TW202218530A - 可使用於微機電系統主動式冷卻裝置之工程化致動器 - Google Patents

Abstract

本發明描述一種可用於一冷卻系統之致動器。該致動器包含一錨定區域及一懸臂。該懸臂自該錨定區域向外延伸。該懸臂包含一台階區域、一延伸區域及一外部區域。該台階區域自該錨定區域向外延伸且具有一台階厚度。該延伸區域自該台階區域向外延伸且具有小於該台階厚度之一延伸厚度。該外部區域自該延伸區域向外延伸且具有大於該延伸厚度之一外部厚度。

Description

可使用於微機電系統主動式冷卻裝置之工程化致動器

隨著計算裝置的速度及計算能力之增長，由計算裝置產生之熱亦增加。已提出各種機構來解決熱之產生。主動式裝置(諸如風扇)可用於驅動空氣通過大型計算裝置(諸如膝上型電腦或桌上型電腦)。被動式冷卻裝置(諸如散熱器)可用於較小、行動計算裝置，諸如智慧型電話、虛擬現實裝置及平板電腦。然而，此等主動式及被動式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)。因此，需要用於計算裝置之額外冷卻解決方案。

本發明描述一種可用於一冷卻系統之致動器。該致動器包含一錨定區域及一懸臂。該懸臂自該錨定區域向外延伸。該懸臂包含一台階區域、一延伸區域及一外部區域。該台階區域自該錨定區域向外延伸且具有一台階厚度。該延伸區域自該台階區域向外延伸且具有小於該台階厚度之一延伸厚度。該外部區域自該延伸區域向外延伸且具有大於該延伸厚度之一外部厚度。在一些實施例中，該外部厚度比該延伸厚度至少厚50微米但不超過200微米。該外部區域可具有至少100微米但不超過300微米之一寬度。在一些實施例中，該延伸區域具有自該台階區域向外延伸之至少0.5毫米但不超過1.5毫米之一長度。

在一些實施例中，該懸臂進一步包含位於該台階區域與該延伸區域之間的一額外台階區域。該額外台階區域具有小於該台階厚度但大於該延伸厚度之一額外台階厚度。

在一些實施例中，該致動器之該台階區域、該延伸區域及該外部區域之至少一者在其中包含(若干)凹部。該(等)凹部包含一錐度，使得該凹部之一寬度隨距該錨定區域之距離而增加。例如，該錐度可選自一線性錐度、一二次錐度及一立方錐度。其他錐度係可行的。在一些實施例中，該致動器包含一蓋，其經構造使得該(等)凹部處在該致動器內部。

在一些實施例中，該致動器包含一額外懸臂。該額外懸臂自與該懸臂相對之該錨定區域向外延伸。該額外懸臂包含額外台階、延伸區域及外部區域。該額外台階區域具有一額外台階厚度。該額外延伸區域自該額外台階區域向外延伸且具有小於該額外台階厚度之一額外延伸厚度。該額外外部區域自該額外延伸區域向外延伸且具有大於該額外延伸厚度之一額外外部厚度。

該致動器可用作一冷卻系統中之一冷卻元件。該冷卻系統包含一錨及該致動器。該冷卻元件(即該致動器)在該錨定區域處固定至該錨。該冷卻元件經構形以在經致動以朝向一發熱結構驅動一流體時經歷振動運動。在一些實施例中，該冷卻系統包含其中具有孔口之一孔口板。該孔口板安置於該冷卻元件與該發熱結構之間。在一些實施例中，該冷卻系統包含單元壁，該等單元壁經構形使得在該複數個單元壁之一部分與該冷卻元件之間形成一頂部腔室且在該複數個單元壁、該孔口板及該冷卻元件之間形成一底部腔室。該頂部腔室與該底部腔室流體連通。 在一些實施例中，描述一種用於冷卻一發熱結構之方法。該方法包含驅動一冷卻元件以引起以一頻率之一振動運動。在一些實施例中，該冷卻元件係本文中所描述之該致動器。在一些實施例中，該冷卻元件實質上以該懸臂之一結構諧振頻率驅動。在一些實施例中，以或接近一流體諧振頻率驅動該冷卻元件。

本發明可以多種方式實施，包含作為一程序；一器件；一系統；物質之一組成；體現於一電腦可讀儲存媒體上之一電腦程式產品；及/或一處理器，諸如經組態以執行耦合至處理器之一記憶體上儲存及/或由其提供之指令之一處理器。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稱作技術。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，否則經描述為經組態以執行一任務之一組件(諸如一處理器或一記憶體)可經實施為經暫時組態以在一給定時間執行任務之一通用組件或經製造為執行任務之一特定組件。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。

下文提供本發明之一或多個實施例之一詳細描述以及繪示本發明之原理之附圖。結合此等實施例描述本發明，但本發明不限於任何實施例。本發明之範疇僅由申請專利範圍限定，且本發明涵蓋許多替代、修改及等效物。在以下描述中闡述許多具體細節以提供對本發明之一透徹理解。此等細節係為實例之目的而提供且本發明可根據申請專利範圍實踐，而無需此等特定細節之部分或全部。為清楚起見，並未詳細描述與本發明相關之技術領域中已知之技術材料，以免不必要地混淆本發明。

隨著半導體裝置變得越來越強大，在操作期間產生之熱亦增加。例如，行動裝置(諸如智慧型電話、平板電腦、筆記型電腦及虛擬現實裝置)之處理器可以高時脈速度操作，但產生大量熱。由於產生之熱量，處理器可僅在一相對較短時間內全速運行。在此時間之後，發生節速(例如，降低處理器之時脈速度)。雖然節速可減少熱產生，但其亦不利地影響處理器速度，且因此影響使用處理器之裝置之效能。隨著技術向5G以後發展，預計此問題將加劇。

較大裝置(諸如膝上型或桌上型電腦)包含具有旋轉葉片之電風扇。可回應於內部組件之一溫度升高使風扇通電。風扇驅動空氣通過較大裝置來冷卻內部組件。然而，此等風扇對於行動裝置(諸如智慧型電話)或較薄裝置(平板電腦)而言通常太大。由於存在於組件之表面之空氣之邊界層，風扇亦可能功效有限，為穿過需要冷卻之熱表面之氣流提供一有限空氣速度且可產生過量雜訊。被動式冷卻解決方案可包含組件(諸如一散熱器及一熱管或蒸汽室)以將熱傳遞至一熱交換器。儘管一散熱器在一定程度上減輕熱點處之溫度升高，但可能無法充分解決當前及未來裝置中產生之熱量。類似地，一熱管或蒸汽腔室可提供不充分熱傳遞量以去除所產生之過多熱。因此，需要能夠與較小行動裝置以及較大裝置一起使用之額外冷卻解決方案。

儘管在一冷卻系統之背景中描述，但本文中所描述之技術及/或裝置可用於其他應用中。例如，此等致動器可用於其他應用。另外，在中心錨定之致動器(即冷卻元件)之背景中描述該等裝置。然而，在一些實施例中，致動器可沿一邊緣錨定。在一些此等實施例中，可僅利用致動器之一部分(例如一半)。

圖1A至圖1F係描繪可與發熱結構102一起使用且包含一中心錨定之冷卻元件120之主動式冷卻系統100之一例示性實施例之圖。為清楚起見，僅展示特定組件。圖1A至圖1F未按比例繪製。儘管展示為對稱，但冷卻系統100無需對稱。圖1A及圖1C至圖1F描繪使用一致動器或冷卻元件120之冷卻系統。圖1B係冷卻元件120之一側視圖。

冷卻系統100包含其中具有通風口112之頂板110、冷卻元件120、其中具有孔口132之孔口板130、支撐結構(或「錨」) 160及形成於其中之腔室140及150 (統稱為腔室140/150)。冷卻元件120在其中心區域處由錨160支撐。冷卻元件120之靠近且包含冷卻元件之周邊之部分(例如尖端123)之區域在經致動時振動。在一些實施例中，冷卻元件120之尖端123包含離錨160最遠之周邊之一部分且在冷卻元件120之致動期間經歷最大偏轉。為清楚起見，圖1A中僅標記冷卻元件120之一個尖端123。

圖1A描繪處於一中間位置之冷卻系統100。因此，冷卻元件120經展示為實質上平坦。對於同相操作，冷卻元件120經驅動以在圖1C及圖1D中所展示之位置之間振動。此振動運動以高速及/或高流速將流體(例如空氣)吸入通風口112，通過腔室140及150然後自孔口132排出。例如，流體撞擊發熱結構102之速度可為至少每秒三十米。在一些實施例中，流體由冷卻元件120以每秒至少四十五米之一速度朝向發熱結構102驅動。在一些實施例中，流體由冷卻元件120以至少每秒六十米之速度驅動朝向發熱結構102。在一些實施例中，其他速度亦係可行的。冷卻系統100亦經構形使得很少或沒有流體藉由冷卻元件120之振動運動通過孔口132抽回至腔室140/150中。

發熱結構102需要由冷卻系統100冷卻。在一些實施例中，發熱結構102產生熱。例如，發熱結構可為一積體電路。在一些實施例中，發熱結構102需要經冷卻但本身不產生熱。發熱結構102可傳導熱(例如來自產生熱之一附近物體)。例如，發熱結構102可為一散熱器或一蒸汽室。因此，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；一電子裝置之(若干)其他組件，諸如一計算裝置；散熱器；熱管；需要冷卻之(若干)其他電子元件及/或(若干)其他裝置。

期望其中使用冷卻系統100之裝置亦可具有用以放置一冷卻系統之有限空間。例如，冷卻系統100可用於計算裝置中。此等計算裝置可包含(但不限於)智慧型電話、平板電腦、膝上型電腦、平板、二合一膝上型電腦、手持遊戲系統、數位相機、虛擬現實頭戴式組件、增強現實頭戴式組件、混合現實頭戴式組件及其他薄的裝置。冷卻系統100可為能夠設置於行動計算裝置及/或具有至少一維之有限空間之其他裝置內之一微機電系統(MEMS)冷卻系統。例如，冷卻系統100之總高度(自發熱結構102之頂部至頂板110之頂部)可小於2毫米。在一些實施例中，冷卻系統100之總高度不超過1.5毫米。在一些實施例中，總高度不超過250微米。在一些實施例中，此總高度不超過1.1毫米。在一些實施例中，總高度不超過1毫米。類似地，孔口板130之底部與發熱結構102之頂部之間的距離y可很小。在一些實施例中，y為至少200微米但不超過1毫米。在一些實施例中，y為至少200微米但不超過300微米。因此，冷卻系統100可用於計算裝置及/或具有至少一維之有限空間之其他裝置。然而，沒有什麼阻止將冷卻系統100用於對空間及/或除冷卻之外之目的具有較少限制之裝置中。儘管展示一個冷卻系統100 (例如一個冷卻單元)，但可使用多個冷卻系統100以結合發熱結構102。例如，可利用一一維或二維陣列之冷卻單元。

