特許 7579441 アクティブヒートシンク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-29

(45)【発行日】2024-11-07

(54)【発明の名称】アクティブヒートシンク

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/467 20060101AFI20241030BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 C

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2023520037

(86)(22)【出願日】2021-09-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-20

(86)【国際出願番号】 US2021052240

(87)【国際公開番号】W WO2022072286

(87)【国際公開日】2022-04-07

【審査請求日】2023-05-26

(31)【優先権主張番号】63/087,002

(32)【優先日】2020-10-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521496984

【氏名又は名称】フロー・システムズ・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｆｒｏｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヤラマーシー・アナンス・サラン

(72)【発明者】

【氏名】サティヤマーシー・プラブ

(72)【発明者】

【氏名】ガンティ・スリャプラカシュ

(72)【発明者】

【氏名】マダヴァペディー・セシャジリ・ラオ

(72)【発明者】

【氏名】マクンダン・ヴィクラム

【審査官】清水 稔

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１４９１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０６５８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９２５３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０８５５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４６５７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２２３８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００４９１４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０７－２６３５９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムであって、
第１側と、前記第１側の反対側にある第２側と、を有する冷却素子であって、流体を前記第１側から前記第２側へ駆動するために、駆動された時に振動運動を行うよう構成されている、冷却素子と、
熱伝導によって前記冷却素子を熱発生構造に熱的に結合している支持構造と、
を備え、
前記支持構造は、さらに、
下部プレートと、
中にチャンバを形成する側壁と、
を備え、
前記冷却素子は、前記チャンバ内にあり、前記下部プレートおよび前記複数の側壁の内の少なくとも１つは、複数のオリフィスを有し、前記冷却素子は、前記複数のオリフィスを通して前記流体を駆動するように駆動される、システム。

【請求項2】

請求項１に記載のシステムであって、前記振動運動は、前記複数のオリフィスを出る前記流体が少なくとも３０メートル／秒の速度を有するように、前記流体を駆動する、システム。

【請求項3】

請求項１に記載のシステムであって、前記支持構造は、さらに、
少なくとも１つのベントを有する上部プレートを備え、
前記冷却素子は、前記上部プレートと前記熱発生構造との間にあり、前記冷却素子と前記上部プレートとの間に上部チャンバを形成し、前記冷却素子と前記下部プレートとの間に下部チャンバを形成する、システム。

【請求項4】

請求項１に記載のシステムであって、前記冷却素子は、中央領域および外周を有し、前記支持構造は、さらに、
前記中央領域で前記冷却素子を支持するよう構成されているアンカを備え、
前記外周の少なくとも一部は、自由に前記振動運動を行う、システム。

【請求項5】

請求項１に記載のシステムであって、さらに、
前記支持構造と一体化されているヒートスプレッダを備え、
前記ヒートスプレッダは、熱伝導によって前記支持構造および前記熱発生構造に熱的に結合されている、システム。

【請求項6】

システムであって、
第１側と、前記第１側の反対側にある第２側と、を有する冷却素子であって、流体を前記第１側から前記第２側へ駆動するために、駆動された時に振動運動を行うよう構成されている、冷却素子と、
熱伝導によって前記冷却素子を熱発生構造に熱的に結合している支持構造と、
前記支持構造と一体化されているヒートスプレッダと、を備え、前記ヒートスプレッダは、熱伝導によって前記支持構造および前記熱発生構造に熱的に結合されており、
前記支持構造は、前記複数のオリフィスの少なくとも一部を出た前記流体が前記ヒートスプレッダに当たって前記ヒートスプレッダから熱を奪うように構成され、前記ヒートスプレッダは、熱伝導によって前記熱発生構造から熱を奪う、システム。

【請求項7】

請求項１に記載のシステムであって、前記冷却素子は、前記振動運動によって駆動された前記流体が前記冷却素子から熱を奪うよう構成されている、システム。

【請求項8】

請求項１に記載のシステムであって、前記支持構造は、さらに、
前記熱発生構造に熱伝導的に結合されているペデスタルを備える、システム。

【請求項9】

請求項１に記載のシステムであって、前記熱発生構造は、集積回路、バッテリ、ヒートスプレッダ、および、ベイパーチャンバから選択される、システム。

【請求項10】

アクティブヒートシンクであって、
複数の冷却セルと、前記複数の冷却セルの各々は、冷却素子と、少なくとも１つのベントを有する上部プレートと、下部プレートと、中にチャンバを形成する複数の側壁と、アンカと、を備え、前記冷却素子は、前記上部プレートと前記下部プレートとの間の前記チャンバ内にあり、前記下部プレートおよび前記複数の側壁の内の少なくとも１つは、複数のオリフィスを有し、前記冷却素子は、前記複数のオリフィスを通して流体を駆動するために振動運動を行うよう駆動され、
前記複数の冷却セルと一体化されており、熱伝導によって前記冷却素子を熱発生構造に熱的に結合している支持構造と、
を備える、アクティブヒートシンク。

【請求項11】

請求項１０に記載のアクティブヒートシンクであって、前記冷却素子は、中央領域および外周を有し、前記支持構造は、さらに、
前記複数の冷却素子の各々のためのアンカを備え、
前記アンカは、前記中央領域で前記冷却素子を支持するよう構成され、前記外周の少なくとも一部は、自由に前記振動運動を行う、アクティブヒートシンク。

【請求項12】

請求項１０に記載のアクティブヒートシンクであって、さらに、
前記支持構造と一体化されているヒートスプレッダを備え、
前記ヒートスプレッダは、熱伝導によって前記支持構造および前記熱発生構造に熱的に結合されている、アクティブヒートシンク。

【請求項13】

請求項１０に記載のアクティブヒートシンクであって、前記冷却素子は、前記振動運動によって駆動された前記流体が前記冷却素子から熱を奪うよう構成されている、アクティブヒートシンク。

【請求項14】

請求項１０に記載のアクティブヒートシンクであって、前記支持構造は、さらに、
前記熱発生構造に熱伝導的に結合されているペデスタルを備える、アクティブヒートシンク。

【請求項15】

請求項１０に記載のアクティブヒートシンクであって、前記熱発生構造は、集積回路、バッテリ、ヒートスプレッダ、および、ベイパーチャンバから選択される、アクティブヒートシンク。

【請求項16】

熱発生構造を冷却する方法であって、
或る周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動することを備え、
前記冷却素子は、第１側と、前記第１側の反対側にある第２側と、を有し、前記冷却素子は、流体を前記第１側から前記第２側へ駆動するために、駆動された時に振動運動を行うよう構成され、前記冷却素子は、前記熱発生構造に支持構造によって熱的に結合され、前記支持構造は、熱伝導によって前記冷却素子を前記熱発生構造に熱的に結合しており、
前記支持構造は、さらに、下部プレートと、中にチャンバを形成する側壁と、を備え、前記冷却素子は、前記チャンバ内にあり、前記下部プレートおよび前記複数の側壁の内の少なくとも１つは、複数のオリフィスを有し、前記冷却素子は、前記複数のオリフィスを通して前記流体を駆動するように駆動される、方法。

【請求項17】

熱発生構造を冷却する方法であって、
或る周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動することを備え、
前記冷却素子は、第１側と、前記第１側の反対側にある第２側と、を有し、前記冷却素子は、流体を前記第１側から前記第２側へ駆動するために、駆動された時に振動運動を行うよう構成され、前記冷却素子は、前記熱発生構造に支持構造によって熱的に結合され、前記支持構造は、熱伝導によって前記冷却素子を前記熱発生構造に熱的に結合しており、
前記周波数は、前記冷却素子の構造共振に対応し、前記周波数は、さらに、前記冷却素子が存在するチャンバの少なくとも一部の音響共振に対応している、方法。

【請求項18】

請求項１６に記載の方法であって、前記冷却素子は、複数の離脚素子の内の１つであり、前記駆動することは、さらに、
前記複数の冷却素子の各々において前記振動運動を引き起こすように前記複数の冷却素子を駆動することを備え、前記複数の冷却素子の各々は、熱伝導によって熱発生構造に熱的に結合されている、方法。

【請求項19】

請求項１６に記載の方法であって、ヒートスプレッダが、前記支持構造と一体化されており、前記ヒートスプレッダは、前記熱発生構造に熱的に結合されている、方法。

【発明の詳細な説明】

【他の出願への相互参照】

【0001】

本願は、「ＡＣＴＩＶＥ ＨＥＡＴ ＳＩＮＫ」と題する２０２０年１０月２日出願の米国仮特許出願第６３／０８７，００２号に基づく優先権を主張し、その仮特許出願は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

コンピュータデバイスが、速度および演算算能力を増すにつれて、コンピュータデバイスによって発せられる熱も増大する。様々なメカニズムが、熱の発生に対処するために提案されてきた。アクティブな装置（ファンなど）が、大型のコンピュータデバイス（ラップトップコンピュータまたはデスクトップコンピュータなど）に空気を通すために利用されうる。パッシブな冷却装置（ヒートスプレッダなど）が、より小型のモバイルコンピュータデバイス（スマートフォン、仮想現実デバイス、および、タブレットコンピュータなど）で利用されうる。しかしながら、かかるアクティブな装置およびパッシブな装置は、モバイルデバイス（スマートフォンなど）を十分に冷却できない場合がある。したがって、コンピュータデバイスのためのさらなる冷却ソリューションが望まれている。

【図面の簡単な説明】

【0003】

以下の詳細な説明および添付の図面において、本発明の様々な実施形態を開示する。

【0004】

【図1A】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【図1B】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【図1C】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【図1D】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【図1E】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【図1F】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【0005】

【図2A】アクティブヒートシンクにおける流体温度を示す図。

【図2B】アクティブヒートシンクにおける流体温度を示す図。

【図2C】アクティブヒートシンクにおける流体温度を示す図。

【図2D】アクティブヒートシンクにおける流体温度を示す図。

【図2E】アクティブヒートシンクにおける流体温度を示す図。

【図2F】アクティブヒートシンクにおける流体温度を示す図。

【図2G】アクティブヒートシンクにおける流体温度を示す図。

【0006】

【図3A】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態を示す図。

【図3B】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態を示す図。

【図3C】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態を示す図。

【図3D】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態を示す図。

【0007】

【図4】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの一実施形態を示す図。

【0008】

【図5】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの一実施形態を示す図。

【0009】

【図6】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの一実施形態を示す図。

【0010】

【図7】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【0011】

【図8】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの一実施形態を示す図。

【0012】

【図9】アクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの一実施形態を示す図。

【0013】

【図10A】タイルとして構成された複数の冷却セルを備えアクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【図10B】タイルとして構成された複数の冷却セルを備えアクティブヒートシンクを含むアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

【0014】

【図11】アクティブヒートシンクを有する複数の冷却セルを備えたアクティブ冷却システムの一実施形態を示す図。

【0015】

【図12】アクティブヒートシンクを駆動するための技術の一実施形態を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は、処理、装置、システム、物質の組成、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体上に具現化されたコンピュータプログラム製品、および／または、プロセッサ（プロセッサに接続されたメモリに格納および／またはそのメモリによって提供される命令を実行するよう構成されたプロセッサ）を含め、様々な形態で実施されうる。本明細書では、これらの実施例または本発明が取りうる任意の他の形態が、技術と呼ばれうる。一般に、開示されている処理の工程の順序は、本発明の範囲内で変更されてもよい。特に言及しない限り、タスクを実行するよう構成されるものとして記載されたプロセッサまたはメモリなどの構成要素は、或る時間にタスクを実行するよう一時的に構成された一般的な構成要素として、または、タスクを実行するよう製造された特定の構成要素として実装されてよい。本明細書では、「プロセッサ」という用語は、１または複数のデバイス、回路、および／または、コンピュータプログラム命令などのデータを処理するよう構成された処理コアを指すものとする。

【0017】

以下では、本発明の原理を示す図面を参照しつつ、本発明の１または複数の実施形態の詳細な説明を行う。本発明は、かかる実施形態に関連して説明されているが、どの実施形態にも限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものであり、本発明は、多くの代替物、変形物、および、等価物を含む。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細事項が記載されている。これらの詳細事項は、例示を目的としたものであり、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも特許請求の範囲に従って実施可能である。明確にするために、本発明に関連する技術分野で周知の技術事項については、本発明が必要以上にわかりにくくならないように、詳細には説明していない。

【0018】

半導体デバイスが、ますますパワフルになるにつれて、動作中に発せられる熱も増大する。例えば、モバイルデバイス（スマートフォン、タブレットコンピュータ、ノートブック、および、仮想現実デバイスなど）用のプロセッサは、高クロック速度で動作するが、かなりの量の熱を発生しうる。発生する熱の量のため、プロセッサは、比較的短期間しか最高速度で動作できない。この期間が経過した後、スロットリング（例えば、プロセッサのクロック速度の減速）が起きる。スロットリングは、熱の発生を低減できるが、プロセッサの速度ひいてはプロセッサを利用する機器の性能に悪影響を与える。技術が５Ｇ以降の世代に移行すると、この問題は、悪化すると予想される。

【0019】

より大型のデバイス（ラップトップまたはデスクトップコンピュータなど）は、回転翼を有する電動ファンを備える。内部の構成要素の温度上昇に応じて給電されうるファン。ファンは、より大型のデバイスを通して空気を駆動することで、内部の構成要素を冷却する。しかしながら、かかるファンは、典型的に、モバイルデバイス（スマートフォンなど）にとって、または、より薄いデバイス（タブレットコンピュータなど）にとって、大きすぎる。ファンは、空気の境界層が構成要素の表面に存在して、冷却したい高温表面における空気流の空気速度を制限することから、有効性が制限され、また、過剰な量のノイズを発生しうる。パッシブな冷却ソリューションは、熱交換器に熱を伝達するために、ヒートスプレッダならびにヒートパイプまたはベイパーチャンバなどの構成要素を含む。ヒートスプレッダは、ホットスポットでの温度上昇をいくぶん緩和するが、現在および将来のデバイスで発生する熱の量に十分に対処することができない。同様に、ヒートパイプまたはベイパーチャンバは、発生した過剰な熱を除去するのに十分な量の熱伝達を提供できない。

【0020】

コンピュータデバイスの様々な構成が、熱管理をさらに複雑にする。例えば、ラップトップなどのコンピュータデバイスは、しばしば、外部環境に対して開かれているが、スマートフォンなどの他のコンピュータデバイスは、一般に、外部環境に対して閉じられている。したがって、開いたデバイスのためのアクティブな熱管理ソリューション（ファンなど）が、閉じたデバイスに対しては不適切な場合がある。加熱された流体をコンピュータデバイスの内部から外部環境へ駆動するファンは、スマートフォンのような閉じたコンピュータデバイスにとって大きすぎる場合があり、提供する流量が制限されうる。また、閉じたコンピュータデバイスにファンを組み込むことができたとしても、閉じたコンピュータデバイスには、加熱された流体の流出口がない。そのため、かかる開いたデバイスのメカニズムによって提供される熱管理は、有効性が限られうる。開いたコンピュータデバイスについても、流入口および／または流出口の位置は、デバイスによって異なって構成されうる。例えば、ラップトップ内でファンによって駆動された流体流の流出口は、加熱された流体の流出物に触れる可能性のあるユーザの手またはその他の構造物から離れて配置されることが望ましい場合がある。かかる構成は、ユーザの不快感を防ぐだけでなく、ファンが所望の冷却を提供することを可能にする。別の構成を有する別のモバイルデバイスが、流入口および／または流出口を異なって構成することを必要とし、かかる熱管理システムの有効性を低下させ、かかる熱管理システムの利用を妨げる場合もある。したがって、コンピュータデバイスにおける冷却を改善するためのメカニズムが望まれている。

