(57)【要約】コールドプレートには、入口、出口、台座、およびＵｄを有するエンクロージャーが含まれる。この入口と出口は流体の通路になっているため、流体は入口から入ってエンクロージャーを通過して出口に到達することができる。台座は台座プレートから形成され、台座プレートにはエンクロージャーの内部に向いたアイランド部が含まれる。複数のピンは、アイランド部から蓋に向って伸びる。これらのピンは、らせん形状にすることができる。その場合、ピンの横断面はピンの長さに沿って変化する。【選択図】図３
2013506996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口、出口、台座、および蓋を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーの台座を形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記エンクロージャーの蓋に向って前記アイランド部から伸びる複数のピンと、を備え、前記複数のピンが、前記台座プレートに前記ピンが接続する下部、前記下部の反対側に位置する先端部、前記下部から前記先端部に伸びる長さ、前記ピンに対する軸の中心部、側面、および方向を有する全体的に四角形の横断面を含み、前記横断面の前記方向が前記ピンの前記長さに沿ってらせん状になり、前記軸が前記ピンの前記長さに沿って屈曲し、前記側面が少なくとも２つのテクスチャを含み、前記２つのテクスチャの１つが複数のディンプルを含み、前記ピンおよび前記台座プレートがモノリシック構造である、
コールドプレート。
【請求項２】
前記ピンが断面積をさらに含み、前記ピンの少なくとも一部について、前記ピン下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなる、請求項１に記載のコールドプレート。
【請求項３】
台座、蓋、入口、および出口を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーの台座を形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記台座プレートから前記エンクロージャーの蓋に向って伸びる前記エンクロージャー内部の複数のピンと、を備え、前記ピンのそれぞれが長さ有しおよび方向を有する横断面を有し、かつ、前記横断面の方向が前記ピン長に沿って変化する、
コールドプレート。
【請求項４】
前記ピンが、軸、下部、および先端部を有し、前記ピン軸が前記下部と前記先端部との間で屈曲する、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項５】
前記ピンが断面積および下部を有し、前記下部において前記ピンが前記台座プレートに接続され、前記ピンの少なくとも一部について、前記ピン下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなる、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項６】
前記ピンが側面を有し、前記側面に少なくとも２つの異なるテクスチャが存在し、前記テクスチャの少なくとも１つが複数のディンプルを含む、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項７】
前記ピンが少なくとも３つの異なるテクスチャを前記側面上に有する、請求項６に記載のコールドプレート。
【請求項８】
前記ピンが、前記長さに対して実質的に垂直となる幅を有し、前記ピンが２０対１の縦横比を有し、前記縦横比が、前記ピン長に対する前記ピン幅の比率である、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項９】
前記入口と前記出口との間で実質的に直線状の流線を含み、前記ピンが前記流線に対して実質的に平行に整列される、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項１０】
前記入口と前記出口との間で実質的に直線状の流線を含み、前記ピンが前記流線に対して交差状に配置される、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項１１】
前記ピンが前記台座プレートとモノリシック構造になる、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項１２】
台座、蓋、入口、および出口を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーを形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記アイランド部から前記エンクロージャーの蓋に向って延長する複数のピンとを備え、前記ピンのそれぞれが少なくとも２つのテクスチャを含み、前記テクスチャの少なくとも１つが複数のディンプルを含む、
コールドプレート。
【請求項１３】
前記ピンが下部および断面積を有し、前記ピンの少なくとも一部について、前記下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなる、請求項１２に記載のコールドプレート。
【請求項１４】
前記ピンが、下部、先端部、および軸を有し、前記軸が前記下部および前記先端部との間で屈曲する、請求項１２に記載のコールドプレート。
【請求項１５】
前記ピンが前記台座プレートとモノリシック構造である、請求項１２に記載のコールドプレート。
【請求項１６】
入口、出口、台座、および蓋を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーの台座を形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記アイランド部から前記エンクロージャーの蓋に向って伸びる複数のピンとを備え、前記ピンのそれぞれが長さおよび軸を有し、前記軸が前記ピン長に沿って屈曲する、
コールドプレート。
【請求項１７】
前記ピンが下部および断面積を含み、前記ピンの少なくとも一部について、前記下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなる、請求項１６に記載のコールドプレート。
【請求項１８】
入口、出口、台座、および蓋を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーの台座を形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記アイランド部から前記エンクロージャーの蓋に向って伸びる複数のピンとを備え、前記ピンのそれぞれが、断面積、前記ピンが前記アイランド部に接続する下部、および前記下部の反対側に位置する先端部を有し、前記ピンの少なくとも一部について、前記ピン下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなる、
コールドプレート。
【請求項１９】
台座プレートをスライシングして複数のフィンを形成し、
前記フィンの形成後に前記台座プレートを横断的にスライシングして複数のピンを形成し、
前記台座プレートにカバーを取り付け、前記カバーと前記台座プレートとの間のエンクロージャー内部に前記複数のピンを収納し、
前記エンクロージャーに対して入口と出口を形成する手順を備える、
コールドプレートを製造する方法。
【請求項２０】