冷卻系統100與用於冷卻發熱結構102之一流體連通。流體可為一氣體或一液體。例如，流體可為空氣。在一些實施例中，流體包含來自冷卻系統100所在之裝置外部之流體(例如，通過裝置中之外部通風口提供)。在一些實施例中，流體在冷卻系統所在之裝置(例如在一封閉裝置中)內循環。

冷卻元件120可被認為將主動式冷卻系統100之內部切分成頂部腔室140及底部腔室150。頂部腔室140由冷卻元件120、側面及頂板110形成。底部腔室150由孔口板130、側面、冷卻元件120及錨160形成。頂部腔室140及底部腔室150在冷卻元件120之周邊處連接且一起形成腔室140/150 (例如冷卻系統100之一內部腔室)。

頂部腔室140之大小及構造可為單元(冷卻系統100)尺寸、冷卻元件120運動及操作頻率之一函數。頂部腔室140具有一高度h1。可選擇頂部腔室140之高度以提供充分壓力以將流體驅動至底部腔室150且以期望流速及/或速度通過孔口132。頂部腔室140亦足夠高使得冷卻元件120在致動時不接觸頂板110。在一些實施例中，頂部腔室140之高度為至少50微米但不超過500微米。在一些實施例中，頂部腔室140具有至少200但不超過300微米之一高度。

底部腔室150具有一高度h2。在一些實施例中，底部腔室150之高度足以容納冷卻元件120之運動。因此，在正常操作期間，冷卻元件120之任何部分均不接觸孔口板130。底部腔室150通常小於頂部腔室140且可幫助減少流體回流至孔口132中。在一些實施例中，底部腔室150之高度係冷卻元件120之最大偏轉加上至少5微米但不超過10微米。在一些實施例中，冷卻元件120之偏轉(例如尖端123之偏轉) z具有至少10微米但不超過100微米之一幅度。在一些此等實施例中，冷卻元件120之偏轉幅度為至少10微米但不超過60微米。然而，冷卻元件120之偏轉之幅度取決於諸如通過冷卻系統100之期望流速及冷卻系統100之構形之因數。因此，底部腔室150之高度通常取決於通過冷卻系統100之流速及其他組件之流速。

頂板110包含流體可通過其吸入至冷卻系統100中之通風口112。頂部通風口112可具有基於腔室140中所需聲壓選擇之一大小。例如，在一些實施例中，通氣孔112之寬度w至少為500微米但不超過1000微米。在一些實施例中，通風口112之寬度為至少250微米但不超過2000微米。在所展示之實施例中，通風口112係頂板110中之一位於中心孔口。在其他實施例中，通風口112可位於別處。例如，通風口112可更靠近頂板110之邊緣中之一者。通風口112可具有一圓形、矩形或其他形狀之覆蓋區。儘管展示一單一通風口112，但可使用多個通風口。例如，通風口可朝向頂部腔室140之邊緣偏移或位於頂部腔室140之(若干)側面上。儘管頂板110經展示為實質上平坦，但在一些實施例中可提供溝槽及/或其他結構於頂板110中以修改頂部腔室140及/或頂板110上方區域之構形。

冷卻元件120包含一錨定區域122及懸臂121。錨定區域122在冷卻系統100中由錨160支撐(例如，保持於適當位置)。懸臂121回應於冷卻元件120經致動而經歷振動運動。各懸臂121包含台階區域124、延伸區域126及外部區域128。為清楚起見，懸臂121、台階區域124、延伸區域126及外部區域128僅在圖1B中標記。在圖1A至圖1F中所展示之實施例中，錨定區域122位於中心。台階區域124自錨定區域122向外延伸。延伸區域126自台階區域124向外延伸。外部區域128自延伸區域126向外延伸。在其他實施例中，錨定區域122可在致動器之一個邊緣處而外部區域128則在相對邊緣處。在此等實施例中，致動器係邊緣錨定。

延伸區域126具有小於台階區域124之厚度(台階厚度)且小於外部區域128之厚度(外部厚度)之一厚度(延伸厚度)。因此，延伸區域126可被視為凹陷。延伸區域126亦可被視為提供一更大底部腔室150。在一些實施例中，外部區域128之外部厚度與台階區域124之台階厚度相同。在一些實施例中，外部區域128之外部厚度不同於台階區域124之台階厚度。外部區域128之外部厚度及台階區域124之台階厚度各為至少320但不超過360微米。在其他實施例中，其他厚度係可行的。在一些實施例中，外部厚度比延伸厚度厚至少50微米但不超過200微米。換言之，階差(台階厚度與延伸厚度之差)為至少50微米但不超過200微米。在一些實施例中，外部階差(外部厚度及延伸厚度之差)為至少50微米但不超過200微米。外部區域128可具有至少100微米但不超過300微米之一寬度o。在一些實施例中，延伸區域具有自台階區域向外延伸至少0.5毫米但不超過1.5毫米之一長度e。在一些實施例中，外部區域128具有在自錨定區域122開始之方向上高於延伸區域126之每單位長度之一質量。質量之此差可歸因於外部區域128之較大大小，冷卻元件120之部分之間的一密度差及/或另一機構。

錨(支撐結構) 160在冷卻元件120之中心部分支撐冷卻元件120。因此，冷卻元件120之周邊之至少部分未受固定且可自由振動。在一些實施例中，錨160沿冷卻元件120之一中心軸線(例如，垂直於圖1A至圖1F中之頁面)延伸。在此等實施例中，振動之冷卻元件120之部分(例如，包含尖端123之懸臂121)依一懸臂方式移動。因此，冷卻元件120之懸臂121可依類似於一蝴蝶之翅膀(即同相)及/或類似於一蹺蹺板(即異相)之一方式移動。因此，依一懸臂方式振動之冷卻元件120之懸臂121在一些實施例中同相振動而在其他實施例中異相振動。在一些實施例中，錨160不沿冷卻元件120之一軸線延伸。在此等實施例中，冷卻元件120之周邊之所有部分自由振動(例如類似於一水母)。在所展示之實施例中，錨160自冷卻元件120之底部支撐冷卻元件120。在其他實施例中，錨160可依另一方式支撐冷卻元件120。例如，錨160可自頂部支撐冷卻元件120 (例如冷卻元件120自錨160懸掛)。在一些實施例中，錨160之寬度a為至少0.5毫米但不超過4毫米。在一些實施例中，錨160之寬度為至少2毫米但不超過2.5毫米。錨160可佔據冷卻元件120之至少10%但不超過50%。

冷卻元件120具有遠離發熱結構102之一第一側及靠近發熱結構102之一第二側。在圖1A至圖1F中所展示之實施例中，冷卻元件120之第一側係冷卻元件120之頂部(較靠近頂板110)且第二側係冷卻元件120之底部(較靠近孔口板130)。冷卻元件120經致動以進行如圖1A及圖1C至圖1F中所展示之振動運動。冷卻元件120之振動運動將流體自冷卻元件120之遠離發熱結構102之第一側(例如自頂部腔室140)驅動至冷卻元件120之靠近發熱結構102之一第二側(例如至底部腔室150)。冷卻元件120之振動運動亦將流體通過通風口112吸入至頂部腔室140中；迫使流體自頂部腔室140至底部腔室150；且驅動流體自底部腔室150通過孔口板130之孔口132。

冷卻元件120具有取決於冷卻元件120期望振動之頻率之一長度L。在一些實施例中，冷卻元件120之長度為至少4毫米但不超過10毫米。在一些此等實施例中，冷卻元件120具有至少6毫米但不超過8毫米之一長度。冷卻元件120之深度(例如，垂直於圖1A至圖1F中所展示之平面)可自L之四分之一到L之兩倍變化。例如，冷卻元件120可具有與長度相同之深度。冷卻元件120之厚度t可基於冷卻元件120之構形及/或冷卻元件120期望致動之頻率而變化。在一些實施例中，對於具有8毫米之一長度且以至少20千赫但不超過25千赫之一頻率驅動之冷卻元件120，冷卻元件厚度為至少200微米但不超過350微米。腔室140/150之長度C接近冷卻元件120之長度L。例如，在一些實施例中，冷卻元件120之邊緣與腔室140/150之壁之間的距離d為至少100微米但不超過500微米。在一些實施例中，d為至少200微米但不超過300微米。

冷卻元件120可以處於或接近頂部腔室140中流體之一壓力波之一聲學諧振之諧振頻率及冷卻元件120之一結構諧振之諧振頻率兩者之一頻率驅動。冷卻元件120之經歷振動運動之部分在處於或接近冷卻元件120之諧振(「結構諧振」)頻率經驅動。冷卻元件120之經歷振動之此部分在一些實施例中可為懸臂121。結構諧振之振動之頻率稱為結構諧振頻率。在驅動冷卻元件120中使用結構諧振頻率降低冷卻系統100之功耗。冷卻元件120及頂部腔室140亦可經構形使得此結構諧振頻率對應於驅動通過頂部腔室140之流體中之一壓力波之一諧振(頂部腔室140之聲學諧振)。此一壓力波之頻率稱為聲學諧振頻率。在聲學諧振時，一壓力節點出現在通風口112附近且一壓力波腹出現在冷卻系統100之周邊附近(例如靠近冷卻元件120之尖端123及靠近頂部腔室140與底部腔室150之間的連接)。此兩個區域之間的距離係C/2。因此，C/2=nλ/4，其中λ係流體之聲學波長且n為奇數(例如n=1、3、5等等)。對於最低階模式，C=λ/2。因為腔室140之長度(例如C)接近冷卻元件120之長度，所以在一些實施例中，L/2＝nλ/4亦係大致正確，其中λ係流體之聲學波長且n為奇數。因此，驅動冷卻元件120之頻率ν處於或接近冷卻元件120之結構諧振頻率。頻率ν亦處於或接近至少頂部腔室140之聲學諧振頻率。頂部腔室140之聲學諧振頻率與參數(諸如溫度及大小)之變化相比冷卻元件120之結構諧振頻率之變化不大。因此，在一些實施例中，冷卻元件120可以(或接近)一結構諧振頻率而非聲學諧振頻率驅動。