【0021】

同様に、サーバ、バッテリ、自動車部品、一部のモバイルデバイス、および、典型的に長期間にわたって使用されるその他の技術は、冷却されることが望ましい。かかる技術について、デバイスの定常状態動作中に生成される熱が、より大きい懸念でありうる。したがって、定常状態冷却ソリューションも望まれている。

【0022】

冷却素子および支持構造を備えたシステムについて説明する。冷却素子は、第１側と、第１側の反対側にある第２側と、を有する。冷却素子は、流体を第１側から第２側へ駆動するために、駆動された時に振動運動を行うよう構成されている。支持構造は、熱伝導によって冷却素子を熱発生構造に熱的に結合している。いくつかの実施形態において、支持構造は、さらに、下部プレートと、中にチャンバを形成する側壁と、を備える。冷却素子は、チャンバ内にある。下部プレートおよび／または側壁は、オリフィスを有する。冷却素子は、オリフィスを通して流体を駆動するよう駆動される。冷却素子の振動運動は、オリフィスを出る流体が少なくとも３０メートル／秒の速度を有するように、流体を駆動しうる。支持構造は、さらに、ベントを有する上部プレートを備えてよい。冷却素子は、上部プレートと熱発生構造との間にある。したがって、上部チャンバが、冷却素子と上部プレートとの間に形成され、下部チャンバが、冷却素子と下部プレートとの間に形成されている。冷却素子は、中央領域および外周を有してよい。支持構造は、さらに、中央領域で冷却素子を支持するよう構成されているアンカを備えてよい。外周の少なくとも一部は、自由に振動運動を行うことができる。

【0023】

いくつかの実施形態において、システムは、支持構造と一体化されているヒートスプレッダを備える。ヒートスプレッダは、熱伝導によって支持構造および熱発生構造に熱的に結合されている。いくつかの実施形態において、支持構造は、オリフィスの少なくとも一部を出た流体がヒートスプレッダに当たってヒートスプレッダから熱を奪うように構成されている。ヒートスプレッダは、熱伝導によって熱発生構造から熱を奪う。冷却素子は、振動運動によって駆動された流体が冷却素子からの熱を奪うように構成されていてよい。いくつかの実施形態において、支持構造は、熱発生構造に熱伝導的に結合されているペデスタルを備える。熱発生構造は、集積回路、バッテリ、ヒートスプレッダ、および、ベイパーチャンバから選択されてよい。

【0024】

アクティブヒートシンクについて説明する。アクティブヒートシンクは、複数の冷却セルと、支持構造と、を備える。冷却セルの各々は、冷却素子と、少なくとも１つのベントを有する上部プレートと、下部プレートと、中にチャンバを形成する側壁と、アンカと、を備える。冷却素子は、上部プレートと下部プレートとの間のチャンバ内にある。下部プレートおよび／または側壁は、オリフィスを有する。冷却素子は、オリフィスを通して流体を駆動するために振動運動を行うよう駆動される。支持構造は、冷却セルと一体化されており、熱伝導によって冷却素子を熱発生構造に熱的に結合している。

【0025】

いくつかの実施形態において、冷却素子は、中央領域および外周を有する。かかる実施形態において、支持構造は、さらに、冷却素子の各々に対するアンカを備える。アンカは、中央領域で冷却素子を支持するよう構成されている。外周の少なくとも一部は、自由に振動運動を行うことができる。いくつかの実施形態において、アクティブヒートシンクは、支持構造と一体化されているヒートスプレッダを備える。ヒートスプレッダは、熱伝導によって支持構造および熱発生構造に熱的に結合されている。冷却素子は、振動運動によって駆動された流体が冷却素子からの熱を奪うように構成されていてよい。いくつかの実施形態において、支持構造は、さらに、熱発生構造を熱伝導的に接続するペデスタルを備える。いくつかの実施形態において、熱発生構造は、集積回路、バッテリ、ヒートスプレッダ、および、ベイパーチャンバから選択される。

【0026】

熱発生構造を冷却する方法について説明する。方法は、或る周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動する工程を備える。冷却素子は、第１側と、第１側の反対側にある第２側と、を有する。冷却素子は、流体を第１側から第２側へ駆動するために、駆動された時に振動運動を行うよう構成されている。冷却素子は、熱発生構造に支持構造によって熱的に結合されている。支持構造は、熱伝導によって冷却素子を熱発生構造に熱的に結合している。いくつかの実施形態において、周波数は、冷却素子の構造共振と、冷却素子が存在するチャンバの少なくとも一部の音響共振と、に対応する。いくつかの実施形態において、冷却素子は、複数の冷却素子の内の１つである。かかる実施形態において、冷却素子を駆動する工程は、さらに、冷却素子の各々において振動運動を引き起こすように複数の冷却素子を駆動する工程を含む。冷却素子の各々は、熱伝導を介して熱発生構造に熱的に結合されている。いくつかの実施形態において、ヒートスプレッダが、支持構造と一体化されており、ヒートスプレッダは、熱発生構造に熱的に結合されている。

【0027】

図１Ａ～図１Ｆは、熱発生構造１０２と共に利用可能であり、アクティブヒートシンクを形成するアクティブ冷却システム１００および１００’の実施形態例を示す図である。明確にするために、特定の構成要素だけが図示されている。図１Ａ～図１Ｆは、正確な縮尺ではない。対称に図示されているが、冷却システム１００および／または１００’は、対称である必要はない。図１Ａ～図１Ｅは、冷却システムの一実施形態の様々な態様を示している。図１Ｆは、冷却システムの別の実施形態１００’を示している。

【0028】

冷却システム１００は、冷却素子１２０および支持構造１７０を備える。図１Ａ～図１Ｅに示す実施形態において、支持構造１７０は、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、オリフィス１３２を有するオリフィスプレート１３０と、アンカ１６０と、ペデスタル１７２と、側壁１７４と、を備える。冷却素子１２０は、支持構造１７０の内部を、上部チャンバ１４０および下部チャンバ１５０に分割している。チャンバ１４０および１５０（集合的に、チャンバ１４０／１５０）は、オリフィスプレートすなわち下部プレート１３０、上部プレート１１０、および、側壁１７４の中に形成されている。基板支持体１７０は、ペデスタル１７２を介して熱発生構造１０２へ熱的に結合されている。ペデスタル１７２は、さらに、オリフィスプレート１３０と熱発生構造１０２との間を流体が流れるための空間（すなわち、ジェットチャネル）を提供する。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２は、冷却システム１００から離れている。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２は、支持構造１７０と一体化されてもよい。かかる実施形態において、熱発生構造１０２は、ペデスタル１７２、オリフィスプレート１３０、および、アンカ１６０を介して冷却素子へ熱的かつ機械的に結合されているヒートスプレッダであってよい。したがって、熱発生構造（すなわち、ヒートスプレッダ）１０２は、伝導によって集積回路１０３（または、熱を発生するその他の構造）から熱を奪う。この熱は、伝導によってペデスタル１７２を通して冷却システム１００の他の部分へ伝熱されうる。

【0029】

冷却素子１２０は、その中央領域でアンカ１６０によって支持されている。冷却素子の外周の一部（例えば、チップ１２３）に近く、外周の一部を含む冷却素子１２０の領域が、作動時に振動する。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０のチップ１２３は、アンカ１６０から最も遠い外周の部分を含み、冷却素子１２０の作動中に最大のたわみを受ける。明確にするために、冷却素子１２０の１つのチップ１２３のみが、図１Ａで符号を付されている。

【0030】

図１Ａは、中立位置にある冷却システム１００を示している。したがって、冷却素子１２０は、実質的に平坦である様子が示されている。同相動作中、冷却素子１２０は、図１Ｂおよび図１Ｃに示す位置の間で振動するように駆動される。この振動運動は、流体（例えば、空気）をベント１１２に引き込んで、チャンバ１４０および１５０を通過させ、高速および／または高流量でオリフィス１３２から流出させる。例えば、流体が熱発生構造１０２に衝突する速度は、少なくとも３０メートル／秒でありうる。いくつかの実施形態において、流体は、少なくとも４５メートル／秒の速度で熱発生構造１０２に向かうように冷却素子１２０によって駆動される。いくつかの実施形態において、流体は、少なくとも６０メートル／秒の速度で熱発生構造１０２に向かうように冷却素子１２０によって駆動される。その他の速度も、いくつかの実施形態において可能でありうる。また、冷却システム１００は、冷却素子１２０の振動運動によってオリフィス１３２を通してチャンバ１４０／１５０に戻る流体がほとんどまたは全くないように構成されている。

【0031】

図の実施形態において、熱発生構造１０２は、集積回路１０３へ熱的に接続されているヒートスプレッダまたはベイパーチャンバである。したがって、集積回路１０３が熱を発生させ、その熱は、熱発生構造（すなわち、ヒートスプレッダ）１０２へ伝熱される。したがって、集積回路１０３が、熱発生構造であると見なされてもよい。図の実施形態において、熱は、伝導によって集積回路１０３とヒートスプレッダ１０２との間で伝熱される。いくつかの実施形態において、さらなる構造が、熱発生構造１０２と集積回路１０３との間に挿入されてもよい。例えば、さらなるヒートスプレッダおよび／またはベイパーチャンバが存在してよい。冷却システム１００が、構造１０２へ熱的に結合されており、構造１０２を冷却するので、構造１０２は、熱発生構造として記載されている。ただし、図の実施形態において、熱発生構造１０２の冷却は、集積回路１０３によって生成された熱を管理するためのメカニズムである。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２は、熱を発生させる。例えば、熱発生構造１０２は、集積回路（集積回路１０３など）であってよい。かかる一実施形態は、熱発生構造１０２を省略しまたは集積回路１０３を省略するものと見なされてよい。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２は、冷却されることが望ましいが、それ自体は熱を発生しない。熱発生構造１０２は、（例えば、熱を発生させる近くの物体（集積回路１０３など）からの）熱を伝導しうる。したがって、熱発生構造１０２は、図１Ａ～図１Ｆに示すようにヒートスプレッダまたはベイパーチャンバであってよい。いくつかのかかる実施形態において、熱発生構造１０２は、冷却システム１００を含むモジュールの熱伝導部分であってよい。例えば、冷却システム１００は、熱発生構造１０２に固定されていてよく、熱発生構造１０２は、別のヒートシンク、ベイパーチャンバ、集積回路１０３、または、冷却されることが望ましいその他の別個の構造へ結合されていてよい。集積回路１０３の文脈で記載されているが、冷却システム１００は、別の構成要素またはデバイスを冷却するために用いられてもよい。例えば、熱発生構造１０２または集積回路１０３は、プロセッサなどの個々の集積回路構成要素、他の集積回路、ならびに／もしくは、チップパッケージを含む半導体構成要素、センサ、光学デバイス、１または複数のバッテリ、コンピュータデバイスなどの電子デバイスのその他の構成要素、ヒートスプレッダ、ヒートパイプ、冷却が望まれるその他の電子構成要素および／またはその他のデバイス、を含んでよく、または、それらで置き換えられてよい。

【0032】

また、冷却システム１００が利用されることが望ましいデバイスは、冷却システムを配置する空間が限られている場合がある。例えば、冷却システム１００は、コンピュータデバイスで用いられてよい。かかるコンピュータデバイスは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、２ｉｎ１ラップトップ、携帯型ゲームシステム、デジタルカメラ、仮想現実ヘッドセット、拡張現実ヘッドセット、複合現実ヘッドセット、および、その他の薄いデバイス、を含みうるが、これらに限定されない。冷却システム１００は、モバイルコンピュータデバイスおよび／または少なくとも１つの寸法で空間が限られているその他のデバイスの中に設置可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）冷却システムであってよい。例えば、冷却システム１００の全体高さ（熱発生構造１０２の上部から上部プレート１１０の上部まで）は、２ミリメートル未満であってよい。いくつかの実施形態において、冷却システム１００の全体高さは、１．５ミリメートル以下であってもよい。いくつかの実施形態において、この全体高さは、１．１ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、全体高さは、１ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、全体高さは、２５０マイクロメートル以下である。同様に、オリフィスプレート１３０の底部と熱発生構造１０２の上部との間の距離ｙは、小さくてよい。いくつかの実施形態において、ｙは、２００マイクロメートル以上かつ１ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、ｙは、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下である。したがって、冷却システム１００は、コンピュータデバイスおよび／または少なくとも１つの寸法で空間が限られているその他のデバイスで利用可能である。ただし、空間の制限があまりないデバイスで、および／または、冷却以外の目的で、冷却システム１００を利用することを妨げるものではない。１つの冷却システム１００が図示されているが（例えば、１つの冷却セル）、複数の冷却システム１００が、熱発生構造１０２に関連して利用されてもよい。例えば、一次元アレイまたは二次元アレイの冷却セルが用いられてよい。

【0033】

冷却システム１００は、熱発生構造１０２を冷却するために用いられる流体と連通する。流体は、気体または液体であってよい。例えば、流体は、空気であってよい。いくつかの実施形態において、流体は、冷却システム１００が存在するデバイスの外側からの（例えば、デバイスにおける外部ベントを通して提供された）流体を含む。いくつかの実施形態において、流体は、冷却システムが存在するデバイス内で（例えば、密閉されたデバイス内で）循環する。

【0034】

冷却素子１２０は、アクティブ冷却システム１００の内部を、上部チャンバ１４０および下部チャンバ１５０に分割していると考えることができる。上部チャンバ１４０は、冷却素子１２０、側面、および、上部プレート１１０によって形成されている。下部チャンバ１５０は、オリフィスプレート１３０、側面、冷却素子１２０、および、アンカ１６０によって形成されている。上部チャンバ１４０および下部チャンバ１５０は、冷却素子１２０の外周で接続され、共にチャンバ１４０／１５０（例えば、冷却システム１００の内部チャンバ）を形成している。

【0035】

上部チャンバ１４０のサイズおよび構成は、セル（冷却システム１００）の寸法、冷却素子１２０の運動、および、動作周波数の関数であってよい。上部チャンバ１４０は、高さｈ１を有する。上部チャンバ１４０の高さは、所望の流量および／または速度で、オリフィス１３２を通して下部チャンバ１５０へ流体を駆動するのに十分な圧力を提供するよう選択されてよい。また、上部チャンバ１４０は、冷却素子１２０が作動時に上部プレート１１０に接触しない十分な高さを有する。いくつかの実施形態において、上部チャンバ１４０の高さは、５０マイクルメートル以上かつ５００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、上部チャンバ１４０は、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の高さを有する。

