一、为什么散热成了网关的第一优先级
过去十年，网关从“拨号盒子”演变为“边缘数据中心”。Wi-Fi 6/6E、5G 回传、AI 业务识别、IPSec 加速、Docker 容器……每一项都让整机功耗跃升一个台阶。以某运营商 AX3000 规格网关为例：CPU 12 W、Wi-Fi FEM 8 W、DDR 与 PHY 共 3 W，再叠加 90% 以上电源效率，整机热耗 25 W 已属常态。若散热设计不足，芯片温度每升高 10 ℃，失效率近似翻倍，用户侧还会出现降速、重启、塑料壳变形等体验灾难。因此，散热不再是结构工程师的“后期补救”，而是产品定义阶段就必须介入的系统工程。
二、热源地图：先量化，再动手
- 芯片级：用厂商提供的 Thermal Model（通常含在 PDN 文档）画出功率密度云图，确认热点坐标与 Tj-max。
- 板级：在 PCB 上叠加 DC 仿真结果，标出 1 oz 铜区、大电流路径、DC-DC 模块，避免后期铜箔成为“隐形加热丝”。
- 系统级：将整机拆分为 CPU、FEM、DDR、PHY、LED、电源六大域，用红外热像仪 30 min 老化测试记录 ΔT 排序，形成“散热优先级清单”。
三、传导路径：把热量搬到“出口”
(1) 导热垫与硅脂：
- CPU 与散热片之间选用 3 W/(m·K) 以上导热系数的垫片，压缩率 15%-25%，厚度 0.5-1 mm；
- 顶部覆盖 0.1 mm 厚导热硅脂填补微观空隙，热阻可再降 0.2 ℃/W。
(2) 均热板：
对于 FEM 区域功率密度 > 0.6 W/cm² 的场景，可用 0.4 mm 铜基均热板横向扩散热量，避免局部热点。
(3) 热管：
若 CPU 到外壳距离 > 40 mm，建议 6 mm 直径热管，单根 Qmax 30 W 足够，弯折半径 R ≥ 10 mm 防止气塞。
四、对流设计：让空气“愿意”带走热量
- 自然对流 vs 强制对流：
- 家用网关通常追求 0 dB 噪音，优先自然对流；
- 企业/工业网关可接受 25 dB 以下风扇，采用 30 mm × 30 mm × 10 mm 磁浮风扇，风量 4 CFM，寿命 50 000 h。
- 烟囱效应：
将 PCB 竖放或在壳体顶部开 1 mm × 50 mm 狭缝，利用“热轻冷重”原理形成 0.2 m/s 自循环风速，可降低核心温度 5-7 ℃。 - 风道隔离：
电源与 RF 区域用 0.3 mm 不锈钢片隔离，防止热风回流导致 PLL 失锁。
五、辐射与外壳：最后一公里的“散热皮肤”
(1) 材料：
- ADC12 铝压铸外壳，导热系数 96 W/(m·K)，表面黑色阳极氧化发射率 0.85；
- 塑料壳需加 1 mm 厚度镁铝合金内衬，兼顾 EMI 与散热。
(2) 鳍片：
采用 1.5 mm 厚鳍片，间距 3 mm，高度 15 mm，可在 25 W 热耗下将外壳温度控制在 55 ℃ 以内。
(3) 颜色：
黑色比白色红外辐射高 20%，但太阳直射场景应改用浅灰+UV 涂层，降低 5 ℃ 外壳温升。
六、热测试闭环：仿真-测试-迭代
- 仿真：
Flotherm 建 0.5 mm 网格，设置 35 ℃ 环境温度，目标 CPU Tj < 95 ℃。 - 测试：
- 恒温箱 45 ℃ 满载 8 h，记录 Tj、Tcase、Tair；
- 红外热像+热电偶双重验证，热点与仿真误差 < 5 ℃。
- 迭代：
若 Tj 超 5 ℃，优先加高鳍片 2 mm；若仍超标，再考虑风扇。切忌一次性堆料，导致 BOM 成本失控。
七、常见误区与对策
误区1：只看芯片 Tj，忽略壳体触碰温度。对策：壳体 < 60 ℃ 需加警告标识，< 48 ℃ 才能通过 UL 安规。
误区2：盲目塞风扇，忽略灰尘。对策：进风口加 30 PPI 海绵，每 6 个月提示用户清灰。
误区3：散热片只压 CPU，忽略 DDR。对策：DDR 贴 0.5 mm 导热垫与外壳底部相连，降低 8 ℃。
八、结语
在“算力下沉”与“绿色低碳”双重趋势下，网关散热设计已从“选配”变为“核心竞争力”。只有从芯片、PCB、结构、材料、测试全链路协同，才能在 25 W、35 ℃、0 dB 的苛刻三角约束中交出可靠、低成本、可大规模复制的答卷。
