TW202228311A - 用於製造基於微機電系統之冷卻系統的方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種用於提供冷卻系統之方法。該方法包含提供複數個薄片。各薄片包含用於複數個冷卻單元之各冷卻單元中之層級之至少一結構。各冷卻單元之特定層級包含具有第一側及第二側之冷卻元件。該冷卻元件經組態以經歷振動運動以將流體自該第一側驅動至該第二側。該方法亦包含對準該等薄片，附接該等薄片以形成包含該等冷卻單元之疊層，及將該疊層分離成區段。各區段包含至少一冷卻單元。

Description

用於製造基於微機電系統之冷卻系統的方法及系統
本發明大體上係關於一種冷卻系統及一種用於提供冷卻系統之方法。
隨著運算裝置之速度及運算功率之增長，由運算裝置產生之熱亦增加。已提出各種機制來解決熱的產生。主動裝置(諸如風扇)可用於透過大型運算裝置(諸如膝上型電腦或桌上型電腦)來驅動空氣。被動冷卻裝置(諸如散熱器)可用於較小行動運算裝置(諸如智慧型電話、虛擬實境裝置及平板電腦)中。然而，此等主動裝置及被動裝置可能無法充分冷卻諸如智慧型電話之行動裝置及諸如膝上型電腦及桌上型電腦之較大裝置兩者。因此，需要用於運算裝置之額外冷卻解決方案。
描述一種用於提供冷卻系統之方法。該方法包含提供複數個薄片。各薄片包含用於複數個冷卻單元之各冷卻單元中之層級之至少一結構。各冷卻單元之特定層級包含具有第一側及第二側之冷卻元件。該冷卻元件經組態以經歷振動運動以將流體自該第一側驅動至該第二側。該方法亦包含對準該等薄片，附接該等薄片以形成包含該等冷卻單元之疊層，及將該疊層分離成區段。各區段包含至少一冷卻單元。
提供該等薄片可包含：提供孔板薄片；提供主動元件薄片；及提供頂板薄片。該孔板薄片中包含孔。該主動元件薄片包含用於各冷卻單元之該冷卻元件。該冷卻元件具有中心區域及周界。該頂板薄片中包含用於該等冷卻單元之各者之至少一通氣孔。在一些此等實施例中，對準包含將該主動元件薄片定位於該頂板薄片與該孔板薄片之間。附接該等薄片可包含固定該等薄片使得該主動元件薄片固定至該孔板薄片，架體薄片固定至該主動元件薄片，且該頂板薄片固定至該架體薄片。亦可提供架體薄片。該架體薄片之部分形成用於各冷卻單元之單元壁。
在一些實施例中，提供該主動元件薄片進一步包含選擇性地蝕刻基板以提供具有複數個高度之複數個區域。另外，在該基板之部分上提供壓電層。在一些此等實施例中，提供該主動元件薄片進一步包含在鋼基板上提供絕緣障壁及在該絕緣障壁上提供底部電極。該壓電層位於該底部電極上。該方法亦可包含將該底部電極連接至該基板。連接該底部基板可包含在該底部電極與該基板之間提供跨接線或在提供該底部電極之前在該絕緣障壁中提供(若干)通孔及在該(若干)通孔中提供(若干)導體(例如金屬)。該基板可包含或由以下之一或多者組成：鋼(例如不鏽鋼)、Al(例如Al合金)及/或Ti(例如諸如Ti6Al-4V之Ti合金)。用於該冷卻元件之支撐結構亦可自該主動元件薄片之部分界定作為提供該主動元件薄片之部分。
亦描述一種冷卻系統。該冷卻系統包含疊層冷卻單元，其包含複數個薄片。各薄片包含用於該疊層冷卻單元中之層級之至少一結構。主動元件薄片包含具有第一側及第二側之冷卻元件。該冷卻元件經組態以經歷振動運動以將流體自該第一側驅動至該第二側。該等薄片可進一步包含孔板薄片及頂板薄片。該孔板薄片中包含孔。該頂板薄片中具有至少一通氣孔。該主動元件薄片介於該孔板薄片與該頂板薄片之間。該冷卻元件具有中心區域及經組態以經歷該振動運動之周界。在一些實施例中，該主動元件薄片進一步包含位於該冷卻元件之該中心區域處之支撐結構。該主動元件薄片由該支撐結構耦合至該孔板薄片。在一些實施例中，該主動元件薄片包含壓電層。在此等實施例中，該冷卻元件包含基板、位於該基板上之絕緣障壁、位於該絕緣障壁上之底部電極及介於該底部電極與該不鏽鋼基板之間的電連接器。該壓電層位於該底部電極上。該等薄片可進一步包含架體薄片。該架體薄片之部分形成用於該疊層冷卻單元之單元壁。該架體薄片可介於該主動元件薄片與該頂板薄片之間。
描述一種包含複數個疊層冷卻單元之冷卻系統。該等疊層冷卻單元包含複數個薄片。該等薄片之各者包含用於疊層冷卻單元之層級之至少一結構。該等薄片進一步包含孔板薄片、主動元件薄片及頂板薄片。該孔板薄片中具有用於各冷卻單元之複數個孔。該主動元件薄片包含用於各疊層冷卻單元之冷卻元件。該冷卻元件具有第一側及第二側。該冷卻元件經組態以經歷振動運動以將流體自該第一側驅動至第二側。在一些實施例中，該冷卻元件具有中心區域及至少一懸臂。(若干)懸臂經歷該振動運動。該主動元件薄片亦可包含用於該冷卻元件之支撐結構。該支撐結構位於該冷卻元件之該中心部分處且耦合至該孔板。該頂板薄片中具有用於該等疊層冷卻單元之各者之至少一通氣孔。該主動元件介於該孔板薄片與該頂板薄片之間。該等薄片可進一步包含架體薄片。該架體薄片之部分形成用於該疊層冷卻單元之各者之單元壁。在一些實施例中，該架體薄片介於該主動元件薄片與該頂板薄片之間。
本發明可依數個方式實施，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(諸如處理器，其經組態以執行儲存於耦合至該處理器之記憶體上之指令及/或由該記憶體提供之指令)。在此說明書中，此等實施方案或本發明可採用之任何其他形式可指稱技術。通常，所揭示程序之步驟順序可在本發明之範疇內改變。除非另有說明，否則組件(諸如描述作為經組態以執行任務之處理器或記憶體)可作為經暫時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而實施。如本文中所使用，術語「處理器」指代經組態以處理資料之一或多個裝置、電路及/或處理核心(諸如電腦程式指令)。
下文連同繪示本發明之原理之附圖提供本發明之一或多個實施例之詳細描述。本發明係結合此等實施例來描述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制且本發明涵蓋數個替代方案、修改及等效物。在以下描述中闡述數個具體細節以提供對本發明之透徹理解。為實例目的提供此等細節且本發明可根據申請專利範圍在無此等具體細節之部分或全部之情況下實踐。為使清楚，與本發明相關之技術領域中之已知技術材料未詳細描述以不必要地使本發明不清楚。
隨著半導體裝置變得越來越強大，操作期間產生之熱亦增加。例如，用於行動裝置(諸如智慧型電話、平板電腦、筆記型電腦及虛擬實境裝置)之處理器可依高時脈速度操作，但產生大量熱。由於所產生之熱量，處理器可僅全速運行相對較短時段。此時間終止之後，會發生節流(例如，減慢處理器之時脈速度)。儘管調節可減少發熱，但其亦不利地影響處理器速度及因此影響使用處理器之裝置之效能。隨著技術向5G及以後發展，此問題預期會加劇。
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。可回應內部組件之升溫而使風扇通電。風扇驅動空氣通過較大裝置來冷卻內部組件。然而，此等風扇對於諸如智慧型電話之行動裝置或諸如平板電腦之較薄裝置而言通常太大。風扇亦可由於存在於組件之表面之空氣邊界層而具有有限功效，提供用於橫跨需要冷卻之熱表面之氣流之有限空氣速度，且可產生過量之噪音。被動冷卻解決方案可包含用於將熱量傳遞至熱交換器之諸如散熱器及散熱管或蒸氣室之組件。儘管散熱器在一定程度上減輕熱點處之升溫，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，散熱管或蒸氣室可提供不足以移除產生之過多熱量之熱量傳遞。
運算裝置之不同組態進一步使熱管理複雜化。例如，諸如膝上型電腦之運算裝置頻繁對外部環境開放，而諸如智慧型電話之其他運算裝置通常對外部環境封閉。因此，用於開放式裝置(諸如風扇)之主動熱管理解決方案可能不適於封閉式裝置。將加熱流體自運算裝置內部驅動至外部環境之風扇對於諸如智慧型電話之封閉運算裝置而言可能太大且可能提供有限流體流動。此外，即使風扇可併入封閉式運算裝置中，封閉式運算裝置亦不具有用於加熱流體之出口。因此，由此一開放式裝置機制提供之熱管理可具有有限功效。即使針對開放式運算裝置，入口及/或出口之位置也可經不同組態用於不同裝置。例如，可期望用於膝上型電腦中之風扇驅動流體流動之出口遠離使用者之手或可位於加熱流體之流出物內之其他結構。此一組態不僅可防止使用者不適，亦可允許風扇提供所要冷卻。具有不同組態之另一行動裝置可需要不同地組態入口及/或出口，可降低此等熱管理系統之功效且可防止使用此等熱管理系統。因此，需要用於改良運算裝置中之冷卻之機制。
圖1A至圖1F係描繪可與發熱結構102一起使用且包含中心錨定之冷卻元件120或120'之主動冷卻系統100之例示性實施例的圖式。冷卻元件120在圖1A至圖1E中展示且冷卻元件120'在圖1F中展示。為使清楚，僅展示某些組件。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。
冷卻系統100包含其中具有通氣孔112之頂板110、冷卻元件120、其中具有孔132之孔板130、形成於其中之支撐結構(或「錨」) 160及腔室140及150 (統稱為腔室140/150)。冷卻元件120由錨160支撐於其中心區域。更靠近且包含冷卻元件之周界(例如尖端121)之部分之冷卻元件120之區域在被致動時振動。在一些實施例中，冷卻元件120之尖端121包含離錨160最遠之周界之部分且在冷卻元件120之致動期間經歷最大偏轉。為使清楚，圖1A中僅標記冷卻元件120之一個尖端121。
圖1A描繪處於中立位置之冷卻系統100。因此，冷卻元件120經展示為實質上平坦。針對同相操作，冷卻元件120經驅動以在圖1B及圖1C中所展示之位置之間振動。此振動運動將流體(例如空氣)汲取至排氣孔112中，穿過腔室140及150且依高速及/或流速離開孔132。例如，流體撞擊於發熱結構102上所依之速度可為至少30米/秒。在一些實施例中，流體由冷卻元件120依至少45米/秒之速度朝向發熱結構102驅動。在一些實施例中，流體由冷卻元件120依至少60米/秒之速度朝向發熱結構102驅動。在一些實施例中，其他速度可為可行的。冷卻系統100亦經組態使得很少流體或無流體由冷卻元件120之振動運動透過孔132汲取回至腔室140/150。