【0036】

下部チャンバ１５０は、高さｈ２を有する。いくつかの実施形態において、下部チャンバ１５０の高さは、冷却素子１２０の運動を許容するのに十分である。したがって、冷却素子１２０のどの部分も、通常動作中にオリフィスプレート１３０に接触しない。下部チャンバ１５０は、一般に、上部チャンバ１４０よりも小さく、オリフィス１３２への流体の逆流を低減するのに役立ちうる。いくつかの実施形態において、下部チャンバ１５０の高さは、（冷却素子１２０の最大たわみ）＋（５マイクロメートル以上かつ１０マイクロメートル以下）である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０のたわみ（例えば、チップ１２３のたわみ）ｚは、１０マイクロメートル以上かつ１００マイクロメートル以下の振幅を有する。いくつかのかかる実施形態において、冷却素子１２０のたわみの振幅は、１０マイクロメートル以上かつ６０マイクロメートル以下である。ただし、冷却素子１２０のたわみの振幅は、冷却システム１００を通した所望の流量および冷却システム１００の構成などの要素に依存する。したがって、下部チャンバ１５０の高さは、一般に、冷却システム１００を通した流量および冷却システム１００のその他の構成要素に依存する。

【0037】

上部プレート１１０は、流体が冷却システム１００に引き込まれる際に通りうるベント１１２を備える。上部ベント１１２は、チャンバ１４０における所望の音圧に基づいて選択されたサイズを有してよい。例えば、いくつかの実施形態において、ベント１１２の幅ｗは、５００マイクロメートル以上かつ１０００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、ベント１１２の幅は、２５０マイクロメートル以上かつ２０００マイクロメートル以下である。図の実施形態において、ベント１１２は、上部プレート１１０の中心に配置された開口部である。別の実施形態において、ベント１１２は、他の場所に配置されてもよい。例えば、ベント１１２は、上部プレート１１０の端部の１つにより近くてもよい。ベント１１２は、円形、長方形、または、その他の形状のフットプリントを有してよい。単一のベント１１２が図示されているが、複数のベントが用いられてもよい。例えば、ベントは、上部チャンバ１４０の縁部に向かってオフセットされてよく、または、上部チャンバ１４０の側面に配置されてよい。上部プレート１１０は実質的に平坦であると図示されているが、いくつかの実施形態において、トレンチおよび／またはその他の構造が、上部チャンバ１４０の構成および／または上部プレート１１０の上方の領域を変更するために、上部プレート１１０に提供されてもよい。

【0038】

冷却素子１２０は、固定領域１２２および片持ちアーム１２１を備える。簡単のために、固定領域１２２および片持ちアーム１２１は、図１Ａおよび図１Ｆでのみ符号が付されている。固定領域１２２は、冷却システム１００内でアンカ１６０によって支持（例えば、所定位置に保持）されている。片持ちアーム１２１は、冷却素子１２０が駆動されることに応じて、振動運動を行う。図１Ａ～図１Ｆに示す実施形態において、固定領域１２２は、冷却素子１２０および１２０’の軸に沿って中央に配置されている。他の実施形態において、固定領域１２２が、アクチュエータの一方の端部にあり、外側領域１２８が、反対側の端部にあってもよい。かかる実施形態において、冷却素子１２０は、端部を固定される。均一な厚さを有するように図示されているが、いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、変化する厚さを有してもよい。例えば、冷却素子１２０は、後述する冷却素子１２０’で置き換えられてもよい。

【0039】

アンカ１６０は、冷却素子１２０の中央部分で冷却素子１２０を支持している。したがって、冷却素子１２０の外周の少なくとも一部は、固定されておらず、自由に振動する。いくつかの実施形態において、アンカ１６０は、冷却素子１２０の中心軸に沿って（例えば、図１Ａ～図１Ｆにおいて紙面と垂直に）伸びている。いくつかの実施形態において、振動する冷却素子１２０の一部（例えば、チップ１２３を含む片持ちアーム１２１）が、片持ち状態で運動する。したがって、冷却素子１２０の片持ちアーム１２１は、蝶の翅に類似した方法で（すなわち、同じ位相で）、および／または、シーソーに類似した方法で（すなわち、異なる位相で）運動してよい。したがって、片持ち状態で振動する冷却素子１２０の片持ちアーム１２１は、いくつかの実施形態では同じ位相で、そして、他の実施形態では異なる位相で振動する。いくつかの実施形態において、アンカ１６０は、冷却素子１２０の軸に沿って伸びていない。かかる実施形態では、冷却素子１２０の外周のすべての部分が、自由に振動する（例えば、クラゲに類似する）。図の実施形態において、アンカ１６０は、冷却素子１２０の底部から冷却素子１２０を支持している。他の実施形態において、アンカ１６０は、別の方法で冷却素子１２０を支持してもよい。例えば、アンカ１６０は、上部から冷却素子１２０を支持してもよい（例えば、冷却素子１２０が、アンカ１６０からぶら下がっている）。かかる一実施形態は、図１Ｆの文脈で図示および説明されている。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の幅ａは、０．５ミリメートル以上かつ４ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の幅は、２ミリメートル以上かつ２．５ミリメートル以下である。アンカ１６０は、冷却素子１２０の１０パーセント以上かつ５０パーセント以下を占めてよい。

【0040】

冷却素子１２０は、第１側および第２側を有する。いくつかの実施形態において、第１側は、熱発生構造１０２から遠位にあり、第２側は、熱発生構造１０２の近位にある。図１Ａ～図１Ｆに示す実施形態において、冷却素子１２０の第１側は、（上部プレート１１０に近い）冷却素子１２０の上部であり、第２側は、（オリフィスプレート１３０に近い）冷却素子１２０の底部である。冷却素子１２０は、図１Ａ～図１Ｆに示すように、振動運動を行うよう駆動される。冷却素子１２０の振動運動は、（例えば、熱発生構造１０２／上部チャンバ１４０から遠位にある）冷却素子１２０の第１側から、（例えば、熱発生構造１０２／下部チャンバ１５０の近位にある）冷却素子１２０の第２側へ、流体を駆動する。冷却素子１２０の振動運動は、ベント１１２を通して上部チャンバ１４０へ流体を引き込み、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を送り、下部チャンバ１５０からオリフィスプレート１３０のオリフィス１３２を通して流体を駆動する。さらに、冷却素子１２０およびオリフィス１３２は、ジェットチャネルから下部チャンバ１５０への流体の逆流を低減するよう構成されてよい。したがって、冷却素子１２０は、アクチュエータと見なされてよい。単一の連続的な冷却素子の文脈で記載されているが、いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、２（または３以上）の冷却素子によって形成されてもよい。冷却素子の各々は、固定された（例えば、アンカ１６０によって支持された）一方の部分と、固定されていない反対側の部分とを有する。したがって、中央を支持された単一の冷却素子１２０が、端部で支持された複数の冷却素子の組みあわせによって形成されうる。

【0041】

冷却素子１２０は、冷却素子１２０が振動する際の所望の周波数に依存する長さＬを有する。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の長さは、４ミリメートル以上かつ１０ミリメートル以下である。いくつかのかかる実施形態において、冷却素子１２０は、６ミリメートル以上かつ８ミリメートル以下の長さを有する。冷却素子１２０の奥行き（例えば、図１Ａ～図１Ｆに示す紙面に垂直な奥行き）は、Ｌの４分の１からＬの２倍まで様々であってよい。例えば、冷却素子１２０は、長さと同じ奥行きを有してよい。冷却素子１２０の厚さｔは、冷却素子１２０の構成および／または冷却素子１２０が駆動される際の所望の周波数に基づいて、異なってよい。いくつかの実施形態において、８ミリメートルの長さを有し、２０キロヘルツ以上かつ２５キロヘルツ以下の周波数で駆動される冷却素子１２０について、冷却素子の厚さは、２００マイクロメートル以上かつ３５０マイクロメートル以下である。チャンバ１４０／１５０の長さＣは、冷却素子１２０の長さＬに近い。例えば、いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の端部と、チャンバ１４０／５０の壁との間の距離ｄは、１００マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、ｄは、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下である。

【0042】

冷却素子１２０は、上部チャンバ１４０における流体の圧力波の音響共振の共振周波数および冷却素子１２０の構造共振の共振周波数の両方と同じまたは近い周波数で駆動されてよい。振動運動を行う冷却素子１２０の部分は、冷却素子１２０の共振（「構造共振」）でまたはその付近で駆動される。振動を行う冷却素子１２０のこの部分は、いくつかの実施形態において、１または複数の片持ちアーム１２１であってよい。構造共振の振動の周波数は、構造共振周波数と呼ばれている。冷却素子１２０を駆動する際に構造共振周波数を利用することは、冷却システム１００の電力消費を削減する。また、冷却素子１２０および上部チャンバ１４０は、この構造共振周波数が、上部チャンバ１４０を通して駆動される流体中の圧力波における共振（上部チャンバ１４０の音響共振）に対応するように構成されていてよい。かかる圧力波の周波数は、音響共振周波数と呼ばれている。音響共振時に、圧力の節が、ベント１１２の近くで発生し、圧力の腹が、冷却システム１００の外周の近く（例えば、冷却素子１２０のチップ１２３の近く、かつ、上部チャンバ１４０と下部チャンバ１５０との間の接続の近く）で発生する。これらの２つの領域の間の距離は、Ｃ／２である。したがって、Ｃ／２＝ｎλ／４であり、ここで、λは、流体の音波長であり、ｎは、奇数（例えば、ｎ＝１、３、５、など）である。最低次モードに対しては、Ｃ＝λ／２である。チャンバ１４０の長さ（例えば、Ｃ）は、冷却素子１２０の長さに近いので、いくつかの実施形態において、Ｌ／２＝ｎλ／４もほぼ正しく、ここで、λは流体の音波長であり、ｎは奇数である。したがって、冷却素子１２０が駆動される周波数γは、冷却素子１２０の構造共振周波数と同じまたは近い周波数である。周波数γは、少なくとも上部チャンバ１４０の音響共振周波数と同じまたは近い周波数である。上部チャンバ１４０の音響共振周波数は、一般に、温度およびサイズなどのパラメータによる変化が、冷却素子１２０の構造共振周波数ほどは著しくない。したがって、いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、音響共振周波数よりも、構造共振周波数で（またはその近くの周波数で）駆動されてよい。

【0043】

オリフィスプレート１３０は、オリフィス１３２を有する。特定の数および分布のオリフィス１３２が図示されているが、別の数、別の位置、および／または、別の分布が用いられてもよい。単一のオリフィスプレート１３０が、単一の冷却システム１００のために用いられている。他の実施形態において、複数の冷却システム１００が、オリフィスプレートを共有してもよい。例えば、複数のセル１００が、所望の構成で一緒に提供されてよい。かかる実施形態において、セル１００は、同じサイズおよび構成であってもよいし、異なるサイズおよび／または構成であってもよい。オリフィス１３２は、熱発生構造１０２の表面と垂直に方向付けられた軸を有する様子が示されている。他の実施形態において、１または複数のオリフィス１３２の軸は、別の角度であってもよい。例えば、軸の角度は、略ゼロ度および非ゼロの鋭角から選択されてよい。また、オリフィス１３２は、オリフィスプレート１３０の表面の法線と実質的に平行である側壁を有する。いくつかの実施形態において、オリフィスは、オリフィスプレート１３０の表面の法線に対して非ゼロの角度の側壁を有してもよい。例えば、オリフィス１３２は、円錐形であってもよい。さらに、オリフィスプレース１３０は実質的に平坦であると図示されているが、いくつかの実施形態において、トレンチおよび／またはその他の構造が、下部チャンバ１５０の構成および／またはオリフィスプレート１３０と熱発生構造１０２との間の領域を変更するために、オリフィスプレート１３０に提供されてもよい。

【0044】

オリフィス１３２のサイズ、分布、および、位置は、熱発生構造１０２の表面へ駆動される流体の流量を制御するように選択される。オリフィス１３２の位置および構成は、下部チャンバ１５０からオリフィス１３２を通ってジェットチャネル（オリフィスプレート１３０の底部と熱発生構造１０２の上部との間の領域）へ至る流体流を増大／最大化するよう構成されていてよい。また、オリフィス１３２の位置および構成は、ジェットチャネルからオリフィス１３２を通る吸引流（例えば、逆流）を低減／最小化するよう選択されてよい。例えば、オリフィスの位置は、オリフィス１３２を通して下部チャンバ１５０に流体を引き込む冷却素子１２０のアップストローク（チップ１２３がオリフィスプレート１３から離れるストローク）時の吸引が低減されるのに十分にチップ１２３から離れていることが望ましい。また、オリフィスの位置は、冷却素子１２０のアップストローク時の吸引により、上部チャンバ１４０からのより高い圧力が流体を上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ押すことが可能になるように十分にチップ１２３に近いことが望ましい。いくつかの実施形態において、アップストローク時に、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０への流量と、ジェットチャネルからオリフィス１３２を通る流量との比（「正味流量比」）は、２：１よりも大きい。いくつかの実施形態において、正味流量比は、少なくとも８５：１５である。いくつかの実施形態において、正味流量比は、少なくとも９０：１０である。所望の圧力、流量、吸引、および、正味流量比を提供するには、オリフィス１３２は、冷却素子１２０のチップ１２３から距離ｒ１以上、かつ、チップ１２３から距離ｒ２以下にあることが望ましい。いくつかの実施形態において、ｒ１は、１００マイクロメートル以上であり（例えば、ｒ１≧１００μｍ）、ｒ２は、１ミリメートル以下である（例えば、ｒ２≦１０００μｍ）。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、冷却素子１２０のチップ１２３から２００マイクロメートル以上の位置にある（例えば、ｒ１≧２００μｍ）。いくつかのかかる実施形態において、オリフィス１３２は、冷却素子１２０のチップ１２３から３００マイクロメートル以上の位置にある（例えば、ｒ１≧３００μｍ）。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、１００マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下の幅を有する。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅を有する。いくつかの実施形態において、オリフィスの間隔ｓは、１００マイクロメートル以上かつ１ミリメートル以下である。いくつかのかかる実施形態において、オリフィスの間隔は、４００マイクロメートル以上かつ６００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、また、オリフィスプレート１３０の面積の特定のわずかな部分を占めることが望ましい。例えば、オリフィス１３２は、オリフィス１３２を通る流体の所望の流量を達成するために、オリフィスプレート１３０のフットプリントの５パーセン以上かつ１５パーセント以下を占めてよい。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、オリフィスプレート１３０のフットプリントの８パーセント以上かつ１２パーセント以下を占める。

