流體可將自發熱結構102傳遞之熱量交換至另一結構或至周圍環境。接著流體可循環通過冷卻系統100以提取額外熱量。在其他實施例中，經加熱流體在冷卻元件110之遠端側處被帶走且由新流體代替。因此，可冷卻發熱結構102。
打開及關閉被動排放口112 (被動虛擬閥)及主動排放口122 (主動虛擬閥)以將流體汲取至腔室150中且通過孔口132排出流體係基於流動阻力之動態變化。在一些實施例中，主動吸入流動阻力對主動排出流動阻力之比率係至少3。在一些此類實施例中，主動吸入流動阻力對主動排出流動阻力之比率係不超過10。在一些實施例中，被動排出流動阻力對被動吸入流動阻力之比率係至少3。在一些此類實施例中，被動排出流動阻力對被動吸入流動阻力之比率係不超過10。因此，可打開及關閉對應於排放口112及/或122之虛擬閥。此等壓力比可被視為歸因於間隙142/142A/142B之尺寸變化(例如，在一些實施例中，5微米至30微米)。在一些實施例中，打開與關閉之間的壓力差係0.1大氣壓至0.2大氣壓。例如，吸入配置中之被動排放口112處之壓力可小於排出配置中之被動排放口112處之壓力至少0.1大氣壓且不超過0.2大氣壓。類似地，排出配置中之主動排放口122處之壓力可小於吸入配置中之主動排放口122處之壓力至少0.1大氣壓且不超過0.2大氣壓。
例如，圖2A至圖2C係描繪主動冷卻系統之實施例中之冷卻元件之操作及驅動之圖表200、210及220。為簡潔起見，圖表200、210及220係在冷卻系統100之背景內容中進行描述。圖2A係描繪冷卻元件110之驅動之圖表200。圖2B係描繪冷卻元件120之驅動之圖表210。圖2C係描繪在冷卻元件110及120之振動期間之流動阻力之圖表220。如在圖2A至圖2B中可見，冷卻元件110及120經驅動為180度異相。在所展示之實施例中，振動之幅度對於冷卻元件110及120亦為不同的。在其他實施例中，振動之幅度可為相同的或冷卻元件120之振動之幅度可超過冷卻元件110之振動之幅度。因此，可獲得圖1B之吸入配置及圖1C之排出配置。例如，在圖表210及220之第一區段中展示吸入配置(其中圖1B之情形出現於圖表200之最大值及圖表210之最小值處)，在圖表210及220之第二區段中展示排出配置(其中圖1C之情形出現於圖表200之最小值及圖表210之最大值處)，且在圖表210及220之第三區段中再次展示吸入配置(其中圖1B之情形出現於圖表200之最大值及圖表210之最小值處)。
圖2C之圖表220描繪被動排放口112之對應流動阻力222及主動排放口122之流動阻力224。因此，在吸入配置中，被動排放口流動阻力222為低(被動虛擬閥打開)，而主動排放口流動阻力224為高(主動虛擬閥關閉)。在此吸入配置中，流體通過被動排放口112流入。儘管吸入配置被稱為單一組態(例如，在圖表200/210之最大值/最小值處)，流體可於遍及圖表200及210之第一區段之至少一部分(線222及224之交叉點之左側)，流動至被動排放口112中。在冷卻系統100轉變至排出配置時，冷卻元件110及120被朝向彼此致動。因此，被動排放口流動阻力222增加(被動虛擬閥關閉)，而主動排放口流動阻力224減小(主動虛擬閥打開)。此趨勢持續至排出配置，對於該排出配置，主動排放口流動阻力224為低且被動排放口流動阻力222為高。儘管排出配置被稱為單一組態(例如，在圖表200/210之最小值/最大值處)，流體可於遍及圖表200及210之第二區段之至少一部分(線222及224之交叉點之右側)，流出主動排放口122。在冷卻元件朝向吸入配置振動返回時，趨勢逆轉。因此，流體被汲取至頂部腔室140中且通過孔口132排出。
使用冷卻系統100，可將流體通過被動排放口112汲取進入(在吸入配置中)且驅動通過主動排放口122及孔口132 (在排出配置中)。因此，流體可有效地消散來自發熱結構102之熱量。因為流體以足夠速度(例如，至少每秒30米)且在一些實施例中與發熱結構實質上成法向撞擊於發熱結構上，所以在發熱結構處之流體之邊界層可薄化及/或部分移除。因此，改良發熱結構102與移動流體之間的熱傳遞。因為更有效地冷卻發熱結構，所以對應積體電路可以更高速度及/或功率運行達更長時間。例如，若發熱結構對應於高速處理器，則此處理器可在節流之前運行達更長時間。因此，可改良利用冷卻系統100之裝置之效能。此外，冷卻系統100可為MEMS裝置。因此，冷卻系統100可係小的，具有不超過500微米之總高度。因此，冷卻系統100可適用於其中有限空間可用之行動裝置(諸如智慧型電話、其他行動電話、虛擬實境耳機、平板電腦、二合一電腦、可穿戴及手持式遊戲)中。因此可改良行動裝置之效能。主動冷卻系統亦可用於其他運算裝置中。因為(若干)壓電冷卻元件110及/或120可以15 kHz或更高之頻率振動，所以使用者可能聽不到與冷卻元件之致動相關聯之任何雜訊。若對於(若干)第一壓電冷卻元件及(若干)第二壓電冷卻元件以諧振頻率或接近諧振頻率來驅動，則可顯著降低用於操作冷卻系統之功率。
此外，被動排放口112及主動排放口122在振動期間始終保持實體地打開。取代實體地關閉，藉由提供吸入配置及排出配置中排放口之間的足夠流動阻力(或排放口處之壓力)差來打開及關閉用於排放口112及122之虛擬閥。冷卻元件110及120在振動期間未實體地彼此接觸以關閉主動排放口122或被動排放口112。類似地，冷卻元件120未接觸孔口板130以關閉主動排放口122。因此，可更容易維持(若干)冷卻元件110及/或120之諧振。更明確言之，(若干)冷卻元件110及/或120與其他結構之間的實體接觸干擾(若干)冷卻元件110及/或120之諧振條件。干擾此等條件可驅動(若干)冷卻元件110及/或120脫離諧振。因此，將需要使用額外功率來維持(若干)冷卻元件110及/或120之致動。此外，藉由(若干)冷卻元件110及/或120驅動之流體可減少。透過使用如上文所論述之虛擬閥避免此等問題。另外，因為冷卻元件110及120經驅動為異相(例如，在一些實施例中，180度異相)，所以可達成共振。對於共振，可達成冷卻元件110及/或120之額外運動。可獲得間隙142/142A/142B之尺寸之更大變化及因此更高流體流量。可以有限額外功率來達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有冷卻系統100之裝置之效能。
圖3A至圖3B係描繪可與發熱結構302一起使用之主動冷卻系統300之例示性實施例之圖式。為清楚起見，僅展示特定組件且圖3A至圖3B未按比例。圖3A至圖3B描繪冷卻系統300之操作。冷卻系統300係結合發熱結構302一起使用。