孔口板130在其中具有孔口132。儘管展示孔口132之一特定數目及分佈，但可使用其他數目及/或其他分佈。一單一孔口板130用於一單一冷卻系統100。在其他實施例中，多個冷卻系統100可共用一孔口板。例如，可以一期望構形一起提供多個單元100。在此等實施例中，單元100可具有相同大小及構形或不同大小及/或構形。孔口132經展示為具有垂直於發熱結構102之一表面定向之一軸線。在其他實施例中，一或多個孔口132之軸線可成另一角度。例如，軸線之角度可選自實質上為零之度數及一非零銳角。孔口132亦具有實質上平行於孔口板130之表面之法線之側壁。在一些實施例中，孔口可具有與孔口板130之表面之法線成非零角度之側壁。例如，孔口132可為錐形。進一步言之，儘管孔口板130經展示為實質上平坦，但在一些實施例中，可在孔口板130中提供溝槽及/或其他結構以修改底部腔室150及/或孔口板130與發熱結構102之間的區域之構形。

選擇孔口132之大小、分佈及位置以控制經驅動至發熱結構102之表面之流體之流速。孔口132之位置及構形可經構形以增加/最大化來自底部腔室150通過孔口132至噴射通道(孔口板130之底部與發熱結構102之頂部之間的區域)之流體流動。亦可選擇孔口132之位置及構形以減少/最小化自噴射通道通過孔口132之吸入流(例如回流)。例如，需要孔口之位置距尖端123足夠遠使得通過孔口132將流體拉入至底部腔室150中之冷卻元件120之上衝程(尖端123移動遠離孔口板130)中的吸力減小。亦期望孔口之位置足夠靠近尖端123，使得冷卻元件120之上衝程中之吸力亦允許來自頂部腔室140之一更高壓力以將流體自頂部腔室140推入至底部腔室150中。在一些實施例中，自頂部腔室140至底部腔室150中之流速與在上衝程中自噴射通道通過孔口132之流速之比(「淨流量比」)大於2:1。在一些實施例中，淨流量比為至少85:15。在一些實施例中，淨流量比為至少90:10。為提供所需壓力、流速、吸力及淨流量比，期望孔口132距尖端123至少一距離r1，且距冷卻元件120之尖端123不超過一距離r2。在一些實施例中，r1為至少100微米(例如r1≥100 μm)且r2不超過1毫米(例如r2≤1000 μm)。在一些實施例中，孔口132距冷卻元件120之尖端123至少200微米(例如r1≥200 μm)。在一些此等實施例中，孔口132距冷卻元件120之尖端123至少300微米(例如r1≥300 μm)。在一些實施例中，孔口132具有至少100微米但不超過500微米之一寬度o。在一些實施例中，孔口132具有至少200微米但不超過300微米之一寬度。在一些實施例中，孔口間距s為至少100微米但不超過1毫米。在一些此等實施例中，孔口間距為至少400微米但不超過600微米。在一些實施例中，亦期望孔口132佔據孔口板130之面積之一特定部分。例如，孔口132可覆蓋孔口板130之覆蓋區之至少5%但不超過50%以達成通過孔口132之流體之一所需流速。在一些實施例中，孔口132覆蓋孔口板130之覆蓋區之至少8%但不超過12%。

在一些實施例中，使用一壓電來致動冷卻元件120。因此，冷卻元件120可為一壓電冷卻元件。冷卻元件120可由安裝於冷卻元件120上或整合至冷卻元件120中之一壓電驅動。在一些實施例中，冷卻元件120依另一方式驅動，包含(但不限於)在冷卻系統100中之另一結構上提供一壓電。冷卻元件120及類似冷卻元件在下文中稱作壓電冷卻元件，然可使用除一壓電之外之一機構來驅動冷卻元件。在一些實施例中，冷卻元件120包含基板上之一壓電層。基板可為一不銹鋼、Ni合金及/或哈氏合金基板。在一些實施例中，壓電層包含在基板上形成為薄膜之多個子層。在其他實施例中，壓電層可為固定至基板之一主體層。此一壓電冷卻元件120亦包含用於啟動壓電之電極。在一些實施例中，基板用作一電極。在其他實施例中，可在基板與壓電層之間提供一底部電極。其他層(包含但不限於晶種層、覆蓋層、鈍化層或其他層)可包含於壓電冷卻元件中。因此，可使用一壓電來致動冷卻元件120。

在一些實施例中，冷卻系統100包含煙囪(未展示)或其他管道。此管道為經加熱流體流動離開發熱結構102提供一路徑。在一些實施例中，管道將流體返回至遠離發熱結構102之頂板110之側。在一些實施例中，管道可替代地引導流體在平行於發熱結構102或垂直於發熱結構102但在相反方向(例如朝向頁面之底部)之一方向上離開發熱結構102。對於其中在冷卻系統100中使用裝置外部之流體之一裝置，管道可將經加熱流體引導至一通風口。在此等實施例中，可自一入口通風口提供額外流體。在其中裝置經封閉之實施例中，管道可提供返回至靠近通風口112且遠離發熱結構102之區域之一迂迴路徑。此一路徑允許流體在被重新使用以冷卻發熱結構102之前消散熱。在其他實施例中，管道可經省略或依另一方式構形。因此，允許流體自發熱結構102帶走熱。

冷卻系統100之操作在圖1A至圖1F之背景中描述。儘管在特定壓力、間隙大小及流動時間之背景中描述，但冷卻系統100之操作不依賴於本文之解釋。圖1C至圖1D描繪冷卻系統100之同相操作。參考圖1C，冷卻元件120已經致動，使得懸臂121及尖端123移動遠離頂板110。因此，可認為圖1C描繪冷卻元件120之一下衝程之結束。由於冷卻元件120之振動運動，底部腔室150之間隙152之大小已減小且展示為間隙152B。相反地，頂部腔室140之間隙142之大小已增加且展示為間隙142B。在下衝程期間，當冷卻元件120處於中立位置時，在周邊產生一較低(例如最小)壓力。隨著下衝程繼續，底部腔室150之大小減小且頂部腔室140之大小增加，如圖1C中所展示。因此，流體在處於或接近垂直於孔口板130之表面及/或發熱結構102之頂部表面之一方向上驅動出孔口132。流體自孔口132以一高速驅動朝向發熱結構102，例如以超過每秒35米。在一些實施例中，流體接著沿發熱結構102之表面並朝向發熱結構102之周邊行進，其中壓力低於孔口132附近之壓力。同樣在下衝程中，頂部腔室140之大小增加且一較低壓力存在於頂部腔室140中。因此，流體通過通風口112吸入至頂部腔室140中。流體至通風口112、通過孔口132並沿發熱結構102之表面之運動藉由圖1C中未標記箭頭展示。

冷卻元件120亦經致動，使得懸臂121及因此尖端123移動遠離發熱結構102且朝向頂板110。因此，圖1D可被認為描繪冷卻元件120之一向上衝程之結束。由於冷卻元件120之運動，間隙142之大小減小且展示為間隙142C。間隙152之大小增加且展示為間隙152C。在上衝程期間，當冷卻元件120處於中立位置時，在周邊產生一較高(例如最大)壓力。隨著上衝程繼續，底部腔室150之大小增加且頂部腔室140之大小減小，如圖1D中所展示。因此，流體自頂部腔室140 (例如腔室140/150之周邊)驅動至底部腔室150。因此，當冷卻元件120之尖端123向上移動時，頂部腔室140用作用於使進入流體加速且驅動朝向底部腔室150之一噴嘴。流體至底部腔室150中之運動藉由圖1D中未標記之箭頭展示。冷卻元件120及孔口132之位置及構形經選擇為減少吸力，且因此減少在上衝程期間自噴射通道(在發熱結構102與孔口板130之間)至孔口132中之流體回流。因此，冷卻系統100能夠將流體自頂部腔室140驅動至底部腔室150，而沒有過量經加熱流體自噴射通道進入底部腔室150之回流。

重複圖1C及圖1D中所展示之位置之間的運動。因此，冷卻元件120經歷圖1A及圖1C至圖1D中所指示之振動運動，將流體自頂板110之遠側通過通風口112吸入至頂部腔室140中；將流體自頂部腔室140傳送至底部腔室150；且推動流體通過孔口132且朝向發熱結構102。如上文所論述，冷卻元件120經驅動以在冷卻元件120之結構諧振頻率處或附近振動。在一些實施例中，此對應於懸臂121之結構諧振。進一步言之，冷卻元件120之結構諧振頻率經組態以與腔室140/150之聲學諧振對準。結構及聲學諧振頻率通常選擇在超音波範圍內。例如，冷卻元件120之振動運動之頻率可自15 kHz至30 kHz。在一些實施例中，冷卻元件120以至少20 kHz但不超過30 kHz之一頻率/頻率振動。冷卻元件120之結構諧振頻率在冷卻系統100之聲學諧振頻率之10%內。在一些實施例中，冷卻元件120之結構諧振頻率在冷卻系統100之聲學諧振頻率之5%內。在一些實施例中，冷卻元件120之結構諧振頻率在冷卻系統100之聲學諧振頻率之3%內。因此，可提高效率及流速。然而，可使用其他頻率。

經驅動朝向發熱結構102之流體可實質上法向於(垂直於)發熱結構102之頂部表面移動。在一些實施例中，流體運動可相對於法向於發熱結構102之頂部表面具有一非零銳角。在兩者任一情況下，流體可在發熱結構102處之流體邊界層中變稀薄及/或形成孔。因此，可改良來自發熱結構102之熱傳遞。流體偏轉離開發熱結構102，沿發熱結構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之頂部之一方向上移動。因此，來自發熱結構102之熱可由流體提取。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。在冷卻系統100之邊緣處之煙囪或其他管道(未展示)允許流體自發熱結構102攜帶遠離。在其他實施例中，經加熱流體可依另一方式自發熱結構102進一步轉移。流體可將自發熱結構102傳遞至另一結構或周圍環境之熱進行交換。因此，頂板110之遠側處之流體可保持相對冷，允許額外熱提取。在一些實施例中，流體經循環，在冷卻之後返回至頂板110之遠側。在其他實施例中，經加熱流體在冷卻元件120之遠側攜帶遠離且由新流體替換。因此，可冷卻發熱結構102。