【0045】

いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、圧電体を用いて駆動される。したがって、冷却素子１２０は、圧電型冷却素子であってよい。冷却素子１２０は、冷却素子１２０に取り付けられまたは一体化されている圧電体によって駆動されてよい。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、冷却システム１００内の別の構造上に圧電体を提供することを含むがこれに限定されない別の方法で駆動される。以下では、冷却素子１２０および類似の冷却素子を圧電型冷却素子と呼ぶが、圧電体以外のメカニズムが冷却素子を駆動するために用いられうる可能性もある。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、基板上に圧電体層を備える。基板は、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、ハステロイ、Ａｌ（例えば、Ａｌ合金）、および／または、Ｔｉ（例えば、Ｔｉ６Ａｌ－４ＶなどのＴｉ合金）を含んでよく、または、それらからなっていてよい。いくつかの実施形態において、圧電体層は、基板上に薄膜として形成された複数のサブ層を含む。他の実施形態において、圧電体層は、基板に付着されたバルク層であってよい。かかる圧電型冷却素子１２０は、さらに、圧電体を活性化するために用いられる電極を備える。基板は、いくつかの実施形態において、電極として機能する。他の実施形態において、下部電極が、基板と圧電体層との間に提供されてもよい。シード層、キャッピング層、不動態化層、または、その他の層を含むがこれらに限定されないその他の層が、圧電型冷却素子に備えられてもよい。このように、冷却素子１２０は、圧電体を用いて作動されてよい。

【0046】

いくつかの実施形態において、冷却システム１００は、導管（ｃｈｉｍｎｅｙ）（図示せず）またはその他のダクトを備える。かかるダクトは、加熱された流体が熱発生構造１０２から離れるように流れるための経路を提供する。いくつかの実施形態において、ダクトは、熱発生構造１０２から遠位の上部プレート１１０の側に流体を戻す。いくつかの実施形態において、ダクトは、その代わりに、熱発生構造１０２に平行な方向へ、または、熱発生構造１０２に垂直であるが反対方向へ（例えば、紙面の下方に向かって）、熱発生構造１０２から離れるように流体を方向付けてもよい。デバイスの外部の流体が冷却システム１００で用いられるデバイスでは、ダクトは、加熱された流体をベントに導いてよい。かかる実施形態において、さらなる流体が、流入ベントから提供されてもよい。デバイスが密閉されている実施形態において、ダクトは、ベント１１２に近く熱発生構造１０２から遠い領域に戻る遠回りの経路を提供してよい。かかる経路は、熱発生構造１０２の冷却に再利用される前に、流体が熱を放散することを可能にする。他の実施形態において、ダクトは、省略され、または、別の方法で構成されてもよい。このように、流体は、熱発生構造１０２から熱を取り除くことが可能になる。

【0047】

冷却システム１００の動作について、図１Ａ～図１Ｅの文脈で説明する。特定の圧力、ギャップサイズ、および、流れのタイミングの文脈で説明されているが、冷却システム１００の動作は、本明細書の説明には依存しない。図１Ｂ～図１Ｃは、冷却システム１００の同相動作を図示している。図１Ｂを参照すると、冷却素子１２０は、片持ちアーム１２１およびチップ１２３が上部プレート１１０から離れて動くように、作動されている。したがって、図１Ｂは、冷却素子１２０のダウンストロークの終わりを図示していると考えることができる。冷却素子１２０の振動運動のために、下部チャンバ１５０のギャップ１５２は、サイズが減少しており、ギャップ１５２Ｂとして示されている。逆に、上部チャンバ１４０のギャップ１４２は、サイズが増大し、ギャップ１４２Ｂとして示されている。ダウンストローク中、冷却素子１２０が中立位置にある時の外周において、より低い（例えば、最小の）圧力が発生する。ダウンストロークが継続すると、図１Ｂに示すように、下部チャンバ１５０のサイズが減少し、上部チャンバ１４０のサイズが増大する。したがって、流体は、オリフィスプレート１３０の表面および／または熱発生構造１０２の上面と垂直の方向またはそれに近い方向へ、オリフィス１３２から駆動される。流体は、オリフィス１３２から（熱発生構造１０２に向かって）高速で（例えば、３５メートル／秒を超える速度で）駆動される。したがって、流体は、本明細書に記載されている高速でオリフィス１３２を出る。いくつかの実施形態において、流体は、その後、熱発生構造１０２の表面に沿って熱発生構造１０２の外周に向かって移動し、そこでの圧力は、オリフィス１３２付近よりも低い。また、ダウンストローク中、上部チャンバ１４０のサイズは増大し、より低い圧力が上部チャンバ１４０に存在する。結果として、流体は、ベント１１２を通して上部チャンバ１４０へ引き込まれる。ベント１１２内に入ってオリフィス１３２を通り熱発生構造１０２に沿って流れる流体の動きが、図１Ｂに符号なしの矢印で示されている。

【0048】

また、冷却素子１２０は、片持ちアーム１２１ひいてはチップ１２３が熱発生構造１０２から離れて上部プレート１１０に向かって動くように駆動される。したがって、図１Ｃは、冷却素子１２０のアップストロークの終わりを図示していると考えることができる。冷却素子１２０の運動のために、ギャップ１４２は、サイズが減少しており、ギャップ１４２Ｃとして示されている。ギャップ１５２は、サイズが増大し、ギャップ１５２Ｃとして示されている。アップストローク中、冷却素子１２０が中立位置にある時の外周において、より高い（例えば、最大の）圧力が発生する。アップストロークが継続すると、図１Ｃに示すように、下部チャンバ１５０のサイズが増大し、上部チャンバ１４０のサイズが減少する。したがって、流体は、上部チャンバ１４０（例えば、チャンバ１４０／１５０の外周）から下部チャンバ１５０へ駆動される。このように、冷却素子１２０のチップ１２３が上方に動くと、上部チャンバ１４０は、入ってくる流体が速度を増して下部チャンバ１５０へ向かって駆動されるためのノズルとして機能する。下部チャンバ１５０への流体の動きが、図１Ｃに符号なしの矢印で示されている。冷却素子１２０およびオリフィス１３２の位置および構成は、吸引を低減し、ひいては、アップストローク中の（熱発生構造１０２とオリフィスプレート１３０との間の）ジェットチャネルからオリフィス１３２への流体の逆流を低減するように選択される。したがって、冷却システム１００は、ジェットチャネルから下部チャンバ１４０に入る加熱流体の逆流を過度に引き起こすことなしに、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を駆動することができる。さらに、冷却システム１００は、冷却素子１２０が上部プレート１１０にもオリフィスプレート１３０にも接触することなしに、流体が、ベント１１２を通して引き込まれ、オリフィス１３２を通して送り出されるように動作しうる。したがって、流体が、本明細書に記載されているように冷却システム１００を通して駆動されるように、ベント１１２およびオリフィス１３２を効果的に開閉する圧力が、チャンバ１４０および１５０内で発生する。

【0049】

図１Ｂおよび図１Ｃに示す位置の間の運動は繰り返される。したがって、冷却素子１２０は、図１Ａ～図１Ｃに示す振動運動を行うことで、ベント１１２を通して上部プレート１１０の遠位側から上部チャンバ１４０内に流体を引き込み、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を送り、オリフィス１３２を通して熱発生構造１０２へ向かって流体を押し出す。上述のように、冷却素子１２０は、冷却素子１２０の構造共振周波数またはそれに近い周波数で振動するように駆動される。いくつかの実施形態において、これは、片持ちアーム１２１の構造共振に対応する。さらに、冷却素子１２０の構造共振周波数は、チャンバ１４０／１５０の音響共振と一致するよう構成されている。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、冷却素子１２０の振動運動は、１５ｋＨｚ～３０ｋＨｚの周波数の運動であってよい。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、２０ｋＨｚ以上かつ３０ｋＨｚ以下の周波数で振動する。冷却素子１２０の構造共振周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の１０パーセント以内である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の５パーセント以内である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の３パーセント以内である。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。

【0050】

熱発生構造１０２に向かって駆動された流体は、熱発生構造１０２の上面と実質的に垂直（鉛直）に移動しうる。いくつかの実施形態において、流体の動きは、熱発生構造１０２の上面の法線に対して非ゼロの鋭角を有してもよい。いずれの場合でも、流体は、熱発生構造１０２に衝突し、熱発生構造１０２において流体の境界層で薄くなりおよび／または孔を形成しうる。結果として、熱発生構造１０２からの熱の伝達が改善されうる。流体は、熱発生構造１０２で逸れて、熱発生構造１０２の表面に沿って移動する。いくつかの実施形態において、流体は、熱発生構造１０２の上面と実質的に平行な方向に移動する。したがって、熱発生構造１０２からの熱が、流体によって抽出されうる。流体は、冷却システム１００の端部において、オリフィスプレート１３０と熱発生構造１０２との間の領域から出る。冷却システム１００の端部にある導管またはその他のダクト（図示せず）が、熱発生構造１０２から流体を運び去ることを可能にする。他の実施形態において、加熱された流体は、別の方法で熱発生構造１０２から遠くへ移動されてもよい。流体は、熱発生構造１０２から伝達された熱を別の構造または周囲環境へ交換しうる。したがって、上部プレート１１０遠位端側の流体は、比較的冷たいままでありうるため、さらなる熱の除去を可能にする。いくつかの実施形態において、流体は循環されて、冷却後に上部プレート１１０の遠位側に戻る。他の実施形態において、加熱された流体は運び去られて、冷却素子１２０の遠位側で新たな流体に置き換えられる。結果として、熱発生構造１０２は、冷却されうる。

【0051】

図１Ｄ～図１Ｅは、中央を固定された冷却素子１２０を備えたアクティブ冷却システム１００の実施形態を示しており、冷却素子が異なる位相で駆動されている。より具体的には、アンカ１６０の両側にある（したがって、アンカ１６０によって支持されている冷却素子１２０の中央固定領域１２２の両側にある）冷却素子１２０の片持ちアーム１２１が、異なる位相で振動するように駆動されている。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の両側にある冷却素子１２０の片持ちアーム１２１は、１８０度または１８０度近くずれた位相で駆動される。したがって、冷却素子１２０の一方の片持ちアーム１２１が、上部プレート１１０に向かって振動し、それと同時に、冷却素子１２０の他方の片持ちアーム１２１が、オリフィスプレート１３０／熱発生構造１０２に向かって振動する。冷却素子１２０の片持ちアーム１２１の上部プレート１１０に向かう動き（アップストローク）は、上部チャンバ１４０内の流体をアンカ１６０のその側の下部チャンバ１５０へ駆動する。冷却素子１２０の部分のオリフィスプレート１３０に向かう動きは、オリフィス１３２を通って熱発生構造１０２に向かうように流体を駆動する。したがって、高速（例えば、同相動作に関して上述した速度）で移動する流体が、アンカ１６０の両側のオリフィス１３２から交互に駆動される。流体の運動は、図１Ｄおよび図１Ｅに符号なしの矢印で示されている。

【0052】

図１Ｄおよび図１Ｅに示す位置の間の運動は繰り返される。したがって、冷却素子１２０は、図１Ａ、図１Ｄ、および、図１Ｅに示す振動運動を行うことで、交互に、冷却素子１２０の各側についてベント１１２を通して上部プレート１１０の遠位側から上部チャンバ１４０内に流体を引き込み、上部チャンバ１４０の各側から下部チャンバ１５０の対応する側へ流体を送り、アンカ１６０の各側のオリフィス１３２を通して熱発生構造１０２へ向かって流体を押し出す。上述のように、冷却素子１２０は、冷却素子１２０の構造共振周波数またはそれに近い周波数で振動するように駆動される。さらに、冷却素子１２０の構造共振周波数は、チャンバ１４０／１５０の音響共振と一致するよう構成されている。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、冷却素子１２０の振動運動は、同相振動について記載した周波数の運動であってよい。冷却素子１２０の構造共振周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の１０パーセント以内である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の５パーセント以内である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の３パーセント以内である。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。

【0053】

異相振動中に熱発生構造１０２に向かって駆動された流体は、同相動作について上述したのと類似した方法で、熱発生構造１０２の上面と実質的に垂直（鉛直）に移動しうる。同様に、冷却システム１００の端部にある導管またはその他のダクト（図示せず）が、熱発生構造１０２から流体を運び去ることを可能にする。他の実施形態において、加熱された流体は、別の方法で熱発生構造１０２から遠くへ移動されてもよい。流体は、熱発生構造１０２から伝達された熱を別の構造または周囲環境へ交換しうる。したがって、上部プレート１１０遠位端側の流体は、比較的冷たいままでありうるため、さらなる熱の除去を可能にする。いくつかの実施形態において、流体は循環されて、冷却後に上部プレート１１０の遠位側に戻る。他の実施形態において、加熱された流体は運び去られて、冷却素子１２０の遠位側で新たな流体に置き換えられる。結果として、熱発生構造１０２は、冷却されうる。

【0054】

同相振動または異相振動のために駆動される冷却システム１００を用いると、ベント１１２を通して引き込まれてオリフィス１３２を通して駆動された流体が、熱発生構造１０２から熱を効率的に放散させうる。流体は、十分な速度（例えば、少なくとも３０メートル／秒）で、いくつかの実施形態においては熱発生構造に対して実質的に垂直に、熱発生構造に衝突するので、熱発生構造における流体の境界層は、薄くなり、および／または、部分的に除去されうる。その結果、熱発生構造１０２と、移動する流体との間の熱伝達が改善される。熱発生構造が、より効率的に冷却されるので、対応する集積回路は、より高い速度および／または電力で長時間にわたって動作されてよい。例えば、熱発生構造が高速度プロセッサに対応する場合、かかるプロセッサは、スロットリングまでに、より長時間にわたって実行されてよい。したがって、冷却システム１００を利用するデバイスの性能が改善されうる。さらに、冷却システム１００は、ＭＥＭＳデバイスであってよい。その結果として、冷却システム１００は、スマートフォン、その他の携帯電話、仮想現実ヘッドセット、タブレット、２ｉｎ１コンピュータ、ウェアラブル、携帯ゲーム機など、利用可能なスペースか限られている、より小型および／またはモバイル型のデバイスでの利用に適しうる。したがって、かかるデバイスの性能は改善されうる。冷却素子１２０は、１５ｋＨｚ以上の周波数で振動されてよいので、ユーザは、冷却素子の作動に関連するノイズを全く聞きえない。構造共振周波数および／または音響共振周波数と同じまたは近い周波数で駆動された場合、冷却システムを動作させる際に用いられる電力が、大幅に低減されうる。冷却素子１２０は、振動中に上部プレート１１０ともオリフィスプレート１３０とも物理的に接触しない。したがって、冷却素子１２０の共振は、より容易に維持されうる。より具体的には、冷却素子１２０とその他の構との間の物理的接触は、冷却素子１２０の共振条件を妨げうる。これらの条件を妨げると、共振させずに冷却素子１２０を駆動しうる。したがって、冷却素子１２０の作動を維持するために、さらなる電力を利用する必要が生じる。さらに、冷却素子１２０によって駆動される流体の流量が減少しうる。これらの問題は、上述のように、圧力差および流量を利用して回避される。改善された静かな冷却の利点は、限られた追加電力で達成されうる。さらに、冷却素子１２０の異相振動は、冷却素子１００の重心の位置をより安定なままにすることを可能にする。トルクが冷却素子１２０に掛かるが、重心の移動による力は、低減または排除される。結果として、冷却素子１２０の動きによる振動が低減されうる。さらに、冷却装置１００の効率が、冷却素子１２０の２つの側に異相振動運動を利用することによって改善されうる。片持ちアーム１２１の異相振動中に、冷却システム１００を通しての振動も低減されうる。その結果として、冷却システム１００を組み込んだデバイスの性能が改善されうる。さらに、冷却システム１００は、高い流量および／または流速が望ましいその他の応用例（例えば、熱発生構造１０２が存在する、または、存在しない）で利用可能でありうる。