冷卻系統300及發熱結構302係分別類似於冷卻系統100及發熱結構102。因此，冷卻系統300包含壓電冷卻元件310及320、其中具有孔口332之孔口板330、具有間隙342A/342B之頂部腔室340、底部腔室350及視情況存在之煙囪360。壓電冷卻系統300可為MEMS裝置且因此可具有類似於上文所描述之尺寸之尺寸。然而，在所展示之實施例中，僅致動冷卻元件310以在圖3A及圖3B中所展示之位置之間振動。因此，在所展示之實施例中，冷卻元件320可被省略或可僅為其中具有(若干)排放口322之固定板。
參考圖3A，壓電冷卻元件310已被致動以移動遠離發熱結構302 (變形為凸的)。此組態係吸入配置。由於壓電冷卻元件310之振動運動，間隙已自其中性位置在尺寸上增加且展示為間隙342A。例如，在吸入配置(圖3A)中，間隙342A可具有至少20微米且不超過30微米之高度。因此，頂部腔室340已在體積上增加。在吸入配置中，被動排放口312之流動阻力(被動吸入流動阻力)為低。因此，被動排放口312處之壓力為低且對應被動虛擬閥打開。相比而言，主動排放口322之流動阻力(主動吸入流動阻力)相對較高。因此，主動排放口322處之壓力相對較高且主動虛擬閥關閉。由於低被動吸入流動阻力，流體係通過被動排放口312被汲取至頂部腔室340中。此係藉由圖3A中之箭頭所展示。然而，流體未流出(或在有限程度上流出)主動排放口322。因此，在吸入配置中，主動排放口322及對應主動虛擬閥被視為關閉且被動排放口312及對應被動虛擬閥被視為打開。然而，在此組態中，主動排放口322未實體地關閉。例如，在吸入配置中，主動排放口322未與孔口板330接觸。因此，在吸入配置中，用於主動排放口322之虛擬閥關閉，而用於被動排放口312之虛擬閥打開。
圖3B描繪排出配置。壓電冷卻元件310已被致動以移動朝向發熱結構302 (變形為凹的)。由於壓電冷卻元件310之振動運動，間隙自其中性位置在尺寸上減小且展示為間隙342B。例如，在一些實施例中，在排出配置中，間隙342B具有至少5微米且不超過10微米之高度。因此，頂部腔室340已在體積上減小。在排出配置中，被動排放口312之流動阻力(被動排出流動阻力)為高。因此，被動排放口312處之壓力為高。對應於被動排放口312之被動虛擬閥被視為關閉。相比而言，主動排放口322之流動阻力(主動排出流動阻力)相對較低。因此，主動排放口322處之壓力相對較低。因此，對應於主動排放口322之主動虛擬閥打開。由於低主動排出流動阻力，流體係通過主動排放口322自頂部腔室340排出，進入底部腔室350中且通過孔口332。此係藉由圖3B中之箭頭所展示。然而，由於高被動排出流動阻力，流體未流出(或在有限程度上流出)被動排放口312。因此，在排出配置中，用於被動排放口312之被動虛擬閥被視為關閉，而用於主動排放口322之主動虛擬閥被視為打開。然而，在此組態中，被動排放口312未實體地關閉。例如，在排出配置中，被動排放口312未與冷卻元件320接觸。間隙342B不具有零長度。
冷卻系統300可共用冷卻系統100之益處。出於上文所論述之原因，冷卻系統300可更有效地消散來自發熱結構302之熱量。因此，可改良利用冷卻系統300之裝置之效能。此外，冷卻系統300可為具有上文所描述之尺寸之MEMS裝置。因此，壓電冷卻系統300適用於諸如智慧型電話之行動裝置(其中有限空間可用)中。壓電冷卻系統300亦可用於行動及非行動兩者之其他運算裝置中。因此可改良此等裝置之效能。因為壓電冷卻元件310及/或320可以超音波頻率及/或以諧振或接近諧振來振動，所以壓電冷卻系統300可更安靜且消耗更少功率。因為排放口312及322保持實體地打開，所以冷卻元件310及/或320在使用期間可能未彼此接觸(或未接觸孔口板330)。因此，可更容易維持冷卻元件310及/或320之諧振。可以有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有冷卻系統300之裝置之效能。
圖4A至圖4B係描繪可與發熱結構402一起使用之主動冷卻系統400之例示性實施例之圖式。為清楚起見，僅展示特定組件且圖4A至圖4B未按比例。圖4A至圖4B描繪冷卻系統400之操作。冷卻系統400係結合發熱結構402一起使用。
冷卻系統400及發熱結構402係分別類似於(若干)冷卻系統100及/或300及(若干)發熱結構102及/或302。因此，冷卻系統400包含壓電冷卻元件410及420、其中具有孔口432之孔口板430、具有間隙442A/442B之頂部腔室440、底部腔室450及視情況存在之煙囪460。壓電冷卻系統400可為MEMS裝置且因此可具有類似於上文所描述之尺寸之尺寸。然而，在所展示之實施例中，僅致動冷卻元件420以在圖4A及圖4B中所展示之位置之間振動。因此，在所展示之實施例中，冷卻元件410可被省略或可僅為其中具有排放口412之固定板。
參考圖4A，壓電冷卻元件420已被致動以移動朝向發熱結構402 (變形為凹的)。此組態係吸入配置。由於壓電冷卻元件420之振動運動，間隙已自其中性位置在尺寸上增加且展示為間隙442A。例如，在吸入配置(圖4A)中，間隙442A可具有至少20微米且不超過30微米之高度。因此，頂部腔室440已在體積上增加且底部腔室450已在體積上減小。在吸入配置中，被動排放口412之流動阻力(被動吸入流動阻力)相對較低。因此，被動排放口412處之壓力相對較低且被動虛擬閥打開。相比而言，主動排放口422之流動阻力(主動吸入流動阻力)為高。因此，主動排放口422處之壓力為高且主動虛擬閥關閉。由於低被動吸入流動阻力，流體係通過被動排放口412被汲取至頂部腔室440中。此係藉由圖4A中之箭頭所展示。然而，流體未流出(或在有限程度上流出)主動排放口422。在吸入配置中，用於被動排放口412之被動虛擬閥打開，而用於主動排放口422之主動虛擬閥關閉。然而，在此組態中，主動排放口422未實體地關閉。例如，在吸入配置中，主動排放口422未與孔口板430接觸。