ピン下部とピン先端部との間で前記ピンがらせん状になるように前記台座プレートをスライシングする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ピンの軸が前記ピンの長さに沿って屈曲するように前記台座プレートをスライシングする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記フィンを前記台座プレートから形成するために、素材を除去することなく前記台座プレートをスライシングする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ピンを前記フィンから形成するために、素材を除去することなく前記台座プレートをスライシングする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
ツールを使用して前記台座プレートをスライシングし、前記ピンの側面上に少なくとも２つのテクスチャを生成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記側面上の少なくとも１つのテクスチャが複数のディンプルを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ピンの下部が、断面積の狭い方向へ、さらにはピン下部に向ってテーパー形状になるように前記台座プレートをスライシングする、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００９年１０月３日に出願された米国特許出願番号第１２／５７３，１０７に対する優先権を主張するもので、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、コールドプレートの製造および使用に関するもので、このコールドプレートは熱伝達に使用される。
【０００３】
特定の電子装置は作動時に熱を発生させるが、電子装置を適切に作動させ続けるためには、この熱を除去または放散させる必要がある。これまでに、電子機器を冷却するためのいくつかの技術が使用されてきた。例としては、電子機器の上部に空気を送るために使用されるファンなどがある。この空気は、通常の大気環境における電子機器を対流的に冷却する働きを有する。これまでに使用されてきた他の技術には、液体コールドプレートがある。液体コールドプレートとは、液体が流れる通路を有するプレートのことである。電子機器は、液体コールドプレートに接触するように取り付けられ、電子機器から発生した熱はプレート内部の冷却剤に伝達される。この技術は、ファンにより提供される対流的な冷却と比較して、非常に少ない流量でありながら、より効率的な冷却を実現する。また、温度もより安定し、騒音も小さい。
【０００４】
コールドプレートは、電子チップまたは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）など、電子機器の熱が発生する箇所に直接取り付けることができる。通常、コールドプレートには、液体冷却剤を流すための入口と出口とが含まれる。液体冷却剤は、電子機器から発生した熱を吸収し、吸収した熱を冷却剤に伝達する。次に、この冷却剤がコールドプレートの外部へと流れ出す。多くのコールドプレートは、比較的少流量の液体冷却剤を使用して冷却を行う。これらのコールドプレートは、ある程度の温度の安定性、最小限の騒音、液体冷却剤の冷却能力を提供する。
【０００５】
いくつかの要因が、コールドプレートの性能と望ましさに影響を与え、異なる用途にとっては異なる要因が重要になる。一部の重要な要因としては、製造にかかるコストや、比較的大量に製造する場合の容易さなどがある。冷却効率は高くなければならず、冷却中の電子機器に液体冷却剤が漏れ出すのを防ぐため、コールドプレートは確実に密閉しなければならない。
【０００６】
一部の用途では、冷却剤があまりきれいではない場合があり、これが原因でコールドプレートの詰まりが発生することがある。たとえば、自動車で使用されているコールドプレートでは、冷却用に不凍液が使用される場合があり、この不凍液には微粒子が含まれていることがある。他の用途では、冷却を促進するために、コールドプレート内部に相間移動剤が含まれている場合がある。また、冷却剤を加熱流体に置き換えることにより、コールドプレートを使用して部品を加熱することもできる。冷却剤と、単相熱伝達における加熱流体との主要な違いの１つは、冷却剤の温度が冷却中の物体の温度よりも低いのに対して、加熱流体の温度が冷却中の物体の温度よりも高いことである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、コールドプレートと、コールドプレートを製造する方法を備える。コールドプレートは、入口、出口、台座、および蓋を備えたエンクロージャーを有する。台座は台座プレートから形成され、台座プレートにはアイランド部が含まれる。アイランド部から複数のピンがエンクロージャー内に伸びることにより、ピンの周囲に流体を流すことができる。ピンはらせん形状にすることができ、ピンの断面形状はピンの長さに伴って変化する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】コールドプレートを使用した冷却システムを示す図である。
【図２】コールドプレートの一実施形態の分解図である。
【図３】コールドプレートの一実施形態の側面からの断面図である。
【図４】台座プレートの斜視図である。
【図５】異なるピンパターンを有する台座プレートの斜視図である。
【図６】台座プレートの一部としての、２つのピンの側面からの部分断面図である。
【図７】１つのピンの側面図である。
【図８】１つのピンを４つの部分に分割した斜視図である。
【図９】台座プレート内でフィンを形成するツールの斜視図である。
【図１０】台座プレート内でフィンを形成するツールの側面からの断面図である。
【図１１】台座プレート内で異なる角度でフィンを形成するツールの側面からの斜視図である。
【図１２】フィンからピンを形成するツールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一部の電子部品は、部品から発生される熱によって制限を受ける。冷却することにより、こうした部品の一部の利用効率を高めることができる。異なる機器または異なる環境においては、異なる冷却技術がより適している。ある冷却方法では、ファンを使用して、電子部品の上部に対流冷却用の空気を送る。この技術は単純かつ安全であるが、他の技術が有する潜在的な冷却能力を提供することはない。液体冷却剤を使用すると、より効率的な冷却能力を提供できるが、液体がかかった場合は多くの電子部品が誤作動を起こす可能性があるため、液体冷却剤の使用には慎重になる人も存在する。しかし、液体冷却剤により、一部の電子部品の全体的な効率を高めることができるだけでなく、他のの利点ももたらされる。二次的な利点としては、騒音が小さくなること、電子部品における温度が安定することなどが挙げられる。
【００１０】
本明細書では、単相熱伝達に重点を置いて説明する。コールドプレートおよび他の熱伝達装置は二相冷却用に使用でき、本発明は単相冷却に制限されるものではないが、説明を簡潔かつ明確にするため、本明細書では単相熱伝達に重点を置いて説明する。
【００１１】
コールドプレート内部の冷却媒体としては、空気または他のガスを使用できるが、液体の方が望ましい。液体冷却は、いくつかの理由により、ガス冷却とは異なる。たとえば、液体はガスよりも密度が高いため、電子機器から発生した熱を吸収する際に、より大きな熱容量を使用することができる。また、一般的に液体は、より高い熱伝導性を有しているため、熱がガスを通過する速度よりも、熱が液体を通過する速度の方が高くなる。さらに、液体はガスよりも比熱が高くなる傾向があるため、同程度の量のガスと比較して、液体の全体量が吸収および伝達する熱量も大きくなる。そのため、大量の熱が発生する電子機器を使用する場合、多くの製造者が液体冷却装置を選択する。
【００１２】