圖1E至圖1F描繪包含中心錨定之冷卻元件120之主動式冷卻系統100之一實施例，其中冷卻元件經異相驅動。更具體而言，在錨160之相對側上(且因此在由錨160支撐之冷卻元件120之中心錨定區域122之相對側上)之冷卻元件120之懸臂121經驅動以異相振動。在一些實施例中，在錨160之相對側上之冷卻元件120之懸臂121以180度或接近180度異相驅動。因此，冷卻元件120之一個懸臂121朝向頂板110振動，而冷卻元件120之另一懸臂121朝向孔口板130/發熱結構102振動。冷卻元件120之一懸臂121朝向頂板110之移動(一上衝程)將頂部腔室140中之流體驅動至錨160之該側上之底部腔室150。冷卻元件120之一部分朝向孔口板130之移動驅動流體通過孔口132且朝向發熱結構102。因此，以高速(例如，關於同相操作描述之速度)行進之流體交替地自錨160之相對側上之孔口132驅動出。流體之移動藉由圖1E及圖1F中未標記之箭頭展示。

重複圖1E及圖1F中所展示之位置之間的運動。因此，冷卻元件120經歷圖1A、圖1E及圖1F中所指示之振動運動，交替地將流體自頂板110之遠側通過通風口112吸入至冷卻元件120之各側之頂部腔室140中；將流體自頂部腔室140之各側傳遞至底部腔室150之對應側；且推動流體通過錨160之各側上之孔口132且朝向發熱結構102。如上文所論述，冷卻元件120經驅動以在冷卻元件120之結構諧振頻率處或附近振動。進一步言之，冷卻元件120之結構諧振頻率經組態以與腔室140/150之聲學諧振對準。結構及聲學諧振頻率通常選擇在超音波範圍內。例如，冷卻元件120之振動運動可處於針對同相振動所描述之頻率。冷卻元件120之結構諧振頻率在冷卻系統100之聲學諧振頻率之10%內。在一些實施例中，冷卻元件120之結構諧振頻率在冷卻系統100之聲學諧振頻率之5%內。在一些實施例中。在一些實施例中，冷卻元件120之結構諧振頻率在冷卻系統100之聲學諧振頻率之3%內。因此，可提高效率及流速。然而，可使用其他頻率。

經驅動朝向發熱結構102用於異相振動之流體可依與上述同相操作類似之一方式實質上法向於(垂直於)發熱結構102之頂部表面移動。類似地，冷卻系統100之邊緣處之煙囪或其他管道(未展示)允許流體自發熱結構102攜帶遠離。在其他實施例中，經加熱流體可依另一方式自發熱結構102進一步轉移。流體可將自發熱結構102傳遞至另一結構或周圍環境之熱交換。因此，頂板110之遠側處之流體可保持相對冷，因此允許額外熱提取。在一些實施例中，流體經循環，在冷卻之後返回至頂板110之遠側。在其他實施例中，經加熱流體在冷卻元件110之遠側攜帶遠離且由新流體替換。因此，發熱結構102可經冷卻。

使用經致動用於同相振動或異相振動之冷卻系統100，通過通風口112吸入且通過孔口132驅動之流體可有效地自發熱結構102散發熱。因為流體以足夠速度撞擊發熱結構(例如，至少每秒30米)且在一些實施例中實質上法向於發熱結構，發熱結構處之流體之邊界層可變稀薄及/或部分被移除。因此，改良發熱結構102與移動流體之間的熱傳遞。因為發熱結構經更有效地冷卻，所以對應積體電路可以更高速度及/或功率運行更長時間。例如，若發熱結構對應於一高速處理器，則此一處理器可在節速之前運行更長時間。因此，可提高利用冷卻系統100之一裝置之效能。進一步言之，冷卻系統100可為一MEMS裝置。因此，冷卻系統100可適用於其中有限空間可用之較小及/或行動裝置，諸如智慧型電話、其他行動電話、虛擬現實頭戴式組件、平板電腦、二合一電腦、可穿戴裝置及手持遊戲。此等裝置之效能因此可經改良。因為冷卻元件120可以15 kHz或更高之頻率振動，所以使用者不會聽到與冷卻元件之致動相關聯之任何雜訊。若以或接近結構及/或聲學諧振頻率驅動，則操作中冷卻系統中使用之功率可顯著降低。冷卻元件120在振動期間不與頂板110或孔口板130實體接觸。因此，可更容易保持冷卻元件120之諧振。更具體而言，冷卻元件120與其他結構之間的實體接觸擾亂冷卻元件120之諧振狀況。擾亂此等狀況可驅動冷卻元件120脫離諧振。因此，將需要使用額外功率來維持冷卻元件120之致動。進一步言之，由冷卻元件120驅動之流體之流動可減少。如上文所論述，通過使用壓差及流體流動避免此等問題。可使用有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。進一步言之，冷卻元件120之異相振動允許冷卻元件100之質心之位置保持更穩定。儘管一扭矩施加於冷卻元件120上，但歸因於質心之運動而產生之力經減小或消除。因此，可減少歸因於冷卻元件120之運動之振動。此外，冷卻系統100之效率可通過使用冷卻元件120兩側之異相振動運動來提高。對於懸臂121之異相振動，通過冷卻系統100之振動亦可減少。因此，可提高併入冷卻系統100之裝置之效能。進一步言之，冷卻系統100可用於其中需要高流體流量及/或速度之其他應用中(例如，具有或不具有發熱結構102)。

工程化冷卻元件120之使用可進一步提高冷卻系統100之效能。延伸區域126比台階區域124及外部區域128薄。此導致冷卻元件120之底部中對應於延伸區域126之一腔洞。此腔洞之存在有助於提高冷卻系統100之效率。如關於圖1A及圖1C至圖1F所論述，懸臂121在一上衝程中朝向頂板110振動且在一下衝程中遠離頂板110振動。當一懸臂121移動朝向頂板110時，頂部腔室140中之高壓流體抵抗懸臂121之運動。此外，在上衝程期間，底部腔室150中之吸力亦抵抗懸臂121之向上運動。在懸臂121之下衝程中，底部腔室150中增加之壓力及頂部腔室140中之吸力抵抗懸臂121之向下運動。然而，對應於延伸區域126之懸臂121中腔洞之存在減輕一上衝程期間底部腔室150中之吸力。在一下衝程期間，腔洞亦降低底部腔室150中之壓力增加。因為吸力及壓力增加之量值減小，所以懸臂121可更容易地移動通過流體。此可在實質上維持頂部腔室140中之一較高壓力時達成，其驅動流體流動通過冷卻系統100。因此，可提高效率。

此外，外部區域128之存在可提高懸臂121移動通過經驅動通過冷卻系統100之流體之能力。外部區域128具有一較高質量及因此具有一較高動量。因此，外部區域128可提高懸臂121移動通過經驅動通過冷卻系統100之流體之能力。懸臂121之偏轉量值亦可增加。通過使用較厚台階區域124，可在維持懸臂121之剛度時達成此等益處。因此，可再次提高冷卻系統100之效率。

改良亦可如下理解。Q可被認為係冷卻元件120之效率之量度。Q之值至少部分由冷卻元件120與周圍流體(即，諸如空氣之一氣體或一液體)之相互作用、冷卻元件120內之結構損失、冷卻元件120之錨固及/或其他特性判定。Q可被認為由δ _res=Q*δ _static定義，其中δ _res係諧振時之偏轉且δ _static係對應靜態偏轉。Q值越高，諧振時之偏轉越大，且偏轉衰減越慢(即阻尼越低)。由於冷卻元件120之工程化組態，冷卻元件能夠更好地移動通過周圍流體。因此，可達成一更高靜態偏轉，偏轉可在諧振時更好地放大，驅動冷卻元件120消耗之功率可減少，且偏轉可更緩慢地消失(即經受減小阻尼)。冷卻元件120之Q及因此冷卻系統100之效率因此可藉由冷卻元件120之組態提高。

工程化冷卻元件120之使用亦可提高冷卻系統100之可靠性。由於其減小之厚度，延伸區域126之剛度可低於外部區域128及台階區域124。剛度之此減小減小振動期間冷卻元件120上之應力。冷卻元件120將較不可能發生故障。因此，可提高冷卻系統100之可靠性。

例如，圖2A至圖2E描繪與冷卻元件200之效能相關之曲線圖200A、200B、200C、200D及200E之例示性實施例。曲線圖200A、200B、200C、200D及200E僅用於說明目的且不旨在表示冷卻元件120及/或冷卻系統100之所有實施例之效能。曲線圖200A包含描繪具有均勻厚度之一冷卻元件在腔室140及150中之偏轉204A (y)及壓力202A (P)之曲線。曲線圖200B包含描繪腔室140及150中之壓力202B (P)及冷卻元件120之偏轉204B (y)之曲線。曲線204A及204B之偏轉量值在所展示之實施例中相同。在一些實施例中，偏轉之量值係4微米。由於在延伸區域126下方存在腔洞，所以壓力曲線202B指示在冷卻元件120之腔室中產生之壓力小於由一均勻致動器之壓力曲線202A指示之壓力。懸臂121因此可更容易且有效地移動通過冷卻系統100中之流體。因此可提高效率。

類似地，曲線圖200C、200D及200E描繪一均勻冷卻元件(曲線圖200C)及冷卻元件120之兩個實施例(曲線圖200D及200E)之冷卻元件之應力(σ)與偏轉(y)。曲線圖200C指示靠近錨160邊緣之一單一高應力區域。此係隨著均勻冷卻元件偏轉而經歷最高應力之位置。曲線圖200D及200E指示冷卻元件120之應力集中於兩個位置處：錨160附近(即其中冷卻元件120自由振動)及台階區域124與延伸區域126之間的過渡區附近。然而，冷卻元件120之組態降低由冷卻元件120在此等區域處所經歷之應力之量值。因為冷卻元件120經受較小應力，所以冷卻元件120不太可能發生故障。因此，可提高可靠性。