圖4B描繪排出配置。壓電冷卻元件420已被致動以移動遠離發熱結構402 (變形為凸的)。由於壓電冷卻元件420之振動運動，間隙自其中性位置在尺寸上減小且展示為間隙442B。例如，在一些實施例中，在排出配置中，間隙442B具有至少5微米且不超過10微米之高度。因此，頂部腔室440已在體積上減小且底部腔室450已在體積上增加。在排出配置中，被動排放口412之流動阻力(被動排出流動阻力)相對較高。因此，被動排放口412處之壓力相對較高且被動虛擬閥關閉。相比而言，主動排放口422之流動阻力(主動排出流動阻力)為低。因此，主動排放口422處之壓力為低且主動虛擬閥打開。由於低主動排出流動阻力，流體係通過主動排放口422自頂部腔室440排出，進入底部腔室450中且通過孔口432。此係藉由圖4B中之箭頭所展示。然而，由於相對較高被動排出流動阻力，流體未流出(或在有限程度上流出)被動排放口412。因此，在排出配置中，用於被動排放口412之虛擬閥被視為關閉且用於主動排放口422之虛擬閥被視為打開。然而，在此組態中，被動排放口412未實體地關閉。例如，在排出配置中，被動排放口412未與冷卻元件420接觸。間隙442B不具有零長度。
冷卻系統400可共用冷卻系統100及/或300之益處。出於上文所論述之原因，冷卻系統400可更有效地消散來自發熱結構402之熱量。此外，冷卻系統400可為具有上文所描述之尺寸之MEMS裝置。因此，壓電冷卻系統400適用於諸如可用空間有限之智慧型電話之行動裝置中。壓電冷卻系統400亦可用於行動及非行動兩者之其他運算裝置中。因此可改良此等裝置之效能。因為壓電冷卻元件410及/或420可以超音波頻率及/或以諧振或接近諧振來振動，所以壓電冷卻系統400可更安靜且消耗更少功率。因為排放口412及422保持實體地打開，所以冷卻元件410及/或420在使用期間可能未彼此接觸(或未接觸孔口板430)。因此，可更容易維持冷卻元件410及/或420之諧振。可以有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有冷卻系統400之裝置之效能。
圖5A至圖5C係描繪可與發熱結構502一起使用之主動冷卻系統500之例示性實施例之圖式。為清楚起見，僅展示特定組件且圖5A至圖5C未按比例。圖5A、圖5B及圖5C描繪冷卻系統500之中性、吸入及排出配置。冷卻系統500係結合發熱結構502一起使用。冷卻系統500及發熱結構502係分別類似於(若干)冷卻系統100、300及/或400及(若干)發熱結構102、302及/或402。因此，冷卻系統500包含壓電冷卻元件510及520、其中具有孔口532之孔口板530、具有間隙542/542A/542B之頂部腔室540、底部腔室550及視情況存在之煙囪560。壓電冷卻系統500可為MEMS裝置且因此可具有類似於上文所描述之尺寸之尺寸。
圖5A描繪在中性組態中之冷卻系統500。因此，冷卻元件510及520展示為實質上平坦的。冷卻元件510不僅包含被動排放口514，而且包含鄰近於被動排放口512之平台514。在一些實施例中，平台514圍繞被動排放口514之周邊延伸。類似地，冷卻元件520包含與被動排放口514相對及對準之插塞524。在一些實施例中，可省略平台514或插塞524。在一些實施例中，冷卻元件510可包含與主動排放口522相對及對準之(若干)插塞。類似地，冷卻元件520可包含鄰接(若干)主動排放口522之(若干)平台。在一些實施例中，此(等)平台可圍繞(若干)主動排放口522之周邊延伸。平台514及/或插塞524可用於減小間隙542之尺寸且對流體流動提供阻礙。被動排放口512及/或主動排放口522之動態阻力可藉由平台514及/或插塞524之尺寸(面積及/或垂直於發熱結構502之高度)組態。例如，在一些實施例中，打開壓力及關閉壓力可自至少4千帕改變至不超過40千帕。因此，平台514及/或插塞524容許較佳定製在虛擬閥打開及虛擬閥關閉位置(例如，吸入及排出配置)中之用於排放口512及522之流動阻力。
在圖5B中，壓電冷卻元件510已被致動以移動遠離發熱結構502 (變形為凸的)，而壓電冷卻元件520已被致動以移動朝向發熱結構502 (變形為凹的)。此組態係吸入配置。在所展示之實施例中，冷卻系統500經驅動使得冷卻元件510及520係180度異相。由於壓電冷卻元件510及520之振動運動，間隙542已自其中性位置在尺寸上增加且展示為間隙542A。例如，在吸入配置(圖5B)中，間隙542A可具有至少20微米且不超過30微米之高度。因此，頂部腔室540已在體積上增加且底部腔室550已在體積上減小。在吸入配置中，被動排放口512之流動阻力(被動吸入流動阻力)為低。因此，被動排放口512處之壓力為低且被動虛擬閥打開。相比而言，主動排放口522之流動阻力(主動吸入流動阻力)為高。因此，主動排放口522處之壓力為高且主動虛擬閥關閉。由於低被動吸入流動阻力，流體係通過被動排放口512被汲取至頂部腔室540中。此係藉由圖5A中之箭頭所展示。然而，流體未流出(或在有限程度上流出)主動排放口522。因此，在吸入配置中，用於主動排放口522之主動虛擬閥被視為關閉且用於被動排放口512之被動虛擬閥被視為打開。然而，在此組態中，主動排放口522未實體地關閉。例如，在吸入配置中，主動排放口522未與孔口板530接觸。
圖5C描繪排出配置。壓電冷卻元件510經致動以移動朝向發熱結構502 (變形為凹的)，而壓電冷卻元件520已被致動以移動遠離發熱結構502 (變形為凸的)。由於壓電冷卻元件510及520之振動運動，間隙自其中性位置在尺寸上減小且展示為間隙542B。例如，在一些實施例中，在排出配置中，間隙542B具有至少5微米且不超過10微米之高度。因此，頂部腔室540已在體積上減小且底部腔室550已在體積上增加。在排出配置中，被動排放口512之流動阻力(被動排出流動阻力)為高。因此，被動排放口512處之壓力為高。相比而言，主動排放口522之流動阻力(主動排出流動阻力)為低。因此，主動排放口522處之壓力為低。由於低主動排出流動阻力，流體係通過主動排放口522自頂部腔室540排出，進入底部腔室550中且通過孔口532。此係藉由圖5C中之箭頭所展示。然而，由於高被動排出流動阻力，流體未流出(或在有限程度上流出)被動排放口512。因此，在排出配置中，用於被動排放口512之被動虛擬閥被視為關閉且用於主動排放口522之主動虛擬閥被視為打開。由於插塞524及平台514之存在，在排出配置中，間隙542B之長度進一步減小且用於被動排放口512之壓力(流動阻力)進一步增加。然而，在此組態中，被動排放口512未實體地關閉。例如，在排出配置中，被動排放口512未與冷卻元件520接觸。因此，儘管平台514及插塞524可非常接近，但平台514及插塞524未實體接觸。間隙542B不具有零長度。