熱流に対する抵抗を下げることにより、熱伝達装置の効率が向上する。熱流に対する抵抗の２つの重要な形態には、１つの素材全体にわたる抵抗と、２つの独立した部品またはパーツ間の接触面全体にわたる抵抗とがある。１つの素材全体にわたる熱流に対する抵抗は、その素材が断熱材ではなく熱導体である場合、最小になる。多くの場合、金属は比較的優れた導体であり、さまざまな方法で形成および加工することができる。銅は容易に熱を伝達する金属で、可鍛性も比較的高いため、コールドプレート内で使用されることが多い。ただし、アルミ、チタン、スチール、金や、さらにはグラファイトやセラミックのような可鍛性のない他の素材も、使用することができる。
【００１３】
熱流に対する他の抵抗源は、２つの部品またはパーツ間の接触面に存在する。互いに接触している２つの部品があり、最初の部品から次の部品に熱が流れると、通常は、これら２つの部品の間を流れる熱に対して抵抗が発生する。１つの固形物質から熱伝達装置を形成することにより、熱伝達を改善することができる。ある熱伝達部品を個別に製造し、その部品を別の部品に取り付けた場合、それら２つの部品間の接合部において、熱流に対する抵抗が発生する。銅などの同じ素材から複数の部品を個別に製造した場合であっても、このことが当てはまる。より少ない部品から熱伝達装置を形成すると、熱伝達を改善することができる。ある部品を別の部品から形成した場合、これら２つの部品間には接合部が存在しない。こうした部品のことを、本明細書ではモノリシックと呼ぶ。
【００１４】
２つの異なる素材が互いに接触する表面積を大きくすることによっても、熱流を改善することができる。液体が固体上を流れると、液体が固体に接触する２つの素材の間で熱が伝達される。そのため、液体が固体に接触する表面積を大きくすることが、熱伝達に対する抵抗を弱め、熱伝達装置の効率を高めるためのもう１つの方法である。
【００１５】
場合によっては、層流と呼ばれる方法で、液体が固体全体を流れることがある。層流においては、固体の表面に直接触れている液体の層が、固体の表面で実質的に静止した状態になる。この層のすぐ上に位置する液体の層は、最初の層全体にわたって非常に緩やかに移動する。その上に位置する次の層は、移動の速度が多少上がり、上部の層になるほど、移動の速度が段階的に上がっていく。その結果、最も高い流動速度は、固体表面と比較して非常に大きなものとなる。固体の表面において、流動速度が最も低くなる（実質的にゼロ）。隣接する層の上部を流れる液体の各層により、熱流に対するその層独自の抵抗が発生する。そのため、液体が流れるときに液体を混合することができれば、固体の表面に直接触れている液体が固体の表面から熱を吸収し、液体冷却剤全体と混合されて、吸収した熱をより迅速に液体内部に放散できるようになる。
【００１６】
層流とは逆に、乱流の場合、液体が固体の表面を流れるときに液体の混合が発生する。これにより、固体の表面に接触する液体の温度がより低く保たれる傾向があり、固体の表面から液体への熱伝達速度が上がる。乱流を増大させる傾向があるものには、より速い流速、平らではない表面、液体の流れにおける突起物、液体の流れを別の方向に変えるさまざまな障害物などがある。乱流を最大限に高めるには、鋭い屈曲、ねじれたエッジ、湾曲した支柱、液体の流れの方向を急に変えるさまざまな流路障害物などを利用することができる。乱流を高める多くの構造物は、コールドプレート全体における圧力損失も高めてしまう可能性がある。圧力損失が大きくなると流速が遅くなる可能性があるため、効率的な熱伝達を確保するには、適切なバランスを検討する必要がある。固体表面の液体の流量を高める傾向がある障害物は、熱伝達を高める傾向も有している。これは、固体と液体の接触面における停滞した液体の層の厚さが薄くなり、加熱された液体が冷却剤本体と混ざり合うための移動距離が短くなるためでる。
【００１７】
コールドプレート冷却システム
図１に示すように、コールドプレート１０を電子部品１２または他の装置に接続して、電子部品１２または他の装置を冷却することができる。コールドプレート１０を使用して、装置を冷却する場合と同じ方法で装置を加熱することもできるが、説明を簡潔かつ明確にするため、ここでは冷却について説明する。冷却液体（冷却剤とも呼ばれる）は、電子部品１２などの熱源から発生した熱を吸収するために使用される。熱を吸収した冷却剤は、別の場所に循環させることができる。この場所で冷却剤自体が冷却されてから、冷却用に再利用される。一実施形態においては、ファン１４から対流式冷却装置１６の上部に冷風が送られ、自動車のラジエータと同様に、この装置内を冷却剤が循環する。施設用水または他の冷却システムを使用する熱交換機を、対流式冷却装置１６の代わりに使用することもできる。また、冷却剤よりも温度が低い外気に露出した管に冷却剤をポンピングするなどの方法により、加熱された液体を、より温度の低い箇所に単純に移動させることもできる。
【００１８】
ポンプ１８または他の流動誘導装置により、コールドプレート１０全体に冷却剤を循環させることができる。コールドプレート１０は、接着剤、超音波溶接、ろう付け、はんだ付け、拡散接合、あるいは他の適切な技術により、電子部品１２に取り付けることができる。特定の接着剤は熱を容易に伝導できるため、熱流に対する抵抗を最小限に抑える場合に役立つ。コールドプレート１０を電子部品１２に直接接続することにより、熱伝達に対する抵抗を最小限に抑えることができる。コールドプレート１０と電子部品１２との間で熱電冷却器を使用すると、性能を向上させることができるが、熱電冷却器についてはここでは説明しない。一実施形態において、電子部品１２で発生した熱がプレート１０内部の冷却剤に伝達され、この冷却剤が、ファン１４からの空気で冷却される対流式冷却装置１６にポンピングされる。複数のコールドプレート１０または他の熱交換装置を１つのループ内に接続し、複数の電子部品１２または他の熱発生装置を、１つのポンプ１８と１つの対流式冷却装置１６を使用して冷却することができる。たとえば、送水ポンプ１８を自動車で使用して、不凍液（冷却剤）をエンジンブロック全体に送ってエンジンを冷却したり、電子部品１２を冷却するために、不凍液をウォーターブロック１０に送ることもできる。
【００１９】
電子部品１２または他の熱源から発生した熱によって液体を蒸発させる蒸発冷却を使用することもできる。通常、液体は蒸発器内でガスへと蒸発し、このガスが、コンデンサ内で再度液体に凝縮される。また、液体を蒸発させてシステムの外部に放出することもできる。コールドプレート１０を蒸発器および／またはコンデンサとして使用することができる。水、水とグリコールとの混合物、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、アンモニア、ブライン溶液、油、および、さまざまな他の素材を冷却剤として使用することができる。
【００２０】
コールドプレート
図１から続けて、図２、３、および４に示すように、コールドプレート１０にはいくつかの構成部品が含まれている。コールドプレート１０の冷却剤はエンクロージャー２０全体を流れ、エンクロージャー２０は、台座２２および蓋２４を有する。通常、エンクロージャー２０には側壁２６も含まれる。台座２２はエンクロージャー１０の最下部に配置され、蓋２４は最上部に配置される。側壁２６は、蓋２４の形成に使用される単一構造物の一部として組み込んだり、個別の構造物にしたり、あるいは台座２０の一部にすることができる。また、台座２２および蓋２４を共に段階的に傾斜させ、側壁２６と、台座２２および／または蓋２４との間の角度の鋭い境界をなくすこともできる。エンクロージャー２０はどのような形状にでもできるため、エンクロージャーを円形または円筒形にした場合、側壁２６は１つの連続した壁にすることができる。
【００２１】