圖3A至圖3D描繪類似於主動式冷卻系統(諸如冷卻系統100)之冷卻系統300A、300B、300C及300D之實施例之平面圖。圖3A至圖3D並未按比例繪製。為簡單起見，僅分別展示冷卻元件320A、320B、320C及320D及錨360A、360B、360C及360D之部分。冷卻元件320A、320B、320C及320D類似於冷卻元件120。因此，用於冷卻元件320A、320B、320C及/或320D之大小及/或材料可類似於用於冷卻元件120之大小及/或材料。錨(支撐結構) 360A、360B、360C及360D類似於錨160且由虛線指示。

對於冷卻元件320A及320B，錨360A及360B位於中心且分別沿冷卻元件320A及320B之一中心軸線延伸。因此，經致動振動之懸垂部分(即懸臂)位於錨360A及360B之右側及左側。在一些實施例中，冷卻元件320A及/或320B係連續結構，其兩部分經致動(例如，錨360A及360B外部之懸垂部分)。在一些實施例中，冷卻元件320A及/或320B包含分開的懸垂部分，各懸垂部分分別附接至錨360A及360B且經致動。冷卻元件320A及320B之懸垂部分因此可經構形以依類似於一蝴蝶之翅膀(同相)或一蹺蹺板(異相)之一方式振動。在圖3A及圖3B中，L係冷卻元件之長度，類似於圖1A至圖1F中所描繪之長度。同樣地，在圖3A及3B中，指示冷卻元件320A及320B之深度P。

亦由圖3A至圖3B中之虛線展示的係壓電323。壓電323用於致動冷卻元件320A及320B。儘管在一壓電之背景中描述，但可利用用於致動冷卻元件320A及320B之另一機構。此等其他機構可在壓電體323之位置處或可位於別處。在冷卻元件320A中，壓電323可固定至懸垂部分或可整合至冷卻元件320A中。進一步言之，儘管壓電323在圖3A及圖3B中展示為具有特定形狀及大小，但可使用其他組態。

在圖3A中所展示之實施例中，錨360A延伸冷卻元件320A之整個深度。因此，冷卻元件320A之周邊之一部分經固定住。冷卻元件320A之周邊之未固定住部分係經歷振動運動之懸垂部分之部分。在其他實施例中，錨無需延伸中心軸線之整個長度。在此等實施例中，冷卻元件之整個周邊未被固定住。然而，此一冷卻元件仍具有經構形以依本文中所描述之一方式振動之懸垂部分。例如，在圖3B中，錨360B沒有延伸至冷卻元件320B之周邊。因此，冷卻元件320B之周邊未被固定住。然而，錨360B仍沿冷卻元件320B之中心軸線延伸。冷卻元件320B仍經致動，使得懸垂部分振動(例如類似於一蝴蝶之翅膀)。

雖然冷卻元件320A經描繪為矩形，但冷卻元件可具有另一形狀。在一些實施例中，冷卻元件320A之隅角可為圓形的。圖3B之冷卻元件320B具有圓形懸垂部分。其他形狀亦係可行的。在圖3B中所展示之實施例中，錨360B係中空的且包含孔363。在一些實施例中，冷卻元件320B在錨360B之區域中具有孔。在一些實施例中，冷卻元件320B包含多個部分，使得孔存在於錨360B之區域中。因此，流體可經抽吸通過冷卻元件320B及通過錨360B。因此，可使用冷卻元件320B代替一頂板，諸如頂板110。在此等實施例中，冷卻元件320B中之孔及孔363可依類似於通風口112之一方式起作用。進一步言之，儘管冷卻元件300A及300B經描繪為支撐於一中心區域中，但在一些實施例中，冷卻元件320A及/或320B之一個懸垂部分可經省略。在此等實施例中，冷卻元件320A及/或320B可被認為在一個邊緣處或附近經支撐或錨定，而至少相對邊緣之至少部分自由地經歷振動運動。在一些此等實施例中，冷卻元件320A及/或320B可包含經歷振動運動之一單一懸垂部分。

圖3C至圖3D描繪類似於主動式冷卻系統(諸如冷卻系統100)之冷卻系統300C及300D之實施例之平面圖。為簡單起見，僅分別展示冷卻元件320C及320D及錨360C及360D。冷卻元件320C及320D類似於冷卻元件120。因此，用於冷卻元件320C及/或320D之大小及/或材料可類似於用於冷卻元件120之大小及/或材料。錨360C及360D類似於錨160且由虛線指示。

對於冷卻元件320C及320D，錨360C及360D分別限於冷卻元件320C及320D之一中心區域。因此，包圍錨360C及360D之區域經歷振動運動。冷卻元件320C及320D因此可經構形以依類似於一水母或類似於雨傘之打開/關閉之一方式振動。在一些實施例中，冷卻元件320C及320D之整個周邊同相振動(例如，全部一起向上或向下移動)。在其他實施例中，冷卻元件320C及320D之周邊之部分異相振動。在圖3C及圖3D中，L係冷卻元件之長度(例如直徑)，類似於圖1A至圖1F中所描繪。儘管冷卻元件320C及320D經描繪為圓形，但冷卻元件可具有另一形狀。進一步言之，可使用一壓電(未展示於圖3C至圖3D中)及/或其他機構來驅動冷卻元件320C及320D之振動運動。

在圖3D中所展示之實施例中，錨360D係中空的且具有孔363。在一些實施例中，冷卻元件320D在錨360D之區域中具有孔。在一些實施例中，冷卻元件320D包含多個部分，使得孔存在於錨360D之區域中。因此，流體可經抽吸通過冷卻元件320D且通過錨360D。流體可通過孔363離開。因此，冷卻元件320D可用於代替一頂板，諸如頂板110。在此等實施例中，冷卻元件320D中之孔及孔363可依類似於通風口112之一方式起作用。

冷卻系統(諸如冷卻系統100)可利用冷卻元件320A、320B、320C、320D及/或類似冷卻元件。此等冷卻系統亦可共用冷卻系統100之益處。使用冷卻元件320A、320B、320C、320D及/或類似冷卻元件之冷卻系統可更有效地以高速驅動流體朝向發熱結構。因此，改良發熱結構與移動流體之間的熱傳遞。因為發熱結構經更有效地冷卻，所以對應裝置可展現改良操作，諸如以更高速度及/或功率運行更長時間。採用冷卻元件320A、320B、320C、320D及/或類似冷卻元件之冷卻系統可適用於其中有限空間可用之較小及/或行動裝置。此等裝置之效能因此可經改良。因為冷卻元件320A、320B、320C、320D及/或類似冷卻元件可以15 kHz或更高之頻率振動，所以使用者不會聽到與冷卻元件之致動相關聯之任何雜訊。若在冷卻元件320A、320B、320C、320D及/或類似冷卻元件之聲學及/或結構諧振頻率處或附近驅動，則在操作中冷卻系統中使用之功率可顯著降低。冷卻元件320A、320B、320C、320D及/或類似冷卻元件在使用期間可不實體接觸板，允許更容易地維持諧振。可使用有限額外功率達成經改良、安靜冷卻之益處。因此，可提高併入冷卻元件320A、320B、320C、320D及/或類似冷卻元件之裝置之效能。

圖4A至圖4B描繪包含一頂部中心錨定之冷卻元件之主動式冷卻系統400之實施例。圖4A描繪處於一中間位置之冷卻系統400之一側視圖。圖4B描繪冷卻系統400之一俯視圖。圖4A至圖4B並未按比例繪製。為簡單起見，僅展示冷卻系統400之部分。參考圖4A至圖4B，冷卻系統400類似於冷卻系統100。因此，類似組件具有類似標籤。例如，冷卻系統400與類似於發熱結構102之發熱結構402結合使用。

冷卻系統400包含具有通風口412之頂板410、冷卻元件420、包含孔口432之孔口板430、具有一間隙之頂部腔室440、具有一間隙之底部腔室450及錨(即支撐結構) 460，其等分別類似於具有通風口112之頂板110、冷卻元件120、包含孔口132之孔口板130、具有間隙142之頂部腔室140、具有間隙152之底部腔室150及錨(即支撐結構) 160。因此，冷卻元件420由錨460在中心支撐，使得冷卻元件420之周邊之至少一部分自由振動。在一些實施例中，錨460沿冷卻元件420之軸線延伸(例如依類似於錨360A及/或360B之一方式)。在其他實施例中，錨460僅靠近冷卻元件420之中心部分(例如類似於錨360C及/或360D)。儘管在圖4A及圖4B中未明確標出，但冷卻元件420包含一錨定區域及懸臂，懸臂包含台階區域、延伸區域及外部區域，其等分別類似於錨定區域122，懸臂121、台階區域124、延伸區域126及外部區域128。在一些實施例中，冷卻元件420之懸臂同相驅動。在一些實施例中，冷卻元件420之懸臂異相驅動。

錨460自上方支撐冷卻元件420。因此，冷卻元件420自錨460懸掛。錨460自頂板410懸掛。頂板410包含通風口413。在錨460之側上之通風口412為流體流入至腔室440之側中提供一路徑。

如以上關於冷卻系統100所討論，冷卻元件420可經驅動以在冷卻元件420之結構諧振頻率處或附近振動。進一步言之，冷卻元件420之結構諧振頻率可經組態以與腔室440/450之聲學諧振對準。結構及聲學諧振頻率通常選擇在超音波範圍內。例如，冷卻元件420之振動運動可以關於冷卻系統100描述之頻率。因此，可提高效率及流速。然而，可使用其他頻率。

冷卻系統400依類似於冷卻系統100之一方式操作。冷卻系統400因此共用冷卻系統100之益處。因此，可改良採用冷卻系統400之一裝置之效能。依類似於冷卻元件120之一方式構形之冷卻元件420之使用可提高效率及可靠性。另外，將冷卻元件420自錨460懸掛可進一步提高效能。特定言之，可減少可影響其他冷卻單元(未展示)之冷卻系統400中之振動。例如，歸因於冷卻元件420之運動，可在頂板410中引起較少振動。因此，冷卻系統400與其他冷卻系統(例如其他單元)或併入冷卻系統400之裝置之其他部分之間的串擾可減少。因此，可增強效能。