期望發熱結構102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，發熱結構可為積體電路。在一些實施例中，期望發熱結構102冷卻但本身不會產生熱。發熱結構102可傳導熱(例如，自產生熱之附近物體)。例如，發熱結構102可為散熱器或蒸氣室。因此，發熱結構102可包含：(若干)半導體組件，其等包含諸如處理器之個別積體電路組件、(若干)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；諸如運算裝置之電子裝置之(若干)其他組件；散熱器；導熱管；(若干)其他電子組件及/或期望被冷卻之(若干)其他裝置在一些實施例中，發熱結構102可為含有冷卻系統100之模組之導熱部分。例如，冷卻系統100可固定至發熱結構102，其可耦合至另一散熱器、蒸氣室、積體電路或期望被冷卻之其他單獨結構。
其中期望使用冷卻系統100之裝置亦可具有其中將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、平板電腦、二合一膝上型電腦、手持遊戲系統、數位攝影機、虛擬實境耳機、擴增實境耳機、混合實境耳機及其他薄裝置。冷卻系統100可為能夠駐留於行動運算裝置及/或至少一維度中具有有限空間之其他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1.1毫米。在一些實施例中，總高度不超過1毫米。在一些實施例中，總高度不超過250微米。類似地，孔板130之底部與發熱結構102之頂部之間的距離y可為小的。在一些實施例中，y係至少200微米且不超過1.2毫米。在一些實施例中，y係至少500微米且不超過1毫米。在一些實施例中，y係至少200微米且不超過300微米。因此，冷卻系統100可用於運算裝置及/或在至少一維度中具有有限空間之其他裝置。然而，沒有什麼防止冷卻系統100用於具有較少空間限制之裝置中及/或用於除冷卻之外之目的。儘管展示一個冷卻系統100 (例如一個冷卻單元)，但多個冷卻系統100可結合發熱結構102使用。例如，可利用一維或二維冷卻單元陣列。
冷卻系統100與用於冷卻發熱結構102之流體連通。流體可為氣體或液體。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駐留其中之裝置外部之流體(例如透過裝置中之外部通氣孔提供)。在一些實施例中，流體在冷卻系統駐留其中之裝置內(例如，在圍封裝置中)循環。
冷卻元件120可經考量以將主動冷卻系統100之內部劃分成上腔室140及下腔室150。上腔室140由冷卻元件120、側及頂板110形成。下腔室150由孔板130、側、冷卻元件120及錨160形成。上腔室140及下腔室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之內部腔室)。
上腔室140之大小及組態可為單元(冷卻系統100)尺寸、冷卻元件120運動及操作頻率之函數。上腔室140具有高度h1。上腔室140之高度可經選擇以提供足夠壓力以依所要流速及/或速度將流體驅動至下腔室150且穿過孔132。上腔室140亦足夠高使得冷卻元件120在被致動時不會接觸頂板110。在一些實施例中，上腔室140之高度係至少50微米且不超過500微米。在一些實施例中，上腔室140具有至少200且不超過300微米。
下腔室150具有高度h2。在一些實施例中，下腔室150之高度足以容納冷卻元件120之運動。因此，冷卻元件120之部分在正常操作期間不會接觸孔板130。下腔室150一般小於上腔室140且可幫助減少流體回流至孔132中。在一些實施例中，下腔室150之高度係冷卻元件120之最大偏轉加上至少5微米且不超過10微米。在一些實施例中，冷卻元件120之偏轉(例如尖端121之偏轉) z具有至少10微米且不超過100微米之大小。在一些此等實施例中，冷卻元件120之偏轉之大小係至少10微米且不超過60微米。然而，冷卻元件120之偏轉之大小取決於諸如透過冷卻系統100之所要流速及冷卻系統100之組態之因數。因此，下腔室150之高度一般取決於透過冷卻系統100之其他組件之流速。
頂板110包含流體可透過其汲取至冷卻系統100中之通氣孔112。頂部通氣孔112可具有基於腔室140中之所要聲壓來選擇之大小。例如，在一些實施例中，通氣孔112之寬度w係至少500微米且不超過1000微米。在一些實施例中，通氣孔112之寬度係至少250微米且不超過2000微米。在所展示之實施例中，通氣孔112係頂板110中之中心定位孔隙。在其他實施例中，通氣孔112可位於別處。例如，通氣孔112可更靠近頂板110之一個邊緣。通氣孔112可具有圓形、矩形或其他形狀之佔用面積。儘管展示單一通氣孔112，但可使用多個通氣孔。例如，通氣孔可朝向上腔室140之邊緣偏移或位於上腔室140之(若干)側上。儘管頂板110經展示為實質上平坦，但在一些實施例中，溝槽及/或其他結構可設置於頂板110中以修改上腔室140之組態及/或頂板110上方之區域。
錨(支撐結構) 160在冷卻元件120之中心部分處支撐冷卻元件120。因此，冷卻元件120之周界之至少部分解除釘紮且自由振動。在一些實施例中，錨160沿冷卻元件120之中心軸線延伸(例如，垂直於圖1A至圖1E中之頁面)。在此等實施例中，振動之冷卻元件120之部分(例如，包含尖端121)依懸臂式方式移動。因此，冷卻元件120之部分可依類似於蝴蝶之翅膀(即，同相)及/或類似於翹翹板(即，異相)之方式移動。因此，依懸臂式方式振動之冷卻元件120之部分在一些實施例中同相且在其他實施例中異相。在一些實施例中，錨160不會沿冷卻元件120之軸線延伸。在此等實施例中，冷卻元件120之周界之所有部分自由振動(例如，類似於水母)。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懸垂)。在一些實施例中，錨160之寬度a係至少0.5毫米且不超過4毫米。在一些實施例中，錨160之寬度係至少200微米且不超過2.5毫米。錨160可佔據冷卻元件120之至少10%且不超過50%。
冷卻元件120具有遠離發熱結構102之第一側及靠近發熱結構102之第二側。在圖1A至圖1E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(更靠近頂板110)且第二側係冷卻元件120之底部(更靠近孔板130)。冷卻元件120經致動以經歷振動運動，如圖1A至圖1E中所展示。冷卻元件120之振動運動將流體自遠離發熱結構102之冷卻元件120之第一側(例如，自上腔室140)驅動至靠近發熱結構102之冷卻元件120之第二側(例如，至下腔室150)。冷卻元件120之振動運動亦透過通氣孔112汲取流體且汲取至上腔室140中；迫使流體自上腔室140至下腔室150；且驅動流體自下腔室150穿過孔板130之孔132。因此，冷卻元件120可被視為致動器。儘管在單一連續冷卻元件之背景中描述，但在一些實施例中，冷卻元件120可由兩個(或更多個)冷卻元件形成。冷卻元件之各者作為被釘紮之一個部分(例如，由支撐結構160支撐)及未被釘紮之對置部分。因此，單一中心支撐之冷卻元件120可由支撐於邊緣處之多個冷卻元件之組合形成。
冷卻元件120具有取決於期望冷卻元件120振動所依之頻率之長度L。在一些實施例中，冷卻元件120之長度係至少4毫米且不超過10毫米。在一些此等實施例中，冷卻元件120具有至少6毫米且不超過8毫米之長度。冷卻元件120之深度(例如，垂直於圖1A至圖1E中所展示之平面)可在L之四分之一至兩倍L內變動。例如，冷卻元件120可具有相同於長度之深度。冷卻元件120之厚度t可基於冷卻元件120之組態及/或期望致動冷卻元件120所依之頻率來變動。在一些實施例中，冷卻元件厚度係至少200微米且不超過350微米，因為冷卻元件120具有8毫米之長度且依至少20千赫茲且不超過25千赫茲之頻率驅動。腔室140/150之長度C接近於冷卻元件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係至少100微米且不超過500微米。在一些實施例中，d係至少200微米且不超過300微米。
冷卻元件120可依處於或接近用於上腔室140中之流體之壓力波之聲波共振之共振頻率及用於冷卻元件120之結構共振之共振頻率兩者之頻率驅動。經歷振動運動之冷卻元件120之部分依冷卻元件120之共振(「結構共振」)或接近共振驅動。在一些實施例中，經歷振動之冷卻元件120之此部分可為懸臂區段。用於結構共振之振動頻率被稱為結構共振頻率。將結構共振頻率用於驅動冷卻元件120降低冷卻系統100之功耗。冷卻元件120及上腔室140亦可經組態使得此結構共振頻率對應於透過上腔室140驅動之流體中之壓力波中之共振(上腔室140之聲波共振)。此一壓力波之頻率被稱為聲波共振頻率。在聲波共振時，壓力節點出現在通氣孔112附近且壓力反節點出現在冷卻系統100之周邊附近(例如冷卻元件120之尖端121附近及上腔室140與下腔室150之間的連接附近)。此等兩個區域之間的距離係C/2。因此，C/2=nλ/4，其中λ係用於流體之聲波波長且n係奇數(例如，n=1、3、5等等)。針對最低階模式，C=λ/2。由於腔室140之長度(例如C)接近於冷卻元件120之長度，所以在一些實施例中，L/2=nλ/4亦大致為真，其中λ係用於流體之聲波波長且n係奇數。因此，驅動冷卻元件120所依之頻率ν處於或接近用於冷卻元件120之結構共振頻率。頻率ν亦處於或接近用於至少上腔室140之聲波共振頻率。與冷卻元件120之結構共振頻率相比，上腔室140之聲波共振頻率一般不會隨諸如溫度及大小之參數劇烈變動。因此，在一些實施例中，冷卻元件120可依(或更接近)結構共振頻率而非聲波共振頻率驅動。