冷卻系統500可共用冷卻系統100、300及/或400之益處。出於上文所論述之原因，冷卻系統500可更有效地消散來自發熱結構502之熱量。因為壓電冷卻元件510及/或520可以超音波頻率及/或以諧振或接近諧振來振動，所以壓電冷卻系統500可更安靜且消耗更少功率。因為排放口512及522保持實體地打開，所以冷卻元件510及/或520在使用期間可能未彼此接觸(或未接觸孔口板530)。因此，可更容易維持冷卻元件510及/或520之諧振。在排出配置中，使用平台514及/或插塞524可進一步增加流動阻力。可以有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有冷卻系統500之裝置之效能。
圖6係描繪可與發熱結構602一起使用之主動冷卻系統600之例示性實施例之圖式。為清楚起見，僅展示特定組件且圖6未按比例。圖6描繪冷卻系統600之中性組態。冷卻系統600係結合發熱結構602一起使用。冷卻系統600及發熱結構602係分別類似於(若干)冷卻系統100、300、400及/或500及(若干)發熱結構102、302、402及/或502。因此，冷卻系統600包含壓電冷卻元件610及620、被動排放口612、主動排放口622、平台614、插塞624、其中具有孔口632之孔口板630、具有間隙642之頂部腔室640、底部腔室650及視情況存在之煙囪660。冷卻元件610及/或620經致動以依類似於上文所描述之方式之方式振動、打開及關閉用於主動排放口622及被動排放口612之虛擬閥。因此，亦提供類似於上文所描述之彼等吸入及排出配置之吸入及排出配置。壓電冷卻系統600可為MEMS裝置且因此可具有類似於上文所描述之尺寸之尺寸。
圖6描繪在中性組態中之冷卻系統600。冷卻元件610及/或620可經驅動以依類似於冷卻系統100、300、400及/或500之方式致動。因此，在吸入配置中，流體係通過被動排放口612 (被動閥打開)被汲取進入且流動至頂部腔室640中。在排出配置中，流體係通過主動排放口622 (主動閥打開)被排出頂部腔室640且通過孔口632。在一些實施例中，可達成上文所描述之流體速度及冷卻功率。流體沿著發熱結構602朝向煙囪660流動。熱量係自發熱結構602傳遞至流體。流體流動至煙囪660且被帶離發熱結構602。另外，管道670將經加熱流體帶離被動排放口612 (例如)至冷卻系統600或採用冷卻系統600之裝置之邊緣。因此，在吸入配置中，經加熱流體不太可能被快速汲取回至被動排放口612中。在一些實施例中，可省略煙囪660。在此等實施例中，管道670可直接自孔口板630與發熱結構602之間的區域接收經加熱流體。在一些實施例中，管道670可在除所展示之方向以外之(若干)其他及/或額外方向上對經加熱流體提供路徑。另外，管道670可對冷卻系統600及冷卻元件610及620提供額外機械穩定性。
冷卻系統600可共用冷卻系統100、300及/或400之益處。出於上文所論述之原因，冷卻系統600可更有效地消散來自發熱結構602之熱量。另外，由於管道670之存在，冷卻系統600可更有效地冷卻發熱結構602。因為壓電冷卻元件610及/或620可經致動以依超音波頻率及/或依諧振或接近諧振來振動，所以壓電冷卻系統600可更安靜且消耗更少功率。因為排放口612及622保持實體地打開(例如，使用虛擬閥)，所以冷卻元件610及/或620在使用期間可能未彼此接觸(或未接觸孔口板630)。因此，可更容易維持冷卻元件610及/或620之諧振。在排出配置中，使用平台614及/或插塞624可進一步增加流動阻力。管道670亦可改良冷卻系統600之機械穩定性。例如，若冷卻系統600係用於多個冷卻元件之陣列中，則管道670之存在可較佳隔離各冷卻系統600中之冷卻元件610及/或620之振動與另一冷卻系統600中之振動。可以有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有冷卻系統600之裝置之效能。
圖7係描繪可與發熱結構702一起使用之主動冷卻系統700之例示性實施例之圖式。為清楚起見，僅展示特定組件且圖7未按比例。圖7描繪冷卻系統700之中性組態。冷卻系統700係結合發熱結構702一起使用。冷卻系統700及發熱結構702係分別類似於(若干)冷卻系統100、300、400、500及/或600及(若干)發熱結構102、302、402、502及/或602。因此，冷卻系統700包含壓電冷卻元件710及720、被動排放口712、主動排放口722、平台714、插塞724、其中具有孔口732之孔口板730、具有間隙742之頂部腔室740、底部腔室750、視情況存在之煙囪760及管道770。冷卻元件710及/或720經致動以如上文所描述振動。因此，亦提供類似於上文所描述之彼等吸入及排出配置之吸入及排出配置。壓電冷卻系統700可為MEMS裝置且因此可具有類似於上文所描述之尺寸之尺寸。
圖7描繪在中性組態中之冷卻系統700。冷卻元件710及/或720可經驅動以依類似於冷卻系統100、300、400、500及/或600之方式致動。因此，在吸入配置中，流體係通過被動排放口712 (被動閥打開)被汲取進入且流動至頂部腔室740中。在排出配置中，流體係通過主動排放口722 (主動閥打開)被排出頂部腔室740且通過孔口732。在一些實施例中，可達成上文所描述之流體速度及冷卻功率。流體沿著發熱結構702朝向視情況存在之煙囪760流動。熱量係自發熱結構702傳遞至流體。流體透過視情況存在之煙囪760或經由另一機構流動遠離發熱結構702。視情況存在之管道770將經加熱流體帶離被動排放口712。因此，在吸入配置中，經加熱流體不太可能被快速汲取回至被動排放口712中。管道770可對冷卻系統700及冷卻元件710及720提供額外機械穩定性。在一些實施例中，可省略或不同地組態管道770及/或煙囪760。
又在圖7中，插塞724及平台714展示為具有對向表面之變動(例如，插塞724及平台714之表面係非平坦的)。儘管插塞724及平台714兩者展示為具有表面變動，但在其他實施例中，插塞724及平台714之僅一者包含此等變動。在一些實施例中，該等變動可僅跨插塞724及/或平台714之表面之部分延伸。因此，插塞724之表面與平台714之表面形成使流體行進通過間隙742之曲折路徑。因此，通過被動排放口712進入或離開頂部腔室740之流體係由於對向表面之變動而減慢。例如，在製造容限內，變動(或波紋)之間距可為至少50微米且不超過200微米。因此，波紋之數目可自一個至適合在特定幾何表面上之數目，其中波紋之高度自至少50微米改變至不超過200微米。冷卻元件710及720上之頂部變動與底部變動之間的初始間隙可為正的、零或負的，此取決於設計規定之阻力、壓力及流量要求。此外，波紋可經組態以調諧腔室740中之流量及壓力。因此，可藉由使用曲折路徑來增加被動排放口712及/或主動排放口722之打開狀態與關閉狀態之間的壓力差。換言之，可增加大間隙742 (吸入配置)與小間隙742 (排出配置)之間的壓力差。然而，貫穿冷卻系統700之操作，間隙742仍具有非零高度。