圖5描繪冷卻元件或致動器520之一實施例之一側視圖。圖5並未按比例繪製。冷卻元件520類似於冷卻元件120。因此，冷卻元件520包含類似於錨定區域122及懸臂121之錨定區域522及懸臂521。錨定區域522由一錨(諸如錨160及/或460)在一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中保持於適當位置。懸臂521回應於冷卻元件520經驅動而經歷振動運動。各懸臂521包含分別類似於台階區域124、延伸區域126及外部區域128之台階區域524、延伸區域526及外部區域528。在所展示之實施例中，錨定區域522位於中心。台階區域524自錨定區域522向外延伸。延伸區域526自台階區域524向外延伸。外部區域528自延伸區域526向外延伸。在其他實施例中，錨定區域522可在相對邊緣處在致動器及外部區域528之一個邊緣處。在此等實施例中，致動器係邊緣錨定。延伸區域526、台階區域524及外部區域528可具有分別類似於延伸區域126、台階區域124及外部區域128之尺寸的尺寸。另外，如以上關於外部區域128所描述，外部區域528距錨定區域522之每單位距離之一質量高於延伸區域526。

各懸臂521亦包含額外台階區域529。額外台階區域529在台階區域524與延伸區域526之間。額外台階區域529之厚度在台階區域524之台階厚度與延伸區域526之延伸厚度之間。額外台階區域之厚度範圍可基於冷卻元件520振動之所需頻率而修改。

冷卻元件500依類似於冷卻元件120之一方式在一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中操作。因此，併入冷卻元件500之冷卻系統共用冷卻系統100之益處。因此，可提高採用此一冷卻系統之一裝置之效能。冷卻元件520之使用可進一步提高效率及可靠性。因此，可增強效能。

圖6A至圖6B描繪可用作(例如)冷卻系統100及/或400中之一冷卻元件之工程化致動器600之一實施例。因此，致動器600經描述為冷卻元件600。圖6A至圖6B並未按比例繪製。圖6A描繪包含錨定區域602及懸臂601之冷卻元件600之一側視圖。圖6B描繪懸臂601之一底部透視圖。錨定區域602可用於由一錨(諸如錨160及/或460)將冷卻元件600支撐或保持於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中之適當位置。懸臂601回應於冷卻元件600經驅動而經歷振動運動。各懸臂601包含台階區域604及凹陷區域606。在所展示之實施例中，錨定區域602位於中心。台階區域604自錨定區域602向外延伸。凹陷區域606自台階區域604向外延伸。在其他實施例中，錨定區域602可在致動器之一個邊緣處且凹陷區域606可在相對邊緣處終止。在此等實施例中，致動器係邊緣錨定。進一步言之，其他區域(未展示)可包含於致動器600中。

凹陷區域606包含錐度607、頂部邊緣(或蓋) 608及凹部609。錐度607之間的凹部609係冷卻元件600中之凹陷。因此，若冷卻元件600用於一冷卻系統(諸如冷卻在系統100及/或400)中，凹部609提供可被視為增加底部腔室之大小之腔洞。錐度607具有隨距錨定區域602之距離增加而減小之一寬度。類似地，凹部609具有隨距錨定區域602之距離增加而增加之一凹部寬度。例如，錐度(即寬度之變化)可選自一線性錐度、一二次錐度及一立方錐度。其他錐度係可行的。在一些實施例中，錐度607及凹部609可具有恆定寬度(即係無錐度)。

在操作中，冷卻元件600依類似於冷卻元件120之一方式起作用。因此，可驅動冷卻元件600以經歷振動運動。當在一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中使用時，冷卻元件600可以本文中所描述之速度驅動流體。因此，冷卻元件600可用於有效地冷卻發熱結構。此外，凹部609可依類似於冷卻元件120之延伸區域126之一方式在懸臂601之上衝程/下衝程期間減少吸力/壓力增加。因此，可進一步提高效率。進一步言之，錐度607可減少懸臂601在振動運動期間所經受之應力。因此，可提高冷卻元件600之可靠性。

圖7係懸臂701之一實施例之一透視圖，其可為一冷卻元件(諸如冷卻元件600)之部分。圖7並未按比例繪製。懸臂701可相鄰於一錨定區域(未展示)，該錨定區域可用於支撐或保持懸臂701係其一部分之冷卻元件。在一些實施例中，懸臂701可為一中心錨定之冷卻元件之部分或一邊緣錨定之冷卻元件之部分。懸臂701回應於此一冷卻元件經驅動而經歷振動運動。懸臂701包含台階區域704及凹陷區域706。台階區域704自一錨定區域(未展示)向外延伸。凹陷區域706自台階區域704向外延伸。其他區域(未展示)可包含於懸臂701中。

凹陷區域706包含錐度707、底部邊緣(或蓋) 708及凹部709。錐度707及凹部709分別類似於錐度607及凹部609。若懸臂701用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中，則底部邊緣708鄰接一底部腔室。因此，若懸臂701用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中，則凹部709提供可被視為增加頂部腔室之大小之腔洞。錐度707具有隨距台階區域704之距離增加而減小之一寬度。例如，錐度(即寬度之變化)可選自一線性錐度、一二次錐度及一立方錐度。其他錐度係可行的。在一些實施例中，錐度707及凹部709可具有恆定寬度(即係無錐度)。

在操作中，懸臂701依類似於冷卻元件600之懸臂601之一方式起作用。因此，懸臂701可經驅動以經歷振動運動。當用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中時，懸臂701可以本文中所描述之速度驅動流體。因此，懸臂701可用於有效地冷卻發熱結構。此外，凹部709可在懸臂701之下衝程/上衝程期間減少吸力/壓力增加。因此，可提高效率。進一步言之，錐度707可減少懸臂701在振動運動期間所經受之應力。因此，可提高懸臂701之可靠性。

圖8係懸臂801之一實施例之一透視圖，其可為一冷卻元件(諸如冷卻元件600)之部分。圖8並非按比例繪製。懸臂801可相鄰於一錨定區域(未展示)，該錨定區域可用於支撐或保持懸臂801係其一部分之冷卻元件。在一些實施例中，懸臂801可為一中心錨定之冷卻元件之部分或一邊緣錨定之冷卻元件之部分。懸臂801回應於此一冷卻元件經驅動而經歷振動運動。懸臂801包含台階區域804及凹陷區域806。台階區域804自一錨定區域(未展示)向外延伸。懸臂801亦包含額外凹陷區域816。凹陷區域806自額外凹陷區域816向外延伸。其他區域(未展示)可包含於懸臂800中。

凹陷區域806包含類似於冷卻元件600之凹陷區域606、錐度607、頂部邊緣608及凹部609之錐度807、頂部邊緣808及凹部809。額外凹陷區域816包含錐度817、底部邊緣(或蓋) 818、頂部邊緣808及凹部(圖8中未標記)。錐度817及凹部分別類似於錐度807及凹部809。然而，錐度817及對應凹部由底部邊緣818及頂部邊緣808包圍。在一些實施例中，凹陷區域816之側亦可經包圍。若懸臂801用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中，則頂部邊緣808鄰接一頂部腔室且底部邊緣818鄰接一底部腔洞。因此，若懸臂801用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)，則凹部809提供可被視為增加底部腔室之大小之腔洞。因此，可減輕懸臂801之一上衝程期間底部腔室中之吸力及懸臂801之下衝程期間之壓力增加。因此，懸臂801可更有效地移動通過腔室中之流體。然而，由於頂部邊緣808及底部邊緣818之存在，額外凹陷部分816不顯著影響周圍腔室中之壓力。代替地，額外凹陷部分816降低應力。

在操作中，懸臂801依類似於冷卻元件600之懸臂601之一方式起作用。因此，懸臂801可經驅動以經歷振動運動。當用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中時，懸臂801可以本文中所描述之速度驅動流體。因此，懸臂801可用於有效地冷卻發熱結構。此外，在懸臂801之上衝程/下衝程期間，凹部809可減少吸力/壓力增加。因此，可提高效率。進一步言之，錐度807及錐度817兩者可減少懸臂801在振動運動期間所經受之應力。因此，可提高懸臂801之可靠性。

圖9描繪致動器或冷卻元件900之實施例之一側視圖。圖9並非按比例繪製。冷卻元件900類似於冷卻元件600且可用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)。因此，冷卻元件900包含類似於錨定區域602及懸臂601之錨定區域902及懸臂901。錨定區域602由一錨(諸如錨160及/或460)在一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中保持適當位置。懸臂901回應於冷卻元件900經驅動而經歷振動運動。在所展示之實施例中，錨定區域902位於中心。在其他實施例中，錨定區域902可在致動器之一個邊緣處且凹陷區域906可在相對邊緣處。在此等實施例中，致動器係邊緣錨定。

各懸臂901類似於懸臂601、701及801。因此，各懸臂包含台階區域904、凹陷區域906及額外區域916。凹陷區域906及916包含類似於錐度607及凹部609之錐度(未明確展示)及凹部(未明確展示)。在所展示之實施例中，凹陷區域906具有頂蓋及底蓋。因此，凹陷區域906可在實質上不改變周圍腔室中之壓力之情況下降低懸臂901之此部分中之振動引起之應力。額外凹陷區域916既可降低應力又可影響安裝有冷卻元件900之頂部腔室中之壓力。

冷卻元件900依類似於冷卻元件600之一方式起作用。因此，懸臂901可經驅動以經歷振動運動。當用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中時，冷卻元件900可以本文中所描述之速度驅動流體。因此，可利用冷卻元件來有效地冷卻發熱結構。此外，凹陷區域906及916可在懸臂901之下衝程/向上衝程期間減少吸力/壓力增加。因此，可提高效率。進一步言之，凹陷區域906及916兩者可減少懸臂901在振動運動期間所經受之應力。因此，可提高冷卻元件900之可靠性。

圖10描繪致動器或冷卻元件1000之實施例之一側視圖。圖10並非按比例繪製。冷卻元件1000類似於冷卻元件600且可用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)。因此，冷卻元件1000包含類似於錨定區域602及懸臂601之錨定區域1002及懸臂1001。錨定區域1002由一錨(諸如錨160及/或460)在一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中保持適當位置。懸臂1001回應於冷卻元件1000經驅動而經歷振動運動。在所展示之實施例中，錨定區域1002位於中心。在其他實施例中，錨定區域1002可在致動器之一個邊緣處且凹陷區域1006可在相對邊緣處。在此等實施例中，致動器係邊緣錨定。