孔板130中具有孔132。儘管展示孔132之特定數目及分佈，但可使用另一數目及/或另一分佈。將單一孔板130用於單一冷卻系統100。在其他實施例中，多個冷卻系統100可共用孔板。例如，在所要組態中，將多個單元100可設置在一起。在此等實施例中，單元100可為相同大小及組態及/或(若干)不同大小及/或(若干)組態。孔132經展示為具有法向於發熱結構102之表面之軸線。在其他實施例中，一或多個孔132之軸線可處於另一角度。例如，軸線之角度可選擇實質上0度及非零銳角。孔132亦具有實質上平行於孔板130之表面之法線之側壁。在一些實施例中，孔可具有與孔板130之表面之法線成非零角度之側壁。例如，孔132可為截頭圓錐形狀。此外，儘管孔板130經展示為實質上平坦，但在一些實施例中，溝槽及/或其他結構可設置於孔板130中以修改下腔室150之組態及/或孔板130與發熱結構102之間的區域。
孔132之大小、分佈及位置經選擇以控制經驅動至發熱結構102之表面之流體之流速。孔132之位置及組態可經組態以增大/最大化自下腔室150穿過孔132至噴射通道(孔板130之底部與發熱結構102之頂部之間的區域)之流體流動。孔板132之位置及組態亦可經選擇以減小/最小化自噴射通道穿過孔132之吸流(例如回流)。例如，期望孔之位置足夠遠離尖端121使得將透過孔132將流體拉入下腔室150中之冷卻元件120之上行衝程(尖端121移動遠離孔板130)中之吸力減小。亦期望孔之位置足夠靠近尖端121使得冷卻元件120之上行衝程亦允許來自上腔室140之較高壓力將流體自上腔室140推入下腔室150中。在一些實施例中，自上腔室140至下腔室150中之流速與自噴射通道穿過孔132至上行衝程中之流速之比率(「淨流量比」)大於2:1。在一些實施例中，淨流量比係至少85:15。在一些實施例中，淨流量比係至少90:10。為提供所要壓力、流速、吸力及淨流量比，期望孔132與尖端121至少距離r1且不超過與冷卻元件120之尖端121之距離r2。在一些實施例中，r1係至少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132與冷卻元件120之尖端121係至少200微米(r1≥200 μm)。在一些此等實施例中，孔132與冷卻元件120之尖端121係至少300微米(例如r1≥300 μm)。在一些實施例中，孔132具有至少100微米且不超過500微米之寬度o。在一些實施例中，孔132具有至少200微米且不超過300微米之寬度。在一些實施例中，孔間距s係至少100微米且不超過1毫米。在一些此等實施例中，孔間距係至少400微米且不超過600微米。在一些實施例中，亦期望孔132佔據孔板130之面積之特定部分。例如，孔132可涵蓋孔板130之佔用面積之至少5%且不超過15%以達成通過孔132之流體之所要流速。在一些實施例中，孔132涵蓋孔板130之佔用面積之至少8%且不超過12%。
在一些實施例中，使用壓電片來致動冷卻元件120。因此，冷卻元件120可為壓電冷卻元件。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中之壓電片驅動。在一些實施例中，依包含(但不限於)在冷卻系統100中之另一結構上提供壓電片之另一方式驅動冷卻元件120。冷卻元件120及類似冷卻元件在下文指稱壓電冷卻元件，但除壓電片之外之其他機構可用於驅動冷卻元件。在一些實施例中，冷卻元件120包含基板上之壓電層。基板可為不鏽鋼、Ni合金及/或赫史特合金基板。在一些實施例中，壓電層包含形成為基板上之薄膜之多個子層。在其他實施例中，壓電層可為固定至基板之主體層。此一壓電冷卻元件120亦包含用於激活壓電片之電極。在一些實施例中，基板充當電極。在其他實施例中，底部電極可設置於基板與壓電層之間。包含(但不限於)晶種層、覆蓋層、鈍化層或其他層之其他層可包含於壓電冷卻元件中。因此，可使用壓電片來致動冷卻元件120。
在一些實施例中，冷卻系統100包含煙道(圖中未展示)或其他管道。此管道提供使加熱流體流動離開發熱結構102之路徑。在一些實施例中，管道使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，管道可在平行於發熱結構102之方向上或垂直於發熱結構102但在相反方向上(例如，朝向頁面之底部)導引流體離開發熱結構102。針對其中在冷卻系統100中使用裝置外之流體之裝置，管道可將加熱流體引導至通氣孔。在此等實施例中，額外流體可自入口排氣孔提供。在實施例中，其中裝置被圍封，管道可提供返回至通氣孔112附近之區域且遠離發熱結構102之迂迴路徑。此一路徑允許流體在被重新用於冷卻發熱結構102之前散熱。在其他實施例中，可省略或依另一方式組態管道。因此，允許流體自發熱結構102帶走熱量。
在圖1A至圖1E之背景中描述冷卻系統100之操作。儘管在特定程序之背景中描述，但間隙大小、流動時間及冷卻系統100之操作不取決於本文中之解釋。圖1B至圖1C描繪冷卻系統100之同相操作。參考圖1B，已致動冷卻元件120使得其尖端121移動遠離頂板110。圖1B可因此被視為描繪冷卻元件120之下行衝程之結束。由於冷卻元件120之振動運動，下腔室150之間隙152已減小大小且經展示為間隙152B。相反地，上腔室140之間隙142已增大大小且經展示為間隙142B。在下行衝程期間，當冷卻元件120處於中立位置時，在周邊產生較低(例如最小)壓力。隨著向下衝程繼續，下腔室150大小減小且上腔室140大小增大，如圖1B中所展示。因此，在處於或接近垂直於孔板130之表面及/或發熱結構102之頂面之方向上驅動流體離開孔132。依高速(例如超過35米/秒)將流體自孔132驅動朝向發熱結構102。在一些實施例中，流體接著沿發熱結構102之表面且朝向發熱結構102之周邊行進，其中壓力低於孔132附近之壓力。同樣在下行衝程中，上腔室140大小增大且上腔室140中存在較低壓力。因此，將流體透過通氣孔112汲取至上腔室140中。流體進入通氣孔112、穿過孔132且沿發熱結構102之表面之運動由圖1B中之未標記箭頭展示。
亦致動冷卻元件120使得尖端121移動遠離發熱結構102且朝向頂頂板110。圖1C可因此被視為描繪冷卻元件120之上行衝程之結束。由於冷卻元件120之運動，間隙142已減小大小且經展示為間隙142C。間隙152已減小大小且經展示為間隙152C。在上行衝程期間，當冷卻元件120處於中立位置時，周邊處產生較高(例如最大)壓力。隨著上行衝程繼續，下腔室150大小增大且上腔室140大小減小，如圖1C中所展示。因此，將流體自上腔室140 (例如腔室140/150之周邊)驅動至下腔室150。因此，當冷卻元件120之尖端121向上移動時，上腔室140充當用於使流體加速且朝向下腔室150驅動之噴嘴。流體進入下腔室150之運動由圖1C中之未標記箭頭展示。冷卻元件120及孔132之位置及組態經選擇以減小吸力，且因此減小上行衝程期間自噴射通道(發熱結構102與孔板130之間)至孔132中之流體之回流。因此，冷卻系統100能夠在無過量加熱流體自噴射通道回流至下腔室140之情況下將流體自上腔室140驅動至下腔室150。再者，冷卻系統100可操作使得流體在冷卻元件120不接觸頂板110或孔板130之情況下透過通氣孔112汲取且透過孔132排出。因此，高效打開及關閉通氣孔112及孔132之腔室140及150內產生壓力使得流體被驅動穿過冷卻系統100，如本文中所描述。
重複圖1B及圖1C中所展示之位置之間的運動。因此，冷卻元件120經歷圖1A至圖1C中所指示之振動運動，透過通氣孔112將流體自頂板110之遠端側汲取至上腔室140中；將流體自上腔室140傳送至下腔室150；及推動流體穿過孔132且朝向發熱結構102。如上文所討論，冷卻元件120經驅動以依或接近冷卻元件120之結構共振頻率驅動。此外，冷卻元件120之結構共振頻率經組態以與腔室140/150之聲波共振對準。結構及聲波共振頻率一般選擇為超音波範圍內。例如，冷卻元件120之振動運動可依自15 kHz至30 kHz之頻率。在一些實施例中，冷卻元件120依指示20 kHz且不超過30 kHz之頻率振動。冷卻元件120之結構共振頻率在冷卻系統100之聲波共振頻率之10%內。在一些實施例中，冷卻元件120之結構共振頻率在冷卻系統100之聲波共振頻率之5%內。在一些實施例中，冷卻元件120之結構共振頻率在冷卻系統100之聲波共振頻率之3%內。因此，可增強效率及流速。然而，可使用其他頻率。
朝向發熱結構102驅動之流體可實質上法向(垂直)於發熱結構102之頂面移動。在一些實施例中，流體運動可具有相對於發熱結構102之頂面之法線之非零銳角。在任一情況中，流體可在發熱結構102主之流體邊界層中變薄及/或形成孔隙。因此，可改良自發熱結構102之熱傳遞。流體自發熱結構102偏轉，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之頂部之方向移動。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之邊緣處離開孔板130與發熱結構102之間的區域。冷卻系統100之邊緣處之煙道或其他管道(圖中未展示)允許自發熱結構102帶走流體。在其他實施例中，加熱流體可依另一方式進一步自發熱結構傳送。流體可交換自發熱結構102傳遞至另一結構或周圍環境之熱。因此，頂板110之遠端側處之流體可保持相對較冷，以允許額外提取熱。在一些實施例中，流體經循環，在冷卻之後返回至頂板110之遠端側。在其他實施例中，加熱流體被帶走且由冷卻元件120之遠端側處之新流體替代。因此，可冷卻發熱結構102。
圖1D至圖1E描繪其中驅動冷卻元件異相之包含中心錨定之冷卻元件120之主動冷卻系統100之實施例。更具體而言，錨160之對置側上(及因此由錨160支撐之冷卻元件120之中心區域之對置側上)之冷卻元件120之區段經驅動以異相振動。在一些實施例中，錨160之對置側上之冷卻元件120之區段依180度或接近180度異相驅動。因此，冷卻元件120之一個區段朝向頂板110振動，而冷卻元件120之另一區段朝向孔板130/發熱結構102振動。冷卻元件120之區段朝向頂板110之移動(上行衝程)將上腔室140中之流體驅動至錨160之側上之下腔室150。冷卻元件120之區段朝向孔板130之移動驅動流體穿過孔132且朝向發熱結構102。因此，依高速(例如，相對於同相操作所描述之速度)行進之流體經替代地驅動離開錨160之對置側上之孔132。流體之移動由圖1D及圖1E中之未標示箭頭展示。