冷却剤または他の流体は、入口２８と出口３０とを経由して、エンクロージャー２０を出入りする。入口２８および出口３０を経由して流体がエンクロージャー２０に出入りできる限り、入口２８および／または出口３０は、蓋２４、側壁２６、または台座２２を貫通することができる。入口２８および出口３０は、流体を経由してエンクロージャー２０を通過するため、流体は入口２８からエンクロージャー２０に入り、エンクロージャー２０の内部を通過して、出口３０からエンクロージャー２０の外部に出る。この流れの方向は、逆にすることもできる。また、入口２８および／または出口２８を複数設けることもできる。ノズル３１またはそれに類似した装置を入口２８および／または出口３０の位置でコールドプレート１０に接続し、流体の流れを促進することができる。 
【００２２】
入口２８および出口２８の位置により、エンクロージャー２０内部の流れパターンに影響を及ぼす。引き続き図１から４を参照しながら、図５に示すように、流線３２は入口２８と出口３０との間の直線として定義される。一部の実施形態において、流れパターンは流線３２に沿って流れる傾向があるが、エンクロージャー２０内部の特定の構造物により、この流れパターンを変えることができる。入口２８および／または出口３０がエンクロージャー２０を貫通する角度も、流れパターンに影響する場合がある。これは、入口２８が正流に対する噴出口として機能し、出口が正流に対する排水口として機能する場合があるためである。入口２８および／または出口３０の位置も、流れパターンに影響する場合がある。これを、入口２８および／または出口３０がエンクロージャー２０を貫通する角度において利用することにより、より望ましい流れパターンを確立することができる。一部の実施形態において、流れる流体によって冷却を行う領域を最大化するには、台座２２の大部分をカバーする流れパターンが望ましい。
【００２３】
エンクロージャー２０の台座２２は、台座プレート３４から形成される。台座プレート３４にはアイランド部３６が含まれ、アイランド部３６は、エンクロージャー２０に向って、台座プレート３４の側面に配置される。一部の実施形態において、台座プレートの裏面７８（つまり、アイランド部３６の反対側にあたる、台座プレート３４の側面）は、電子部品１２または他の熱発生装置に取り付けられる。また、必要に応じて、コールドプレート１０の異なる部分を熱発生装置に取り付けることもできる。
【００２４】
台座プレート３４には、側壁２６および／または蓋２４を取り付けるために、アイランド部３６の周囲にアタッチメント領域３８を含めることができる。蓋２４または側壁２６への台座プレート３４の接続は、（冷却流体が液体の場合に）液体の漏れ出しを防ぐため、水密性にする必要がある。アタッチメント領域３８の表面をなめらかにすることにより、水密性接続を促進できるが、他の形状の表面も有用である。アタッチメント領域３８には、対応する縁を蓋２４または側壁２６に有する溝や、接着剤と共に使用する荒い表面、またはさまざまな他のオプションを含めることができる。一部の実施形態において、蓋２４および／または側壁２６は台座プレート３４の周囲を完全にスライドするため、アタッチメント領域３８を、アイランド部３６の表面に対して垂直に位置する台座プレート３４の表面に向って横方向に配置することができる。他の実施形態では、アタッチメント領域３８を直立させ、平らな蓋２４によってエンクロージャー２０を完全に覆うことができる。アタッチメント領域３８については、さまざまな設計オプションを使用することができる。
【００２５】
複数のピン４０は、アイランド部３６から蓋２４に向って上方に伸びる。ピン４０は蓋２４に届く位置まで延長できるため、各ピンは実際に蓋２４と接触する。または、ピン４０を蓋２４に届かない位置まで延長して、ピン４０と蓋２４との間に隙間を確保することもできる。コールドプレート１０内部のピン４０は、特定のパターンに調整することができる。ランダムなパターンにすることも、規則的なパターンにすることもできる。一実施形態において、図５に示すように、ピン４０は流線３２に平行な線に沿って配置される。このパターンを、整列パターンと呼ぶ。ピン４０を流線３２に合わせて配置することにより、ピン４０のさまざまな線の間を冷却剤が流れる傾向が強くなる。この流れにより、コールドプレート１０内部の圧力損失を減ずることができる。整列パターンでピン４０をらせん形状にすると、波形形状のフィンを設けた場合と類似した機能をコールドプレート１０に提供することができる。代替の実施形態において、図４に示すように、ピン１０の各列は、流線３２を横断する方向に配置される。このパターンは、交差パターンと呼ばれる。ピン１０の各列は、流線３２に対して、４５度や３０度など、実質的にどのような角度にでも設定することができる。交差パターンの場合、流体は互いに交差するピンの周囲を流れることになるため、流線３２と平行する直線に沿って液体を流すことはできない。これにより、ジグザグの流れパターンが発生する傾向が強まり、その結果、乱流が大きくなり、コールドプレート１０全体にわたって圧力損失が大きくなる傾向も強くなる。
【００２６】
ピン形状
引き続き図１から５を参照しながら、図６、７、および８に示すように、ピン４０は形状を有し、この形状がコールドプレート１０の熱伝達効率に影響する場合がある。ピン４０は、ピン下部４２を有する。このピン下部において、ピン４０が台座プレート３４のアイランド部３６に接続される。ピン４０は、ピン４０のピン下部４２と反対の端部に先端部４４を有する。そのため、先端部４４は通常、ピン４０において蓋２４に最も近い部分となる。ピン長４６は、ピン下部４２からピン先端部４４の間で測定され、ピン軸４８は、ピン４０の中心部に向って下りていく。軸４８はピン４０の中心を通過するため、軸４８は、ピン４０の任意の横断面において中心位置となる。ピン４０には、下部４２から先端部４４に向って伸びる、側面上のピン４０の外面となる側面５０も含まれる。
【００２７】
ピン４０のそれぞれが、軸４８に対して断面が垂直に位置する横断面５２を有する。横断面５２は、断面形状である。この横断面５２はさまざまな形状にすることができるが、一部の実施形態では、一般的に四角形である。各横断面５２は、横断面が向かう方向を基準とする断面方向５４も有する。四角形または他の任意の形状は、明確に設定された前端部を有していないが、断面の周辺に沿った任意の側面やポイントを、断面方向５４の基準ポイントとして選択することができる。横断面５２はピン長４６に沿って変化する可能性があるため、ピン４０の全長４６に対して、必ずしもサイズや一般的な形状が一貫して固定されるわけではない。ピンの断面は、その領域である断面領域５６も有する。断面領域５６は、ピン４０の長さ４６に沿って変化する可能性があるため、ピン４０を、ピン長４６に沿った異なるポイントで厚くしたり薄くしたりする場合がある。
【００２８】
本発明のピン４０は、いくつかの特有な構造的態様を有する。一実施形態において、ピン４０はらせん形状を有する。断面方向５４は、ピン長４６に沿って変化し、断面方向５４に対して使用される基準ポイントは、ピン下部４２から先端部４４という同じ方向に向かって一貫して移動する傾向がある。断面方向５４はピン長４６全体に沿って変化しない場合もあるが、ピン長４６の少なくとも一部分に沿って必ず変化する。これにより、ピン４０の少なくとも一部がらせん形状になる。他の実施形態において、基準ポイントは、ピン４０の一部に対して一方向に移動し、ピン４０の他の部分に対して別の方向に移動し、ピン４０のさらに異なる部分に対しては移動しない場合がある。四角形などの多面体形状の場合、ピンの側面５０に沿ってエッジが発生する。断面方向５４がピン長４６に沿って変化することにより、ピン長４６に沿ってエッジの位置も変化する。エッジのこの変化により、ピン４０の周囲における流体の乱流が大きくなり、その結果、コールドプレート１０の効率を改善することができる。これ以降で詳しく説明するように、ピン４０の形成に使用される切削ツールの角度を事前に設定することにより、ピン４０の傾斜角度を調整することもできる。
【００２９】