【0055】

図１Ｆは、上部中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システム１００’の一実施形態を示す。冷却システム１００’は、冷却システム１００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム１００’は、熱発生構造１０２および集積回路１０３と共に用いられ、それらは、熱発生構造１０２および集積回路１０３と類似している。

【0056】

冷却システム１００は、支持構造１７０’と、ベント１１２’を有する上部プレート１１０’と、冷却素子１２０’と、オリフィス１３２を備えたオリフィスプレート１３０と、ギャップを有する上部チャンバ１４０’と、ギャップを有する下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、図１Ａ～図１Ｅの支持構造１７０と、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０’と、オリフィス１３２を備えたオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、に類似している。したがって、冷却素子１２０’は、冷却素子１２０’の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ１６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ１６０は、（例えば、アンカ３６０Ａおよび／または３６０Ｂに類似した方法で）冷却素子１２０’の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ１６０は、冷却素子１２０’の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似している）。

【0057】

アンカ１６０は、上方から冷却素子１２０’を支持している。したがって、冷却素子１２０’は、アンカ１６０から吊り下げられている。アンカ１６０は、上部プレート１１０’から吊り下げられている。上部プレート１１０’は、ベント１１３を備える。アンカ１６０の両側にあるベント１１２’は、流体がチャンバ１４０の側面へ流れるための経路を提供する。

【0058】

改良冷却素子１２０’は、調整された幾何形状を有し、冷却システム（冷却システム１００および／または１００’など）で利用可能である。冷却素子１２０’は、固定領域１２２および片持ちアーム１２１’を備える。固定領域１２２は、冷却システム１００内でアンカ１６０によって支持（例えば、所定位置に保持）されている。片持ちアーム１２１’は、冷却素子１２０’が駆動されることに応じて、振動運動を行う。したがって、冷却素子１２０’は、冷却素子１２０と類似した方法で動作し、冷却システム１００で利用可能である。各片持ちアーム１２１’は、ステップ領域１２４、延長領域１２６、および、外側領域１２８を備える。図１Ｆに示す実施形態において、固定領域１２２は、中央に配置されている。ステップ領域１２４は、固定領域１２２から外向きに伸びている。延長領域１２６は、ステップ領域１２４から外向きに伸びている。外側領域１２８は、延長領域１２６から外向きに伸びている。他の実施形態において、固定領域１２２が、アクチュエータの一方の端部にあり、外側領域１２８が、反対側の端部にあってもよい。かかる実施形態において、アクチュエータは、端部を固定される。

【0059】

延長領域１２６は、ステップ領域１２４の厚さ（ステップ厚さ）よりも薄く、外側領域１２８の厚さ（外側厚さ）よりも薄い厚さ（延長厚さ）を有する。したがって、延長領域１２６は、凹部になっていると見なされてよい。延長領域１２６は、より大きい下部チャンバ１５０を提供すると見られてもよい。いくつかの実施形態において、外側領域１２８の外側厚さは、ステップ領域１２４のステップ厚さと同じである。いくつかの実施形態において、外側領域１２８の外側厚さは、ステップ領域１２４のステップ厚さとは異なる。外側領域１２８およびステップ領域１２４は各々、３２０マイクロメートル以上かつ３６０マイクロメートル以下の厚さを有してよい。いくつかの実施形態において、外側厚さは、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下だけ延長厚さよりも厚い。換言すると、ステップ（ステップ厚さおよび延長厚さの差）は、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、外側ステップ（外側厚さおよび延長厚さの差）は、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下である。外側領域１２８は、１００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅（チップ１２３から延長領域１２６までの幅）を有してよい。延長１２６領域は、いくつかの実施形態において、０．５ミリメートル以上かつ１．５ミリメートル以下のステップ領域１２４から外側領域１２８までの長さを有する。いくつかの実施形態において、外側領域１２８は、固定領域１２２からの方向の単位長さあたりの質量が延長領域１２６よりも大きい。この質量の差は、外側領域１２８のより大きいサイズ、冷却素子１２０’の部分の間の密度の差、および／または、別のメカニズムに起因してよい。

【0060】

冷却システム１００に関して上述したように、冷却素子１２０’は、冷却素子１２０’の構造共振周波数またはそれに近い周波数で振動するように駆動されてよい。さらに、冷却素子１２０’の構造共振周波数は、チャンバ１４０’／１５０の音響共振と一致するよう構成されていてよい。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、冷却素子１２０’の振動運動は、冷却システム１００に関して記載した周波数の運動であってよい。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。

【0061】

冷却システム１００’は、冷却システム１００と類似した方法で動作する。したがって、冷却システム１００’は、冷却システム１００の利点を共有する。したがって、冷却システム１００’を利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却素子１２０’と類似した方法で構成されている冷却素子１２０’の利用は、効率および信頼性を改善しうる。さらに、他の冷却セル（図示せず）に影響しうる冷却システム１００’における振動が低減されうる。例えば、冷却素子１２０’の運動に起因して上部プレート１１０’で引き起こされる振動が少なくなりうる。結果的に、冷却システム１００’と、冷却システム１００’を組み込んだデバイスの他の冷却システム（例えば、他のセル）または他の部分との間のクロストークが低減されうる。したがって、性能が高められうる。

【0062】

改良冷却素子１２０’の利用は、冷却システム１００および／または１００’の効率をさらに改善しうる。延長領域１２６は、ステップ領域１２４および外側領域１２８よりも薄い。この結果として、延長領域１２６に対応する冷却素子１２０’の底部に空洞が存在する。この空洞の存在は、冷却システム１００’の効率を改善するのに役立つ。各片持ちアーム１２１’は、アップストローク時に上部プレート１１０に向かい、ダウンストローク時に上部プレート１１０から離れるように振動する。片持ちアーム１２１’が上部プレート１１０に向かって運動する時、上部チャンバ１４０内のより高圧の流体が、片持ちアーム１２１’の運動に抵抗する。さらに、下部チャンバ１５０における吸引も、アップストローク中に片持ちアーム１２１’の上方への運動に抵抗する。片持ちアーム１２１’のダウンストローク時には、下部チャンバ１５０内で上昇した圧力と、上部チャンバ１４０における吸引が、片持ちアーム１２１’の下方への運動に抵抗する。しかしながら、延長領域１２６に対応する片持ちアーム１２１’内の空洞の存在が、アップストローク中に下部チャンバ１５０における吸引を緩和する。空洞も、ダウンストローク中に下部チャンバ１５０における圧力の上昇を低減する。吸引および圧力上昇の大きさが低減されるので、片持ちアーム１２１’は、流体を通ってより容易に運動しうる。これは、冷却システム１００および／または１００’を通して流体の流れを駆動する上部チャンバ１４０内のより高い圧力を実質的に維持しながら達成されうる。さらに、外側領域１２８の存在が、冷却システム１００を通して駆動されている流体の中で片持ちアーム１２１’が運動する能力を高めうる。外側領域１２８は、単位長さあたりでより大きい質量、ひいては、より高い運動量を有する。その結果として、外側領域１２８は、冷却システム１００を通して駆動されている流体の中で片持ちアーム１２１’が運動する能力を高めうる。片持ちアーム１２１’のたわみの振幅も、増大されうる。これらの利点は、より厚いステップ領域１２４の利用によって片持ちアーム１２１’の剛性を維持しつつ達成されうる。さらに、外側領域１２８の厚さが厚くなるほど、ダウンストロークの底部での流れをピンチオフするのに役立ちうる。したがって、冷却素子１２０’がオリフィス１３２を通した逆流を防ぐバルブを提供する能力が、向上されうる。したがって、冷却素子１２０’を利用する冷却システム１００’の性能が改善されうる。

【0063】

上述のように、冷却システム１００および１００’は、オリフィス１３２を出て熱発生構造（すなわち、ヒートスプレッダ）１０２もしくは集積回路１０３（または、熱源である別の構成要素）に衝突する流体のジェットを用いて、熱発生構造１０２（ひいては集積回路１０３）を冷却しうる。ただし、冷却システム１００および／または１００’は、熱発生構造を冷却するためのさらなるメカニズムを有してもよい。冷却システム１００および／または１００’は、伝導によって熱発生構造１０２から冷却システム１００へ熱が伝熱されうるように、支持構造１７０を介して熱発生構造１０２へ熱的に結合されている。例えば、ペデスタル１７２は、熱伝導材料から形成されていてよい。また、ペデスタル１７２は、高熱伝導性メカニズム（熱伝導性エポキシなど）を用いて、熱発生構造１０２に接合されていてよい。同様に、ペデスタル１７２は、熱発生構造１０２の熱質量と比べて、比較的大きい（例えば、かなりの割合のまたはより大きい）熱質量を有してよい。例えば、ペデスタル１７２は、高熱容量材料（例えば、鋼鉄およびアルミニウム合金）および／または高熱伝導材料（例えば、銅およびアルミニウム）を含んでよく、または、それらからなっていてよい。また、ペデスタル１７２は、広範囲にわたって熱発生構造１０２と接触していてよい。ペデスタル１７２は、おおよそアンカ１６０のサイズから、冷却セル１００および／または１００’にわたるサイズまたは複数の冷却セルで形成されたタイル全体にわたるサイズまで、様々なサイズであってよい。例えば、ペデスタル１７２は、冷却システム１００にわたってまたは複数の冷却システムにわたって、紙面の外側に広がっていてよい。さらに、冷却素子１２０／１２０’は、それぞれ、アンカ１６０および／または上部プレート１１０’を介して支持構造１７０および／または１７０’へ熱的に結合されている。したがって、熱は、熱発生構造１０２から、それぞれ冷却素子１２０／１２０’と支持構造１７０および／または１７０’の残り部分とに伝熱されうる。したがって、冷却システム１００および／または１００’は、熱発生構造１０２および集積回路１０３のためのヒートシンクとして機能しうる。さらに、その形状（例えば、大きい表面積）のために、冷却システム１２０’は、フィンとして機能しうる。

【0064】

さらに、冷却システム１００および／または１００’は、アクティブ冷却システムである。したがって、冷却システム１００および／または１００’は、いくつかの実施形態において、アクティブヒートシンクと見なされてよい。より具体的には、冷却素子１２０／１２０’は、振動運動を行う。オリフィス１３２を通して流体を駆動することに加えて、振動運動は、チャンバ１４０／１５０および１４０’／１５０内に入り、チャンバ１４０／１５０および１４０’／１５０を通って、冷却素子１２０’を通り過ぎるように、流体を駆動する。流体が冷却素子１２０／１２０’を通り過ぎて支持構造１７０および／または１７０’を通して駆動されるので、冷却素子１２０’ならびに支持構造１７０および／または１７０’における熱は、流体へ伝熱される。したがって、熱発生構造１０２から直接的に流体を移すことに加えてまたはその代わりに、流体が、冷却素子１２０／１２０’および／または支持構造１１０／１７０’から熱を除去できる。

【0065】

さらに、冷却システム１００および１００’は、オリフィス１３２を出る流体が少なくとも３０メートル／秒の高速度を有するように、流体を駆動する。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２を出る流体は、少なくとも４５メートル／秒の速度を有する。いくつかの実施形態において、流体は、少なくとも６０メートル／秒の速度でオリフィス１３２を出る。その他の速度も、いくつかの実施形態において可能でありうる。オリフィス１３２を出る流体は、部分的には、チャンバ１４０／１５０を通して移動する流体が高流量を有することから、高速度を有する。いくつかの実施形態において、例えば、チャンバ１４０／１５０を通る流量は、少なくとも０．０５立方フィート／分（ｃｆｍ）（１．４１Ｌ／ｍｉｎ）であってよい。いくつかの実施形態において、チャンバ１４０／１５０を通る流量は、少なくとも０．１ｃｆｍである。その他の流量（すなわち、より高いまたは低い流量）も可能である。冷却システム１００および／または１００’を通して駆動されうる比較的高い流量は、冷却素子１２０／１２０’ならびに支持構造１７０および／または１７０’から熱を効率的に取り除く。このように、支持構造１７０／１７０’および冷却素子１２０／１２０’による伝導に加えて、対流による流体への熱の伝達が、熱を管理するために用いられてよい。

【0066】

例えば、図２Ａ～図２Ｇは、冷却システム１００および／または１００’を用いて駆動された流体の温度の変化を示す。図２Ａは、冷却システム１００および／または１００’の性能の例を示すグラフ２００である。グラフ２００は、説明を目的としたものにすぎず、冷却素子１２０ならびに／もしくは冷却システム１００および／または１００’のすべての実施形態の性能を示すことを意図していない。より具体的には、グラフ２００は、冷却システム１００および／または１００’の様々な位置における流体の温度を示している。位置「ベント」は、それぞれ、冷却システム１００および／または１００’への入口ベント１１２および／または１１３における流体温度を示している。位置「オリフィス出口」は、それぞれ、冷却システム１００および／または１００’のオリフィス１３２を出た後の流体温度を示している。位置「衝突」は、それぞれ、冷却システム１００および／または１００’の熱発生構造１０２に衝突した後の流体温度を示している。位置「出口」は、それぞれ、冷却システム１００および／または１００’について示された領域を出た際の流体温度を示している。「上限温度」は、熱発生構造１０２または集積回路１０３が下回ることが望ましい温度を示している。

【0067】

グラフ２００は、高流量挙動を示すと見なされうるプロット２１０を含み、一方、プロット２２０は、低流量挙動を示すと見なされうる。プロット２１０（高流量）は、いくつかの実施形態において、０．１ｃｆｍのオーダーの流量についてのプロットであってよい。プロット２２０（低流量）は、０．０１ｃｆｍのオーダーの流量についてのプロットであってよい。その他の流量も可能である。より一般的には、プロット２１０は、冷却システム１００／１００’の一部の温度が熱発生構造１０２よりも大幅に低くなるようにそれらの部分を冷却するのに、冷却システム１００および／または１００’を通して冷却素子１２０および／または１２０’によって駆動される流体の流量が十分である場合に生じうる。プロット２２０は、冷却システム１００および／または１００’を通して冷却素子１２０および／または１２０’によって駆動される流体の流量が冷却システム１００／１００’の部分を冷却するのに不十分であった結果として、それらの部分の温度が熱発生構造１０２に近くなった場合に生じうる。より具体的には、プロット２１０は、冷却システム１００および／または１００’の温度（例えば、冷却素子１２０および支持構造１７０／１７０’の温度）が熱発生構造１０２の温度をはるかに下回っている時の冷却システム１００および／または１００’の挙動を示している。例えば、プロット２１０は、冷却システム１００および／または１００’が室温（例えば、２５℃）またはそれに近い温度であり、熱発生構造１０２および／または集積回路１０３が上限温度（例えば、９０℃）またはそれに近い温度である時の温度を記載しうる。プロット２２０は、冷却システム１００および／または１００’の温度（例えば、冷却素子１２０および支持構造１７０／１７０’の温度）が熱発生構造１０２の温度またはそれに近い温度である時の冷却システム１００および／または１００’の挙動を示している。例えば、プロット２２０は、冷却システム１００および／または１００’が８０～８８℃またはその近くの温度であり、熱発生構造１０２および／または集積回路が、９０℃またはその近くの温度である時の温度を記載しうる。