重複圖1D及圖1E中所展示之位置之間的運動。因此，冷卻元件120經歷圖1A、圖1D及圖1E中所指示之振動運動，替代地透過通氣孔112自頂板110之遠端側汲取流體至上腔室140中用於冷卻元件120之各側；將流體自上腔室140之各側傳送至下腔室150之對應側；及推動流體穿過錨160之各側上之孔132且朝向發熱結構102。如上文所討論，冷卻元件120經驅動以依或接近冷卻元件120之結構共振頻率振動。此外，冷卻元件120之結構共振頻率經組態以與腔室140/150之聲波共振對準。結構及聲波共振頻率一般經選擇為超音波範圍內。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之結構共振頻率在冷卻系統100之聲波共振頻率之10%內。在一些實施例中，冷卻元件120之結構共振頻率在冷卻系統100之聲波共振頻率之5%內。在一些實施例中，冷卻元件120之結構共振頻率在冷卻系統100之聲波共振頻率之3%內。因此，可增強效率及流速。然而，可使用其他頻率。
朝向發熱結構102驅動用於異相振動之流體可依類似於上文針對同相操作所描述之方式實質上法向(垂直)於發熱結構102之頂面移動。類似地，冷卻系統100之邊緣處之煙道或其他管道(圖中未展示)允許流體自發熱結構102帶走。在其他實施例中，加熱流體可依另一方式自發熱結構102進一步傳送。流體可交換自發熱結構102傳遞至另一結構或周圍環境之熱。因此，頂板110之遠端側處之流體可保持相對較冷，以允許額外提取熱。在一些實施例中，流體經循環以在冷卻之後返回至頂板110之遠端側。在其他實施例中，加熱流體被帶走且由冷卻元件120之遠端側處之新流體替代。因此，可冷卻發熱結構102。
儘管在圖1A至圖1E中之均勻冷卻元件之背景中展示，但冷卻系統100可利用具有不同形狀之冷卻元件。圖1F描繪具有定製幾何形狀且可用於諸如冷卻系統100之冷卻系統中之工程設計之冷卻元件120'之實施例。冷卻元件120'包含錨定區域122及懸臂123。錨定區域122由錨160支撐(例如固持於適當位置中)於冷卻系統100中。懸臂123回應於冷卻元件120'被致動而經歷振動運動。各懸臂123包含步階區域124、延伸區域126及外部區域128。在圖1F中所展示之實施例中，錨定區域122經中心定位。步階區域124自錨定區域122向外延伸。延伸區域126自步階區域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，錨定區域122可位於致動器之一個邊緣處且外部區域128位於對置邊緣處。在此等實施例中，致動器經邊緣錨定。
延伸區域126具有小於步階區域124之厚度(步階厚度)且小於外部區域128之厚度(外部厚度)之厚度(延伸厚度)。因此，延伸區域126可被視為凹入的。延伸區域126亦可被視為提供較大下腔室150。在一些實施例中，外部區域128之外部厚度相同於步階區域124之步階厚度。在一些實施例中，外部區域128之外部厚度不同於步階區域124之步階厚度。在一些實施例中，外部區域128及步階區域124各具有至少320微米且不超過360微米之厚度。在一些實施例中，外部厚度比延伸厚度厚至少50微米且不超過200微米。換言之，步階(步階厚度與延伸厚度之差)係至少50微米且不超過200微米。在一些實施例中，外步階(外部厚度與延伸厚度之差)係至少50微米且不超過200微米。外部區域128可具有至少100微米且不超過300微米之寬度o。在一些實施例中，延伸區域具有至少0.5毫米且不超過1.5毫米之自步階區域向外延伸之長度e。在一些實施例中，外部區域128在自錨定區域122之方向上具有比延伸區域126高之單位長度質量。此質量差可歸因於外部區域128之較大大小、冷卻元件120之部分之間的密度差及/或另一機制。
工程設計之冷卻元件120'之使用可進一步提高冷卻系統100之效率。延伸區域126比步階區域124及外部區域128薄。此導致對應於延伸區域126之冷卻元件120'之底部中之空腔。此空腔之存在幫助提高冷卻系統100之效率。各懸臂123在上行衝程中朝向頂板110振動且在下行衝程中遠離頂板110振動。當懸臂123朝向頂板110移動時，上腔室140中之較高壓力流體阻擋懸臂123之運動。此外，下腔室150中之吸力亦在上行衝程期間阻擋懸臂123之向上運動。在懸臂123之下行衝程中，下腔室150中之增壓及上腔室140中之吸力阻擋懸臂123之向下運動。然而，對應於延伸區域126之懸臂123中之口腔之存在再上行衝程期間減輕下腔室150中之吸力。空腔亦減小下行衝程期間之下腔室150中之增壓。由於吸力及壓力增加的大小減小，所以懸臂123可更容易移動通過流體。此可在實質上維持上腔室140中之較高壓力同時達成，其驅動流體流動通過冷卻系統100。再者，外部區域128之存在可提高懸臂123移動通過經驅動穿過冷卻系統100之流體之能力。外部區域128具有較高單位長度質量且因此具有較高動量。因此，外部區域128可提高懸臂123移動通過經驅動穿過冷卻系統100之能力。亦可增大懸臂123之偏轉大小。此等益處可在透過使用較厚步階區域124維持懸臂123之剛度同時達成。此外，外部區域128之較大厚度可幫助在下行衝程之底部夾斷流動。因此，可提高冷卻元件120'提供防止透過孔132之回流之閥之能力。因此，可提高採用冷卻元件120'之冷卻系統100之效能。
使用經致動用於冷卻元件120及/或120'之同相振動或異相振動之冷卻系統100，透過通氣孔112汲取且透過孔132驅動之流體可高效耗散來自發熱結構102之熱量。由於流體用足夠速度(例如，至少30米/秒)撞擊於發熱結構上且在一些實施例中實質上垂直於發熱結構，所以可減薄及/或部分移除發熱結構處之流體之邊界層。因此，提高發熱結構102與移動流體之間的熱傳遞。由於發熱結構更高效地冷卻，所以對應積體電路可依較高速度及/或功率運行更長時間。例如，若發熱結構對應於高速處理器，則此一處理器可在調節之前運行更長時間。因此，可提高利用冷卻系統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可適合於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、虛擬實境耳機、平板電腦、二合一電腦、穿戴裝置及手持遊戲機)中。可因此提高此等裝置之效能。由於冷卻元件120/120'可依15 kHz或更高之頻率振動，但使用者可能無法聽到與冷卻元件之致動相關聯之任何噪音。若依或接近結構及/或聲波共振頻率驅動，可顯著減小用於操作冷卻系統之功率。冷卻元件120/120'在振動期間不會實體接觸頂板110或孔板130。因此，可更容易維持冷卻元件120/120'之共振。更具體而言，冷卻元件120/120'與其他結構之間的實體接觸干擾冷卻元件120/120'之共振條件。干擾此等條件可驅動冷卻元件120/120'無法共振。因此，需要額外功率用於維持冷卻元件120/120'之致動。此外，由冷卻元件120/120'驅動之流體流動可減小。透過使用如上文所討論之壓力差動及流體流動來避免此等問題。可使用有限額外功率來達成改良之安靜冷卻之益處。此外，冷卻元件120/120'之異相振動允許冷卻元件120/120'之質心之位置保持更穩定。儘管將扭力施加於冷卻元件120/120'上，但力歸因於質心之運動而減小或消除。因此，可減小歸因於冷卻元件120/120'之運動之振動。再者，可透過將異相振動運動用於冷卻元件120/120'之兩側來提高冷卻系統100之效率。因此，可提高併入冷卻系統100之裝置之效能。此外，冷卻系統100可用於其中期望高流體流量及/或速度之其他應用(例如，具有或不具發熱結構102)中。
圖2A至圖2B描繪類似於諸如冷卻系統100之主動冷卻系統之冷卻系統200A及200B之實施例之平面圖。圖2A及圖2B未按比例繪製。為了簡單起見，僅分別展示冷卻元件220A及220B及錨260A及260B之部分。冷卻元件220A及220B類似於冷卻元件120/120'。因此，用於冷卻元件220A及220B之大小及/或材料可類似於用於冷卻元件120/120'之大小及/或材料。錨(支撐結構) 260A及260B類似於錨160且由虛線指示。
針對冷卻元件220A及220B，錨260A及260B中心定位且分別沿冷卻元件220A及220B之中心軸線延伸。因此，經致動以振動之懸臂部分位於錨260A及260B之右側及左側。在一些實施例中，(若干)冷卻元件220A及/或220B係連續結構，其兩個部分被致動(例如，錨260A及260B外部之懸臂部分)。在一些實施例中，(若干)冷卻元件220A及/或220B包含單獨懸臂部分，其等之各者分別附接至錨260A及260B且被致動。冷卻元件220A及220B之懸臂部分可因此經組態以依類似於蝴蝶之翅膀(同相)或翹翹板(異相)之方式振動。在圖2A及圖2B中，L係冷卻元件之長度，類似於圖1A至圖1E中所描繪之長度。亦在圖2A及圖2B中，指示冷卻元件220A及220B之深度P。
亦由圖2A至圖2B中之點線展示係壓電片223。壓電片223用於致動冷卻元件220A及220B。在一些實施例中，壓電片223可位於另一區域中及/或具有不同組態。儘管在壓電片之背景中描述，但可利用用於致動冷卻元件220A及220B之另一機構。此等其他機構可位於壓電片223之位置或可位於別處。在冷卻元件220A中，壓電片223可固定至懸臂部分或可整合至冷卻元件220A中。此，儘管將壓電片223展示為具有圖2A及圖2B中之特定形狀及大小，但可使用其他組態。