一部の実施形態では、ピン４０は屈曲を有することもできる。軸４８がピン長４６に沿って屈曲する場合に、ピン４０が屈曲する。ピンの横断面５２がピン長４６に沿って変化する可能性があるため、ピン４０の一方の面が比較的直線状に見え、反対側の面が屈曲して見える場合があるが、ピン４０の軸４８は依然としてピン長４６に沿って屈曲する。一部の実施形態において、ピン４０の屈曲形状はバナナのように見えるが、ピン４０の外観はそれぞれの実施形態において異なる。一部の実施形態では、ピン先端部４４の近くに「釣り針」５９が存在する。釣り針５９は、ピン４０の一部をさらに鋭く屈曲させたものである。しかし、他の実施形態では、この釣り針形状は存在しない。釣り針５９の外観は、バナナの軸にやや似ている。ピン４０の屈曲形状は、流体を周囲に流すために、変化する形状によって障害を形成している。これにより、コールドプレート１０内部の乱流を大きくすることができる。この屈曲形状により、流体を上方向および／または下方向に誘導して流体の流れパターンをさらに変化させ、その結果、乱流を大きくできる可能性がある。台座プレート３４に向う下方向の液体の流れは、コールドプレート１０の最も熱い部分のより近くに到達する。ピン下部４２のより近くに到達したこの増大した流れにより、熱伝達を向上させることができる。ピン下部４２に近接したコールドプレート１０の固形物と、その近辺の混合冷却剤の流れとの間に大きな温度差が発生する可能性があり、温度差が大きくなると、コールドプレート全体の効率を高くすることができる。
【００３０】
他の実施形態において、ピン４０は少なくとも２つの異なるテクスチャ５８を側面５０上に有することができる。これらのテクスチャ５８の少なくとも１つはディンプル６０を含み、オレンジの皮に似た外観になる場合がある。ディンプル６０は、表面からピン４０の内部に向って、少なくとも特定の距離で伸びるくぼみである。異なるテクスチャ５８を、ピン４０の四角形または多面体形状の異なる表面に持たせることができる。一部の実施形態において、側面５０には少なくとも３つの異なるテクスチャが含まれ、ピン４０の多面体形状の１つの表面に沿って２つの異なるテクスチャ５８を持たせることができる。異なる表面テクスチャ５８は、乱流を発生させて熱伝達を高めることができる追加の構造物を提供する。ディンプル６０は、変化する表面構造（ピン１０を通過する流体の流れにおける乱流を増大させる傾向がある）を提供し、テクスチャの変化によって乱流を発生させることもできる。
【００３１】
一部の実施形態において、ピン長４６に沿ってピン４０の厚さを変えることもできる。ピン下部４２において、ピン４０に対するテーパー形状を持たせることができる。この場合、ピン４０の厚さは、ピン下部４２に近づくにしたがって薄くなる。より技術的に説明すると、ピン４０の少なくとも一部について、ピン下部４２からの距離が離れるにしたがって、断面領域５６が大きくなる場合がある。これは、ピン４０のバナナ形状についても同じである。これは、バナナが、軸の反対側の先端部に近づくにしたがって細くなる傾向があるためである。ピン下部４２よりも中央部または先端部部４４に近い方が厚いというピン４０においても、これと同じことが発生する。ピン４０の上部よりも、ピン下部４２の近くに、流体を流すためのスペースをより多く確保することにより、ピン下部４２および台座プレート３４の近くに液体の流れを誘導することができる。台座プレート３４は、冷却対象の熱発生物に接続できるため、台座プレート３４の近くで流体の流量を増やすことにより、熱伝達効率を高めることができる。他の実施形態では、下部４２よりも厚い部分はピン４０にはないため、存在する任意のテーパー形状においては、下部４２から先端部４４に進むにしたがって、ピン４０が薄くなっていく。
【００３２】
一部の実施形態において、ピン４０は台座プレート３４と共にモノリシック構造にすることができる。これは、ピン４０と台座プレート３４との間に接合部が存在しないことを意味する。これは、ピン４０を個別に形成し、何らかの方法で台座プレート３４にピン４０を固定するのではなく、台座プレート３４から直接ピン４０を形成することによって実現できる。ピン４０と台座プレート３４をモノリシック構造にして、台座プレート３４からピン４０に向う熱流に対する抵抗を低減することにより、熱伝達を高めることができる。熱がピン４０を流れるときに、流体はピン４０を通過してピン４０からの熱を吸収し、コールドプレート１０全体の熱伝達効率を高める。ピン４０は、台座プレート３４からの熱伝達用の追加表面領域を提供し、台座プレート３４とピン４０との間の熱流に対する低い抵抗により、全体的な熱伝達効率が高まる。
【００３３】
一部の実施形態において、ピン４０は、２０対１の縦横比を含めることができる。この比率では、ピン長４６がピン４０の横断距離（つまり、ピン幅６２）の２０倍になる。縦横比を大きくすると、熱伝達も高まる。これは、同じ幅６２を有するピン４０を長くするほど表面積が大きくなり、大きくなった表面積によって熱伝達効率が高まる傾向があるためである。
【００３４】
これまでに説明してきたピン形状に関するさまざまな態様は、ピン４０単独で、または任意の組み合わせでも確認することができる。これには、四角形の断面、らせん形状、屈曲形状、複数のテクスチャ、テーパー形状、台座プレートへのモノリシック接続、傾斜角度、および縦横比が含まれる。ピン４０のそれぞれには、製造技術および望ましい熱伝達特性などの要因に応じて、これらの構造の１つだけを含めることも、任意の組み合わせを含めることもできる。
【００３５】
台座プレートの製造方法
引き続き図１から８を参照しながら、図９から１２に示すように、本発明には、コールドプレート１０を製造する方法も含まれる。コールドプレート１０は、台座プレート３４を準備し、蓋２４を台座プレート３４に取り付けることによって構築される。個別の側壁２６など、他の構造物を含めることもできる。蓋２４を台座プレート３４に取り付けることにより、蓋２４と台座プレート３４との間にエンクロージャー２０が配置される。標準的な製造技術を使用して、蓋２４および側壁２６を製造することができる。これには、スタンピング、切削、鋳造、金属射出成形、機械加工および他の技術が含まれる。蓋２４および台座プレート３４は、ろう付け、溶接、はんだ付け、接着、およｂその他の接続方法など、多くの標準的な技術によって接合することもできる。
【００３６】
台座プレート３４の製造には、追加の手順が必要になる。最初にフィン７０を台座プレート３４内部にスライシングし、次に第２のスライスのセットをフィン７０全体にわたって形成することにより、ピン４０を生成する。第２のスライスのセットは、実質的にフィンを横断する形で切削され、この横断的な切削によってピン４０が生成される。台座プレート３４をスライシングする際に使用される１つのプロセスは微小変形技術（ＭＤＴ）と呼ばれ、１９９８年７月に発行された米国特許番号第５，７７５,１８７に記載されており、本明細書にすべて組み込まれるものとする。このプロセスでは、台座プレート３４がツール７２によってスライシングされるが、その際に台座プレート３４から素材が除去されることはない。ＭＤＴプロセスは、切削の際に素材を除去するのこぎりや外形加工機とは異なり、ナイフによる肉の切断に類似している。
【００３７】
台座プレート３４のスライシングは、ツール７２を使用して行われる。ツール７２は台座プレート３４の素材に接触するため、素材のメインブロックからフィン７０が切削される。これにより、隣接するフィン７０の間に通路７４が形成される。この処理は、台座プレート３４から素材を除去することなく行うことができる。フィン７０の成形において、切削くずが出ないことが望ましい。ツール７２は、フィン７０を台座プレート３４の内部に向って切削し、ツール７２が台座プレート３４の素材を通過する際に生成されたスペースにより、フィン７０の素材が上方向に変形する。台座プレート３４の素材に対するこの切削および変形により、フィン７０がフィン高７６にまで達する。この高さは、元の台座プレート３４よりも高い。ＭＤＴ切削ツールの構造、切削の深さ、フィン７０の幅、および通路７４が、フィン高７６に影響を及ぼす要因となる。このプロセスは、フィン７０の土台が形成されるまで繰り返される。
