一种整体等温化的太阳电池阵PCB基板的制作方法

本发明涉及一种太阳阵列pcb基板，具体涉及一种整体等温化的太阳电池阵pcb基板，属于航天技术领域。

背景技术：

卫星运行在太空环境中，星上能源主要来自于电池、太阳能。目前在太空的航天器主用通过太阳能电池帆板，将太阳的光能转化为电能，由于航天器用电量需求的增加，帆板的面积不断增大，常规卫星的太阳能电池帆板在航天两侧展开，在基板上贴有半导体硅片或砷化镓片，靠他们将太阳光的光能转化为电能。

由于大型卫星对能源的要求高，帆板面积增大，电池片的贴片面积也随之增多。除了贴片面积的多少对帆板能源有影响，电池片的转化效率也对重要。电池片的工作温度在-80～80℃，温度过高或者过低都使得光能转化为电能的效率降低。

常规的太阳阵帆板基板为碳纤维板，体积大，能源要求高，重量会随着增加，纵向横向导热性能都比较差。电池片的表面辐射率高，太阳吸收比和辐射率在0.88左右。常光照情况下，电池片正面方向温度温度可达到80～90℃；背面朝下宇宙4k的冷背景，由于碳纤维板纵向导热能力相对较好，使得电池片的温度相对会降低。

大型碳纤维帆板使用在常规卫星上，但是对于微小卫星的，对能源要求高，但是重量、体积的限制使得大型碳纤维板的不适用。所消耗的能量完全是由卫星太阳能电池阵将太阳能转化为电能来实现的，其缺点是对于小卫星，由于体积和包络尺寸均较小，小卫星所能携带的卫星太阳能电池阵的数量有限，其转化电能较小，同时对体积以及重量的要求，使得对帆板基板选取很重要。

而pcb基板重量轻，表面粘贴加热片数量，可以满足小卫星的要求，其缺点是横向和纵向导热能力很差，使得热比较集中，是电池片温度局部过高，使得光能转化为电能的能力下降，影响整星的能源需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，通过对基板的热控实施，使得pcb基板在保证轻量化的基础上，其等温性、散热能力增强，满足卫星能源转化效率、重量以及温度的需求。

为了实现上述目的，本发明通过一定的热控实施，实现pcb帆板的等温化设计，使得电池片贴片面积温度均匀，另一方面通过纵向导热将吸收的热量通过背面辐射到冷背景宇航空间去。具体技术方案如下：

一种整体等温化的太阳电池阵pcb基板，包括：

复合基板层，位于pcb基板的中间层；

第一铜层，覆于复合基板层的第一表面；

第二铜层，覆于复合基板层的第二表面；

第一绝缘层，覆于第一铜层的外表面；

第二绝缘层，覆于第二铜层的外表面。

在一个实施例中，

第一铜层通过胶粘方式贴覆在复合基板层的第一表面；

第二铜层通过胶粘方式贴覆在复合基板层的第二表面；

第一绝缘层通过胶粘方式贴覆在第一铜层的外表面；

第二绝缘层通过胶粘方式贴覆在第二铜层的外表面。

在一个实施例中，复合基板层由多层环氧玻纤布基板组合形成，包括：

第一基板层，位于复合基板层的中间层，第一基板层的上下表面分别贴覆第三铜层与第四铜层；

第二基板层，通过胶粘方式贴覆在第三铜层的外表面；

第三基板层，通过胶粘方式贴覆在第四铜层的外表面。

在一个实施例中，第一基板层、第二基板层、第三基板层都采用fr-4环氧波纤布基板。

在一个实施例中，第一铜层的厚度范围是15～20微米，第二铜层的厚度范围是15～20微米。

在一个实施例中，第一绝缘层与第二绝缘层采用聚酰亚胺薄膜。

在一个实施例中，第一绝缘层的厚度范围是15～20微米，第一绝缘层的厚度范围是15～20微米。

在一个实施例中，在pcb基板开设多个贯穿的导热孔。

在一个实施例中，导热孔呈阵列分布。

在一个实施例中，在pcb基板内部埋设测温元件。

本发明的有益效果：采用基材内部集成铜层的热控设计方法，满足整星对重量的要求，同时降低太阳电池片本身的温度，使得光能转化为电能的效率增加，满足小卫星对能源的要求。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中的整体等温化的太阳阵列pcb基板结构示意图；