冷卻系統700可共用冷卻系統100、300、400、500及/或600之益處。出於上文所論述之原因，冷卻系統700可更有效地消散來自發熱結構702之熱量。另外，由於管道770之存在，冷卻系統700可更有效地冷卻發熱結構702。因為壓電冷卻元件710及/或720可經致動以依超音波頻率及/或依諧振或接近諧振來振動，所以壓電冷卻系統700可更安靜且消耗更少功率。因為排放口712及722保持實體地打開，所以冷卻元件710及/或720在使用期間可能未彼此接觸(或未接觸孔口板730)。因此，可更容易維持冷卻元件710及/或720之諧振。在排出配置中，使用具有表面變動之平台714及/或插塞724可進一步增加流動阻力。管道770亦可改良冷卻系統700之機械穩定性。例如，若冷卻系統700係用於多個冷卻元件之陣列中，則管道770之存在可較佳隔離各冷卻系統700中之冷卻元件710及/或720之振動與另一冷卻系統700中之振動。可以有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有冷卻系統700之裝置之效能。
圖8A至圖8C係描繪可與發熱結構802一起使用之主動冷卻系統800及可用於此冷卻系統中之彈性結構之例示性實施例之圖式。圖8A描繪冷卻系統800。圖8B及圖8C描繪可用於冷卻系統800中之彈性裝置之實施例880A及880B。為清楚起見，僅展示特定組件且圖8A及圖8B未按比例。冷卻系統800係結合發熱結構802一起使用。冷卻系統800及發熱結構802係分別類似於(若干)冷卻系統100、300、400、500、600及/或700及(若干)發熱結構102、302、402、502、602及/或702。因此，冷卻系統800包含壓電冷卻元件810及820、被動排放口812、主動排放口822、平台814、插塞824、其中具有孔口832之孔口板830、具有間隙842之頂部腔室840、底部腔室850及視情況存在之煙囪860。亦可包含管道(未展示)。冷卻元件810及/或820經致動以如上文所描述振動。因此，亦提供類似於上文所描述之彼等吸入及排出配置之吸入及排出配置。壓電冷卻系統800可為MEMS裝置且因此可具有類似於上文所描述之尺寸之尺寸。
圖8A描繪在中性組態中之冷卻系統800。冷卻元件810及/或820可經驅動以依類似於冷卻系統100、300、400、500、600及/或700之方式致動。因此，在吸入配置中，流體係通過被動排放口812被汲取進入且流動至頂部腔室840中。在排出配置中，流體係通過主動排放口822被排出頂部腔室840且通過孔口832。在一些實施例中，可達成上文所描述之流體速度及冷卻功率。流體沿著發熱結構802朝向視情況存在之煙囪860流動。熱量係自發熱結構802傳遞至流體。流體透過視情況存在之煙囪860或經由另一機構流動遠離發熱結構802。
彈性裝置880亦展示於冷卻系統800中。彈性裝置880係經由結構890及892貼附至冷卻元件810及820。應注意，圖8A中僅標記一些結構。在一些實施例中，彈性裝置880係由與(若干)冷卻元件810及/或820相同之材料形成。例如，彈性裝置880可由不銹鋼或Ni合金形成。在其他實施例中，可使用(若干)其他材料。可將彈性裝置880之彈簧常數選擇為(若干)冷卻元件810及/或820之硬度之至少5%且不超過25%。此選擇提供冷卻元件810及820之偏轉之變動與量值之間的平衡。在其他實施例中，可選擇彈性裝置880之另一硬度。結構890及892可為用於將彈性裝置880接合至冷卻元件810及820之環氧樹脂、黏合劑、PSA、焊料、銅焊接頭或一些其他機構。彈性裝置880耦合冷卻元件810及820，但並不阻止流體流動通過冷卻系統800。因此，用虛線描繪彈性裝置880之可包含孔隙之部分。彈性裝置880係用於鏈接冷卻元件810及820之振動。由於彈性裝置880之存在，(若干)冷卻元件810及/或820之振動之小變動可能不會使實質上180度異相諧振振動不穩定。換言之，彈性裝置880可穩定化冷卻元件810與820之間的頻率模式。可將冷卻元件810及820之固有頻率選擇為相似的。彈性裝置880將頻率及模式穩定化為異相模式。在不具有彈性裝置880之情況下，可能很難將冷卻元件810及820之操作維持於適當模式。在一些情況中，在不具有彈性裝置880之情況下將系統800之操作維持於諧振係具有挑戰性的，此係因為流體壓力及結構力學之耦合力學傾向於以不同峰值諧振來驅動冷卻元件810及820。在具有彈性裝置之情況下，可更容易以諧振操作系統800。例如，使用彈性裝置880可容許冷卻元件810及820之諧振頻率可相差達基本頻率之5%至10%。例如，冷卻元件810及820之諧振頻率可相差達高達1 kHz但仍以諧振操作，條件是併入彈性裝置880。因此，可更容易控制冷卻元件810及820以將兩者保持於接近諧振之振動頻率及異相。因此，可維持或改良冷卻系統800驅動流體之效率。
圖8B及圖8C描繪彈性裝置880之實施例880A及880B之部分。彈性裝置880A及880B係分別在位置890及892處貼附至冷卻元件810及820。在一些實施例中，彈性裝置880A及880B包含貼附至冷卻系統800之邊緣之額外部分。圖8A中之彈性裝置880經描繪為包含此等部分。彈性裝置880A包含由徑向部件連接之同心環。外環耦合至冷卻元件820，而內環可耦合至冷卻元件810。類似地，彈性裝置880B包含內環及藉由徑向部件耦合至該內環之外環片段。內環耦合至冷卻元件810，而該等外環片段耦合至冷卻元件820。
冷卻系統800可共用冷卻系統100、300、400、500、600及/或700之益處。出於上文所論述之原因，冷卻系統800可更有效地消散來自發熱結構802之熱量。因為壓電冷卻元件810及/或820可經致動以依超音波頻率及/或依諧振或接近諧振來振動，所以壓電冷卻系統800可更安靜且消耗更少功率。因為排放口812及822保持實體地打開，所以冷卻元件810及/或820在使用期間可能未彼此接觸(或未接觸孔口板830)。使用彈性裝置880容許異相諧振振動顯著更穩定。因此，可更容易維持冷卻元件810及/或820之諧振。在排出配置中，使用平台814及/或插塞824可進一步增加流動阻力。可以有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有冷卻系統800之裝置之效能。