【００３８】
ピン４０は、フィン７０を横方向にスライシングすることによって形成される。スライスの第２のセットでもＭＤＴ法を使用でき、ピン４０の長さ４６がフィン高７６よりも高い位置に配置される。スライスを作成する際に、台座プレート３４から素材が除去されないため、移動された素材は、代わりに残りのピン４０またはフィン７０に送られる。これにより、残りのピン４０またはフィン７０が、ピン４０またはフィン７０が切削された後の素材よりも高い位置に配置されることになる。スライスの第２のセットは、フィン７０に対して９０度以外の角度で作成できるが、約９０度以外の角度が使用された場合に、ピン長４６が変化する傾向があることがわかっている。必要であれば、変化するピン長４６を使用してコールドプレート１０を作成することができるが、スライスの第２のセットをフィン７０に対して約９０度の角度に設定することにより、ピン長４６をより安定した状態に保つことができる。代替の実施形態において、フィン７０はＭＤＴプロセスを使用せずに作成され、ピン４０はＭＤＴプロセスを使用してフィン７０から形成される。他の代替の実施形態において、フィン７０はＭＤＴプロセスを使用して作成され、ピン４０は従来の切削プロセスを使用してフィン７０から形成される。これにより、非らせん形状のピン４０を生成することができる。
【００３９】
ピン４０を生成するための台座プレート３４の横断的スライス技術は、ピン４０の最終的な形状に関与する。第１のスライスにより、２つの平らな面を有するフィン７０が作成され、第２のスライスにより、さらに平らな２つの面を有するピン４０が作成され、比較的平らな面が合計で４つ作成される。これらの比較的平らな４つの面により、ピン４０に対して四角形の横断面５２が作成される。この四角形の横断面５２により、異なる側面５０の間に複数のエッジが形成される。側面５０は、これらのエッジ上部の流体の乱流を増大させる傾向がある。また、台座プレート３４からピン４０をスライシングすることにより、ピン４０と台座プレート３４とがモノリシック構造になり、これまでに説明したように、熱伝達が高まる。さらに、スライスを作成する際のツール７２の角度により、ピン４０および／またはフィン７０の傾斜角度を調整することができる。フィン７０の傾斜角度を変えることにより、ピン４０の傾斜角度を変えることができる。
【００４０】
台座プレート３４の素材に対するツール７２の切削動作により、切削時に素材に異なるテクスチャが形成される。切削され、上方に移動されてフィン７０またはピン４０を形成する表面には、ツール７２の切削表面のテクスチャが形成される。このテクスチャは、非常になめらかなものになる場合がある。ツールの反対側の台座プレート表面には、台座プレートから切削された素材が単純に残り、これによってオレンジの皮状のテクスチャ５８、または複数のディンプル６０を有するテクスチャが生成される傾向がある。これにより、異なるテクスチャ５８を有する通路７４全体にわたり、互いに向き合う２つの表面が形成される。任意のスライスが作成される前の、台座プレート３４の元の表面テクスチャ５８も、ピン４０の一部に残る。元の台座プレート表面は、切削されてフィン７０内部に押し上げられ、そこで再度切削されて第２のスライスのセット内部に押し上げられて、ピン４０を形成する。この表面テクスチャ５８はピン４０の一部に残り、これによってピン上に第３のテクスチャ５８を形成することができる。ピンの側面５０上の異なるテクスチャ５８は、流体の流れパターンを変化させることにより、乱流を大きくすることができる。特にディンプル６０は、なめらかな表面と比較して、より大きな渦、混合、乱流を発生させる傾向がある。
【００４１】
ピン４０をフィン７０からスライシングすると、ピン４０の屈曲形状が形成され、ピン７０のらせん形状も形成することができる。フィン４０は自立しているため、ツール７２で切削すると、ピン４０が屈曲する傾向がある。フィン７０は、ピン下部４２の近くでは安定性が増す。これは、この部分が台座プレート３４に取り付けられているためである。フィン７０の上部には下部のような支持物がないため、ピン４０を切削して形成すると、フィン７０の上部が屈曲する傾向がある。ツール７２は、ピン４０の形成時にピン４０の片面だけを切削するため、屈曲力はピン４０の片面だけにかかることになる。ピン４０の片面だけに屈曲力がかかるために、屈曲力の一部がピン４０のねじれを発生させ、その結果としてらせん形状が形成される。屈曲してらせん形状を有するピン４０は、台座プレート３４の近くで乱流を増大させて液体の流れを促進させる可能性があるため、これまでに説明したように、熱伝達効率を高めることができる。コールドプレート１０の流路を全開の状態に保つための１つの方法は、最終的な流線３２に対してフィン７０が実質的に垂直方向に配置されるようにスライシングし、流線３２に対してピン４０が実質的に水平方向に形成されるように第２のスライスを作成する方法である。
【００４２】
ピン４０のテーパー形状およびバナナ形状も、ＭＤＴ法のスライシングによって形成することができる。切削を行うと、新しく形成されたフィン７０またはピン４０が上方に押し上げられ、切削によって移動された素材を取り込む。ピン下部４２に近い素材は、ピン４０の本体内に押し上げられ、ピン４０の比較的厚い中央部の一部になる。この比較的厚い中央部により、ピン下部４２のテーパー形状が形成され、ピン先端部４４に近接する反対側のテーパー形状も形成される。ツール７２は、フィン７０を通過する際にフィン７０の上部の一部をとらえることができるため、この比較的薄い素材がさらに容易に成形され、釣り針５９が形成される。第２の切削プロセスの前にフィン７０の先端部を切り落とすことにより、必要に応じて釣り針５９を取り除くことができるが、そのまま残しておくこともできる。このフィンのトリミングプロセスは、最終的なピン長４６の制御にも役立つ。
【００４３】
最初にフィン７０を形成し、次にピン４０を形成するという２回の横断的なスライシングにより、素材がピン４０の内部に押し込まれる。これまでに説明したように、この技術を使用して２０対１の縦横比が生成される。ツール７２によるスライシングは、既知の技術をさまざまな機械を使用して行うことができる。これらの機械には、フライス盤や型削り盤、さらには旋盤などがあるが、これらに限定されるものではない。台座プレート３４のスライシングにより、コールドプレート１０のピン４０を製造するための効率的で比較的低コストな方法を実現できる。
【００４４】
コールドプレートの製造方法
ピン４０のアイランド部３６の形成後、コールドプレート１０の内部に台座プレート３４を組み込むための準備を行うことができる。蓋２４は、側壁２６のいずれかを使用するなどの方法で台座プレート３４に取り付けられ、エンクロージャー２０が形成される。入口２８および出口３０はエンクロージャー２０を貫通して、冷却剤や他の流体の通路となる。入口２８および出口３０は、台座プレート３４および蓋２４の組み立て前と組み立て後のいずれにおいても作成することができる。ノズル３１は、流体の流れを促進するために入口２８および／または出口３０に取り付けることができ、入口２８および出口３０の形状は変えることができる。入口２８および出口３０は、たとえば、円形の穴、四角形の穴、コールドプレート１０の側面全体をカバーするマニホールド、または、任意のさまざまな他の形状にすることができる。入口２８および出口３０は、さまざまな既知の技術により、掘削、スタンピング、切削、または製造することができる。
【００４５】
