Fonera ~ Kühlermod

[drklaus]

Ich habe bemerkt, dass meine Fonera sehr heiß wird.
Daher empfehle ich für den Dauerbetrieb der Kismet-Drone unbedingt zusätzliche Kühlung.
Ich habe dazu den Prozessorlüfter eines alten Pentium verwendet und direkt mit der Stromversorgung verbunden.
Hier ein paar Bilder...




MfG, DrKlaus


P.s.: Es sollte jedem klar sein, dass damit die Garantie endgültig erlischt.

[yj]

aber das gehäuse bekommst du nicht mehr zu, oder?

[Crazor]

[Achtung große Bilder (je etwa 1,5MB)!]

Während der gestrigen Teamspeak-Runde habe ich mal meine Entwickler-Fonera zerlegt und mit Grauen die Ursache für die schlechte Kühlsituation des Geräts gefunden:
http://www.informatik.uni-oldenburg.de/~crazor/bilder/fonera/kuehlkoerper.jpg
Wie man deutlich sieht, ist der kleine Kühlkörper außer durch die beiden Metallstifte mit einer Art doppelseitigem Gewebeklebeband befestigt. Dieses Klebeband ist dreischichtig: Kleber-Plastikgewebe-Kleber und macht nicht den Eindruck, auch nur entfernt wärmeleitend zu sein.
Unter dem Metalldeckel findet man dann die Atheros-CPU. Der Metalldeckel hat auch keinen direkten Kontakt zur CPU, sondern ist mit einer etwa 1,5mm dicken gummiartigen Substanz beklebt, die, falls sie extra wärmeleitend sein sollte, trotzdem sicher viel zu dick ist:
http://www.informatik.uni-oldenburg.de/~crazor/bilder/fonera/schirmung.jpg
Was man noch leicht erkennen kann sind die Abzeichnungen auf dem Chip und auf dem Gummi; hier hat sich ein Schmierfilm abgesetzt. Erst dachte ich an etwas wie Kondenswasser, aber es scheint wohl aus dem Gummi "herausgekocht" worden zu sein. Alles in allem auch kein optimaler Kontakt.

Hier ein etwas vernünftigeres Bild von der Platine, auf dem man auch fast alle Details unter dem Schirmungs-Deckel erkennen kann:
http://www.informatik.uni-oldenburg.de/~crazor/bilder/fonera/platine-offen.jpg

Diese Kühlkathastrophe brachte mich dann dazu, mittels eines (viel zu stumpfen) Seitenschneiders einfach eine Ecke aus dem Deckel zu schneiden (vielmehr zu würgen), um den kleinen Kühlkörper dann direkt auf der CPU zu befestigen (natürlich mit ausreichend anständiger Wärmeleitpaste). Vom Befestigungsrahmen der Schirmung musste ich auch eine Ecke entfernen (mit Seitenschneider durchknipsen und dann mit Spitzzange abbrechen, ablöten ist zu langwierig). Komplett verzichten auf die Schirmung wollte ich dann doch nicht, ich weiß aber auch nicht in wie weit dieser Rest an Blechdeckel nun überhaupt noch eine Wirkung hat.

Bild von oben:
http://www.informatik.uni-oldenburg.de/~crazor/bilder/fonera/kuehlermod_oben.jpg

Bild von der Seite:
http://www.informatik.uni-oldenburg.de/~crazor/bilder/fonera/kuehlermod_seite.jpg
Hier erkennt man deutlich, dass der Kühler nun direkt auf der CPU sitzt.


EDIT am 10. April 2007 um 11:09:

Noch zu den Ergebnissen:
Nach Inbetriebnahme hat der Kühlkörper wesentlich schneller die gewohnte Temperatur erreicht, was für mich auf ein besseres Wärmeableitverhalten hindeutet. Dass die Temperatur gesunken ist, kann ich allerdings nicht sagen, aber das wäre m.E. dann auch eine Verschlechterung, denn ich habe ja nichts an der Lüftung verändert.
Nun werde ich mal beobachten, ob die Fonera nun weniger unerklärliche Abstürze produziert als vorher.
Leider verfüge ich nicht über ein ausreichend genaues Thermometer, sodass ich nciht mit Temperaturdifferenzen dienen kann.

[misterjack]

Habe die gerade selber auseinandergenommen. Schätze das sind Wärmeleitpads, aber gleich zwei Stück werden wohl zuviel des guten sein. Plane deinen Mod in Verbindung mit http://www.dd-wrt.com/wiki/index.php/La ... ing-System umzusetzen

Mit einer Schere lässt sich die Abschirmung sehr gut schneiden. Wenn ich fertig bin, gibts n paar Fotos.

[Crazor]

Thema Schere: Wollte mir die einzige, die des Nachts in Reichweite war, nicht bei dem Versuch versauen.