【0068】

冷却システム１００および／または１００’は、熱発生構造１０２から伝熱された熱によって加熱されている。プロット２１０について、ベント１１２および／または１１３で冷却システム１００および／または１００’に入る流体は、室温またはそれに近い温度である。流体の流量は高い（例えば、０．０５ｃｆｍ～０．１ｃｆｍ以上）。いくつかの実施形態において、流体の流量は、熱発生構造から遠位の冷却システム１００および／または１００’の部分の温度が低いことを保証するのに十分な熱が冷却システム１００および／または１００’から取り除かれるほど、十分に高い。流体が冷却素子１２０の振動運動によってチャンバ１４０／１５０および／または１４０’／１５０を通して移動すると、一部の熱が、流体に伝達される。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２から遠位の冷却システム１００および／または１００’の部分の温度を下げるために、十分な熱が伝達される（冷却システム１００および／または１００’から取り除かれる）。流体は、冷却システムを通過する時に、冷却システム１００および／または１００’から熱を取り除き続ける。したがって、流体は、チャンバ１４０および１５０を通過する際に、徐々に温度を増す。熱発生構造１０２に衝突した流体は、かなりの量の熱を熱発生構造１０２から流体へ移す。したがって、流体の温度は、「衝突」位置で非常に高くなった。流体が熱発生構造１０２の表面に沿って出口へ移動し続ける時、少量のさらなる熱のみが取り除かれうる。したがって、プロット２１０については、部分的には冷却システム１００および；または１００’から熱を取り除くことによって、ならびに、部分的には熱発生構造１０２に衝突する流体によって、かなりの量の熱が伝熱される。例えば、いくつかの実施形態において、９０℃で動作する熱発生構造について、ベント１１２／１１３に入った室温の流体が、少なくとも７０℃の温度で出て行きうる。９０℃で動作する熱発生構造について、ベント１１２／１１３に入った室温の流体は、いくつかのかかる実施形態において、少なくとも７５℃～８０℃の温度で出て行きうる。

【0069】

プロット２２０について、ベント１１２および／または１１３で冷却システム１００および／または１００’に入る流体は、室温またはそれに近い温度である。ただし、流体の流量は低い。いくつかの実施形態において、流体の流量は、熱発生構造から遠位の冷却システム１００および／または１００’の部分の温度が低いことを保証するのに十分な熱が冷却システム１００および／または１００’から取り除かれないほど、十分に低い。熱発生構造１０２および／または集積回路１０３（またはその他の熱源）からの熱が、熱伝導によって冷却システム１００へ伝熱された。流体が冷却素子１２０の振動運動によってチャンバ１４０／１５０および／または１４０’／１５０を通して移動する間に、冷却システム１００および／または１００’（例えば、冷却素子１２０および／または支持構造１７０／は１７０’）からの熱が流体へ伝熱される。したがって、流体の温度は、「オリフィス出口」位置で非常に高くなった。熱発生構造１０２に衝突した流体は、熱発生構造１０２から流体へ少量のさらなる熱を移しうる。流体が出口へ移動し続ける時、限られた量のさらなる熱のみが取り除かれうる。したがって、低流量プロット２２０について、熱は、主に流体が冷却システム１００および／または１００’を通過することによって流体へ伝熱される。例えば、いくつかの実施形態において、９０℃で動作する熱発生構造について、ベント１１２／１１３に入った室温の流体が、少なくとも７０℃の温度で出て行きうる。９０℃で動作する熱発生構造について、ベント１１２／１１３に入った室温の流体は、いくつかのかかる実施形態において、少なくとも７５℃～８０℃の温度で出て行きうる。

【0070】

熱発生構造１０２に対して低温の冷却システム１００および／または１００’（高流量）、もしくは、熱発生構造１０２の温度またはそれに近い温度の冷却システム１００および／または１００’（低流量）、についてのプロット２１０および２２０に見られるように、かなりの量の熱が、流体へ効率的に伝熱されうる。さらに、集積回路１０３によって生成されるかなりの量の熱が、流体によって除去される。したがって、冷却システム１００および／または１００’は、低流量および高流量の両方で効率的に熱を取り除く。しかしながら、流体の流量が高いほど、単位時間あたりに取り除かれる熱が多くなり、冷却システム１００および／または１００’の部分がより低温になりうる。

【0071】

冷却システム１００および／または１００’の効率を数学的に見ることもできる。流体へ伝熱される（その後、流体がシステムを出る時に除去される）単位時間あたりの熱量（Ｈ）は、以下の式によって与えられうる。
Ｈ＝（ｄｍ／ｄｔ）Ｃ_ｐΔＴ
ここで、ｄｍ／ｄｔは、流体の質量流量であり、
Ｃ_ｐは、流体の比熱であり、
ΔＴは、流体の温度の変化である。

【0072】

流体の温度の変化は、以下のように分解できる。
ΔＴ＝ΔＴ_チャンバ＋ΔＴ_衝突＋ΔＴ_{ジェットチャネル}
ここで、ΔＴ_チャンバは、チャンバ１４０／１５０または１４０’／１５０を通しての流体温度の変化であり、
ΔＴ_衝突は、熱発生構造１０２への衝突による流体温度の変化であり、
ΔＴ_{ジェットチャネル}は、流体がジェットチャネル内を移動した時の流体温度の変化である。

【0073】

したがって、高流量の場合には、流体の温度変化のほとんどは、ΔＴ_衝突について起きる。したがって、熱発生構造１０２は、急速に冷却されうる。低流量の場合には、流体の温度変化のほとんどは、ΔＴ_チャンバについて起きる。しかしながら、いずれにしても、冷却素子１２０によって駆動される流体は、集積回路１０３および／または熱発生構造１０２によって生成された熱を効率的に取り除く。例えば、どちらの場合も、室温で入った流体は、システムを出る時に少なくとも７０℃の温度を有しうる。（例えば、より低い流量および／またはより高い発熱のための）いくつかの実施形態において、室温で入った流体は、システムを出る時に少なくとも７５℃の温度を有しうる。いくつかの実施形態において、室温で入った流体は、システムを出る時に少なくとも８０℃の温度を有しうる。これは、ヒートスプレッダに流体を吹き付けるための従来のメカニズム（例えば、ファン）を利用する従来のシステムにおいて、室温で入った流体が４０℃または５０℃を超えない温度を有しうるのと対照的である。したがって、冷却システム１００および／または１００’のいくつかの実施形態における流体温度の大きい変化（例えば、４０～５５℃以上のオーダーの変化）は、かなり大量の熱が、冷却システム１００および／または１００’を用いて取り除かれうることを示唆している。

【0074】

流体の温度の変化について、図２Ｂ～図２Ｇで見ることもできる。図２Ｂ～図２Ｇは、様々な条件下での冷却システム１００を示している。簡単のために、上部プレート１１０、冷却素子１２０、オリフィスプレート１３０、ペデスタル１７２、および、熱発生構造１０２のみに符号が付されている。図２Ｂ～図２Ｇにおいて、熱発生構造が、最高温度を有する。図２Ｂは、熱発生構造１０２へ伝導によって熱的に結合されていない冷却システムの一実施形態について、低流量（例えば、０．０１５ｃｆｍ）でのヒートマップ２３０を示している。例えば、熱発生構造１０２にオリフィスプレート１３０を接続しているペデスタル１７２が、断熱していてよい。図２Ｃは、熱発生構造１０２へ伝導によって熱的に結合されていない冷却システムの一実施形態について、より高い流量（例えば、０．１ｃｆｍ）でのヒートマップ２４０を示している。図２Ｂのヒートマップ２３０に見られるように、いくらかの熱が冷却システム１００に伝熱されるが、上部プレートから十分に上方にある流体は冷たいままである。したがって、低流量では、いくらかの熱が冷却システム１００に伝熱されるが、低い流体流量によって大幅には除去されない。図２Ｃのヒートマップ２４０は、より高い流体流量がより効率的に冷却システム１００から熱を取り除くことを示している。したがって、冷却システム１００は、より冷えている。冷却システム１００の上方の流体は、冷却システム１００の近くのものも含めて、より一貫して冷えている。

【0075】

図２Ｄは、熱発生構造に伝導によって（例えば、高い熱伝導率を有するペデスタル１７２を通して）熱的に結合されている冷却システム１００の一実施形態について、低流量（例えば、０．０１５ｃｆｍ）でのヒートマップ２５０を示している。図２Ｅは、熱発生構造に伝導によって（例えば、高い熱伝導率を有するペデスタル１７２を通して）熱的に結合されている冷却システムの一実施形態について、より高い流量（例えば、０．１ｃｆｍ）でのヒートマップ２６０を示している。図２Ｄのヒートマップ２５０に見られるように、かなりの量の熱が、ペデスタル１７２を通して熱伝導で冷却システム１００へ伝熱される。したがって、オリフィスプレート１３０および冷却素子１２０の一部は、熱発生構造１０２と温度が近い。上部プレート１１０の近くの流体は、いくらか加熱されているが、上部プレート１１０から十分に上方にある流体は冷たいままである。したがって、低流量では、熱が伝導によって冷却システム１００に伝熱されるが、低い流体流量によって大幅には除去されない。図２Ｅのヒートマップ２６０は、より高い流体流量がより効率的に冷却システム１００から熱を取り除くことを示している。このように、熱が（ヒートマップ２５０によって示されているように）伝導によって伝熱されるが、冷却システム１００は、流体流によって冷却されている。したがって、上部プレート１１０、冷却素子１２０、オリフィスプレート１３０の大部分、および、ペデスタル１７２の一部は、ヒートマップ２５０よりもヒートマップ２６０で温度が低い。結果として、（冷却システム１００への）伝導と、（冷却システム１００から、領域を出る流体への）対流とによって、熱が熱発生構造１０２から取り除かれる。

【0076】

図２Ｂ～図２Ｅに見られるように、熱発生構造に熱的に結合されている時、熱は、伝導によって冷却システム１００／冷却素子１２０へ伝熱されうる。冷却システム１００を通る流れは、冷却素子の振動運動によって駆動され、冷却システムから、ひいては、熱発生構造から、熱を効果的に取り除きうる。

【0077】

同様に、図２Ｆおよび図２Ｇは、熱発生構造に伝導によって熱的に結合されている冷却システムの一実施形態について、それぞれ、ヒートマップ２７０および２８０を示す。図２Ｆは、熱発生構造に伝導によって（例えば、高い熱伝導率を有するペデスタル１７２を通して）熱的に結合されている冷却システムの一実施形態について、より低い流量（例えば、０．０５ｃｆｍ）でのヒートマップ２７０を示している。図２Ｇは、熱発生構造に伝導によって（例えば、高い熱伝導率を有するペデスタル１７２を通して）熱的に結合されている冷却システムの一実施形態について、より高い流量（例えば、０．１ｃｆｍ）でのヒートマップ２６０を示している。図２Ｆ～図２Ｇに見られるように、熱発生構造に熱的に結合されている時、熱は、伝導によって冷却システムへ伝熱されうる。したがって、ペデスタル１７２、ならびに、オリフィスプレート１３０および冷却素子１２０のより広い部分は、ヒートマップ２７０においてより高い温度を有するよう示されている。さらに、ヒートマップ２７０は、冷却システム１００の最高温度がペデスタル１７２付近で生じることを示しており、ペデスタル１７２は、熱発生構造１０２へ熱的に接続されている。ヒートマップ２８０も、冷却システム１００の最高温度がペデスタル１７２付近で生じることを示しており、ペデスタル１７２は、熱発生構造１０２へ熱的に接続されている。しかしながら、上部プレート１１０、冷却素子１２０、および、オリフィスプレート１３０の一部は、より高い流量によって冷却されている。構造１１０、１２０、および、１３０の最低温度は、より高流量の流れに近接して起きる。冷却システムを通る流れは、冷却素子の振動運動によって駆動され、冷却システムから、ひいては、熱発生構造から、熱を効果的に取り除きうる。

【0078】

このように、冷却システム１００および／または１００’は、小さいサイズを有し、低プロファイルを有し、および／または、低ノイズでありつつ、生成されるかなりの量の熱を効率的に取り除くことができる。したがって、冷却システム１００および／または１００’を利用する様々なシステムの性能が改善されうる。

【0079】

図３Ａ～図３Ｄは、アクティブ冷却システム（冷却システム１００など）と類似した冷却システム３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、および、３００Ｄの実施形態を示す平面図である。図３Ａ～図３Ｄは、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、および、３２０Ｄ、ならびに、アンカ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃ、および、３６０Ｄの部分のみが、それぞれ示されている。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、および、３２０Ｄは、冷却素子１２０と類似している。したがって、冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、および／または、３２０Ｄに用いられるサイズおよび／または材料は、冷却素子１２０のものと類似していてよい。アンカ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃ、および、３６０Ｄは、アンカ１６０と類似しており、破線で示されている。

【0080】

冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂについて、アンカ３６０Ａおよび３６０Ｂが、中央に配置され、それぞれ、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂの中心軸に沿って伸びている。したがって、振動するように駆動される片持ち部分（すなわち、片持ちアーム）は、アンカ３６０Ａおよび３６０Ｂの右側および左側にある。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂは、連続構造であり、その中の２つの部分が駆動される（例えば、アンカ３６０Ａおよび３６０Ｂの外側の片持ち部分）。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂは、別個の片持ち部分を備えており、片持ち部分の各々は、それぞれ、アンカ３６０Ａおよび３６０Ｂに取り付けられていて、駆動される。したがって、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂの片持ち部分は、蝶の翅に類似した方法（同相）またはシーソーに類似した方法（異相）で振動するよう構成されていてよい。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、Ｌは、冷却素子の長さであり、図１Ａ～図１Ｆに図示したものと類似する。また、図３Ａおよび図３Ｂでは、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂの奥行きＰが示されている。

【0081】

また、図３Ａ～図３Ｂには、圧電体３２３が点線で示されている。圧電体２２３は、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂを作動させるために用いられる。圧電体の文脈で記載されているが、冷却素子３６０Ａおよび３６０Ｂを作動させるための別のメカニズムが用いられてもよい。かかる別のメカニズムは、圧電体３２３の位置にあってもよいし、別の場所に配置されてもよい。冷却素子３６０Ａにおいて、圧電体３２３は、片持ち部分に固定されてもよいし、冷却素子３２０Ａに一体化されてもよい。さらに、圧電体３２３は、図３Ａおよび図３Ｂにおいて特定の形状およびサイズを有するものとして示されているが、その他の構成が用いられてもよい。