蓋２４または側壁２６の受け入れ用に台座プレート３４を準備するには、アタッチメント領域３８を作成する。アタッチメント領域３８は、いくつかの方法で作成することができる。一実施形態において、台座プレート３４の上面全体がピン４０として形成され、台座プレート３４の側面は、アタッチメント領域３８として使用される。代替の実施形態において、アタッチメント領域３８は、台座プレート３４の上面の外側のエッジ上に形成され、ピン４０のアイランド部３６は、アタッチメント領域３８の内側に配置される。一実施形態において、台座プレート３４の上面全体がピン４０に形成された後で機械加工を行うことにより、アタッチメント領域３８を形成することができる。代替の実施形態において、ピン４０を形成する前に、アイランド部３６よりも低い位置にアタッチメント領域３８が機械加工され、アタッチメント領域３８の上部を通過するようにツール７２のスライスが設定される。この方法により、アタッチメント領域３８の表面を傷つけることなく、ピン４０のアイランド部３６がアタッチメント領域３８の内側に形成される。既知の技術を使用した他のさまざまな方法を使用して、アタッチメント領域３８を製造することもできる。これまでに説明したように、作成するアタッチメントのタイプに応じて、アタッチメント領域３８の形状はさまざまなものにすることができる。
【００４６】
コールドプレート１０におけるピン４０の配列は、整列パターンや交差パターンなどに変更することができる。長方形のコールドプレート１０の場合、長方形の台座プレート３４のエッジに対してフィン７０およびピン４０が垂直になるようにスライシングすることにより、整列パターンを作成することができる。これにより、入口２８および出口３０が台座プレート３４のいずれかのエッジに沿って中心部に配置された状態で、コールドプレート１０が製造される。交差ピンパターンは、整列パターンで使用するものと同じ台座プレート３４を使用して作成することができる。その場合、台座プレート３４の角を取り除いて新しいエッジを作成する。この新しいエッジは、台座プレートにスライシングされたピン４０とは対応しなくなる。コールドプレート１０は、これまでに説明した方法で製造することができる。代替の実施形態において、台座プレート３４のエッジに対する角度でフィン７０とピン４０をスライシングすることにより、交差ピンパターンを作成することができる。フィン７０およびピン４０の横断的スライスの角度は９０度のままにすることができるが、それによって生成されるピンパターンの列は、台座プレート３４に対して平行にも垂直にもならない。他の方法と技術を使用して、ピン４０の異なるパターンを生成することもできる。
【００４７】
ピン４０の反対側に位置する台座プレート３４の裏面７８は、電子部品１２または他の冷却対象物との熱的接続を良好にするため、非常に平らな状態にしなければならない場合がある。コールドプレート１０を使用する前に、台座プレートの裏面７８を平らにする作業を行うのが望ましい場合がある。この裏面７８はいくつかの方法で平らにすることができる。平らにするのは、ピン４０の形成前でも形成後でもかまわない。一部の実施形態では、ピン４０の形成後に裏面７８を平らにすることにより、ピン４０の形成によって発生したゆがみや曲りを修正する。既知の技術を使用して、台座プレート３４の平らな裏面７８を生成することができる。ピン４０の形成後に台座プレート３４の裏面７８を平らにする実施形態では、ピン４０に対する損傷を防ぐための対策を講じることができる。これには、台座プレート３４の裏面７８の機械加工中にピン４０を吊るしておくための治具を含めることができる。また、真空システムを使用して、それ以降の平板化処理のために台座プレート３４を保持することもできる。
【００４８】
コールドプレート１０は、さまざまな目的で使用することができる。異なる目的においては、異なる設計がより適している。たとえば、エンジン冷却流体を使用する自動車でコールドプレート１０を使用する場合、冷却剤中の特定の微粒子に耐えるようにコールドプレート１０を設計する必要がある。非常にクリーンでろ過された冷却剤を使用するコンピュータでコールドプレート１０を使用する場合、微粒子に関する考慮はそれほど重要ではない。これ以降で説明する寸法は、直径が最大で１ミリメートルの微粒子を有する冷却剤で使用することができる。
【００４９】
コールドプレート１０の一実施形態において、ピン４０が蓋２４に実質的に接触するように、エンクロージャー２０のサイズが決定される。ピン４０は、高さが約５ミリメートル、幅が約１ミリメートルである。隣接するピン４０との間隔は約１ミリメートルで、コールドプレート全体のサイズは約１５センチメートル×１５センチメートルである。
【００５０】
３つの異なるコールドプレート１０の性能は、コンピュータシミュレーションによってモデル化されている。このモデルでは、第１のコールドプレート１０にはフィン７０が含まれ、第２のコールドプレート１０には整列パターンを有するピン４０が含まれ、第３のコールドプレート１０には交差パターンを有するピン４０が含まれる。このモデルのピン４０には、これまでに説明したらせん形状と屈曲形状が含まれる。
【００５１】
３つのコンピュータモデルのそれぞれにおいて冷却剤は、密度が１，０２７キログラム毎立方メートル（kg/m3）、動的粘度が０．００１６９パスカル秒（Pa・s）、比熱が３，３００ジュール毎キログラム毎ケルビン（J/(Kg・K)）、熱伝導率が０．３８８ワット毎メートル毎ケルビン（W/(m・K)）である。コールドプレート１０を通過する流量は毎分５リットル（l/min）、入口２８における冷却剤の温度は摂氏２０度（C）である。熱源は３つの部品で、それぞれが１６６ワット（w）を生成する。各部品は１５×１２ミリメートル（mm）の領域を有し、合計で約５００ワット（w）を生成する。冷却剤は、各熱源を順番に流れる。
【００５２】
コンピュータモデルでは、コールドプレート１０特有の構造が使用され、それぞれのコールドプレート１０は同じ長さと幅を有する。フィン７０を有する第１のコールドプレート１０は、１インチ当たり１０個のフィン（１センチメートル当たり約４個のフィン）を有する。フィンの厚さは１ミリメートル、フィンの高さは４．７ミリメートル、隣接するフィン７０との間隔は１ミリメートルである。整列パターンのピン４０を有する第２のコールドプレート１０は、１インチ当たり１０個のピン（１センチメートル当たり約４個のピン）を有する。ピンの厚さは１ミリメートル、ピンの高さは４．７ミリメートル、隣接するピン４０との間隔は１ミリメートルである。交差パターンのピン４０を有する第３のコールドプレート１０は、１インチ当たり１０個のピン（１センチメートル当たり約４個のピン）を有する。ピンの厚さは１ミリメートル、ピンの高さは４．７ミリメートル、隣接するピン４０との間隔は１ミリメートルである。
【００５３】
このモデルでは、各熱源の安定状態温度が計算されている。冷却剤は３つの熱源を順番に通過し、冷却剤が通過する際に、熱源によって冷却剤の温度が上がる。そのため、入口２８に最も近い第１の熱源が最も温度の低い冷却剤によって冷却され、最も低い安定状態温度に達する。第３の熱源は、第１および第２の熱源によって加熱された冷却剤によって冷却されるため、最も高い安定状態温度に達する。第２の熱源は第１の熱源と第３の熱源の中間に位置するため、第１の熱源と第３の熱源の中間の安定状態温度に達する。それぞれの安定状態温度を、以下の表に摂氏で示す。このコンピュータモデルでは、各コールドプレート１０全体における圧力損失も計算されている。この値を、以下の表に水銀柱ミリメートルで示す。
【表１】
2013506996.tif 000003
【００５４】
このモデルは、ピン４０を使用すると、フィン７０を使用した場合と比較して、熱伝達効率が高くなることを示している。より適切なピン４０を製造することにより、熱伝達効率がさらに高くなる可能性がある。
【００５５】