圖9係描繪可與發熱結構902一起使用之主動冷卻系統900及可用於此冷卻系統中之彈性結構之例示性實施例之圖式。為清楚起見，僅展示特定組件且圖9未按比例。冷卻系統900係結合發熱結構902一起使用。冷卻系統900及發熱結構902係分別類似於(若干)冷卻系統100、300、400、500、600、700及/或800及(若干)發熱結構102、302、402、502、602、702及/或802。因此，冷卻系統900包含壓電冷卻元件910及920、被動排放口912、主動排放口922、平台914、插塞924、其中具有孔口932之孔口板930、具有間隙942之頂部腔室940及底部腔室950。儘管未展示，但亦可包含煙囪及管道。冷卻元件910及/或920經致動以如上文所描述振動。因此，亦提供類似於上文所描述之彼等吸入及排出配置之吸入及排出配置。壓電冷卻系統900可為MEMS裝置且因此可具有類似於上文所描述之尺寸之尺寸。
圖9描繪在中性組態中之冷卻系統900。冷卻元件910及/或920可經驅動以依類似於冷卻系統100、300、400、500、600、700及/或800之方式致動。因此，在吸入配置中，流體係通過被動排放口912被汲取進入且流動至頂部腔室940中。在排出配置中，流體係通過主動排放口922被排出頂部腔室940且通過孔口932。在一些實施例中，可達成上文所描述之流體速度及冷卻功率。流體沿著發熱結構902流動且自發熱結構902接收熱量。流體透過視情況存在之煙囪(未展示)或經由另一機構流動遠離發熱結構902。
彈性裝置980A及980B亦展示於冷卻系統900中。彈性裝置980A及980B係類似於彈性裝置880。彈性裝置980A係經由結構990 (僅標記其等之一者)貼附至冷卻元件910。彈性裝置980B係經由結構992 (僅標記其等之一者)貼附至冷卻元件920。彈性裝置980A及980B係使用結構996 (僅標記其等之一者)彼此貼附。結構990、992及996可為用於將彈性裝置980A及980B接合至冷卻元件910及920以及彼此接合之環氧樹脂、黏合劑或一些其他機構。彈性裝置980A及980B耦合冷卻元件910及920，但並不阻止流體流動通過冷卻系統900。因此，用虛線描繪各彈性裝置980A及980B之可包含孔隙之部分。彈性裝置980A及/或980B可具有類似於圖8B及圖8C中所描繪之彈性裝置880A及880B之部分。返回參考圖9，彈性裝置980A及980B係用於鏈接冷卻元件910及920之振動。由於彈性裝置980A及980B之存在，(若干)冷卻元件910及/或920之振動之小變動可能不會使實質上180度異相諧振振動不穩定。因此，彈性裝置980A及980B可穩定化冷卻元件910與920之間的頻率模式。因此，可更容易控制冷卻元件910及920以將兩者保持於接近諧振之振動頻率及異相。因此，可維持或改良冷卻系統900驅動流體之效率。
冷卻系統900可共用冷卻系統100、300、400、500、600、700及/或800之益處。出於上文所論述之原因，冷卻系統900可更有效地消散來自發熱結構902之熱量。冷卻系統900可更安靜且消耗更少功率。因為排放口912及922係使用虛擬閥關閉(例如，保持實體地打開)，所以更容易維持諧振。彈性裝置980A及980B容許異相諧振振動顯著更穩定。使用平台914及/或插塞924可容許進一步定製虛擬閥之流動阻力。可以有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可改良併入有冷卻系統900之裝置之效能。
圖10A至圖10B描繪用於冷卻發熱結構1002之冷卻系統1001之陣列1000。圖10A係陣列1000之側視圖，而圖10B係陣列1000之平面視圖。冷卻系統1001可類似於冷卻系統100、300、400、500、600、700、800及/或900之一或多者。各冷卻系統1001可被視為陣列1000中之單元。發熱結構1002可類似於(若干)發熱結構102、302、402、502、602、702、802及/或902之一或多者。為清楚起見，未標記各單元1001之組件。此外，未展示可包含於單元1001中之一些組件。例如，(若干)單元1001可包含類似於彈性裝置880、980A及/或980B之彈性裝置。壓電單元1001可為MEMS裝置且因此可具有類似於上文所描述之尺寸之尺寸。儘管展示為相同的，但單元1001可不同。又展示在陣列1000之邊緣處之用於引導經加熱流體之流動之煙囪1060及管道1070。因此，煙囪1060及/或管道1070可但無需存在於各冷卻系統1001之邊緣處。在其他實施例中，可移除煙囪1060及/或管道1070。儘管展示具有經對準單元1001之矩形陣列，但在其他實施例中，該陣列無需為矩形的且單元1001無需經對準。此外，在一些實施例中，並非所有單元1001需要一起被啟動。例如，在一些實施例中，可個別地驅動單元1001。因此，可組合本文中所描述之冷卻系統。此外，儘管針對各項實施例描述各種特徵，但該等特徵可以本文中未明確描述之方式組合。
圖11係描繪用於操作冷卻系統之方法1100之例示性實施例之流程圖。方法1100可包含為簡潔起見未描繪之步驟。方法1100係在壓電冷卻系統100之背景內容中進行描述。然而，方法1100可與包含(但不限於)本文中所描述之系統及單元之其他冷卻系統一起使用。
在1102，致動冷卻系統中之(若干)壓電冷卻元件之一或多者以振動。在1102，使用具有所要頻率之電信號來驅動該(等)冷卻元件。在一些實施例中，在1102，以諧振或接近諧振來驅動冷卻元件。驅動頻率可為15 kHz或更高。若在1102驅動多個壓電冷卻元件，則可將該等冷卻元件驅動為異相。在一些實施例中，實質上以180度異相驅動冷卻元件。
在1104，使用來自(若干)壓電冷卻元件之回饋來調整驅動電流。在一些實施例中，該調整係用於將頻率維持於(若干)冷卻元件之(若干)諧振頻率或接近(若干)諧振頻率。特定冷卻元件之諧振頻率可(例如)歸因於溫度變化而漂移。在1104進行之調整容許考量諧振頻率之漂移。
例如，在1102，可以壓電冷卻元件110及120之(若干)諧振頻率來驅動其等。儘管可將冷卻元件110及120之諧振頻率選擇為相似的，但該等諧振頻率可具有小的差。因此，在一些實施例中，可能不以相同頻率驅動冷卻元件110及120。此外，如圖1B至圖1C中所展示，可以180度異相來驅動冷卻元件110及120。