Thema Wärmeleitpads: Das obere enthielt ein Plastikgewebe, welches sicher jede Wärmeleitung zunichte macht. Das untere ist so dick und hat trotzdem keinen richtigen Kontakt zum SoC gehabt, dass es seine Wirkung auch garantiert voll verfehlt hat. Und wie du schon sagst: Sie sind zu dick und es sind zu viele. Wärmeleitpaste an der CPU z.B. hat ja nur die Aufgabe, kleine Hohlräume auszufüllen. An den Stellen, an denen das Alu/Kupfer des Kühlers direkten Kontakt mit der CPU hat, ist die Wärmeleitung am Besten. Deswegen soll Wärmeleitpaste auch nur spärlich aufgetragen und am Besten durch leichte Bewegung des (geklammerten) Kühlkörpers noch geringfügig verteilt werden.

[kyros]

Da muss ich Crazor zustimmen.
Gerade bei der leitung von Wärme ist wenn möglich ein metallischer Kontakt besonders wichtig.
Siehe gute Wikis und Beispiel von Produkten eines Herstellers:

• Wärmeleitpaste
• Wärmeleitfähigkeit (gemessen in Watt pro Meter und Kelvin) und Kennzahlen versch. Materialen
• Beispiele der Wärmeleitfähigkeit eines Herstellers von verschiedener Wärmeleitpasten

Wer da nicht hineinschmökern will hier eine kurze Zusamenfassung:

• Metalle leiten Wärme ca. 20 mal so stark wie Wärmeleitpasten (Kennzahlen im 2-3 Stelligen Bereich), am bestem leiten Kupfer (ca. 380 W/K*m) und Aluminium (ca. 280 W/K*m) - Stahl ist das schon nur noch bei ca. 20-50 W/K*m.
• Wärmeleitpasten fangen bei 0,7 W/K*m, die meisten liegen bei ca. 1-4 W/K*m und sehr gute nichtleitende Pasten mit eingearbeitetem Silber erreichen sogar ca. 9 W/K*m, sind aber schon recht teuer.
• Wärmeleitfolien und Wärmeleitpads liegen bei ca. 0,4-1,5 W/K*m.
• Daher kann ich Crazor's Tipp, diese Schicht der Wärmeleitpaste so dünn wie möglich zu halten, nur unterstützen. Am Besten ist's gleich so dicht wie möglich den Alu- oder Kupferkühlkörper festzuklammern und im sehr kleine Spalt zum Bauteil darunter so viel wie nötig aber so wenig wie möglich gute Wärmeleitpaste zu verwenden.
• Wie im La Fonera Router 2x verwendete Wärmeleitpads würde ich persönlich sogar schon als Pfusch bezeichnen - nochdazu wenn der Bauteil darunter für perfekten Wärmestau in einem angeschlossenen kleinen Raum gesperrt wird (Blechabschirmung unter dem Kühlkörper der La Fonera).

Ich persönlich würde ja zusätzich zum Schutz der wärmesensitiven Kondesatoren in der La Fonera und zur Erhöhung deren Lebensdauerdiese vom Strom der warmen Kühlluft isolieren. Dazu klebt man einfach ein L aus Styrophor ein (die Höhe des Ls muss den Freiraum im Gehäuse schliessen - und zwar so wie hier:



[edit] Edit 26.05.2007: Diese Styrophorabdeckung bitte NICHT anbringen, da ein kürzlich veröffentliches Wärmebild der La Fonera eine maximale Temperatur des Spannungswandlers zwischen den Kondensatoren von über 80°C zeigt. Das Styrophor würde einen Hitzestau verursachen !!! [/edit]

Wichtig ist natürlich auch, den Alukühlkörper wieder so zu moniteren, dass die Richtung der Rippen im montierten Zustand der La Fonera von oben nach unten zeigt, damit sich der Luftstrom optimal bewegen kann. Das hochgestellte Querformat wie im Foto oben ist eh perfekt, da die Konvektion durch die Luftungslöcher im Gehäuse der La Fonera optimal läuft.

LG, Kyros


PS: Da gibt's noch bei Raumtemperatur flüssige Metallegierungen wie Galistan mit 82 W/m*K - - das aber ist stromleitend und löst Aluminium auf... leider.

[misterjack]

Thema Schere: Wollte mir die einzige, die des Nachts in Reichweite war, nicht bei dem Versuch versauen.

Meine Nagelschere hat es ohne große Verluste auf sich genommen Das Material ist ja schön weich, lässt sich ohne großen Kraftaufwand wie dicke Pappe schneiden.

Ich persönlich würde ja zusätzich zum Schutz der wärmesensitiven Kondesatoren in der La Fonera und zur Erhöhung deren Lebensdauerdiese vom Strom der warmen Kühlluft isolieren.

