アッチッチなNanoPi NEO3を冷やしたい

先日から我が家のIPv4専用ルーターになったNanoPi NEO3だが、既に書いたようにとっても熱い。CPUが忙しいときに熱くなるのはまぁ理解できるとしてアイドル時もクロックが下がらずむしろ上限に上がるくらいで、NanoPi NEO3のケースに風を当てても80〜90℃程度。夏場で室温が高いこともあるせいもあるかもしれないけどだいぶ高い。仕方がないので最大1.5GHzで動ける(Armbian)ところを1GHzに落として使っている。それで60〜70℃程度。 アルミケースに入れてケース放熱させているNanoPi NEO, NanoPi NEO2は同じ室温で40℃程度。そこまで贅沢は言わないので現状から10℃程度は落として50℃程度にしたい。

NanoPi NEO3の冷却力を高める 1
手持ちの材料が右側のPC用CPU冷却ファン付きヒートシンク。これはおそらく何かのAMDのCPUを購入したときに付属したヒートシンク+冷却ファンで使わなかったやつ。PCのCPU用としてはファンもヒートシンクも小さめなので冷えなさそうと思って別のを使ったのかと。中央の「税込390」と書かれたのはサーマルグリス。これはおそらく購入して10年くらい?放置してたやつ。左側が20 x 20mmの銅パッド厚さはこれは0.5mm。たしか2mmまで数種類ほど購入してたと思ったがどうしても見つからなかった。意外とよく使うのでもしかしたら使った後に買い足し忘れてる可能性はある。グリスと銅パッドの下にあるのは放熱用のシリコンパッド。これは1mm厚。今回は銅パッドとグリスを使うつもりだけど、どうしても収まりが悪いときには使うかも程度。

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ヒートシンクの裏側にカバーが付いていてヒートシンク中央に最初から塗ってあるグリスが全くそのままなので新品らしい。ただし、なんか丸い穴が空いてる箱に入っていたので冷却ファンとヒートシンクのフィンの付いた側はホコリだらけだった。

NanoPi NEO3の冷却力を高める 3
今回はPC用の冷却ファンは使わないので4隅のネジを外して冷却ファンには再び永い眠りについて貰う。NanoPi NEO3には冷却ファン用のコネクタが付いているが2ピンなのでこの4ピン冷却ファンには合わないのよね。

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中のグリスは新品。ただし、いつからあったかわからないものなので劣化はあるかも。仮に新しいものでもこの最初から塗ってあるグリスって使わないよね。

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ウェットティッシュなどでグイっとしてやれば大部分は簡単に落とせる。ヒートシンクのヘアラインに入り込んでるのは落とせないかも。だからこの画像でも落としきれていないのがうっすら見えている。これは気にしない。

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NanoPi NEO3のケースは届いたばかりのときには開け方(ツメの位置)が判らないということで開けるのを諦めたが、Twitterで開けた写真を上げてくれてた人がいたので参考にさせて貰った。上の画像の辺りから紙のカードを差し込む。テレホンカードの類だと素材としては少し硬すぎてケース側を傷めるかも。あまりガッチリしたツメではないようなので写真くらいの深さに挿してグルっと1周通せばケースにキズ付けずに綺麗に外れる。

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角を上手く通すのがコツ。紙カードだと適度に柔らかいので上手く通る。

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ケースの上下がツメで固定されているだけで中身はネジなどで固定されてはいないのでケースを開けばそのまま基板が抜けてくる。落とさないよう注意した方が良いくらい。右側に見えているケース半分の内側の斜めの長方形っぽい部分に小型の基板が留められそうな感じなので、そういうオプション基板が出る(出てる)のかしら?

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ヒートシンクはFriendlyElecのWikiの写真で見て知ってたけどSoCの発熱に対してあまりにも小さすぎるんじゃないかしら。このヒートシンクは小さいネジ2本で基板に留められているだけなので簡単に外せる。

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ヒートシンクの裏側はいつものシリコン熱伝導パッド。爆熱SoCに使用するには厚手すぎるよねぇ。
SoCとシリコンパッドが接する部分は何か液体が塗ってあった。固着防止のためかしら。上の写真でもSoCの右下の方が少し濡れているように見えるのがそれ。

