一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜及其形成方法

2023-09-15 22:08:45 2

一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜及其形成方法
【專利摘要】本發明提供一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜及其形成方法，本發明所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜包括：中間絕緣層，所述中間絕緣層為聚醯亞胺薄膜，厚度為25μm~75μm；粘結於所述中間絕緣層上表面的上層功率信號傳輸層；粘結於所述中間絕緣層下表面的下層功率信號傳輸層，所述上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層的材料為銅；粘結於所述上層功率信號傳輸層另一個表面的上層絕緣層，粘結於所述下層功率信號傳輸層另一個表面的下層絕緣層；位於所述上層絕緣層另一個表面的上層原子氧防護層，位於所述下層絕緣層另一個表面的下層原子氧防護層。通過本發明可以滿足了太空飛行器上太陽電池陣大功率、多路信號傳輸的需求。
【專利說明】一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜及其形成方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明屬於空間級功率信號傳輸【技術領域】的研究，涉及一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜及其形成方法。
【背景技術】
[0003]太陽電池是一種利用光生伏特效應將光能直接轉換為電能的半導體器件，目前很多空間飛行器使用太陽電池陣發電獲得能源的。
[0004]空間飛行器上傳統的功率、信號傳輸電纜採用空間級圓型導線為主，未來太空飛行器的發展功率需求大，電纜傳輸距離長，傳輸功率和信號數量多，受於收攏空間的限制，傳統的圓導線已經無法滿足應用需求。
[0005]本發明收攏體積小，展開傳輸距離遠，具有多功率、信號傳輸通道。可以通過機械方式將該扁平式電纜固定在太陽電池板上，其中人字尖結構位於相鄰太陽電池板的中間， 不與太陽電池板固定。扁平式電纜的人字尖結構設計可以滿足太陽電池陣展開和收攏的需求。通過焊接將扁平式電纜與太陽電池電路導通，將太陽電池陣的功率和信號傳輸到控制器。解決了傳統圓形導線大體積、高重量以及與太陽電池板固定繁瑣的不足。

【發明內容】

[0006]本發明解決的問題是提供一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜及其形成方法，以解決現有空間飛行器上電纜無法滿足功率需求大，傳輸距離長的問題。
[0007]為解決上述問題，本發明提供一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜，包括:中間絕緣層，所述中間絕緣層為聚醯亞胺薄膜，厚度為25 u nT75 u m ;粘結於所述中間絕緣層上表面的上層功率信號傳輸層；粘結於所述中間絕緣層下表面的下層功率信號傳輸層，所述上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層的材料為銅；粘結於所述上層功率信號傳輸層另一個表面的上層絕緣層，粘結於 所述下層功率信號傳輸層另一個表面的下層絕緣層；位於所述上層絕緣層另一個表面的上層原子氧防護層，位於所述下層絕緣層另一個表面的下層原子氧防護層。
[0008]進一步，所述上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層的厚度為 35iinTl00iim，20°C時的電阻率低於 1.73X IO^8Q.m0
[0009]進一步，所述雙層功率信號傳輸電纜上彎曲形成有人字尖，相鄰人字尖彎曲方向相反。
[0010]進一步，所述人字尖的彎曲半徑的公式為:
I^[{d13+d12+dir) _/2+ 心][(100-幻/萬]-(，式中 dl3 為第一粘結劑層 13 的厚度，dl2為中間絕緣層12的厚度，dl3 『為第二粘結劑層13』的厚度，dl4為上層功率信號傳輸層14的厚度，dl5為第三粘結劑層15的厚度，dl6為上層絕緣層16的厚度，dl7為上層原子氧防護層17的厚度，E為功率傳輸層14的彈性模量。
[0011]進一步，所述上層絕緣層和下層絕緣層的材料為聚醯亞胺薄膜。
[0012]進一步，所述上層原子氧防護層和下層原子氧防護層的材料為矽氧烷，厚度為300?800nm。
[0013]進一步，相互粘結的各層之間採用粘結劑粘結，粘結劑採用環氧類粘結劑、丙烯酸粘結劑、或聚酯類粘結劑，或改性後的環氧類粘結劑、丙烯酸粘結劑、或聚酯類粘結劑之一。
本發明還提供一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜的形成方法，包括:
步驟一、通過卷對卷生產方式將兩面帶粘結劑的中間絕緣層分別與上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層粘結，通過熱壓方式實現固化成型；
步驟二、分別對上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層進行圖案化處理，分別形成上、下層功率信號傳輸線路；
步驟三、在所述上、下層功率信號傳輸線路表面塗粘結劑，再分別覆蓋絕緣膜，形成上層絕緣層和下層絕緣層，並壓合固化；
步驟四、採用噴塗或濺射的工藝分別在上層絕緣層和下層絕緣層表面形成上層原子氧防護層和下層原子氧防護層；
步驟五、焊盤及人字尖結構製作。
[0014]進一步，還包括:在所述雙層功率信號傳輸電纜的側面形成焊盤結構。
[0015]進一步，還包括:分別在雙層功率信號傳輸電纜的上、下表面形成焊盤結構，上層功率信號傳輸線路的引線與下層功率信號傳輸線路的引線錯位。
[0016]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
本發明通過優化雙層功率信號傳輸電纜的膜繫結構和中間絕緣層以及上、下層功率信號傳輸層的厚度，滿足了太空飛行器上太陽電池陣大功率、多路信號傳輸的需求；
進一步，本發明中的電纜採用扁平式、帶人字尖結構，在空間飛行器中可摺疊，縮藏比高，滿足了收攏空間的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜結構示意圖(未折人子尖結構);
圖2為本發明實施例所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的展開結構圖；
圖3為本發明實施例所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的收攏結構圖；
圖4為本發明實施例所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的人字尖結構圖；
圖5為本發明實施例所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的側面焊盤結構圖；
圖6為本發明實施例所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的展開狀態及終端焊盤結構圖，圖6 (a)為電纜展開狀態終端焊盤，圖6 (b)為電纜終端焊盤結構圖局部放大圖；圖7為本發明實施例所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的多路獨立傳輸與匯流傳輸原理圖。
【具體實施方式】
[0018]下文結合附圖和實施例對本發明進行詳細闡述。[0019]如圖1所示，本發明提供的一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜，包括:中間絕緣層12，所述中間絕緣層12為聚醯亞胺薄膜，厚度為25 μ πm-75 μ m ;粘結於所述中間絕緣層12上表面的上層功率信號傳輸層14 ;粘結於所述中間絕緣層12下表面的下層功率信號傳輸層14』，所述上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』的材料為銅；粘結於所述上層功率信號傳輸層14另一個表面的上層絕緣層16,粘結於所述下層功率信號傳輸層14』另一個表面的下層絕緣層16』 ；位於所述上層絕緣層16另一個表面的上層原子氧防護層17，位於所述下層絕緣層16』另一個表面的下層原子氧防護層17，。
[0020]第一粘結劑層13粘結所述中間絕緣層12與上層功率信號傳輸層14，第二粘結劑層13』粘結所述中間絕緣層12與下層功率信號傳輸層14』；第三粘結劑層15粘結所述上層功率信號傳輸層14與上層絕緣層16,第四粘結劑層15』粘結所述下層功率信號傳輸層14』與下層絕緣層16』。[0021]本發明所提供的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的形成方法包括:
步驟一，基材製作，通過卷對卷生產方式將兩面分別帶第一粘結劑層13和第二粘結劑層13』的中間絕緣層12分別與上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』粘結，通過熱壓方式實現固化成型。
[0022]步驟二，功率信號傳輸線路製作，包括分別對上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』進行烘烤、去應力、表面清洗；然後在上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』表面貼幹膜；接著根據扁平式板間電纜的功率和信號傳輸要求製作菲林，進行曝光、顯影、刻蝕，完成電纜功率和信號線路的製作，根據需要可以實現不同傳輸線路的獨立傳輸和匯流傳輸線路製作。
[0023]步驟三，貼覆絕緣膜，包括:在所述上層功率信號傳輸線路表面塗第三粘結劑層15，在所述下層功率信號傳輸線路表面塗第四粘結劑層15』，再分別覆蓋絕緣膜，形成上層絕緣層16和下層絕緣層16』，並壓合固化。所述上層絕緣層16和下層絕緣層16』的材料為聚醯亞胺(PI)。