在1104，使用回饋以將壓電冷卻元件110及120維持於諧振且在一些實施例中180度異相。因此，可維持冷卻元件110及120驅動流體流動通過冷卻系統100且至發熱結構102上之效率。在一些實施例中，1104包含對通過壓電冷卻元件之電流進行取樣且調整電流以維持諧振及低輸入功率。
因此，壓電冷卻元件(諸如元件110及120)可如上所述操作。因此，方法1100提供本文中所描述之壓電冷卻系統之使用。因此，壓電冷卻系統可以較低功率更有效及安靜地冷卻半導體裝置。
儘管為清楚理解之目的已相當詳細地描述前述實施例，但本發明並不限於所提供之細節。存在實施本發明之許多替代方式。所揭示實施例係闡釋性且非限制性的。
100:主動冷卻系統/冷卻系統/系統/壓電冷卻系統 102:發熱結構 110:壓電冷卻元件/第一冷卻元件/冷卻元件/元件 112:被動排放口/排放口 120:壓電冷卻元件/第二冷卻元件/冷卻元件/元件 122:主動排放口/排放口 130:孔口板 132:孔口 140:頂部腔室 142:間隙 142A:間隙 142B:間隙 150:底部腔室/腔室 160:煙囪 172:赫史特合金基板/不銹鋼基板/基板 174:壓電層/壓電件 200:圖表 210:圖表 220:圖表 222:流動阻力/被動排放口流動阻力 224:流動阻力/主動排放口流動阻力 300:主動冷卻系統/冷卻系統/壓電冷卻系統 302:發熱結構 310:壓電冷卻元件/冷卻元件 312:被動排放口 320:壓電冷卻元件/冷卻元件 322:主動排放口 330:孔口板 332:孔口 340:頂部腔室 342A:間隙 342B:間隙 350:底部腔室 360:煙囪 400:主動冷卻系統/冷卻系統/壓電冷卻系統 402:發熱結構 410:壓電冷卻元件/冷卻元件 412:排放口/被動排放口 420:壓電冷卻元件/冷卻元件 422:排放口/主動排放口 430:孔口板 432:孔口 440:頂部腔室 442A:間隙 442B:間隙 450:底部腔室 460:煙囪 500:主動冷卻系統/冷卻系統/壓電冷卻系統 502:發熱結構 510:壓電冷卻元件/冷卻元件 512:被動排放口/排放口 514:平台 520:壓電冷卻元件/冷卻元件 522:主動排放口/排放口 524:插塞 530:孔口板 532:孔口 540:頂部腔室 542:間隙 542A:間隙 550:底部腔室 560:煙囪 600:主動冷卻系統/冷卻系統/壓電冷卻系統 602:發熱結構 610:壓電冷卻元件/冷卻元件 612:被動排放口 614:平台 620:壓電冷卻元件/冷卻元件 622:主動排放口 624:插塞 630:孔口板 632:孔口 640:頂部腔室 642:間隙 650:底部腔室 660:煙囪 670:管道 700:主動冷卻系統/冷卻系統/壓電冷卻系統 702:發熱結構 710:壓電冷卻元件/冷卻元件 712:被動排放口 714:平台 720:壓電冷卻元件/冷卻元件 722:主動排放口 724:插塞 730:孔口板 732:孔口 740:頂部腔室/腔室 742:間隙 750:底部腔室 760:煙囪 770:管道 800:主動冷卻系統/冷卻系統/壓電冷卻系統/系統 802:發熱結構 810:壓電冷卻元件/冷卻元件 812:被動排放口 814:平台 820:壓電冷卻元件/冷卻元件 822:主動排放口 824:插塞 830:孔口板 832:孔口 840:頂部腔室 842:間隙 850:底部腔室 860:煙囪 880:彈性裝置 880A:彈性裝置 880B:彈性裝置 890:結構 892:結構 900:主動冷卻系統/冷卻系統/壓電冷卻系統 902:發熱結構 910:壓電冷卻元件/冷卻元件 912:被動排放口 914:平台 920:壓電冷卻元件/冷卻元件 922:主動排放口 924:插塞 930:孔口板 932:孔口 940:頂部腔室 942:間隙 950:底部腔室 980A:彈性裝置 980B:彈性裝置 990:結構 992:結構 996:結構 1000:陣列 1001:冷卻系統/單元/壓電單元 1002:發熱結構 1060:煙囪 1070:管道 1100:方法 1102:步驟 1104:步驟
在以下詳細描述及附圖中揭示本發明之各項實施例。
圖1A至圖1D係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之例示性實施例之圖式。
圖2A至圖2C係描繪主動冷卻系統之實施例中之冷卻元件之操作及驅動之圖表。
圖3A至圖3B係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之另一例示性實施例之圖式。
圖4A至圖4B係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之另一例示性實施例之圖式。
圖5A至圖5C係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之另一例示性實施例之圖式。
圖6係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之另一例示性實施例之圖式。
圖7係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之另一例示性實施例之圖式。
圖8A至圖8C係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之另一例示性實施例之圖式。
圖9係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之另一例示性實施例之圖式。
圖10A至圖10B係描繪可與結構一起使用之主動冷卻系統之另一例示性實施例之圖式。
圖11係描繪用於驅動主動冷卻系統之實施例中之冷卻元件之方法之例示性實施例的流程圖。
100:主動冷卻系統/冷卻系統/系統/壓電冷卻系統
102:發熱結構
110:壓電冷卻元件/第一冷卻元件/冷卻元件/元件
112:被動排放口/排放口
120:壓電冷卻元件/第二冷卻元件/冷卻元件/元件
122:主動排放口/排放口
130:孔口板
132:孔口
140:頂部腔室
142:間隙
142A:間隙
142B:間隙
150:底部腔室/腔室
160:煙囪
172:赫史特合金基板/不銹鋼基板/基板
174:壓電層/壓電件

Claims (20)

  1. 一種主動冷卻系統，其包括： 至少一冷卻元件，該至少一冷卻元件在其中具有排放口且與流體連通，該至少一冷卻元件經致動以振動以驅動該流體朝向發熱結構且交替地打開及關閉對應於該排放口之至少一虛擬閥，該虛擬閥針對低流動阻力打開且針對高流動阻力關閉，該排放口因該虛擬閥關閉而保持實體地打開。