Dabei werden aber die Kondensatoren komplett vom Luftstrom abgeschnitten und es entsteht dort ein gefährlicher Wärmestau, der dann nur schlecht abfließen kann. Dass die Kondensatoren ebenfalls ziemlich warm werden sieht man an Verfärbungen am weißen Deckel. Würde ich nicht empfehlen.

[misterjack]

So hier ein paar Bilder:





Den Lüfter hab ich an die Stromanschlüsse angelötet, läuft dadurch zwar nur mit 5V und fördert nicht gerade viel Luft, dafür aber fast geräuschlos. Die Zirkulation reicht aber aus, die Fonera wird nichtmal handwarm.

[Lobo]

Denke ich auch, mit dem Lüfter geht es definitiv nicht mehr zu.

Wenn du es sowieso auflässt brauchst du auch gar keinen Lüfter!!!

Aber wie ich selbst getestet habe, bringt es wirklich was den Kühlkörper mit "richtiger" Wärmeleitpaste und ohne das Blech einzubauen.
Jetzt wird meine bei weitem nicht mehr so warm/heiß, wie vorher!!!

MfG,
Lobo

[speedster]

Ich hab einfach den Lüfter mit langen Schrauben auf das Gehäuse gesetzt und dann Bohrungen zur Entlüftung reingemacht, das Blech runter und nen größeren passiven Kühler rein gemacht.

Schaut jetzt so aus:





Dank den Lusterklemmen kann ich den Deckel komplett abmontieren.

[kyros]

Hier mein Ergebnis der Crazor'schen Bastelanleitung:



Zutaten:

• Ich kaufte mir ein gute Wärmeleitpaste (Arctic Silver 5) und brauchte dann nur noch
• ein bisserl Superkleber (Anpunkten des Abdeckbleches am Rahmen, damit es durch den Draht nicht abhebt und zum Füllen des Minimalspaltes zwischen Ausschnitt und Kühlkörper),
• einen dünnen Draht zum Klemmen des Kühlkörpers und
• ein altes Manikürset
  • Nagelschere zum Ankratzen der Linien und Ablösen+Schneiden des Abdeckbleches,
  • Nagelfeile zum Glattschleifen der Schneidekanten,
  • Nagelhautschieber zum Glätten des Blechs und
  • Pinzette zum Eindrehen des Feindrahtes.

Nun geht es darum einen guten Versuchsaufbau für die Temperaturdifferenzmessung zur zweiten unverändeten LaFonera auszubrüten, um die Verbesserungen zu belegen und weitere Ideen zur (passiven) Kühlung zu generieren.
Das mit der Styrophorisolierung der Kondensatoren mache ich erst wenn die Messergebnisse das unterstützen können.

LG, Kyros

[Lobo]

Sieht doch schon recht nett aus Kyros.

Werde bei Gelegenheit auch mal Bilder von meinem Mod machen...

MfG,
Lobo

[dl4hao]

Ja, sieht gut aus ...

aber mal eine Frage dazu:

genügt es nicht, den Kühlkörper mit 2 oder 3 Tropfen von diesem sehr dünnflüssigen Sekundenkleber direkt auf den Chip zu kleben?

Das müsste doch einen um Welten besseren Wirkungsgrad haben als die "Luft-Kopplung" wie sie im Auslieferungs-Zustand vorhanden ist.

OK, die "Blech-Arbeiten" wären natürlich erforderlich aber das "Draht-Gefrickel" und die Anschaffung von Wärmeleitpaste nur für die 1-2 Tropfen von dem Zeugs könnte man sich dann sparen.

Ich denke, das wäre die "wirtschaftlichste" Kühlungsverbesserung (Kosten-Nutzen-Rechnung) oder?

Viele Grüße,
Dietmar (DL4Hao)

[Boerni]

Mit einer stabilen Schere habe ich das Blech leicht durchbekommen. Einfach irgendeine Wärmeleitpaste drauf, wärmekonsistenter Kleber an 2 Ecken und an den Kühler, Zefix!

Ich glaube sogar, dass normaler Sekundenkleber einen schlechteren Wärmeleitkoeffizienten hat, als das was davor war.

[wattwurm]

Ich glaube sogar, dass normaler Sekundenkleber einen schlechteren Wärmeleitkoeffizienten hat, als das was davor war.

Tja, glauben ist nicht wissen, eindeutig ist Sekundenkleber und die damit erzielbare Wärmeleitung nicht unbedingt schlechter wie der Einsatz von Wärmeleitpaste.
Wir haben vor Jahren mal derartige Laborversuche unternommen und bei planen Flächen (aber auch nur da) gab es keine Unterschiede in der Wärmeleitung.