【0082】

図３Ａに示す実施形態において、アンカ３６０Ａは、冷却素子３２０Ａの奥行き全体に伸びている。したがって、冷却素子３６０Ａの外周の一部が固定されている。冷却素子３６０Ａの外周の固定されていない部分は、振動運動を行う片持ち部分の一部である。他の実施形態において、アンカは、中心軸の長さ全体に伸びている必要はない。かかる実施形態では、冷却素子の外周全体が固定されていない。しかしながら、かかる冷却素子は、それでも、本明細書に記載の方法で振動するよう構成されている片持ち部分を有する。例えば、図３Ｂにおいて、アンカ３６０Ｂは、冷却素子３２０Ｂの外周まで伸びていない。したがって、冷却素子３２０Ｂの外周は、固定されていない。しかしながら、アンカ３６０Ｂは、冷却素子３２０Ｂの中心軸に沿って伸びている。この場合でも、冷却素子３２０Ｂは、片持ち部分が振動するように駆動される（例えば、蝶の翅と類似している）。

【0083】

冷却素子３２０Ａは長方形として図示されているが、冷却素子は、別の形状を有してもよい。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ａの角が、丸みを帯びていてもよい。図３Ｂの冷却素子３２０Ｂは、丸みのある片持ち部分を有する。その他の形状も可能である。図３Ｂに示す実施形態において、アンカ３６０Ｂは、中空であり、開口部３６３を備える。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｂは、アンカ３６０Ｂの領域内に１または複数の開口部を有する。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｂは、１または複数の開口部がアンカ３６０Ｂの領域内に存在するように、複数の部分を備える。結果として、流体が、冷却素子３２０Ｂを通して、そして、アンカ３６０Ｂを通して引き込まれうる。したがって、冷却素子３２０Ｂは、上部プレート（上部プレート１１０など）の代わりに用いられてよい。かかる実施形態において、冷却素子３２０Ｂの開口部と、開口部３６３は、ベント１１２と類似した方法で機能しうる。さらに、冷却素子３００Ａおよび３００Ｂは、中央領域で支持されている様子が図示されているが、いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂの一方の片持ち部分が省略されてもよい。かかる実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂは、一方の端部またはその近くで支持または固定されている一方で、少なくとも反対側の端部の少なくとも一部が自由に振動運動を行う、と考えられてよい。いくつかのかかる実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂは、振動運動を行う単一の片持ち部分を備えてよい。

【0084】

図３Ｃ～図３Ｄは、アクティブ冷却システム（冷却システム１００など）と類似した冷却システム３００Ｃおよび３００Ｄの実施形態を示す平面図である。簡単のために、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄならびにアンカ３６０Ｃおよび３６０Ｄのみが、それぞれ示されている。冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄは、冷却素子１２０と類似している。したがって、冷却素子３２０Ｃおよび／または３２０Ｄに用いられるサイズおよび／または材料は、冷却素子１２０のものと類似していてよい。アンカ３６０Ａおよび３６０Ｄは、アンカ１６０と類似しており、破線で示されている。

【0085】

冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄについて、アンカ３６０Ｃおよび３６０Ｄは、それぞれ、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄの中央領域に限定されている。したがって、アンカ３６０Ｃおよび３６０Ｄを囲む領域が、振動運動を行う。したがって、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄは、クラゲに類似した方法、または、傘の開閉と同様の方法で、振動するよう構成されていてよい。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄの外周全体が、同じ位相で振動する（例えば、すべてが一緒に上下に動く）。他の実施形態において、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄの外周の複数部分が、異なる位相で振動する。図３Ｃおよび図３Ｄにおいて、Ｌは、冷却素子の長さ（例えば、直径）であり、図１Ａ～図１Ｆに図示したものと類似する。冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄは円形として図示されているが、冷却素子は、別の形状を有してもよい。さらに、圧電体（図３Ｃ～図３Ｄには図示せず）および／またはその他のメカニズムが、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄの振動運動を駆動するために用いられてよい。

【0086】

図３Ｄに示す実施形態において、アンカ３６０Ｄは、中空であり、開口部３６３を有する。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｄは、アンカＤの領域内に１または複数の開口部を有する。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｄは、１または複数の開口部がアンカ３６０Ｄの領域内に存在するように、複数の部分を備える。結果として、流体が、冷却素子３２０Ｄを通して、そして、アンカ３６０Ｄを通して引き込まれうる。流体は、開口部３６３を通して出て行きうる。したがって、冷却素子３２０Ｄは、上部プレート（上部プレート１１０など）の代わりに用いられてよい。かかる実施形態において、冷却素子３２０Ｄの開口部と、開口部３６３は、ベント１１２と類似した方法で機能しうる。

【0087】

冷却システム（冷却システム１００および／または１００’など）は、冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子を利用できる。また、かかる冷却システムは、冷却システム１００１００および／またはの利点を共有しうる。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子を用いる冷却システムは、高速で熱発生構造に向かって流体をより効率的に駆動しうる。その結果、熱発生構造と、移動する流体との間の熱伝達が改善される。熱発生構造が、より効率的に冷却されるので、対応するデバイスは、より高い速度および／または電力で長時間にわたって動作するなど、動作の改善を示しうる。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子を用いる冷却システムは、利用可能なスペースか限られている、より小型および／またはモバイル型のデバイスでの利用に適しうる。したがって、かかるデバイスの性能は改善されうる。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子は、１５ｋＨｚ以上の周波数で振動されてよいので、ユーザは、冷却素子の作動に関連するノイズを全く聞きえない。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子の音響共振周波数および／または構造共振周波数またはその付近の周波数で駆動される場合、冷却システムを動作させる際に用いられる電力が、大幅に低減されうる。冷却素子Ｓ２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子は、利用中にプレートと物理的に接触しえないため、共振をより容易に維持することが可能になる。改善された静かな冷却の利点は、限られた追加電力で達成されうる。その結果として、冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子を組み込んだデバイスの性能が改善されうる。

【0088】

図４は、アクティブヒートシンクとして利用可能なアクティブ冷却システム４００の一実施形態を示す。図４は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム４００の一部のみが図示されている。冷却システム４００は、冷却システム１００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム４００は、集積回路５０３と共に利用され、集積回路５０３は、集積回路１０３と類似している。

【0089】

冷却システム４００は、冷却素子１２０および支持構造１７０とそれぞれ類似している冷却素子４２０および冷却構造４７０を備える。したがって、支持構造４７０は、ベント４１２を有する上部プレート４１０と、オリフィス４３２を備えたオリフィスプレート４３０と、ギャップを有する上部チャンバ４４０と、ギャップを有する下部チャンバ４５０と、アンカ４６０と、側壁４７４と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０と、オリフィス１３２を備えたオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、側壁１７４と、に類似している。冷却素子４２０は、冷却素子４２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ４６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ４６０は（例えば、アンカ３６０Ａおよび／または３６０Ｂに類似した方法で）冷却素子４２０の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ４６０は、冷却素子４２０の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似している）。冷却素子４２０は、片持ちアーム４２１と、固定領域４２２と、チップ４２３と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、片持ちアーム１２１と、固定領域１２２と、チップ１２３と、に類似している。いくつかの実施形態において、冷却素子４２０は、冷却素子１２０’と類似していてよい。支持構造４７０は、さらに、ペデスタル１７２と類似しているペデスタル４７２を備える。ただし、図に示す実施形態において、ペデスタル５７２は、熱発生構造１０２と類似しているヒートスプレッダまたはベイパーチャンバに一体化されている。

【0090】

側壁４７４は、さらに、開口部４７６を備える。図の実施形態において、側壁４７４は、開口部４７６を備え、オリフィスプレート４３０は、オリフィス４３２を備える。いくつかの実施形態において、オリフィスプレート４３０には、オリフィスもそれに代わるものもない。オリフィス４７６は、オリフィスプレート４３０の表面と平行に向いているように示されているが、いくつかの実施形態において、開口部４７６は、異なる向きを有してもよい。開口部４７６は、冷却素子４２０の周りを通るが熱発生構造４０２のそばを通り過ぎない流体の流れを可能にする。したがって、冷却システム４００において、熱は、熱発生構造４０２から、ペデスタル４７２、冷却素子４２０、および、冷却システム４００のその他の構成要素へ伝熱されうる。

【0091】

図４には、熱発生構造４０２と集積回路４０３との間にあるさらなるヒートスプレッダ４０５も図示されている。このように、冷却システムは、熱源である構成要素４０３に直接取り付けられる必要はない。他の実施形態において、ヒートスプレッダ４０５は省略されてもよい。

【0092】

冷却システム４００は、冷却システム１００と類似した方法で動作する。したがって、冷却システム４００は、冷却システム１００の利点を共有する。したがって、冷却システム４００を利用するデバイスの性能が改善されうる。ペデスタル４７２は、一体的なヒートスプレッダを有するので、熱は、集積回路４０３からシステム４００へより効率的に伝熱されうる。次いで、熱は、冷却素子４２０によってシステム４００を通して駆動される流体によって取り除かれうる。したがって、性能が高められうる。

【0093】

図５は、アクティブヒートシンクとして利用可能なアクティブ冷却システム５００の一実施形態を示す。図５は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム５００の一部のみが図示されている。冷却システム５００は、冷却システム１００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム５００は、集積回路５０３と共に利用され、集積回路５０３は、集積回路１０３と類似している。

【0094】

冷却システム５００は、冷却素子１２０および支持構造１７０とそれぞれ類似している冷却素子５２０および冷却構造５７０を備える。したがって、支持構造５７０は、ベント５１２を有する上部プレート５１０と、オリフィス５３２を備えたオリフィスプレート５３０と、ギャップを有する上部チャンバ５４０と、ギャップを有する下部チャンバ５５０と、アンカ４６０と、側壁５７４と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０と、オリフィス１３２を備えたオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、側壁１７４と、に類似している。冷却素子５２０は、冷却素子５２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ５６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ５６０は（例えば、アンカ３６０Ａおよび／または３６０Ｂに類似した方法で）冷却素子５２０の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ５６０は、冷却素子５２０の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似している）。

【0095】

支持構造５７０は、さらに、ペデスタル１７２と類似しているペデスタル５７２を備える。ただし、図に示す実施形態において、ペデスタル５７２は、熱発生構造１０２と類似しているヒートスプレッダまたはベイパーチャンバに一体化されている。

【0096】

冷却システム５００は、冷却システム１００と類似した方法で動作する。したがって、冷却システム５００は、冷却システム１００の利点を共有する。したがって、冷却システム５００を利用するデバイスの性能が改善されうる。ペデスタル５７２は、一体的なヒートスプレッダを有するので、熱は、集積回路５０３からシステム５００へより効率的に伝熱されうる。次いで、熱は、冷却素子５２０によってシステム５００を通して駆動される流体によって取り除かれうる。したがって、性能が高められうる。

【0097】

図６は、アクティブヒートシンクとして利用可能なアクティブ冷却システム６００の一実施形態を示す。図６は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム６００の一部のみが図示されている。冷却システム６００は、冷却システム１００および／または５００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム６００は、集積回路６０３と共に利用され、集積回路６０３は、集積回路１０３と類似している。

【0098】

冷却システム６００は、冷却素子１２０および支持構造１７０とそれぞれ類似している冷却素子６２０および冷却構造６７０を備える。したがって、支持構造６７０は、ベント６１２を有する上部プレート６１０と、オリフィス６３２を備えたオリフィスプレート６３０と、ギャップを有する上部チャンバ６４０と、ギャップを有する下部チャンバ６５０と、アンカ６６０と、側壁６７４と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０と、オリフィス１３２を備えたオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、側壁１７４と、に類似している。冷却素子６２０は、冷却素子６２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ６６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ６６０は（例えば、アンカ３６０Ａおよび／または３６０Ｂに類似した方法で）冷却素子６２０の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ６６０は、冷却素子６２０の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似している）。

【0099】

支持構造６７０は、さらに、ペデスタル１７２と類似しているペデスタル６７２を備える。ただし、図の実施形態において、ペデスタル６７２は、伝導によって集積回路１０３へ直接、熱的に結合されている。

【0100】

冷却システム６００は、冷却システム１００と類似した方法で動作する。したがって、冷却システム６００は、冷却システム１００の利点を共有する。したがって、冷却システム６００を利用するデバイスの性能が改善されうる。ペデスタル６７２は、集積回路６０３へ直接、熱的に接続されているので、熱は、伝導によって集積回路６０３からシステム６００へより効率的に伝熱されうる。次いで、熱は、冷却素子６２０によって冷却システム６００を通して駆動される流体によって取り除かれうる。したがって、性能が高められうる。

【0101】

図７は、アクティブヒートシンクとして利用可能なアクティブ冷却システム７００の一実施形態を示す。図７は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム７００の一部のみが図示されている。冷却システム７００は、冷却システム１００、５００、および／または、６００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム７００は、集積回路７０３と共に利用され、集積回路７０３は、集積回路１０３と類似している。

【0102】

冷却システム７００は、冷却素子１２０および支持構造１７０とそれぞれ類似している冷却素子７２０および冷却構造７７０を備える。したがって、支持構造７７０は、ベント７１２を有する上部プレート７１０と、下部プレート７３０と、ギャップを有する上部チャンバ７４０と、ギャップを有する下部チャンバ７５０と、アンカ７６０と、ペデスタル７７２と、側壁７７４と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０と、オリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、ペデスタル１７２と、側壁１７４と、に類似している。冷却素子７２０は、冷却素子７２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ７６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ７６０は（例えば、アンカ３６０Ａおよび／または３６０Ｂに類似した方法で）冷却素子７２０の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ７６０は、冷却素子７２０の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似している）。

【0103】

下部プレート７３０は、オリフィスプレート１３０と類似しているが、オリフィスを有していない。その代わり、側壁７７４におけるオリフィス７３２が図示されている。したがって、流体は、熱発生構造７０２に向かうのとは別の方向に排出される。そのため、冷却システム７００は、衝突によって熱発生構造７０２を冷却することがない。しかしながら、それでも、冷却システム７００は、熱発生構造７０２および構成要素７０３を冷却しうる。したがって、熱発生構造７０２からの熱は、ペデスタル７２２を通して伝導によって冷却システム７００へ伝熱され、冷却素子７２０の振動運動によって駆動される冷却システム７００内の流体によって取り除かれる。

【0104】

冷却システム７００は、冷却システム１００と類似した方法で動作する。したがって、冷却システム７００は、冷却システム１００の利点を共有する。したがって、冷却システム７００を利用するデバイスの性能が改善されうる。例えば、熱が、定常状態挙動で効率的に伝熱されうる。したがって、性能が高められうる。

【0105】

図８は、アクティブヒートシンクとして利用可能なアクティブ冷却システム８００の一実施形態を示す。図８は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム８００の一部のみが図示されている。冷却システム８００は、冷却システム１００、５００、６００、および／または、７００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム８００は、集積回路８０３と共に利用され、集積回路８０３は、集積回路８０３と類似している。

【0106】

冷却システム８００は、冷却素子１２０および支持構造１７０とそれぞれ類似している冷却素子８２０および冷却構造８７０を備える。したがって、支持構造８７０は、ベント８１２を有する上部プレート８１０と、下部プレート８３０と、ギャップを有する上部チャンバ８４０と、ギャップを有する下部チャンバ８５０と、アンカ８６０と、側壁８７４と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０と、オリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、側壁１７４と、に類似している。冷却素子８２０は、冷却素子８２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ８６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ８６０は（例えば、アンカ３６０Ａおよび／または３６０Ｂに類似した方法で）冷却素子８２０の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ８６０は、冷却素子８２０の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似している）。