[0024]步驟四，形成空間環境防護，包括:採用濺射的工藝分別在上層絕緣層16和下層絕緣層16』表面形成上層原子氧防護層17和下層原子氧防護層17，。
[0025]所述上層原子氧防護層17和下層原子氧防護層17』的材料為矽氧烷。通過控制防護層的厚度可實現耐10年劑量的原子氧防護。
[0026]步驟五，製作焊盤及人字尖結構，包括:電纜焊盤開窗，根據線路刻蝕位置進行開窗，可採用手工或雷射切割方式將焊盤裸露，可以通過焊接方式與電池電路連接。最後是進行電纜人字尖成型。根據扁平式電纜的各層結構參數設計人字尖彎曲半徑，進行彎折成型。此時電纜具備展開收攏的功能，完成電纜的製作。
[0027]下面對各個關鍵工序及參數進行說明。
[0028]本發明中扁平式雙層功率信號電纜的展開狀態和收攏狀態如附圖1和附圖2所示。具體地:
(I)中間絕緣層12表面的第一粘結劑層13和第二粘結劑層13』採用一體式噴塗工藝實現，中間絕緣層12厚度為25 μ πm-75 μ m,所述中間絕緣層12厚度太薄無法滿足絕緣要求，所述中間絕緣層12厚度太厚不利於形成人字尖結構101 ;所述第一粘結劑層13和第二粘結劑層13』的材料可以是環氧類粘結劑、丙烯酸粘結劑、或聚酯類粘結劑，或改性後的粘結劑。能夠在-100°C~+ 100°C之間穩定工作。
[0029](2)上層原子氧防護層17和下層原子氧防護層17』的材料為矽氧烷材料11，耐受原子氧劑量達10年以上，厚度為300nnT800nm，所述上層原子氧防護層17和下層原子氧防護層17』的材料厚度小不利於提高壽命，厚度太大會降低透光率，所述上層原子氧防護層17和下層原子氧防護層17』的材料能夠在-100°C~+ 100°C之間穩定工作，透光率在90%以上。
[0030](3)上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』材料選用金屬銅，上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』的厚度為35 μ π1?ΟΟ μ m,電阻率低於
1.73X 10_8 Ω.m (20°C ),所述上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』太薄,為了滿足電阻率的需求需要增加上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』的寬度，不利於節約空間；上層功率信號傳輸層14和下層功率信號傳輸層14』太厚，人字尖結構101容易斷裂。
[0031](4)根據需要每隔一段尺寸進行電纜彎折成型，設計了「人字尖」結構101，局部放大圖如4所示，人字尖101彎曲半徑與電纜結構材料的尺寸和參數有關，人字尖的彎曲半徑R計算公式為:
R=[(dl3+dl2+dl3』)_/2+ dl4][ (100-E)/E]-( dl7+dl6+dl5)
式中dl3為第一粘結劑層13的厚度，dl2為中間絕緣層12的厚度，dl3 『為第二粘結劑層13』的厚度，dl4為上層功率信號傳輸層14的厚度，dl5為第三粘結劑層15的厚度，dl6為上層絕緣層16的厚度，dl7為上層原子氧防護層17的厚度，E為功率傳輸層14的彈性模量。
[0032]人字尖的彎曲半徑過大 或者過小，容易斷裂。人字尖成型通過設計專用工裝，將電纜的人字尖位置及半徑控制設計指標內。通過人字尖預成型、熱壓成型來完成人字尖製作。
[0033](5)電纜側面有裸露焊盤結構102，局部放大圖如5所示，通過設計焊盤開口方向可朝向同一方向，也可實現異面開窗。焊盤開窗可以通過手工開窗，也可以通過雷射切割將表面聚醯亞胺絕緣層燒蝕掉，將導電金屬裸露，完成焊盤開窗工藝。
[0034](6)電纜終端有焊盤結構103，局部放大圖如5所示，該焊盤也是通過手工或雷射切割實現開窗。
[0035]焊盤結構103的上層功率信號傳輸層14引線(金手指)與所述第一粘結劑層13和中間絕緣層12平齊，下層功率信號傳輸層14』引線距離電纜端部5mnTl5mm，一是提高了上下表面的絕緣性(提高了絕緣間距)，二是上下引線裸露位置錯開提高了電纜終端安全性，降低了電纜終端折斷的可能性。
[0036]本發明所提供的扁平式雙層功率電纜可以根據應用需要設計多迴路獨立傳輸和匯流傳輸的能力，圖7為一個應用實例，如圖7所示，匯流傳輸如傳輸線路a與傳輸線路c匯流傳輸，傳輸線路b與傳輸線路d匯流傳輸，獨立傳輸如線路e、f、g、h等可以實現獨立傳輸。
[0037]綜上，本發明的扁平式傳輸電纜具有雙層功率、信號傳輸通道，可傳輸100V以上的高電壓，傳輸功率可達數十千瓦，可以根據傳輸信號的不同合理安排功率和信號傳輸的位置。該電纜採用一體式生產技術，根據太陽電池翼展開收攏的指標要求，電纜每隔一段距離進行彎折，具有「人字尖」結構。根據功率和信號的傳輸，在電纜的側面留有焊盤結構。電纜的終端有金手指，可以通過焊接和接插件連接在一起。終端焊盤結構設計了巧妙的絕緣和減彎曲措施，提高了焊盤結構的可靠性。
[0038]該電纜由多層結構構成，由下往上依次為，下層原子氧防護層，下層絕緣層，下層功率信號傳輸層，中間絕緣層，上層功率信號傳輸層，上層絕緣層，上層原子氧防護層，其中在功率傳輸層與各絕緣層間填充有粘結劑材料。