图2是本发明一个较佳实施例中的太阳阵列正面结构示意图；

图3是本发明一个较佳实施例中的太阳阵列背面结构示意图；

以上各图的附图标记为：

101、102、103基板层

201、202铜层

301、302绝缘层

401、402、403、404胶层

501导热孔

601电池片

具体实施方式

除非另作定义，本专利的权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本专利的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“横”、“纵”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

图1所示是整体等温化的太阳阵列pcb基板结构示意图。下面结合附图对本发明的实施例和效果作进一步详细说明：

太阳阵列pcb基板主要由复合基板层、铜层、最外的绝缘层构成。其中，复合基板层由多层环氧玻纤布基板组合形成，如图1中的基板层100、基板层101、基板层102。最中间的是基板层100，其所用材料的核心为fr-4环氧玻纤布基板。基板层100厚度0.1毫米，其两侧覆盖35微米的铜层(图中未示出)。基板层100两侧的铜层，外购来时已附上。基板层101与基板层102位于基板层100的两侧，基板层101与基板层102各厚达0.51毫米，它们与基板层100之间分别靠胶层401和胶层402连接。胶层401与胶层402分别厚0.229毫米。基板层与胶层的厚度，可根据需要调整。基板层越厚，强度越大但重量越低，所以基板层的厚度需要适中。多层基板构成的复合基板，比单层基板的韧性更佳，况且层与层之间有铜层，有利散热。胶层的作用是将不同基板层粘合，在保证足够粘接力的前提下，胶层越薄越好，以减轻重量。

fr-4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种具体的材料名称。因此，目前一般电路板所用的fr-4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以环氧树脂加上填充剂以及玻璃纤维所做出的复合材料。

fr-4环氧玻纤布基板，是以环氧树脂作粘合剂，以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板。它的粘结片和内芯薄型覆铜板，是制作多层印制电路板的重要基材。环氧玻纤布基板的机械性能、尺寸稳定性、抗冲击性、耐湿性能比纸基板高。它的电气性能优良，工作温度较高，本身性能受环境影响小。在加工工艺上，要比其他树脂的玻纤布基板具有很大的优越性。这类产品主要用于双面pcb，用量很大。

复合基板层之外侧，分别是铜层201与铜层202。铜层201与铜层202各厚18微米。铜层201与基板层101之间，以厚度为0.168毫米的胶层403连接；同样，铜层202与基板层102之间，也以厚度为0.168毫米的胶层404连接。铜层用于散热，增加pcb板横向导热和纵向导热性能，使热量更快更均匀地从pcb板的正面导向pcb板的背面。铜层作为热量的传递媒介，需要有必要的厚度，但其厚度越大，重量越高，且金属的热胀冷缩比较明显，此处采用18微米是一个优选方案。可根据实际情况变化调整铜层厚度，铜层201与铜层202的各自厚度范围可以是15～20微米。胶层403与胶层404的作用是将铜层连接在复合基板层上，在保证足够粘接力的前提下，胶层越薄越好，以减轻重量。

铜层201与铜层202之外，各附有一层绝缘层。绝缘层厚度18微米，优选聚酰亚胺薄膜，即pi膜。为了适应不同的绝缘性能要求，绝缘层的厚度可在15～20微米之间。聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，高绝缘性能，介电常数4.0，介电损耗仅0.004～0.007。由聚酰亚胺制成的pi膜具有优良的耐高低温性、优异的机械性能，良好的化学稳定性及耐湿热型，良好的耐辐射性能及介电性能，能在-269℃～280℃的温度范围内长期使用，作为柔性硬质电路板基材绝缘材料。

pcb板制作完成之后，在其正面粘贴砷化镓片电池片，如图2中的电池片601所示。为了增强散热，使电池片产生的温度尽快导向pcb板背面，在pcb板的表面打孔增加内部散热通道，如图3中导热孔501所示。导热孔501贯穿各层，呈阵列分布。在pcb板内部预埋测温元件，预测整个内部温度。

本发明采用基材内部集成铜层的热控设计方法，满足整颗小卫星对重量的要求，同时降低太阳电池片本身的温度，使得光能转化为电能的效率增加，满足小卫星对能源的要求。防止电池片局部温度过高，影响电池片的转化效率。等温性、散热能力增强，满足卫星能源、转化效率、重量以及温度的需求。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。