在圖2A中所展示之實施例中，錨260A延伸冷卻元件220A之整個深度。因此，釘紮冷卻元件220A之周界之部分。冷卻元件220A之周界之未釘紮部分係經歷振動運動之懸臂區段之部分。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，未釘紮冷卻元件之整個周界。然而，此一冷卻元件仍具有經組態以依本文中所描述之方式振動之懸臂區段。例如，在圖2B中，錨260B不會延伸至冷卻元件220B之周界。因此，未釘紮冷卻元件220B之周界。然而，錨260B仍沿冷卻元件220B之中心軸線延伸。仍致動冷卻元件220B使得懸臂部分振動(例如，類似於蝴蝶之翅膀)。
儘管將冷卻元件220A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220A之隅角可經圓化。圖2B之冷卻元件220B具有圓化懸臂區段。其他形狀係可行的。在圖2B中所展示之實施例中，錨260B係中空的且包含孔隙263。在一些實施例中，冷卻元件220B具有位於錨260B之區域中之(若干)孔隙。在一些實施例中，冷卻元件220B包含多個部分使得(若干)孔隙存在於錨260B之區域中。因此，流體可透過冷卻元件220B且透過錨260B汲取。因此，可使用冷卻元件220B代替頂板(諸如頂板110)。在此等實施例中，冷卻元件220B中之孔隙及孔隙263可依類似於通氣孔112之方式作用。此外，儘管將冷卻元件220A及/或220B描繪為支撐於中心區域中，但在一些實施例中，可省略冷卻元件220A及/或220B之一個懸臂區段。在此等實施例中，冷卻元件220A及/或220B可被視為支撐於或錨定於一個邊緣處或一個邊緣附近，而至少對置邊緣之至少部分自由經歷振動運動。在一些此等實施例中，冷卻元件220A及/或220B可包含經歷振動運動之單一懸臂區段。
圖3A至圖3B描繪類似於諸如冷卻系統100之主動冷卻系統之冷卻系統300A及300B之實施例之平面圖。圖3A及圖3B未按比例繪製。為了簡單起見，僅分別展示冷卻元件320A及320B及錨360A及360B。冷卻元件320A及320B類似於冷卻元件120/120'。因此，用於冷卻元件320A及/或320B之大小及/或材料可類似於用於冷卻元件120/120'之大小及/或材料。錨360A及360B類似於錨160且由虛線指示。
針對冷卻元件320A及320B，錨360A及360B分別限於冷卻元件320A及320B之中心區域。因此，環繞錨360A及360B之區域經歷振動運動。冷卻元件320A及320B可因此經組態以依類似於水母或類似於雨傘之打開/關閉之方式振動。在一些實施例中，冷卻元件320A及320B之整個周界同相振動(例如，全部一起向上或向下移動)。在其他實施例中，冷卻元件320A及320B之周界之部分異相振動。在圖3A及圖3B中，L係冷卻元件之長度(例如直徑)，類似於圖1A至圖1E中所描繪之長度。儘管將冷卻元件320A及320B描繪為圓形，但冷卻元件可具有另一形狀。此外，壓電片(圖3A至圖3B中未展示)及/或其他機構可用於驅動冷卻元件320A及320B之振動運動。
在圖3B中所展示之實施例中，錨360B係中空的且具有孔隙363。在一些實施例中，冷卻元件320B具有位於錨360B之區域中之(若干)孔隙。在一些實施例中，冷卻元件320B包含多個部分使得(若干)孔隙存在於錨360B之區域中。因此，流體可透過冷卻元件320B且透過錨360B汲取。流體可透過孔隙363離開。因此，可使用冷卻元件320B代替頂板(諸如頂板110)。在此等實施例中，冷卻元件320B中之孔隙及孔隙363可依類似於通氣孔112之方式作用。
諸如冷卻系統100之冷卻系統可利用(若干)冷卻元件220A、220B、320A、320B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(若干)冷卻元件220A、220B、320A、320B及/或類似冷卻元件之冷卻系統可依高速更高效驅動流體朝向發熱結構。因此，提高發熱結構與移動流體之間的熱傳遞。由於發熱結構更高效地冷卻，所以對應裝置可展現改良操作，諸如依更高速度及/或功率運行更長時間。採用(若干)冷卻元件220A、220B、320A、320B及/或類似冷卻元件之冷卻系統可適合於用於其中有限空間可用之較小及/或行動裝置。可因此提高此等裝置之效能。由於(若干)冷卻元件220A、220B、320A、320B及/或類似冷卻元件可依15 kHz或更高之頻率振動，所以使用者可能無法聽到與冷卻元件之致動相關聯之任何噪音。若依或接近(若干)冷卻元件220A、220B、320A、320B及/或類似冷卻元件之聲波及/或結構共振頻率驅動，則可顯著減小用於操作冷卻系統之功率。(若干)冷卻元件220A、220B、320A、320B及/或類似冷卻元件在使用期間可不實體接觸板，以允許更容易維持共振。可使用有限額外功率來達成改良之安靜冷卻之益處。因此，可提高併入(若干)冷卻元件220A、220B、320A、320B及/或類似冷卻元件之裝置之效能。
圖4A至圖4B描繪包含頂部中心錨定之冷卻元件之主動冷卻系統400之實施例。圖4A描繪處於中立位置之冷卻系統400之側視圖。圖4B描繪冷卻系統400之俯視圖。圖4A至4B未按比例繪製。為了簡單起見，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，類似組件具有類似符號。例如，冷卻系統400結合發熱結構402 (其類似於發熱結構102)使用。
冷卻系統400包含具有通氣孔412之頂板410、冷卻元件420、包含孔432之孔板430、具有間隙之上腔室440、具有間隙之下腔室450、流動腔室440/450及錨(即，支撐結構) 460，其等分別類似於具有通氣孔112之頂板110、冷卻元件220、包含孔132之孔板130、具有間隙142之上腔室140、具有間隙152之下腔室150、流動腔室140/150及錨(即，支撐結構) 160。因此，冷卻元件420由錨460中心支撐使得冷卻元件420之周界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260A及/或260B之方式)。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460C及/或460D)。儘管未在圖4A及圖4B中明確標記，但冷卻元件420包含錨定區域及包含步階區域、延伸區域及外部區域之懸臂，其等類似於冷卻元件120'之錨定區域122、懸臂123、步階區域124、延伸區域126及外部區域128。在一些實施例中，同相驅動冷卻元件420之懸臂。在一些實施例中，異相驅動冷卻元件420之懸臂。在一些實施例中，可使用簡單冷卻元件，諸如冷卻元件120。
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包含通氣孔413。錨460之側上之通氣孔412提供使流體流入腔室440之側中之路徑。
如上文相對於冷卻系統100所討論，冷卻元件420可經驅動以依或接近冷卻元件420之結構共振頻率振動。此外，冷卻元件420之結構共振頻率可經組態以與腔室440/450之聲波共振對準。結構及聲波共振頻率一般經選擇為超音波範圍內。例如，冷卻元件420之振動運動可依相對於冷卻系統100所描述之頻率。因此，可增強效率及流速。然而，可使用其他頻率。
冷卻系統400依類似於冷卻系統100之方式操作。冷卻系統400因此共用冷卻系統100之益處。因此，可提高採用冷卻系統400之裝置之效能。另外，自錨460懸掛冷卻元件420可進一步增強效能。特定而言，可減少可影響其他冷卻單元(圖中未展示)之冷卻系統400之振動。例如，頂板410中可歸因於冷卻元件420之運動而誘發較少振動。因此，可減少冷卻系統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。因此，可進一步增強效能。
圖5A至圖5E描繪包含組態為方塊或陣列之多個冷卻單元之主動冷卻系統500之實施例。圖5A描繪俯視圖，而圖5B至圖5E描繪側視圖。圖5A至圖5E未按比例繪製。冷卻系統500包含4個冷卻單元501A、501B、501C及501D (統稱為或一般稱為501)，其等類似於本文中所描述之冷卻系統之一或多者。更明確而言，冷卻單元501類似於冷卻系統100及/或400。儘管展示呈2x2組態之4個冷卻單元501，但在一些實施例中，可採用另一數目個及/或另一組態之冷卻單元501。在所展示之實施例中，冷卻單元501包含具有孔隙512之共用頂板510、冷卻元件520、包含孔532之共用孔板530、上腔室540、下腔室550及錨(支撐結構) 560，其等類似於具有孔隙112之頂板110、冷卻元件120、具有孔132之孔板130、上腔室140、下腔室150及錨160。在一些實施例中，可將冷卻單元501製造在一起且(例如)藉由切穿頂板510、冷卻單元501之間的側壁及孔板530來分離。因此，儘管在共用頂板510及共用孔板530之背景中描述，但可在製造之後分離冷卻單元501。在一些實施例中，突片(圖中未展示)及/或諸如錨560之其他結構可連接冷卻單元501。此外，方塊500可固定至可為包含方塊500之整合系統之部分或可與方塊500分離之發熱結構(例如散熱器、積體電路或其他結構)。另外，亦可包含用於導引冷卻單元501外之流體流動、機械穩定性或保護之罩體或其他機構。圖5A至圖5E中亦未展示與冷卻單元501之電連接。異相驅動(即，依類似於翹翹板之方式)冷卻元件520。此外，如圖5B至圖5C及圖5D至圖5E中可見，一個單元中之冷卻元件520與(若干)相鄰單元中之(若干)冷卻元件520異相驅動。在圖5B至圖5C中，異相驅動列中之冷卻元件520。因此，單元501A中之冷卻元件520與單元501B中之冷卻元件520異相。類似地，單元501C中之冷卻元件520與單元501D中之冷卻元件520異相。在圖5D至圖5E中，異相驅動行中之冷卻元件520。因此，單元501A中之冷卻元件520與單元501C中之冷卻元件520異相。類似地，單元501B中之冷卻元件520與單元501D中之冷卻元件520異相。藉由驅動冷卻元件520異相，可減少冷卻系統500中之振動。