各懸臂1001類似於懸臂601、701及801。因此，各懸臂包含台階區域1004及凹陷區域1006。凹陷區域1006包含類似於錐度607及凹部609之錐度(未明確展示)及凹部(未明確展示)。在所展示之實施例中，凹陷區域1006具有頂蓋及底蓋。因此，凹陷區域1006可在實質上不改變周圍腔室中之壓力之情況下降低懸臂1001之此部分中之振動引起之應力。

冷卻元件1000依類似於冷卻元件600之一方式起作用。因此，懸臂1001可經驅動以經歷振動運動。當用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中時，冷卻元件1000可以本文中所描述之速度驅動流體。因此，冷卻元件1000可用於有效地冷卻發熱結構。此外，凹陷區域1006可減少懸臂1001在振動運動期間所經受之應力。因此，可提高冷卻元件1000之可靠性。

圖11至圖13描繪懸臂1101、1201及1301之實施例，其等可為一冷卻元件(諸如冷卻元件600)之部分。圖11至圖13並未按比例繪製。懸臂1101、1201及/或1301可相鄰於一錨定區域(未展示)，該錨定區域可用於支撐或保持懸臂1101、1201及/或1301係其一部分之冷卻元件。在一些實施例中，懸臂1101、1201及/或1301可為一中心錨定之冷卻元件之部分或一邊緣錨定之冷卻元件之部分。懸臂1101、1201及1301各回應於此一冷卻元件經驅動而經歷振動運動。懸臂1101包含台階區域1104及凹陷區域1106。亦展示錨定區域1102。台階區域1104自錨定區域1102向外延伸。凹陷區域1106自台階區域1104向外延伸。懸臂1201包含台階區域1204及凹陷區域1206。亦展示錨定區域1202。台階區域1204自一錨定區域1202向外延伸。凹陷區域1206自台階區域1204向外延伸。懸臂1301包含台階區域1304及凹陷區域1306。亦展示錨定區域1302。區域1304自一錨定區域1302向外延伸。凹陷區域1306自台階區域1304向外延伸。其他區域(未展示)可包含於懸臂1101、1201及/或1301中。

凹陷區域1106、1206及1306各分別包含錐度1107、1207及1307，以及分別包含凹部1109、1209及1309。懸臂1101、1201及1301指示錐度1107、1207及1307之變化亦可分別用於調整懸臂1101、1201及1301之剛度。例如，錐度1107、1207及1307之寬度可隨距分別台階區域1104、1204及1304與分別凹陷區域1106、1206及1306之間的過渡之距離之平方而減小。虛線1108、1208及1308指示若錐度1107、1207及1037之寬度隨距分別台階區域1104、1204及1304與分別凹陷區域1106、1206、1306之間的過渡之距離而線性變化，則該等寬度可如何減小。另外，錐度1107、1207及1307之寬度以不同比例減小。錐度1107在邊緣處之寬度減小最多(例如大致90%)。錐度1207在相對邊緣處減少一較小部分(例如減少大致75%)。錐度1307在相對邊緣處減少最小部分(例如大致50%)。可使用寬度之其他變化(例如立方)及其他逐漸變小量。藉由定製錐度改變寬度之方式及/或寬度改變之量，懸臂之剛度及應力之減小可經修改。

懸臂1101、1201及1301依類似於冷卻元件600之懸臂601之一方式起作用。因此，懸臂1101、1201及1301可經驅動以經歷振動運動。當用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中時，懸臂1101、1201及1301可以本文中所描述之速度驅動流體。因此，懸臂1101、1201及1301可用於有效地冷卻發熱結構。此外，凹陷區域可經構形以減少應力同時保持剛度。因此，可提高懸臂1101、1201及1301之可靠性。

圖14A及圖14B描繪致動器或冷卻元件1400之實施例之側視圖及仰視圖。圖14A至圖14B並非按比例繪製。冷卻元件1400類似於冷卻元件120及冷卻元件600。冷卻元件1400可用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)。因此，冷卻元件1400包含類似於錨定區域122及602以及懸臂121及601之錨定區域1422及懸臂1421。錨定區域1422由一錨(諸如錨160及/或460)在一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中保持適當位置。懸臂1421回應於冷卻元件1400經驅動而經歷振動運動。在所展示之實施例中，錨定區域1422位於中心。在其他實施例中，錨定區域1422可在致動器之一個邊緣處。

各懸臂1421類似於懸臂121以及懸臂601、701及801。因此，各懸臂包含類似於台階區域124、延伸區域126及外部區域128之台階區域1424、延伸區域1426及外部區域1428。懸臂1421各包含具有類似於錐度627及凹部629之錐度1427及凹部1429之凹陷區域1406。因此，延伸區域1426之部分亦係凹陷。在一些實施例中，代替延伸區域1426或除了延伸區域1426以外，台階區域1424及/或外部區域1428可包含凹部及/或錐度。因此，冷卻元件120之構形及冷卻元件600、900及/或1000之凹部及/或懸臂701、801、1101、1201及/或1301可依各種方式組合。

冷卻元件1400依類似於冷卻元件120及600之一方式起作用。因此，懸臂1401可經驅動以經歷振動運動。當用於一冷卻系統(諸如冷卻系統100及/或400)中時，冷卻元件1400可以本文中所描述之速度驅動流體。因此，冷卻元件1400可用於有效地冷卻發熱結構。此外，懸臂1401移動通過流體之能力可經提高且懸臂1401在振動運動期間經受之應力減小。因此，可提高冷卻元件1400之效率、效能及可靠性。

各種冷卻元件120、420、600、900、1000及1400及各種懸臂701、801、1101、1201及1301已經描述且特定特徵經強調。冷卻元件120、420、600、900、1000及1400以及各種懸臂701、801、1101、1201及1301之各種特性可依本文未明確描述之方式組合。

圖15A至圖15B描繪包含經構形為一微磚之多個冷卻單元之主動式冷卻系統1500之一實施例。圖15A描繪一俯視圖，而圖15B描繪一側視圖。圖15A至圖15B並未按比例繪製。冷卻系統1500包含四個冷卻單元1501，其等類似於本文中所描述之冷卻系統之一或多者(諸如冷卻系統100及/或400)。儘管展示一2x2組態之四個冷卻單元1501，但在一些實施例中，可採用冷卻單元1501之另一數目及/或另一組態。在所展示之實施例中，冷卻單元1501包含具有孔1512之共用頂板1510、冷卻元件1520、包含孔口1532之共用孔口板1530、頂部腔室1540、底部腔室1550及錨(支撐結構) 1560，其等類似於具有孔112之頂板110、冷卻元件120、具有孔口132之孔口板130、頂部腔室140、底部腔室150及錨160。儘管在冷卻元件1520之背景中描述，但可使用冷卻元件120、420、600、900、1000及1400以及各種懸臂701、801、1101、1201及1301之任何組合。儘管展示底部錨1560，但在其他實施例中可使用頂部錨。在所展示之實施例中，冷卻元件1520經異相驅動(即依類似於一蹺蹺板之一方式)。進一步言之，一個單元中之冷卻元件1520與相鄰單元中之冷卻元件異相驅動。

冷卻系統1500之冷卻單元1501依類似於冷卻系統100及/或400之一方式起作用。因此，本文中所描述之益處可由冷卻系統1500共用。因為附近單元中之冷卻元件異相驅動，所以可減少冷卻系統1500中之振動。因為使用多個冷卻單元1501，所以冷卻系統1500可享有增強冷卻能力。

圖16描繪包含多個冷卻單元1601之冷卻系統1600之一實施例之一俯視圖。圖16並非按比例繪製。冷卻單元1601類似於本文中所描述之冷卻系統之一或多者，諸如冷卻系統100及/或400。如冷卻系統1600中所指示，冷卻單元1601可以所需大小及組態之一二維陣列配置。在一些實施例中，冷卻系統1600可被視為由多個微磚160組成。因此，可達成所需冷卻功率及組態。

圖17係描繪用於操作一冷卻系統之方法1700之一例示性實施例之一流程圖。方法1700可包含為簡單起見未描繪之步驟。在壓電冷卻系統100之背景中描述方法1700。然而，方法1700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1702處，致動一冷卻系統中之冷卻元件之一或多者以振動。在1702處，具有所需頻率之一電信號用於驅動冷卻元件。在一些實施例中，在1702處以或接近結構及/或聲學諧振頻率驅動冷卻元件。驅動頻率可為15 kHz或更高。若在1702處驅動多個冷卻元件，則可異相驅動冷卻元件。在一些實施例中，冷卻元件實質上以180度異相驅動。進一步言之，在一些實施例中，個別冷卻元件異相驅動。例如，可驅動一冷卻元件之不同部分以在相反方向上振動(即類似於一蹺蹺板)。在一些實施例中，可同相驅動個別冷卻元件(即類似於一蝴蝶)。另外，驅動信號可提供給錨、冷卻元件或錨及冷卻元件兩者。進一步言之，錨可經驅動彎曲及/或平移。

在1704處，來自壓電冷卻元件之反饋用於調整驅動電流。在一些實施例中，調整用於將頻率保持處於或接近冷卻元件及/或冷卻系統之聲學及/或結構諧振頻率/頻率。一特定冷卻元件之諧振頻率可漂移，例如歸因於溫度變化。在1704處進行之調整允許考慮諧振頻率之漂移。

例如，在1702處，壓電冷卻元件120可以其結構諧振頻率/頻率驅動。此諧振頻率亦可處於或接近頂部腔室140之聲學諧振頻率。此可藉由驅動錨160中之壓電層(未展示於圖1A至圖1F中)及/或冷卻元件120中之壓電層來達成。在1704處，反饋用於維持冷卻元件120處於諧振，且在其中多個冷卻元件經驅動之實施例中，相位相差180度。因此，可維持冷卻元件120驅動流體流過冷卻系統100且流至發熱結構102上之效率。在一些實施例中，1704包含對通過冷卻元件120之電流及/或通過錨160之電流進行採樣且調整電流以維持諧振及低輸入功率。

因此，冷卻元件(諸如冷卻元件120、420、600、900、1000及1400)及各種懸臂701、801、1101、1201及1301可如上文所描述操作。因此，方法1700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以一些細節描述前述實施例，但本發明不限於所提供之細節。存在許多實施本發明之替代方式。所揭示之實施例係繪示性的而非限制性的。