【0107】

冷却システム８００は、冷却システム７００と最も類似している。したがって、下部プレート８３０は、オリフィスプレート１３０と類似しているが、オリフィスを有していない。その代わり、側壁８７４におけるオリフィス８３２が図示されている。したがって、流体は、熱発生構造８０２に向かうのとは別の方向に排出される。そのため、冷却システム８００は、衝突によって熱発生構造８０２を冷却することがない。さらに、ペデスタルが取り除かれている。したがって、下部プレート８３０は、熱発生構造８０２へ直接的に接続されている。いくつかの実施形態において、熱発生構造を取り除いて、下部プレート８３０が集積回路へ直接的に結合されることを可能にしてもよい。したがって、熱発生構造８０２からの熱は、下部プレート８３０を通して伝導によって冷却システム８００へ伝熱され、冷却素子８２０の振動運動によって駆動される冷却システム８００内の流体によって取り除かれる。

【0108】

図９は、アクティブヒートシンクとして利用可能なアクティブ冷却システム９００の一実施形態を示す。図９は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム９００の一部のみが図示されている。冷却システム９００は、冷却システム１００、５００、６００、７００、および／または、８００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム９００は、集積回路８０３と共に利用され、集積回路８０３は、集積回路９０３と類似している。

【0109】

冷却システム９００は、冷却素子１２０および支持構造１７０とそれぞれ類似している冷却素子９２０および冷却構造９７０を備える。したがって、支持構造９７０は、ベント９１２を有する上部プレート９１０と、オリフィス９３２を有するオリフィスプレート９３０と、ギャップを有する上部チャンバ９４０と、ギャップを有する下部チャンバ９５０と、アンカ９６０と、ペデスタル９７２と、側壁９７４と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０と、オリフィス１３２を有するオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、ペデスタル１７２と、側壁１７４と、に類似している。冷却素子９２０は、冷却素子９２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ９６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ９６０は（例えば、アンカ３６０Ａおよび／または３６０Ｂに類似した方法で）冷却素子９２０の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ９６０は、冷却素子９２０の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似している）。

【0110】

オリフィスプレート９３０は、オリフィス９３２（図９に点線で示されている）を備えている。しかしながら、オリフィス９３２は、熱発生構造９０２に衝突するよう流体を方向付けない。したがって、流体は、熱発生構造９０２に向かうのとは別の方向に排出される。図の実施形態において、流体は、紙面と実質的に垂直な方向に下部チャンバ９５０から駆動されてよい。そのため、冷却システム９００は、衝突によって熱発生構造９０２を冷却することがない。しかしながら、それでも、冷却システム９００は、熱発生構造９０２および構成要素９０３を冷却しうる。

【0111】

様々な冷却システム１００、１００’、４００、５００、６００、７００、８００、および／または、９００について説明し、特定の特徴を明らかにした。冷却システム１００、１００’、４００、５００、６００、７００、８００、および／または、９００の様々な特徴を、本明細書に明示的に示されていない方法で組み合わせることができる。

【0112】

図１０Ａ～図１０Ｂは、タイルとして構成された複数の冷却セルを備えたアクティブ冷却システム１０００の実施形態を示す。図１０Ａは、上面図を示し、図１０Ｂは、側面図を示している。図１０Ａ～図１０Ｂは、正確な縮尺ではない。冷却システム１０００は、４つの冷却セル１００１を備えており、それらの冷却セルは、本明細書に記載されている冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）の内の１または複数に類似している。２×２構成の４つの冷却セル１００１が示されているが、いくつかの実施形態において、別の数および／または別の構成の冷却セル１００１が用いられてもよい。図の実施形態において、冷却セル１００１は、開口部１０１２を有する共有上部プレート１０１０と、冷却素子１０２０と、オリフィス１０３２を備えた共有オリフィスプレート１０３０と、上部チャンバ１０４０と、下部チャンバ１０５０と、ペデスタル１０７２と、側壁１０７４と、アンカ１０６０と、を備えており、これらの構成要素は、開口部１１２を有する上部プレート１１０と、冷却要素１２０と、オリフィス１３２を有するオリフィスプレート１３０と、上部チャンバ１４０と、下部チャンバ１５０と、ペデスタル１７２と、側壁１７４と、アンカ１６０と、に類似している。下部アンカ１０６０が示されているが、他の実施形態において、上部アンカが用いられてもよい。図の実施形態において、冷却素子１０２０は、異なる位相で（すなわち、シーソーに類似した方法で）駆動されている。さらに、或るセル内の冷却素子１０２０が、隣接するセル内の冷却素子と異なる位相で駆動されている。

【0113】

冷却システム１０００の冷却セル１００１は、冷却システム１００および／４００と類似した方法で機能する。その結果として、本明細書に記載されている利点が、冷却システム１０００によって共有されうる。近くのセル内の冷却素子が異なる位相で駆動されるため、冷却システム１０００における振動が低減されうる。複数の冷却セル１００１が利用されるので、冷却システム１０００は、冷却力が改善されうる。

【0114】

図１１は、複数の冷却セル１１０１を備えた冷却システム１６００の実施形態を示す上面図である。図１１は、正確な縮尺ではない。冷却セル１１０１は、本明細書に記載されている冷却システム（冷却システム１００および／または１００’など）の内の１または複数に類似している。冷却システム１１００に示すように、冷却セル１１０１は、所望のサイズおよび構成の二次元アレイに配列されてよい。いくつかの実施形態において、冷却システム１１００は、複数のタイル１６０で構成されていると見なされうる。このように、所望の冷却力および構成が実現されうる。

【0115】

図１２は、冷却システムを動作させるための方法１２００の実施形態例を示すフローチャートである。方法１２００は、簡単のために図示されていない工程を備えてもよい。方法１２００は、圧電型冷却システム１００の文脈で説明されている。ただし、方法１２００は、本明細書に記載のシステムおよびセルを含むがそれらに限定されないその他の冷却システムで用いられてもよい。

【0116】

冷却システム内の冷却素子の内の１または複数が、工程１２０２で振動するよう駆動される。工程１２０２では、所望の周波数を有する電気信号が、冷却素子を駆動するために用いられる。いくつかの実施形態において、冷却素子は、工程１２０２で、構造共振周波数および／または音響共振周波数で、もしくは、それらに近い周波数で、駆動される。駆動周波数は、１５ｋＨｚ以上であってよい。複数の冷却素子が工程１２０２で駆動される場合、冷却素子は、異なる位相で駆動されてもよい。いくつかの実施形態において、冷却素子は、実質的に１８０度ずれた位相で駆動される。さらに、いくつかの実施形態において、個々の冷却素子が、異なる位相で駆動される。例えば、１つの冷却素子の異なる部分が、反対方向に振動するよう駆動されてよい（すなわち、シーソーに類似する）。いくつかの実施形態において、個々の冷却素子が、同じ位相で駆動されてもよい（すなわち、蝶に類似する）。さらに、駆動信号は、アンカ、冷却素子、もしくは、アンカおよび冷却素子の両方に供給されてよい。さらに、アンカが、屈曲しおよび／または平行移動するように駆動されてもよい。

【0117】

圧電型冷却素子からのフィードバックが、工程１２０４で、駆動電流を調整するために用いられる。いくつかの実施形態において、調整は、冷却素子および／または冷却システムの１または複数の音響共振周波数および／または構造共振周波数と同じまたは近い周波数に、周波数を維持するために用いられる。特定の冷却素子の共振周波数が、例えば、温度変化に起因して変動する場合がある。工程１２０４でなされる調整は、共振周波数の変動を考慮することを可能にする。

【0118】

例えば、圧電型冷却素子１２０が、工程１２０２で、その１または複数の構造共振周波数で駆動されてよい。この共振周波数は、上部チャンバ１４０の音響共振周波数と同じまたは近くてもよい。これは、アンカ１６０内の圧電体層（図１Ａ～図１Ｆでは図示せず）および／または冷却素子１２０内の圧電体層を駆動することによって達成されうる。工程１２０４で、フィードバックは、冷却素子１２０を、共振状態に維持するため、そして、複数の冷却素子が駆動されるいくつかの実施形態においては、１８０度ずれた位相に維持するために、用いられる。したがって、冷却システム１００を通して熱発生構造１０２へ流体流を駆動する冷却素子１２０の効率が維持されうる。いくつかの実施形態において、工程１２０４は、冷却素子１２０を流れる電流および／またはアンカ１６０を流れる電流をサンプリングし、共振および低入力電力を維持するように電流を調整することを含む。

【0119】

したがって、冷却システム（冷却システム１００、１００’、４００、５００、６００、７００、８００、および／または、９００など）は、上述のように動作しうる。このように、方法１２００は、本明細書に記載の圧電型冷却システムの利用を提供する。したがって、圧電型冷却システムは、より低い電力で、より効率的かつ静かに、半導体デバイスを冷却しうる。

【0120】

上述の実施形態は、理解しやすいようにいくぶん詳しく説明されているが、本発明は、提供されている詳細事項に限定されるものではない。本発明を実施する多くの代替方法が存在する。開示されている実施形態は、例示であり、限定を意図するものではない。
［適用例１］システムであって、
第１側と、前記第１側の反対側にある第２側と、を有する冷却素子であって、流体を前記第１側から前記第２側へ駆動するために、駆動された時に振動運動を行うよう構成されている、冷却素子と、
熱伝導によって前記冷却素子を熱発生構造に熱的に結合している支持構造と、
を備える、システム。
［適用例２］適用例１に記載のシステムであって、前記支持構造は、さらに、
下部プレートと、
中にチャンバを形成する側壁と、
を備え、
前記冷却素子は、前記チャンバ内にあり、前記下部プレートおよび前記複数の側壁の内の少なくとも１つは、複数のオリフィスを有し、前記冷却素子は、前記複数のオリフィスを通して前記流体を駆動するように駆動される、システム。
［適用例３］適用例２に記載のシステムであって、前記振動運動は、前記複数のオリフィスを出る前記流体が少なくとも３０メートル／秒の速度を有するように、前記流体を駆動する、システム。
［適用例４］適用例２に記載のシステムであって、前記支持構造は、さらに、
少なくとも１つのベントを有する上部プレートを備え、
前記冷却素子は、前記上部プレートと前記熱発生構造との間にあり、前記冷却素子と前記上部プレートとの間に上部チャンバを形成し、前記冷却素子と前記下部プレートとの間に下部チャンバを形成する、システム。
［適用例５］適用例１に記載のシステムであって、前記冷却素子は、中央領域および外周を有し、前記支持構造は、さらに、
前記中央領域で前記冷却素子を支持するよう構成されているアンカを備え、
前記外周の少なくとも一部は、自由に前記振動運動を行う、システム。
［適用例６］適用例１に記載のシステムであって、さらに、
前記支持構造と一体化されているヒートスプレッダを備え、
前記ヒートスプレッダは、熱伝導によって前記支持構造および前記熱発生構造に熱的に結合されている、システム。
［適用例７］適用例６に記載のシステムであって、前記支持構造は、前記複数のオリフィスの少なくとも一部を出た前記流体が前記ヒートスプレッダに当たって前記ヒートスプレッダから熱を奪うように構成され、前記ヒートスプレッダは、熱伝導によって前記熱発生構造から熱を奪う、システム。
［適用例８］適用例１に記載のシステムであって、前記冷却素子は、前記振動運動によって駆動された前記流体が前記冷却素子から熱を奪うよう構成されている、システム。
［適用例９］適用例１に記載のシステムであって、前記支持構造は、さらに、
前記熱発生構造に熱伝導的に結合されているペデスタルを備える、システム。
［適用例１０］適用例１に記載のシステムであって、前記熱発生構造は、集積回路、バッテリ、ヒートスプレッダ、および、ベイパーチャンバから選択される、システム。
［適用例１１］アクティブヒートシンクであって、
複数の冷却セルと、前記複数の冷却セルの各々は、冷却素子と、少なくとも１つのベントを有する上部プレートと、下部プレートと、中にチャンバを形成する複数の側壁と、アンカと、を備え、前記冷却素子は、前記上部プレートと前記下部プレートとの間の前記チャンバ内にあり、前記下部プレートおよび前記複数の側壁の内の少なくとも１つは、複数のオリフィスを有し、前記冷却素子は、前記複数のオリフィスを通して流体を駆動するために振動運動を行うよう駆動され、
前記複数の冷却セルと一体化されており、熱伝導によって前記冷却素子を熱発生構造に熱的に結合している支持構造と、
を備える、アクティブヒートシンク。
［適用例１２］適用例１１に記載のアクティブヒートシンクであって、前記冷却素子は、中央領域および外周を有し、前記支持構造は、さらに、
前記複数の冷却素子の各々のためのアンカを備え、
前記アンカは、前記中央領域で前記冷却素子を支持するよう構成され、前記外周の少なくとも一部は、自由に前記振動運動を行う、アクティブヒートシンク。
［適用例１３］適用例１１に記載のアクティブヒートシンクであって、さらに、
前記支持構造と一体化されているヒートスプレッダを備え、
前記ヒートスプレッダは、熱伝導によって前記支持構造および前記熱発生構造に熱的に結合されている、アクティブヒートシンク。
［適用例１４］適用例１１に記載のアクティブヒートシンクであって、前記冷却素子は、前記振動運動によって駆動された前記流体が前記冷却素子から熱を奪うよう構成されている、アクティブヒートシンク。
［適用例１５］適用例１１に記載のアクティブヒートシンクであって、前記支持構造は、さらに、
前記熱発生構造に熱伝導的に結合されているペデスタルを備える、アクティブヒートシンク。
［適用例１６］適用例１１に記載のアクティブヒートシンクであって、前記熱発生構造は、集積回路、バッテリ、ヒートスプレッダ、および、ベイパーチャンバから選択される、アクティブヒートシンク。
［適用例１７］熱発生構造を冷却する方法であって、
或る周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動することを備え、
前記冷却素子は、第１側と、前記第１側の反対側にある第２側と、を有し、前記冷却素子は、流体を前記第１側から前記第２側へ駆動するために、駆動された時に振動運動を行うよう構成され、前記冷却素子は、前記熱発生構造に支持構造によって熱的に結合され、前記支持構造は、熱伝導によって前記冷却素子を前記熱発生構造に熱的に結合している、方法。
［適用例１８］適用例１７に記載の方法であって、前記周波数は、前記冷却素子の構造共振に対応し、前記周波数は、さらに、前記冷却素子が存在するチャンバの少なくとも一部の音響共振に対応している、方法。
［適用例１９］適用例１７に記載の方法であって、前記冷却素子は、複数の離脚素子の内の１つであり、前記駆動することは、さらに、
前記複数の冷却素子の各々において前記振動運動を引き起こすように前記複数の冷却素子を駆動することを備え、前記複数の冷却素子の各々は、熱伝導によって熱発生構造に熱的に結合されている、方法。
［適用例２０］適用例１７に記載の方法であって、ヒートスプレッダが、前記支持構造と一体化されており、前記ヒートスプレッダは、前記熱発生構造に熱的に結合されている、方法。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】