冷卻系統500之冷卻單元501依類似於(若干)冷卻系統100、400及/或類似冷卻系統之方式作用。因此，本文中所描述之益處可由冷卻系統500共用。由於將附近單元中之冷卻元件異相驅動，所以可減少冷卻系統500中之振動。由於使用多個冷卻單元501，所以冷卻系統500可採用增強冷卻能力。此外，多個個別冷卻單元501及/或冷卻系統500可依各種方式組合以獲得冷卻單元之所要佔用面積。
圖6係描繪用於使用薄片級製造來形成(若干)冷卻系統之方法600之實施例的流程圖。為了簡單起見，未展示所有步驟。此外，步驟可依另一順序執行，包含子步驟及/或被組合。方法600主要在製造多個冷卻系統之背景中描述。然而，可執行單一冷卻系統。
在602中，提供用於冷卻系統中之各種結構之(若干)薄片。各薄片包含用於各冷卻單元中之層級之至少一結構。各薄片一般亦包含用於多個冷卻單元之(若干)結構。冷卻單元之特定層級包含具有第一側及第二側之冷卻元件。一旦製造(若干)冷卻單元，冷卻元件即經組態以經歷振動運動以將流體自第一側驅動至第二側。例如，主動元件薄片可形成為602之部分。主動元件薄片包含冷卻元件且駐留於冷卻單元之特定層級處。因此，在602中，用於冷卻元件(諸如冷卻元件120、420及/或520)之基板及(若干)壓電層可經提供用於各單元作為形成主動元件薄片之部分。類似地，可提供包含用於各單元之孔板之孔板薄片及/或用於各單元之頂板之頂板薄片作為602之部分。因此，可形成孔板130、430及/或530以及頂板110、410及/或510。在602中，亦在薄片中及/或薄片上提供結構。因此，可將空腔、溝槽、通孔、錐體及/或其他構件蝕刻至各種薄片中。例如，可形成用於孔板薄片之各孔板之孔。通氣孔可形成於頂板薄片之各頂板中。單一冷卻元件及/或工程設計之冷卻元件之步階區域、延伸區域及外部區域可形成用於主動元件薄片中之各冷卻元件。在一些實施例中，自主動元件薄片形成錨作為602之部分。例如，可蝕刻用於薄片之基板以形成錨以及冷卻元件。替代地，可與不同薄片單獨地形成錨。亦可在薄片上製造壓電層、絕緣層、導電層及/或其他組件作為602之部分。在一些實施例中，可在薄片固定至一或多個其他薄片之後在對應薄片上提供此等結構之部分或全部。因此，可在602中形成冷卻元件、錨、孔板、頂板、孔、通氣孔、室壁及/或結構之其他構件。在一些實施例中，在602中單獨形成用於個別單元之結構。在一些實施例中，在602中形成用於多個單元之結構。例如，可在602中提供包含用於多個單元之多組孔之單一大孔板。在602中製造之薄片係獨立的且在一些實施例中實體分離。因此，在602中製造之各薄片可與其他薄片分離。
在604中，對準薄片。在606中，附接薄片以形成冷卻單元。在一些實施例中，606疊層層以形成包含多個冷卻單元之大薄片。可替代地執行程序604及606。例如，可在604中將主動元件薄片與空板薄片對準且在606中附接兩個薄片。在一些實施例中，在孔板薄片及/或頂板薄片上製造個別單元之室壁之部分。在一些實施例中，在604中對準形成室壁之架體及/或額外構件且在606中將其安裝於孔板薄片及/或主動元件薄片上。在604及606中，對準頂板薄片且將其安裝至冷卻元件或架體薄片。因此，對準且組裝用於冷卻單元之層。薄片之其他組態及順序係可行的。
在一些實施例中，在606中使用環氧樹脂、焊接及/或另一類型之黏著劑及/或程序來固定層。在一些實施例中，可施配及固化液體環氧樹脂。在一些實施例中，將晶粒用於對準及附接冷卻系統之層。在一些實施例中，在606中利用各種黏著劑來固定冷卻單元之組件。黏著劑可包含用於提供所要性質之填充劑。例如，黏著劑可包含導電填充劑，增大楊氏模量之填充劑、用於控制所形成之冷卻單元之高度之填充劑及/或用於其他目的之填充劑。在一些實施例中，可將焊接件用於固定部分或全部結構。例如，可利用線、點及/或組合焊接件圖案以及填角、填料、穿通及/或其他焊接件。因此，可在606中形成包含多個疊層冷卻單元之疊層。
在608中，視情況將冷卻單元分離成區段。各區段包含至少一冷卻單元。例如，若在606中形成包含多個冷卻單元之大薄片，則可在608中自薄片切割個別單元(例如冷卻系統100)或方塊(例如方塊500)。因此，可在608中形成2x2單元陣列。在一些實施例中，可在608中分離(若干)其他大小之單元陣列。可執行608，例如，可將單一單元、4x4陣列及/或單元之其他組態與薄片分離。可將方塊內之單元彼此分離用於改良振動隔離。例如，可僅由突片連接孔及/或頂板。在一些實施例中，608包含雷射切割方塊及/或單元。在一些實施例中，608可包含進行額外切割用於其他目的，諸如振動隔離。
使用方法600，可形成諸如100、400、500及/或501之冷卻系統、方塊及/或冷卻單元。因此，可實現此等冷卻系統、方塊及/或冷卻單元之益處。此外，簡化製造且可容易按比例生產大量方塊及/或冷卻單元。
例如，圖7A至圖7G描繪使用方法600製造期間之疊層冷卻系統710之實施例。為了簡單起見，僅展示一些組件且未標記所討論之所有結構。在其他實施例中，可使用其他組件及/或其他配置。圖7A至圖7G一般未按比例繪製。儘管展示特定數目個冷卻單元，但薄片及/或疊層可包含另一數目個冷卻單元。圖7A、圖7B至圖7C及圖7D描繪薄片710、721及730。在一些實施例中，(若干)薄片710、721及730可包含或可為在處理之前至少50微米厚且不超過1毫米厚之薄片。例如，薄片(諸如薄片721)可包含鋼、Al (例如Al合金)及/或Ti (例如Ti合金，諸如Ti6Al-4V)之一或多者或由其一或多者組成。圖7A之薄片710係頂板薄片。因此，在頂板薄片710中形成通氣孔712作為602之部分。例如，可將通氣孔712形成至薄片710中。圖7D描繪在602中形成之孔板薄片730。因此，已將孔732蝕刻至孔薄片730中。形成兩組孔732用於將提供之各冷卻單元。在一些實施例中，可在薄片710及/或720中或薄片710及/或720上形成其他結構。
圖7B及圖8C描繪602中形成之主動元件薄片721之橫截面圖及俯視圖。因此，已形成冷卻元件720及錨760作為602之部分。亦已形成孔隙725。因此，冷卻元件720及錨760係整合結構之部分。因此，主動元件薄片721可經選擇性蝕刻以形成錨760、及冷卻元件720以及將冷卻元件720與冷卻單元壁分離之孔隙725。在圖7B至圖7C中，僅明確描繪自薄片721形成之冷卻元件720之部分。例如，圖7B至圖7C中未展示用於驅動冷卻元件720之壓電片及/或其他結構。如圖7C中可見，可自相同薄片721形成較大數目個冷卻元件720。在圖7C中所展示之實施例中，冷卻元件720以群組724形成以更容易形成方塊，諸如方塊500。因此，冷卻元件720以4個為群組形成群組724用於4單元方塊(諸如方塊500)中。頂板薄片710及孔板薄片730亦可具有以類似於群組724之群組形成之結構。在所展示之實施例中，已蝕刻穿過孔隙725且因此在圖7C中展示為黑色。群組724之輪廓及群組724中之不同單元之冷卻元件720之間的劃分可經部分蝕刻穿過或依其他方式界定以促進在稍後製造中之群組724及單獨單元之分離。
圖7C亦描繪突片726。突片726機械地連接群組724或方塊內之單元。在所展示之一些實施例中，突片726位於群組724之佔用面積外。在其他實施例中，突片可位於群組724之佔用面積內。例如，突片可直接位於群組724內之冷卻元件720之間。儘管僅針對主動元件薄片721展示，但突片726可為包含(但不限於)頂板薄片710及孔板薄片730之多個薄片之部分。此外，可稍後在製造中移除部分或全部突片726。在一些實施例中，突片726保留於最終裝置中且可提供額外機械穩定性。
圖7E描繪606中之薄片710、721及730之對準及608中之附接之後之疊層700。亦在圖7E中展示係用於將頂板薄片710與主動元件薄片721間隔之架體780。儘管未展示，但亦提供用於致動冷卻元件720之壓電層、電子器件及/或其他組件。在一些實施例中，此等組件在主動元件薄片721對準且固定至孔板薄片730及/或頂板薄片710之前形成為602之部分。在一些實施例中，此等組件在主動元件薄片721對準且固定至孔板薄片之之後但頂板薄片710添加之前形成為602之部分。亦展示係用於固定薄片710、721、730及780之環氧樹脂或(若干)其他黏著劑(包含焊接件)770。主動元件薄片721、孔板薄片730及(在一些實施例中)用於固定薄片721及730之環氧樹脂770之熱膨脹係數(CTE)可緊密匹配。例如，CTE在一些實施例中可匹配至10%以內，可在一些此等實施例中可匹配至5%以內。類似CTE可提高對製造中之冷卻單元之幾何控制且減少主動元件薄片721與孔板薄片730之結構之間的應力。虛線指示其中可分離冷卻單元之區域。例如，可在虛線處或附近進行切割，諸如雷射切割。在一些實施例中，已存在界定個別單元之至少一些孔。例如，預存孔隙界定圖7C中所展示之群組724。因此，疊層700包含形成冷卻單元之已製造、對準及附接之多個薄片。
圖7F描繪疊層700'之另一實施例。疊層700'包含：頂板薄片710，其包含通氣孔712；架體780；主動元件薄片721，其具有冷卻元件720；孔板薄片730，其中具有孔732；及環氧樹脂或(若干)其他黏著劑770。虛線指示其中可分離個別單元之區域，例如經由雷射或其他切割。亦展示係錨薄片760'，錨薄片760'由其形成。因此，錨薄片760'經由環氧樹脂或(若干)其他黏著劑770固定至孔板薄片730。錨薄片760'經由環氧樹脂770'或(若干)其他黏著劑固定至主動元件薄片721。疊層700'因此包含多個冷卻單元，其中錨薄片760'單獨製造於薄片中且接合至主動元件薄片721。
圖7G描繪疊層700''之另一實施例。疊層700''包含：頂板薄片710，其包含通氣孔712；架體780；主動元件薄片721，其具有冷卻元件720；孔板薄片730，其中具有孔732；及環氧樹脂或(若干)其他黏著劑770。虛線指示其中可分離個別單元之區域，例如經由雷射或其他切割。代替錨薄片或整合錨，環氧樹脂及/或(若干)其他黏著劑形成錨760/770''。疊層700'因此包含多個冷卻單元，其中在接合薄片721及730期間單獨形成錨760'。在另一實施例中，錨可由孔板薄片730形成。例如，孔板薄片730可經蝕刻不僅以形成孔隙732而且移除期望形成錨之區域周圍之材料。在一些實施例中，可依另一方式在孔板薄片730上製造錨結構。
