ASUS RT-AC68U Router/AccessPoint Cool Down

ASUS の Wifi Access Point である RT-AC68U を買いました。　なかなかいい製品ですが、CPU の温度が夏場には 95 度 C になりそうな勢いなので放熱をよくして、なんとか冷却する方法を考えてみました。　この記事はその経過をメモしたものです。
ASUS の設計者は「Tjmax は 135 度だから問題ない」と言っていますが、Tjmax はチップが破壊しない保証限界温度であって、信頼性については 別問題です。　 信頼性は Tj が低ければ低いほどよくなります。 　この熱設計は好ましくありません。　なんとか 10 度でも下げてみたいものです。

Have bought the ASUS RT-AC68U Router. This was a good buy, however, I am concerned about the CPU temperature which rise to 95 degC in summer. An ASUS engineer mentions that "No problem, as the Tjmax is 135deg". But my engineering background, that is circuit designer, semiconductor development, engineering manager including reliability engineering, does not allow 95 deg operation. So, I tried to cool it down. This is a memo of the process.


まず箱を開けるのに右の2本のネジを探すのに苦労しました。
これを緩めてから、全面パネルのはめ込みを外します。

続いてPCボード上の4つの大きなネジを外し、アンテナ直下にあるグラウンドプレーンを止めてある小さなネジを3つ外すと全部取れてきます。

Two screws hidden behind the label must be removed first.
Next step is to open the front panel.
Then, four large screws on th PC board to loose, followed by three small black screws of ground plane, just beneath the antennas.


ヒートシンクを外すと3つのサーマルパッドでシールドケースからヒートシンクへ熱伝導しているのがわかります。　これらは、冷やすべきチップにすぐ上にあります。

チップからシールドケースまでの熱伝導も大きな問題ですが、残念ながらシールドケースを開けるにはかなりの手間がかかりますので、その改善をしないままでどれだけ温度が低くなるか挑戦してみます。

When you remove the heat sink, you will find three heat pads on shield cases.  They are just on top of chips to be cooled.

Thermal resistance between chips and shield cases must be lowered as well, but it is difficult to remove the shield case.  So, I do not do it now.

なぜサーマルパッドを大きく全面に貼らないかというと、PCボードがたわむのでCPUチップの上で離れてしまうからです。
初期の製品で問題でした。
右の図はたわんでいる様子ですが、CPUの場所はパッドがしっかり当たっています。


The reason of small pads, instead of all area, is that the PC board and heat sink will bend when screwed.  
サーマルパッドの面積が小さいので、接触面積を大きくするために建築用のパテを使います。　柔らかいので押し付けながらわずかに左右に動かしてやると薄くなって本来のパッドの高さまで薄くすることができます。

パテは乾燥しないものです。
右の図は一度締め付けてみた後で再度外したところです。

I applied soft putty for home repare between them, to make contact wider.  Soft pressure and small movement by finger will spread the putty making thinner, and finally original (blue) pad touchs to the heat sink.



ヒートシンクに逃げた熱を空中に放出して、熱抵抗を下げます。　図の左右の端に 0.5mm 厚の銅板を切って貼り付け、ヒートシンクを拡大します。

また、CPUのある場所に同様に煙突構造を作って空気の対流を促します。

接着剤はすべて２液性のアクリル樹脂で、ものすごく強力で硬いものです。　熱抵抗は固いものほど低くなる傾向があります。

Pieces of 0.5mm thick copper plate are added to expand heat sink, and chimney at hot spot is added as well.

CPU の熱はヒートシンクと PC ボードに拡散しています。

PCボードの裏面で、CPUの近くにいくつか銅板を接着したりはんだ付けしたりして、PCボードに逃げてきた熱を空中に排出する工夫をします。

Heat flow to PC board is also treated. I have added radiators as shown.


こうやって空中に逃げた熱は上昇して、ケース上部にあるスリットから外に出るのですが、上部にグラウンドプレーンがあって邪魔していますから、それを両側共に 4mm ほどカットして細くします。　これは電波の飛びに関係しますからやりすぎないようにします。
Hot air rise, but ground plane disturbs air flow at the top.  So, I made it slim, by 4mm on both sides.

空気の流入も改善します。
スリットの幅を大きくしてやるために、穴をほとんどふさいでしまっている内側のリブを全部折り取ってやります。

また、図の左端に、4mm の穴を６つ開けていますが、これはあまり効果がないようです。　6mm ぐらいでもっとたくさん開けた方がいいでしょう。

All inside ribs are removed.  They have been disturbing free air flow.


リブの削除の詳細です。

Like this.

これは改善前の温度です。

周囲温度が 20 度です。　この絵を取った後、さらに２度ほど上がって 80 度になっていますから室温からの差は 60 度になります。

なおこのグラフは Merlin のファームウェアで出したものです。

This is before rework. The CPU temp rose 2 more deg after this picture.  60 deg rise from room temp.
I took the graph by Merlin firmware.


これは改善後のグラフです。　室温は 19 度でしたから差は47 度です。
ほぼ 13 度の改善になりました。

まあシールドケースを開けるのはやめておきます。

This is after mod.  Delta T is 47 deg from room temp.
Improvement is 13 deg C.
Good enough.

これは熱とは関係ないですけど、ついでに。

アンテナは見掛け倒しで、デザイン性を重視したものです。　実際にはずっと短くても問題ありません。
切ってしまいました。　切り落とした方の内部は空洞です。
電界強度に変化はありませんでした。
アンテナ側の端に空いた穴は黒いテープでふさいでいます。

Although this is not related to the subject,,

I cut off the antennas at this length.   The inside of the right piece is hollow.  The long antennas are just for cosmetic reason.
Electric field strength did not change.