[0039]主要性能指標:耐原子氧能力強，7.5 X IO26個/m2，高收藏比，具備隨太陽電池翼進行展開和收攏的功能，具備耐受正負100°c高低溫交變的能力，傳輸電壓高達100V以上，功率數十千瓦，在軌運行壽命可達十年以上。
[0040]本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1.一種扁平式雙層功率信號傳輸電纜，其特徵在於，包括:中間絕緣層，所述中間絕緣層為聚醯亞胺薄膜，厚度為25 u nT75 u m ;粘結於所述中間絕緣層上表面的上層功率信號傳輸層；粘結於所述中間絕緣層下表面的下層功率信號傳輸層，所述上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層的材料為銅；粘結於所述上層功率信號傳輸層另一個表面的上層絕緣層，粘結於所述下層功率信號傳輸層另一個表面的下層絕緣層；位於所述上層絕緣層另一個表面的上層原子氧防護層，位於所述下層絕緣層另一個表面的下層原子氧防護層。
2.依據權利要求1所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜，其特徵在於，所述上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層的厚度為35 u nTlOO u m, 20°C時的電阻率低於 1.73 X 1(T8 Q.m。
3.依據權利要求1所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜，其特徵在於，所述雙層功率信號傳輸電纜上彎曲形成有人字尖，相鄰人字尖彎曲方向相反。
4.依據權利要求1所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜，其特徵在於，所述人字尖的彎曲半徑的公式為:R=[{d13+d12+dir) _/2+ 心][(100-幻/萬]-(式中 dl3 為第一粘結劑層 13 的厚度，dl2為中間絕緣層12的厚度，dl3 『為第二粘結劑層13』的厚度，dl4為上層功率信號傳輸層14的厚度，dl5為第三粘結劑層15的厚度，dl6為上層絕緣層16的厚度，dl7為上層原子氧防護層17的厚度，E為功率傳輸層14的彈性模量。
5.依據權利要求1所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜，其特徵在於，所述上層絕緣層和下層絕緣層的材料為聚醯亞胺薄膜，厚度為25 u nT75 u m。
6.依據權利要求1所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜，其特徵在於，所述上層原子氧防護層和下層原子氧防護層的材料為矽氧烷，厚度為300 nm lOOnm。
7.依據權利要求1所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜，其特徵在於，所述原子氧防護層矽氧烷材料採用噴塗或濺射的方法得到。
8.依據權利要求1所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜，其特徵在於，相互粘結的各層之間採用粘結劑粘結，粘結劑採用環氧類粘結劑、丙烯酸粘結劑、或聚酯類粘結劑，或改性後的環氧類粘結劑、丙烯酸粘結劑、或聚酯類粘結劑之一。`
9.權利要求1至8中任意一項扁平式雙層功率信號傳輸電纜的形成方法,其特徵在於, 包括:步驟一、通過卷對卷生產方式將兩面帶粘結劑的中間絕緣層分別與上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層粘結，通過熱壓方式實現固化成型；步驟二、分別對上層功率信號傳輸層和下層功率信號傳輸層進行圖案化處理，分別形成上、下層功率信號傳輸線路；步驟三、在所述上、下層功率信號傳輸線路表面塗粘結劑，再分別覆蓋絕緣膜，形成上層絕緣層和下層絕緣層，並壓合固化；步驟四、採用噴塗或濺射的工藝分別在上層絕緣層和下層絕緣層表面形成上層原子氧防護層和下層原子氧防護層；步驟五、焊盤及人字尖結構製作。
10.依據權利要求9所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的形成方法，其特徵在於，還包括:在所述雙層功率信號傳輸電纜的側面形成焊盤結構。
11.依據權利要求9所述的扁平式雙層功率信號傳輸電纜的形成方法，其特徵在於，還包括:分別在雙層功率信號傳輸電纜的上、下表面形成焊盤結構，上層功率信號傳輸線路的引線與下層功率信號傳輸線路的引 線錯位。
【文檔編號】H01B7/08GK103514988SQ201210539342
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年12月14日 優先權日:2012年12月14日
【發明者】王志彬, 陳萌炯, 王訓春, 朱亞雄, 黃三玻, 賀虎, 王順, 邢路, 馬季軍 申請人:上海空間電源研究所