純粋なケイ素(シリコン)は銅より遥かに熱伝導率高いんだけどシリコンパッドは何で出来てるかよくわからない上にスポンジになってるので性能はケタ違いに低そうなのね。

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2cm x 2cmの銅パッドをSoCにグリスで引っ付ける。SoCは2cm x 2cmより小さいが、SoCの周りは結構広く空いているので問題なし。今回は2mm厚の銅パッドが見当たらなかったので熱伝導的には良くないだろうが0.5mm厚の銅パッドをサーマルグリスで合わせて4枚重ねる。サーマルグリスはできれば薄めに塗ってしっかり押し付けて漏れ出たグリスを拭う。ただし、すぐに剥がれるようだとパッドに歪みがあってパッドとパッドが密着できないのかも。そういう場合は諦めてグリスを中心に多めに塗って中央から押し付ける。はみ出たら拭う。上の写真は銅パッドとヒートシンクのくっつきが付きが悪かったので塗り直しで中央に多め。しっかり押し付けて端までグリスを行き渡らせる感じ。
これで真横から見たら銅パッドがわずかにケースの縁より高い状態。ケースの縁より銅パッドが低いとヒートシンクと銅パッドが接しないのでNG。

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PCのCPU用のヒートシンクにはCPUソケットに固定するための金具が付いている。金具にはCPUソケットの両サイドに飛び出た凸にひっかけるための穴が空いているのでその穴を利用してタイバンド(結束バンド)のヘッド部分を引っ掛ける。NanoPi NEO3の上を通して反対側の金具の穴に通す。

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もう1本タイバンドを用意して、ヘッド部から1cmで切断。そのヘッド部分だけの方で反対側から伸ばしたタイバンドを受ける。テンションがかかるまでギチギチと締めて余りは切断。これで簡単にすっきり固定できる。ただし、タイバンド剥き出しなので見た目は悪い。

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反対側もこんな感じでmicroSDカードの出し入れも問題なし。

タイバンドは消耗品なので置いといて、それ以外は削ったり穴を開けたり破壊したりは一切していないので元に戻すのも簡単。簡易な方法なので誰でもできると思う。見た目がアレなので真似したいと思うかという問題はあるけど。

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このグラフは48時間のNanoPi NEO3のSoC温度推移。
グラフの右の方で途切れたところがケースを弄る作業で計測していなかったところ。その右側のグラフが冷却力を高めた状態での計測になる。SoCのクロックは1.008GHzのまま変更していない。10℃ちょっと下がっているといえる。なお、ケースを弄る前はNanoPi NEO3に風を当てていたが、ケースを弄った後は風を当てない自然冷却状態。わずかに自然な空気の対流はあるかも。ヒートシンクにUSB給電タイプの冷却ファンを付けるともう少し下がるかもしれない。その状態でクロック1.5GHzで50℃くらいまで下がって欲しいところ。(後日試して追記したい。)

0.5mm厚の銅パッド4枚重ねというのはあんまり気分が良くないのでできたら2mm厚の1枚に交換したい。ただ、この手の小型パッドは厚みが増すほど販売されてるのが見つからないのね。特に1.5mm厚以上が少ない。自分のために2mm厚有りの商品リンクを置いておく。1ロットの枚数が多すぎると思ったらそのページの下方にある関連商品から探すと適当なのが見つかるかも。

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コメント: アッチッチなNanoPi NEO3を冷やしたい

  1. がとさん、いつも参考にさせていただいております。
    私も今日Nanopi Neo3が届いたので、Armbian(Focal )をMicroSDに書き込み起動テストしました。
    SSHで接続できないとの問題がありましたが、起動して3分ほど放置すると初期ID、PWで接続できました。
    熱問題についてですが、70度近くまで上がります。(室温30度)
    起動直後1コアのCPU使用率が100%に張り付いていたのでtopで見てみるとクロック数を最大にしていると思われるプログラムがありました。(プログラム名メモ忘れました)このプログラムをkillすることによってアイドル時のCPU負荷が2%ほどになります。
    ここで温度を見ると60度前後に収まりました。(室温29度)

    CPUに負荷をかけて放置すると80度を超えてクロックが下がります。
    このままだと使えないので、Raspberrypi用のファンをヒートシンクの上につけると57度前後になりました。
    ファンとヒートシンクではケースに入らないので、基盤とヒートシンクのスペーサーをギリギリまで低くし、ファンを取り付け、ケースに給気口を開ければいいかもしれません。

    参考程度にどうぞ。

  2. Linuxのサービスについては、記事の温度計測時を含めていつも不要なのは全部無効にしてるので勝手に動いてるプロセスは無い状態です。
    ケースのスリット側上面にネジ穴が切ってあって、上面中心がファンの直径ほどの押し割るタイプになってたら簡単に冷却ファンを外側に取り付けできるのですが、そういうことが一切考慮されてないのが残念ですね。

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