摘要：机电产品随着使用时间的持续增加，许多发热电子元器件需要及时散热。否则，将影响产品的正常功能。目前散热方式有:辐射散热，传导散热，对流散热和蒸发散热等，本文针对光碟机的散热垫，利用有限元分析软件ANSYS进行了传导散热的相关分析，供散热分析者学习借鉴。
论文关键词：光碟机,热量,ANSYS,分析
随着机电产品使用时间的增加，通电时间越长必然导致集成芯片发热量增大，其散热问题是一个必须要考虑的问题。如果热量不能以合适的方式及时的散出去，必将影响机电产品的功能。光碟机就是一个比较典型的机电产品，其散热问题的考虑是一个很经典的设计。ANSYS是目前应用比较广泛的有限元分析软件，具有强大的有限元分析功能和人性化的人机交互界面，使用该软件，能够有效地降低分析成本，缩短设计时间[1]。本文通过对这一问题的分析研究，对光碟机的热分析问题进行了深入的分析，采取了合情合理的散热方式，采用有限元分析软件ANSYS9.0对散热垫的散热状况进行散热模拟，并对分析结果进行对比。
1 散热理论
热分析是基于能量守恒原理的热平衡方程[2]：
1．1辐射
辐射是指机体以发射红外线方式来散热，物体发射能量并被其他物体吸收转化为热量能量交换[2]。当皮肤温高于环境温度时，机体的热量以辐射方式散失。辐射散热量与皮肤温、环境温度和机体有效辐射面积等因素有关。在一般情况下，辐射散热量占总散热量的40%。当然，如果环境温度高于皮肤温，机体就会吸收辐射热。
1．2传导
传导就是机体通过传递分子动能的方式散发热量，几个完全接触的物体之间或同一物体不同部分之间由于温度梯度而引起的热量交换[2]。当人体与比皮肤温低的物体（如衣服、床、椅等）直接接触时，热量自身体传给这些物体。临床上，用冰帽、冰袋冷敷等方法给高热病人降温，就是利用这个原理，CPU上的平板式散热片[3]也是利用了传导的原理。
1．3对流
对流就是空气的流动，这是以空气分子为介质的一种散热方式，物体表面与周围环境之间，由于温度差而引起的热量交换[2]。与身体最接近的一层空气被体温加热而上升，周围较冷的空气随之流入。这样，空气不断地对流体热就不断地向空气中散发。对流散热量的大小，取决于皮肤温与环境温度之差和风速。
1．4蒸发
液体汽化需要热量，自人体表面每蒸发1ml水，可带走2.32/kJ热量。当气温高于皮温时，其他几种散热方式都失去作用，蒸发便成为唯一的散热途径。
2 光碟机介绍
2.1 光碟机组成
光碟机组成按结构功能来划分主要有三大部分，一是机芯，二是PCBA，三是承载机构和外壳等，如图1所示:
图1 碟机结构
Fig1. ODD structure
2.2光碟机热量散发系统
散热系统主要有：下盖（BC），散热垫（Heat sink），集成芯片（IC）和PCB四部分相接触的物体组成，如图2所示：
图2 散热系统
Fig2. Heat dissipating system
3 热传导散热分析
ANSYS的热分析是基于能量守恒原理的热平衡方程，通过有限元法计算各节点的温度分布，并由次导出其他热物理量参数[2]。电子元器件功率的不断提升导致了更多热量的产生[3]，因而散热显的极为重要[4]。本例中采用稳态分析，参数设定：自然对流条件(10W/m2.K)，热源设定6W(12V*0.5A)，光碟机內部环境温度设定为42℃，光碟机器外部环境温度设定为30℃。各零件的热传导系数如表1：
表 1
零件缩写
热传导系数k(W/m.K)
BC
18.5
Heat sink
3.2
IC
50
PCB
0.36
4 分析结果
经过上述设置后，可得到散热垫的温度场分布图，如图3所示：从图中可看出，使用该散热垫后最高温度可达165.92℃。
图3 温度场分布
Fig3.Temperature field distribute
5 结束语
ANSYS不仅能用于常规工程结构问题的静态或动态有限元分析，还能在诸如流体力学，热力学（温度场）、电磁场等方面进行有限元的模拟与计算[5]。一个成熟的热设计可以为为我们带来一个可靠的产品,同时也为我们的使用创造舒适性[6]。本例中通过对散热垫模拟现场情况的分析，得出散热垫的温度场分布，进而可比较不同散热垫带来的不同散热效果,选择合适的散热垫来散热，为碟机的散热设计提供了有力的数据支撑。同时也值得其它需要散热的产品设计者借鉴学习。
参考文献：
[1]郝兆明．基于ANSYS组合模具过盈配合有限元分析[Ｊ]. 机械工程师,2008(5)
[2]王建江，胡仁喜，刘英林．结构与热力学有限元分析[M]．机械工业出版社,2008(3)
[3]张远波.CPU散热片结构优化设计[Ｊ].华中科技大学学报.2008年第4期
[4] 卢中林．电子产品的散热设计［J］．可靠性分析与研究(集成电路与元器件卷)，2004，（12）
[5]Saeed Moaveni．ANSYS理论与应用[M]．电子工业出版社,2003(6)
[6]胥辉，邓蘅. ANSYS软件在微波管设计热分析中的应用[Ｊ].www.ansys.com.cn
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