  2. 如請求項1之主動冷卻系統，其中該至少一冷卻元件包含第一冷卻元件及第二冷卻元件，該第一冷卻元件在其中具有被動排放口，該第一冷卻元件與該流體連通，該第二冷卻元件在該第一冷卻元件與該發熱結構之間，該第二冷卻元件在其中具有主動排放口，該至少一虛擬閥包含對應於該被動排放口之被動虛擬閥及對應於該主動排放口之主動虛擬閥，該被動虛擬閥在吸入配置中打開且在排出配置中關閉，該主動虛擬閥在該吸入配置中關閉且在該排出配置中打開，該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之至少一者使用振動運動以提供該吸入配置及該排出配置，使得該流體經引導朝向該發熱結構且使得該主動排放口及該被動排放口在該振動運動期間始終保持實體地打開。
  3. 如請求項2之主動冷卻系統，其中該第一冷卻元件及該第二冷卻元件經組態使得在該排出配置中，該被動排放口具有被動排出流動阻力且該主動排放口具有主動排出流動阻力，該第一冷卻元件及該第二冷卻元件經組態使得在吸入配置中，該被動排放口具有被動吸入流動阻力且該主動排放口具有主動吸入流動阻力，該被動排出流動阻力大於該主動排出流動阻力且該被動吸入流動阻力小於該主動吸入流動阻力。
  4. 如請求項3之主動冷卻系統，其中該被動排出流動阻力除以該被動吸入流動阻力係至少3且不超過10且其中該主動吸入流動阻力除以該主動排出流動阻力係至少3且不超過10。
  5. 如請求項2之主動冷卻系統，其進一步包括： 其中具有至少一孔口之孔口板，該孔口板安置於該第二冷卻元件與該發熱結構之間，該至少一孔口之各者具有與該發熱結構之表面之法線成某一角度定向之軸線，該角度係選自實質上零度及非零銳角。
  6. 如請求項2之主動冷卻系統，其中該第一冷卻元件與該第二冷卻元件係藉由間隙分離，該振動運動使得在該排出配置中，該間隙具有不超過10微米之第一寬度，且在該吸入配置中，該間隙具有不少於20微米之第二寬度。
  7. 如請求項2之主動冷卻系統，其中該第一冷卻元件及該第二冷卻元件經組態而以至少每秒30米之速度引導該流體朝向該發熱結構。
  8. 如請求項2之主動冷卻系統，其中該振動運動具有至少15 kHz之頻率。
  9. 如請求項2之主動冷卻系統，其中該振動運動係該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之異相振動運動。
  10. 如請求項2之主動冷卻系統，其中該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之該至少一者具有諧振頻率且該振動運動之頻率係實質上處於該諧振頻率。
  11. 如請求項2之主動冷卻系統，其中該第一冷卻元件具有鄰近於該被動排放口之平台且其中該第二冷卻元件包含與該第一冷卻元件之該平台相對之插塞。
  12. 如請求項11之主動冷卻系統，其中該插塞包含面向該被動排放口之插塞表面，該插塞表面及/或該平台之平台表面之至少一者形成用於該流體之曲折路徑。
  13. 如請求項2之主動冷卻系統，其中該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之至少一者係壓電微機電系統(MEMS)冷卻元件。
  14. 如請求項1之主動冷卻系統，其中該至少一冷卻元件包含第一冷卻元件及第二冷卻元件，該主動冷卻系統進一步包括： 彈性裝置，其耦合該第一冷卻元件與該第二冷卻元件。
  15. 一種主動壓電冷卻系統，其包括： 複數個壓電冷卻單元，該複數個壓電冷卻單元之各者包含其中具有排放口且與流體連通之至少一壓電冷卻元件，該至少一冷卻元件經致動以振動以驅動該流體朝向發熱結構且交替地打開及關閉對應於該排放口之至少一虛擬閥，該虛擬閥針對低流動阻力打開且針對高流動阻力關閉，該排放口因該虛擬閥關閉而保持實體地打開。
  16. 如請求項15之主動壓電冷卻系統，其中該至少一壓電冷卻元件包含第一冷卻元件及第二冷卻元件，該第一冷卻元件在其中具有被動排放口，該第一冷卻元件與該流體連通，該第二冷卻元件在該第一冷卻元件與該發熱結構之間，該第二冷卻元件在其中具有主動排放口，該至少一虛擬閥包含對應於該被動排放口之被動虛擬閥及對應於該主動排放口之主動虛擬閥，該被動虛擬閥在吸入配置中打開且在排出配置中關閉，該主動虛擬閥在該吸入配置中關閉且在該排出配置中打開，該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之至少一者使用振動運動以提供該吸入配置及該排出配置，使得該流體經引導朝向該發熱結構且使得該主動排放口及該被動排放口在該振動運動期間始終保持實體地打開。
  17. 如請求項15之主動壓電冷卻系統，其中該至少一冷卻元件包含第一冷卻元件及第二冷卻元件，該複數個壓電冷卻單元之各者進一步包括： 彈性裝置，其耦合該第一冷卻元件與該第二冷卻元件。
  18. 一種冷卻發熱結構之方法，其包括： 驅動至少一冷卻元件以引發振動，該至少一冷卻元件在其中具有排放口且與流體連通，該至少一冷卻元件驅動該流體朝向發熱結構且交替地打開及關閉對應於該排放口之至少一虛擬閥，該虛擬閥針對低流動阻力打開且針對高流動阻力關閉，該排放口因該虛擬閥關閉而保持實體地打開。
  19. 如請求項18之方法，其中該至少一冷卻元件包含第一冷卻元件及第二冷卻元件，且其中該驅動進一步包含： 驅動第一冷卻元件及第二冷卻元件之至少一者以在該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之該至少一者中引發以一頻率之振動運動，該第一冷卻元件在其中具有被動排放口，該第一冷卻元件與該流體連通，該第二冷卻元件在該第一冷卻元件與該發熱結構之間，該第二冷卻元件在其中具有主動排放口，該至少一虛擬閥包含對應於該被動排放口之被動虛擬閥及對應於該主動排放口之主動虛擬閥，該被動虛擬閥在吸入配置中打開且在排出配置中關閉，該主動虛擬閥在該吸入配置中關閉且在該排出配置中打開，該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之至少一者使用振動運動以提供該吸入配置及該排出配置，使得該流體經引導朝向該發熱結構且使得該主動排放口及該被動排放口在該振動運動期間始終保持實體地打開。
  20. 如請求項19之方法，其中該頻率係實質上處於該第一冷卻元件及該第二冷卻元件之該至少一者之諧振頻率。
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