100:主動式冷卻系統 102:發熱結構 110:頂板 112:通風口 120:冷卻元件 121:懸臂 122:錨定區域 123:尖端 124:台階區域 126:延伸區域 128:外部區域 130:孔口板 132:孔口 140:頂部腔室 142:間隙 142B:間隙 142C:間隙 150:底部腔室 152:間隙 152B:間隙 152C:間隙 160:錨 200A:曲線圖 200B:曲線圖 200C:曲線圖 200D:曲線圖 200E:曲線圖 202A:壓力 202B:壓力 204A:曲線 204B:曲線 223:壓電 300A:冷卻系統 300B:冷卻系統 300C:冷卻系統 300D:冷卻系統 320A:冷卻元件 320B:冷卻元件 320C:冷卻元件 320D:冷卻元件 323:壓電 360A:錨 360B:錨 360C:錨 360D:錨 363:孔 400:主動式冷卻系統 402:發熱結構 410:頂板 412:通風口 413:通風口 420:冷卻元件 430:孔口板 432:孔口 440:頂部腔室 450:底部腔室 460:錨 500:冷卻元件 521:懸臂 522:錨定區域 524:台階區域 526:延伸區域 528:外部區域 529:額外台階區域 600:工程化致動器 601:懸臂 602:錨定區域 604:台階區域 606:凹陷區域 607:錐度 608:頂部邊緣(或蓋) 609:凹部 701:懸臂 704:台階區域 706:凹陷區域 707:錐度 708:底部邊緣(或蓋) 709:凹部 801:懸臂 804:台階區域 806:凹陷區域 807:錐度 808:頂部邊緣 809:凹部 816:額外凹陷區域 817:錐度 818:底部邊緣(或蓋) 900:致動器或冷卻元件 901:懸臂 902:錨定區域 904:台階區域 906:凹陷區域 916:額外區域 1000:致動器或冷卻元件 1001:懸臂 1002:錨定區域 1004:台階區域 1006:凹陷區域 1101:懸臂 1102:錨定區域 1104:台階區域 1106:凹陷區域 1107:錐度 1108:虛線 1109:凹部 1201:懸臂 1202:錨定區域 1204:台階區域 1206:凹陷區域 1207:錐度 1208:虛線 1209:凹部 1301:懸臂 1302:錨定區域 1304:台階區域 1306:凹陷區域 1307:錐度 1308:虛線 1309:凹部 1400:致動器或冷卻元件 1421:懸臂 1422:錨定區域 1424:台階區域 1426:延伸區域 1427:錐度 1428:外部區域 1429:凹部 1500:主動式冷卻系統 1501:冷卻單元 1510:頂板 1512:孔 1520:冷卻元件 1530:孔口板 1532:孔口 1540:頂部腔室 1550:底部腔室 1560:錨(支撐結構) 1600:冷卻系統 1601:冷卻單元 1700:方法 1702:致動一冷卻系統中之冷卻元件之一或多者以振動 1704:來自壓電冷卻元件之反饋用於調整驅動電流 a:寬度 C:長度 d:距離 e:長度 h:高度 h1:高度 h2:高度 L:長度 o:寬度 P:壓力202A/壓力202B r1:距離 r2:距離 s:孔口間距 t:厚度 w:寬度 y:偏轉204A/偏轉204B z:偏轉

在以下詳細描述及附圖中揭示本發明之各種實施例。

圖1A至圖1F描繪包含工程化致動器之一主動式冷卻系統之一實施例。

圖2A至圖2E描繪可用於包含中心錨定之冷卻元件之主動式冷卻系統中之致動器之實施例之效能度量。

圖3A至圖3D描繪可用於包含中心錨定之冷卻元件之主動式冷卻系統中之致動器之實施例。

圖4A至圖4B描繪包含一工程化致動器之一主動式冷卻系統之一實施例。

圖5描繪一工程化致動器之一實施例。

圖6A至圖6B描繪一工程化致動器之一實施例。

圖7至圖13描繪一工程化致動器之實施例。

圖14A至圖14B描繪一工程化致動器之實施例。

圖15A至圖15B描繪包含經構形為一微磚且使用工程化致動器之多個冷卻單元之一主動式冷卻系統之一實施例。

圖16描繪包含多個冷卻單元之一主動式冷卻系統之一實施例。

圖17係描繪用於驅動一致動器之一技術之一實施例之一流程圖。

100:主動式冷卻系統

102:發熱結構

110:頂板

112:通風口

120:冷卻元件

123:尖端

130:孔口板

132:孔口

140:頂部腔室

142:間隙

150:底部腔室

152:間隙

160:錨

a:寬度

C:長度

d:距離

h1:高度

h2:高度

L:長度

o:寬度

r1:距離

r2:距離

s:孔口間距

t:厚度

w:寬度

Claims (20)

1. 一種致動器，其包括： 一錨定區域；及 一懸臂，其自該錨定區域向外延伸，其中該懸臂包含 一台階區域，其自該錨定區域向外延伸，具有一台階厚度； 一延伸區域，其自該台階區域向外延伸，具有小於該台階厚度之一延伸厚度；及 一外部區域，其自該延伸區域向外延伸，具有大於該延伸厚度之一外部厚度。
2. 如請求項1之致動器，其中該懸臂進一步包含： 一額外台階區域，其位於該台階區域與該延伸區域之間，該額外台階區域具有小於該台階厚度且大於該延伸厚度之一額外台階厚度。
3. 如請求項1之致動器，其中該外部厚度比該延伸厚度至少厚50微米但不超過200微米，其中該外部區域具有至少100微米但不超過300微米之一寬度，且其中該延伸區域具有自該台階區域向外延伸之至少0.5毫米但不超過1.5毫米之一長度。
4. 如請求項1之致動器，其中該台階區域、該延伸區域及該外部區域之至少一者包含其中之至少一個凹部。
5. 如請求項4之致動器，其中該至少一個凹部包含一錐度，使得該至少一個凹部之一寬度隨距該錨定區域之距離而增加。
6. 如請求項5之致動器，其中該錐度選自一線性錐度、一二次錐度及一立方錐度。
7. 如請求項4之致動器，其進一步包括： 一蓋，其經構造使得該至少一個凹部在該致動器內部。
8. 如請求項1之致動器，其進一步包括： 一額外懸臂，其自與該懸臂相對之該錨定區域向外延伸，且其中該額外懸臂包含 一額外台階區域，其自該錨定區域向外延伸，具有一額外台階厚度； 一額外延伸區域，其自該額外台階區域向外延伸且具有小於該額外台階厚度之一額外延伸厚度；及 一額外外部區域，其自該額外延伸區域向外延伸且具有大於該額外延伸厚度之一額外外部厚度。
9. 一種冷卻系統，其包括： 一錨；及 一冷卻元件，其包含一錨定區域及一懸臂，該錨定區域由該錨固定，該懸臂自該錨定區域向外延伸，其中該懸臂包含 一台階區域，其自該錨定區域向外延伸，具有一台階厚度； 一延伸區域，其自該台階區域向外延伸，具有小於該台階厚度之一延伸厚度；及 一外部區域，其自該延伸區域向外延伸，具有大於該延伸厚度之一外部厚度； 其中該冷卻元件經構形以在經致動以將一流體推動朝向一發熱結構時經歷振動運動。
10. 如請求項9之冷卻系統，其中該懸臂進一步包括： 一額外台階區域，其在該台階區域與該延伸區域之間，該額外台階區域具有小於該台階厚度且大於該延伸厚度之一額外台階厚度。
11. 如請求項9之冷卻系統，其中該台階區域、該延伸區域及該外部區域之至少一者包含其中之至少一個凹部。
12. 如請求項11之冷卻系統，其中該冷卻元件進一步包含： 一蓋，其經構形使得該至少一個凹部在該冷卻元件內部。
13. 如請求項9之冷卻系統，其中該冷卻元件進一步包含： 一額外懸臂，其自與該懸臂相對之該錨定區域向外延伸，且其中該額外懸臂包含 一額外台階區域，其自該錨定區域向外延伸且具有一額外台階厚度； 一額外延伸區域，其自該額外台階區域向外延伸且具有小於該額外台階厚度之一額外延伸厚度；及 一額外外部區域，其自該額外延伸區域向外延伸且具有大於該額外延伸厚度之一額外外部厚度。
14. 如請求項13之冷卻系統，其進一步包括： 一孔口板，其中具有複數個孔口，該孔口板安置於該冷卻元件與該發熱結構之間。
15. 如請求項14之冷卻系統，其進一步包括： 複數個單元壁，其經構形使得在該複數個單元壁之一部分與該冷卻元件之間形成一頂部腔室，且在該複數個單元壁、該孔口板及該冷卻元件之間形成一底部腔室，該頂部腔室與該底部腔室流體連通。
16. 一種冷卻一發熱結構之方法，其包括： 驅動一冷卻元件以引起以一頻率之一振動運動，該冷卻元件包含一錨定區域及一懸臂，該懸臂自該錨定區域向外延伸，其中該懸臂包含一台階區域、一延伸區域及一外部區域，自該錨定區域向外延伸之該台階區域具有一台階厚度，自該台階區域向外延伸之該延伸區域具有小於該台階厚度之一延伸厚度，自該延伸區域向外延伸之該外部區域具有大於該延伸厚度之一外部厚度，該冷卻元件經構形以在經致動以將一流體推動朝向一發熱結構時經歷振動運動。
17. 如請求項16之方法，其中該驅動進一步包含： 實質上以該懸臂之一結構諧振頻率驅動該冷卻元件。
18. 如請求項17之方法，該驅動進一步包含： 實質上以一流體諧振頻率驅動該冷卻元件。
19. 如請求項16之方法，其中該冷卻元件進一步包含自與該懸臂相對之該錨定區域向外延伸之一額外懸臂，該額外懸臂包含一額外台階區域、一額外延伸區域及一額外外部區域，該額外台階區域自該錨定區域向外延伸且具有一額外台階厚度，該額外延伸區域自該額外台階區域向外延伸且具有小於該額外台階厚度之一額外延伸厚度，該額外外部區域自該額外延伸區域向外延伸且具有大於該額外延伸厚度之一額外外部厚度，該方法進一步包括： 以該頻率驅動該額外懸臂。
20. 如請求項19之方法，其中驅動該頻率實質上係用於該額外懸臂之一額外結構諧振頻率及一流體諧振頻率之至少一者。

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