因此，可形成疊層之冷卻單元及/或冷卻方塊。因此，可實現此等冷卻系統、方塊及/或冷卻單元之益處。此外，製造簡化可容易地按比例生產大量方塊及/或冷卻單元。
圖8A至圖8C係描繪指示使用薄片級製造之製造之冷卻系統800A、800B及800C之實施例的圖式。因此，冷卻系統800A、800B及800C係疊層冷卻系統。為簡單起見，僅展示一些組件，且未標記所討論之所有結構。在其他實施例中，可使用其他組件及/或其他配置。圖8A至圖8C未按比例繪製。冷卻系統800A、800B及800C亦可為方塊(諸如方塊500)之部分。冷卻系統800A、800B及800C因此可被視為疊層冷卻單元。
圖8A描繪冷卻系統800A。冷卻系統800A包含具有孔隙812之頂板810、冷卻元件820、其中包含孔之孔板830、上腔室、下腔室及錨(支撐結構) 860，其等類似於具有孔隙112之頂板110、冷卻元件120、具有孔132之孔板130、上腔室140、下腔室150及錨160。期望與冷卻系統800A一起使用之發熱結構802之位置由虛線指示。
如圖8A中可見，已製造、附接可在一些實施例中分離多層結構以形成冷卻系統800A。因此，除上述結構之外，亦展示接合層880、882、884及886。此等接合層用於連接諸如孔板830、架體870及頂板810之結構。在一些實施例中，架體870名義上係100微米厚。然而，可使用其他厚度。亦展示係用於冷卻元件820之接合層824，其可在602中形成且可用於將壓電片826固定至基板822。在一些實施例中，基板822可為不銹鋼、Al合金(僅包含Al)及/或Ti合金(諸如Ti6Al-4V)。當壓電片826被驅動時，基板822可被視為彎曲。因此，在一些實施例中，基板822被視為用於冷卻元件820之致動器。在一些實施例中，所有冷卻元件820可被視為致動器。接合層824、880、882、884及/或886可使用環氧樹脂黏著劑形成。此等環氧樹脂黏著劑可具有高模量。在一些實施例中，環氧樹脂黏著劑可作為膜或薄片施加，由針、絲網印刷、噴墨、噴塗作為液體施配。亦可使用經熱固化或經由紫外線輻射固化之環氧樹脂。亦可使用其他黏著劑，諸如壓敏黏著劑、丙烯酸黏著劑及其類似者。
在一些實施例中，可填充黏著劑以定製效能。例如，填料可用於調整熱導率、電導率、厚度(例如接合高度)、模量及/或其他特性。例如，圖8B描繪類似於冷卻系統800之冷卻系統800B。冷卻系統800B包含類似於冷卻系統800中之組件之組件。此等組件具有類似符號。此外，展示分別類似於接合882及824之填充接合882B及824B。填充接合882B包含用於控制冷卻系統800B之高度之填料。填充接合824B包含導電填料。因此，壓電片826可電耦合至填充接合824。另外，填充接合824可電耦合至基板822。
在一些實施例中，可焊接一或多個結構。例如，系統800C描繪其中焊接件用於將錨固定至孔板、將錨固定至冷卻元件且將室壁附接至孔板之冷卻單元。亦在圖8C中指示係其中形成焊接圖案之區域890及892。在所展示之實施例中，較高密度之焊接件890用於錨860。較低密度之焊接件892可用於冷卻單元800A及/或800B之邊緣(壁)。可期望焊接，因為焊接產生高機械強度接合。如圖8C中所指示，不同焊接圖案可用於減輕熱及基板變形。
可使用方法600來實行圖8A至圖8C中所展示之系統之形成。此外，多個冷卻系統可一起形成。例如，在602中，針對冷卻系統800，冷卻元件820之層822、824及826可形成於薄片中。亦在602中，可藉由移除基板822之部分來形成錨860。在此一實施例中，將錨860整合至冷卻元件820中。若冷卻元件820具有類似於冷卻元件120'之形狀，則基板822可經蝕刻以形成步階區域、延伸區域及外部區域。由於多個冷卻元件820可形成於薄片中，所以在602中形成多個錨860。亦在602中，可將個別冷卻元件820與薄片分離用於組裝。在一些實施例中，稍後在製造中分離冷卻元件。亦在602中，可形成孔板830中之孔。孔板830亦可形成於包含對應於孔板830之多組孔之薄片中。亦可在602中提供頂板810中之孔隙812。頂板810亦可形成於包含對應於頂板810之多個孔隙812之薄片中。在604及606中，將結構與其所要位置對準且附接。在一些實施例中，將個別冷卻元件820對準孔之間的區域且附接至用於孔板830之薄片。在一些實施例中，對準及附接用於冷卻元件820之薄片，例如經由接合層880及/或884。在其中錨860未整合至冷卻元件820中之實施例中，錨860單獨附接至含有孔板830之薄片。薄片可接著經蝕刻以分離冷卻元件820與室壁。亦在606中，架體870 (提供為602之部分)可經由接合層886附接。含有頂板810之薄片亦經由接合層882對準及附接。在608中，個別冷卻系統800或冷卻系統組(例如方塊)可接著於薄片分離。類似程序可用於製造冷卻系統800B及/或800C。
圖9係描繪其中在製造期間使用焊接件之冷卻系統900之實施例的圖式。因此，展示冷卻系統900之部分。為簡單起見，僅展示一些組件且未標記所討論之所有結構。在其他實施例中，可使用其他組件及/或其他配置。圖9未按比例繪製。
冷卻系統900包含冷卻元件920、孔板930及錨960。未展示孔板及完成冷卻單元900之其他結構。此外，未展示類似於孔132、432、532、732及832之孔。更具體而言，各種焊接件用於錨960及致動器/冷卻元件920。如圖9中所指示，雷射焊接件可用於將錨固定至孔板中之對應孔。亦可提供雷射焊接填料。致動器920亦可使用焊接固定至錨960。在此一實施例中，方法600之604及606可包含將錨960對準至含有孔板之薄片中之對應孔隙、完成各種焊接、將含有冷卻元件920之薄片對準至其期望位置且完成錨960與冷卻元件920之間的焊接。因此，多種組態可用於經由薄片級製造來製造冷卻單元。
圖10係描繪用於使用薄片級製造提供(若干)冷卻系統之方法1000之實施例的流程圖。為簡單起見，未展示所有步驟。此外，步驟可依另一順序執行，包含子步驟及/或被組合。方法1000主要在製造多個冷卻系統之背景中描述。然而，可執行單一冷卻系統。
在1002中，選擇性蝕刻各薄片以形成所要結構。例如，可遮蔽及蝕刻薄片之區域以在其中形成孔。可移除及更換遮罩且蝕刻薄片以改變薄片之厚度。此等厚度變化可用於提供結構(諸如錨)或其他特徵。此外，由於薄片可實體分離，所以可蝕刻薄片之僅頂部、僅底部或頂部及底部。例如，可藉由自兩側蝕刻薄片來形成頂板薄片中之孔隙。類似地。可形成在頂部(面向頂板)及底部(面向孔板)表面兩者中具有變化之工程設計之冷卻元件。
在1004中，在薄片上提供用於各薄片之額外組件。例如，可將壓電層、晶種層及/或其他電連接層設置於主動元件薄片上。由於薄片可實體分離，所以可在薄片之頂部及/或底部上提供結構。在一些實施例中，在特定薄片空閒時執行1002及1004。在一些實施例中，可在薄片固定至另一薄片時執行1002及/或1004。因此，1002及1004可被視為對應於方法600之602。
在1006中完成疊層之製造。例如，可將各薄片對準且固定至(若干)剩餘薄片，可分離單元及/或方塊，及/或可形成額外結構。
圖11A至圖11D描繪在使用方法1000之製造期間之疊層冷卻系統之部分之實施例。特定而言，展示主動元件薄片1121。為簡單起見，僅展示一些組件，且未標記所討論之所有結構。在其他實施例中，可使用其他組件及/或其他配置。圖11A至圖11D一般不按比例繪製。儘管展示特定數目個冷卻單元，但薄片及/或疊層可包含其他數目個冷卻單元。
圖11A描繪處理之前之主動元件薄片1121。在一些實施例中，主動元件薄片1121係不銹鋼薄片、Al合金薄片或Ti合金(諸如Ti6Al-4V薄片)。圖11B描繪在孔隙1125已形成為1002之部分之後之主動元件薄片1121。孔隙1125分離自形成之冷卻元件與冷卻單元之壁。然而，在一些實施例中，冷卻元件之部分(圖中未展示)保持連接。可藉由蝕刻主動元件薄片1121之頂面及/或背面來製造孔隙1125。圖11C描繪作為1002之部分之進一步蝕刻之後之主動元件薄片1121。因此，已形成錨1160。另外，已製造具有變動厚度之工程設計之冷卻元件1120。因此，可蝕刻主動元件薄片1121之背面蝕刻以形成結構1120及/或1160之部分。圖11D描繪作為1004之部分之提供壓電層1127之後之主動元件薄片1121。其他結構亦可提供為1004之部分。在1006中形成包含主動元件薄片1121之疊層冷卻單元(圖中未展示)。
因此，可製造薄片且將其整合至疊層冷卻單元及/或疊層冷卻方塊中。因此，可實現此等冷卻系統、方塊及/或冷卻單元之益處。此外，製造被簡化可容易地按比例生產大量方塊及/或冷卻單元。
圖12A至圖12D描繪指示允許基板電連接至電極之製造之冷卻元件1200A、1200B、1200C及1200D之部分之實施例。如圖12A、圖12B、圖12C及圖12D中所見，冷卻元件1200A、1200B、1200C及1200D分別各包含至少第一絕緣體1220、不銹鋼、Al合金及/或Ti合金基板(例如，薄片) 1210及第二絕緣體1230A、1230B、1230C及1230D。冷卻元件1200A、1200B、1200C及1200D亦分別包含電極(例如底部電極) 1240A、1240B、1240C及1240D，其等亦可充當壓電層1250A、1250C、1250D及1250D之晶種層。冷卻元件1200B包含額外導電層1260B。為在基板1120與電極1240C之間進行電接觸，冷卻元件1200C包含金屬層1270C或跨接線。為確保基板1120與電極1240C之間的接觸，絕緣體1230C之部分已移除。在冷卻元件1200D中，藉由在沈積電極層1240D之前在絕緣體1230D中形成通孔來進行此電接觸。因此，基板1220可與底部電極1240A、1240B、1240C或1240D電連接。