限定された数の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の利点を把握した当業者は、本明細書で開示された本発明の範囲を逸脱しない他の実施形態を考案できることを理解するであろう。
【図１】
2013506996.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月5日(2012.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口、出口、台座、および蓋を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーの台座を形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記エンクロージャーの蓋に向って前記アイランド部から伸びる複数のピンと、を備え、前記複数のピンが、前記台座プレートに前記ピンが接続する下部、前記下部の反対側に位置する先端部、前記下部から前記先端部に伸びる長さ、前記ピンに対する軸の中心部、異なる側面間にエッジを有する４つの側面、および方向を有する全体的に四角形の横断面を含み、前記横断面の前記方向が前記ピンの前記長さに沿ってらせん状になり、前記軸が前記ピンの前記長さに沿って屈曲し、前記側面が少なくとも２つのテクスチャを含み、前記２つのテクスチャの１つが複数のディンプルを含み、ディンプルが前記ピンの内部に向って伸びるくぼみであり、前記ピンおよび前記台座プレートがモノリシック構造である、
コールドプレート。
【請求項２】
前記ピンが断面積をさらに含み、前記ピンの少なくとも一部について、前記ピン下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなる、請求項１に記載のコールドプレート。
【請求項３】
台座、蓋、入口、および出口を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーの台座を形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記台座プレートから前記エンクロージャーの蓋に向って伸びる前記エンクロージャー内部の複数のピンと、を備え、前記ピンのそれぞれが長さを有しおよび方向を有する横断面を有し、かつ、前記ピンが前記ピン長の少なくとも一部についてらせん形状を有するよう前記横断面の方向が前記ピン長に沿って変化する、
コールドプレート。
【請求項４】
前記ピンが、軸、下部、および先端部を有し、前記ピン軸が前記下部と前記先端部との間で屈曲する、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項５】
前記ピンが断面積および下部を有し、前記下部において前記ピンが前記台座プレートに接続され、前記ピンの少なくとも一部について、前記ピン下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなり、前記ピンが前記台座プレートと共にモノリシック構造である、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項６】
前記ピンが側面を有し、前記側面に少なくとも２つの異なるテクスチャが存在し、前記テクスチャの少なくとも１つが複数のディンプルを含む、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項７】
前記ピンが少なくとも３つの異なるテクスチャを前記側面上に有する、請求項６に記載のコールドプレート。
【請求項８】
前記ピンが、前記長さに対して実質的に垂直となる幅を有し、前記ピンが２０対１の縦横比を有し、前記縦横比が、前記ピン長に対する前記ピン幅の比率である、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項９】
前記入口と前記出口との間で実質的に直線状の流線を含み、前記ピンが前記流線に対して実質的に平行に整列される、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項１０】
前記入口と前記出口との間で実質的に直線状の流線を含み、前記ピンが前記流線に対して交差状に配置される、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項１１】
前記ピンが前記台座プレートとモノリシック構造になる、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項１２】
台座、蓋、入口、および出口を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーを形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記アイランド部から前記エンクロージャーの蓋に向って延長する複数のピンとを備え、前記ピンのそれぞれが異なる側面間にエッジを有する複数の側面を含み、少なくとも２つのテクスチャを備え、前記テクスチャの少なくとも１つが複数のディンプルを含み、ディンプルが前記ピンの内部に向って伸びるくぼみである、
コールドプレート。
【請求項１３】
前記ピンが下部および断面積を有し、前記ピンの少なくとも一部について、前記下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなり、前記ピンが前記台座プレートと共にモノリシック構造である、請求項１２に記載のコールドプレート。
【請求項１４】
前記ピンが、下部、先端部、および軸を有し、前記軸が前記下部および前記先端部との間で屈曲する、請求項１２に記載のコールドプレート。
【請求項１５】
前記ピンが前記台座プレートとモノリシック構造である、請求項１２に記載のコールドプレート。
【請求項１６】
入口、出口、台座、および蓋を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーの台座を形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記アイランド部から前記エンクロージャーの蓋に向って伸びる複数のピンとを備え、前記ピンのそれぞれが長さおよび軸を有し、前記軸が前記ピン長に沿って屈曲し、前記ピンのそれぞれが方向を有する横断面を有し、前記ピンが前記ピンの長さの少なくとも一部についてねじれるように前記方向が前記ピンの長さに沿って変化し、前記ピンが前記台座プレートと共にモノリシック構造である、
コールドプレート。
【請求項１７】
前記ピンが下部および断面積を含み、前記ピンの少なくとも一部について、前記下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなる、請求項１６に記載のコールドプレート。
【請求項１８】
入口、出口、台座、および蓋を有するエンクロージャーと、
前記エンクロージャーの台座を形成し、アイランド部を含む台座プレートと、
前記アイランド部から前記エンクロージャーの蓋に向って伸びる複数のピンとを備え、前記ピンのそれぞれが、断面積、前記ピンが前記アイランド部に接続する下部、および前記下部の反対側に位置する先端部を有し、前記ピンの少なくとも一部について、前記ピン下部からの距離が延びるに従って前記断面積が大きくなり、前記ピンのそれぞれが前記台座プレートと共にモノリシック構造である、
コールドプレート。
【請求項１９】
前記入口と前記出口との間で実質的に直線状の流線をさらに備え、前記ピンが前記流線に対して実質的に平行に整列される、請求項１８に記載のコールドプレート。
【請求項２０】
前記入口と前記出口との間で実質的に直線状の流線をさらに備え、前記ピンが前記流線に対して実質的に平行に整列される、請求項１２に記載のコールドプレート。
【国際調査報告】
2013506996.tif 000016
2013506996.tif 000017