可製造包含由薄片形成之多個冷卻元件之疊層。改變疊層冷卻單元及/或疊層方塊可與疊層分離。因此，可在簡化製造同時實現此等冷卻系統、方塊及/或冷卻單元之益處。此製造亦可容易按比例生產大量方塊及/或冷卻單元。因此可改良冷卻單元之效能及製造。
儘管為清楚理解已描述前述實施例之一些細節，但本發明並不限於提供之細節。存在實施本發明之諸多替代方式。所揭示之實施例係繪示性的而非限制性的。
本申請案主張2020年9月16日申請之標題為「METHOD AND SYSTEM FOR FABRICATING MEMS-BASED COOLING SYSTEMS」之美國臨時專利申請案第63/079,460號之優先權，該案以引用的方式併入本文中用於所有目的。
100:冷卻系統 102:發熱結構 110:頂板 112:通氣孔 120:冷卻元件 120':冷卻元件 121:尖端 122:錨定區域 123:懸臂 124:步階區域 126:延伸區域 128:外部區域 130:孔板 132:孔 140:上腔室 142:間隙 142B:間隙 142C:間隙 150:下腔室 152:間隙 152B:間隙 152C:間隙 160:錨 200A:冷卻系統 200B:冷卻系統 220A:冷卻元件 220B:冷卻元件 223:壓電片 260A:錨 260B:錨 263:孔隙 300A:冷卻系統 300B:冷卻系統 320A:冷卻元件 320B:冷卻元件 360A:錨 360B:錨 363:孔隙 400:冷卻系統 402:發熱結構 410:頂板 412:通氣孔 413:通氣孔 420:冷卻元件 421:尖端 430:孔板 432:孔 440:上腔室 450:下腔室 460:錨 500:冷卻系統 501A:冷卻單元 501B:冷卻單元 501C:冷卻單元 501D:冷卻單元 510:頂板 512:孔隙 520:冷卻元件 530:孔板 532:孔 540:上腔室 550:下腔室 560:錨/支撐結構 600:方法 602:提供用於冷卻系統中之各種結構之(若干)薄片 604:對準薄片 606:附接薄片 608:將冷卻單元分離成區段 700:疊層 700':疊層 700'':疊層 710:頂板薄片 712:通氣孔 720:冷卻元件 721:主動元件薄片 724:群組 725:孔隙 726:突片 730:孔板薄片 732:孔 760:錨 760':錨薄片 770:環氧樹脂/黏著劑 770':環氧樹脂 770'':錨 780:架體 800A:冷卻系統 800B:冷卻系統 800C:冷卻系統 802:發熱結構 810:頂板 812:孔隙 820:冷卻元件 821:孔板 822:基板 824:接合層 824B:填充接合 826:壓電片 830:孔板 832:孔 860:錨/支撐結構 870:架體 880:接合層 882A:接合層 882B:填充接合 884:接合層 886:接合層 890:區域/焊接件 892:區域 900:冷卻系統 920:致動器/冷卻元件 930:孔板 960:錨 1000:方法 1002:選擇性蝕刻各薄片以形成所要結構 1004:在薄片上提供用於各薄片之額外組件 1006:完成疊層之製造 1120:冷卻元件/基板 1121:主動元件薄片 1125:孔隙 1127:壓電層 1160:錨 1200A:冷卻元件 1200B:冷卻元件 1200C:冷卻元件 1200D:冷卻元件 1210:薄片 1220:第一絕緣體 1230A:第二絕緣體 1230B:第二絕緣體 1230C:第二絕緣體 1230D:第二絕緣體 1240A:電極 1240B:電極 1240C:電極 1240D:電極 1250A:壓電層 1250B:壓電層 1250C:壓電層 1250D:壓電層 1260B:額外導電層 1270C:金屬層 a:寬度 C:長度 d:距離 e:長度 h1:高度 h2:高度 L:長度 o:寬度 P:深度 r1:距離 r2:距離 s:孔間距 t:厚度 w:寬度 y:距離 z:偏轉
在以下[實施方式]及附圖中揭示本發明之各種實施例。
圖1A至圖1F描繪包含中心錨定之冷卻元件之主動冷卻系統之實施例。
圖2A至圖2B描繪無法用於包含中心錨定之冷卻元件之主動冷卻系統中之冷卻元件之實施例。
圖3A至圖3B描繪無法用於包含中心錨定之冷卻元件之主動冷卻系統冷卻元件之實施例。
圖4A至圖4B描繪包含中心錨定之冷卻元件之主動冷卻系統之實施例。
圖5A至圖5E描繪形成於方塊中之主動冷卻系統之實施例。
圖6係描繪用於使用薄片級製造來提供(若干)冷卻系統之方法之實施例的流程圖。
圖7A至圖7G描繪製造期間之疊層冷卻系統之實施例。
圖8A至圖8C係描繪指示使用薄片級製造之製造之疊層冷卻系統800A、800B及800C之實施例的圖式。
圖9係描繪製造期間且其中使用焊接件之冷卻系統之實施例的圖式。
圖10係描繪用於使用薄片級製造來提供(若干)冷卻系統之方法之實施例的流程圖。
圖11A至圖11D描繪製造期間之疊層冷卻系統之實施例。
圖12A至圖12D描繪使用薄片級製造來形成之冷卻元件之部分之實施例。
600:方法
602:提供用於冷卻系統中之各種結構之(若干)薄片
604:對準薄片
606:附接薄片以形成冷卻單元
608:將冷卻單元分離成區段

Claims (20)

  1. 一種用於提供冷卻系統之方法，其包括： 提供複數個薄片，該複數個薄片之各者包含用於複數個冷卻單元之各冷卻單元中之層級之至少一結構，該複數個冷卻單元之各冷卻單元之特定層級包含具有第一側及第二側之冷卻元件，該冷卻元件經組態以經歷振動運動以將流體自該第一側驅動至該第二側； 對準該複數個薄片； 附接該複數個薄片以形成疊層，該疊層包含該複數個冷卻單元；及 將該疊層分離成複數個區段，該複數個區段之各者包含該複數個冷卻單元之至少一冷卻單元。
  2. 如請求項1之方法，其中該提供該複數個薄片進一步包含： 提供其中具有複數個孔之孔板薄片； 提供包含用於該複數個冷卻單元之各冷卻單元之該冷卻元件之主動元件薄片，該冷卻元件具有中心區域及周界，該周界之至少一部分自由地經歷該振動運動；及 提供頂板薄片，該頂皮薄片包含用於該複數個冷卻單元之各冷卻單元之至少一通氣孔。
  3. 如請求項2之方法，其中該對準進一步包含： 將該主動元件薄片定位於該頂板薄片與該孔板薄片之間。
  4. 如請求項2之方法，其中該提供該複數個薄片進一步包含： 提供架體薄片，該架體薄片之部分形成用於該複數個冷卻單元之各冷卻單元之單元壁。
  5. 如請求項4之方法，其中附接進一步包含： 固定該複數個薄片使得該主動元件薄片固定至該孔板薄片，該架體薄片固定至該主動元件薄片或頂板薄片，且該頂板薄片固定至該架體薄片或如固定至該主動元件薄片般固定至該架體薄片。
  6. 如請求項2之方法，其中該提供該主動元件薄片進一步包含： 選擇性地蝕刻基板以提供具有複數個高度之複數個區域，該基板包含不鏽鋼、Al合金及Ti合金之至少一者；及 在該基板之部分上提供壓電層。
  7. 如請求項6之方法，其中該提供該主動元件薄片進一步包含： 在該基板上提供絕緣障壁； 在該絕緣障壁上提供底部電極，該壓電層駐留於該底部電極上；及 將該底部電極連接至該基板，該連接該底部電極包含選自在該底部電極與該基板之間提供跨接線及在該提供該底部電極之前在該絕緣障壁中提供至少一通孔之程序。
  8. 如請求項2之方法，其中提供該主動元件薄片進一步包含： 自該主動元件薄片之部分界定用於該冷卻元件之支撐結構。
  9. 一種冷卻系統，其包括： 疊層冷卻單元，其包含複數個薄片，該複數個薄片之各者包含用於該疊層冷卻單元中之層級之至少一結構，該複數個薄片之主動元件薄片包含具有第一側及第二側之冷卻元件，該冷卻元件經組態以經歷振動運動以將流體自該第一側驅動至該第二側。
  10. 如請求項9之冷卻系統，其中該複數個薄片進一步包含： 孔板薄片，其中具有複數個孔；及 頂板薄片，其中具有至少一通氣孔，該主動元件薄片介於該孔板薄片與該頂板薄片之間，該冷卻元件具有中心區域及周界，該周界經組態以經歷該振動運動。
  11. 如請求項10之冷卻系統，其中該主動元件薄片進一步包含位於該冷卻元件之該中心區域處之支撐結構，該主動元件薄片由該支撐結構耦合至該孔板薄片。
  12. 如請求項10之冷卻系統，其中該複數個薄片進一步包含： 架體薄片，該架體薄片之部分形成用於該疊層冷卻單元之單元壁。
  13. 如請求項12之冷卻系統，其中該架體薄片介於該主動元件薄片與該頂板薄片之間。
  14. 如請求項10之冷卻系統，其中該主動元件薄片進一步包含壓電層。
  15. 如請求項14之冷卻系統，其中該冷卻元件進一步包含： 基板，其包含不鏽鋼、Al合金及Ti合金之至少一者； 絕緣障壁，其位於該基板上； 底部電極，其位於該絕緣障壁上，該壓電層駐留於該底部電極上；及 電連接器，其介於該底部電極與該基板之間。
  16. 一種冷卻系統，其包括： 複數個疊層冷卻單元，其等包含複數個薄片，該複數個薄片之各者包含用於該複數個疊層冷卻單元之疊層冷卻單元中之層級之至少一結構，該複數個薄片進一步包含 孔板薄片，其中具有用於該複數個疊層冷卻單元之各者之複數個孔； 主動元件薄片，其包含用於該複數個疊層冷卻單元之各者之冷卻元件，該冷卻元件具有第一側及第二側，該冷卻元件經組態以經歷振動運動以將流體自該第一側驅動至該第二側；及 頂板薄片，其中具有用於該複數個疊層冷卻單元之各者之至少一通氣孔，該主動元件薄片介於該孔板薄片與該頂板薄片之間。
  17. 如請求項16之冷卻系統，其中該冷卻元件具有中心區域及至少一懸臂，該至少一懸臂經歷該振動運動。
  18. 如請求項16之冷卻系統，其中該複數個薄片進一步包含： 架體薄片，該架體薄片之部分形成用於該複數個疊層冷卻單元之各者之單元壁。
  19. 如請求項18之冷卻系統，其中該架體薄片介於該主動元件薄片與該頂板薄片之間。
  20. 如請求項18之冷卻系統，其中該主動元件薄片進一步包含： 支撐結構，其用於該冷卻元件，該支撐結構位於該冷卻元件之中心部分處，該支撐結構耦合至該孔板。
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