技术领域
[0001] 本发明涉及核能技术应用领域，特别涉及一种基于β辐射福特效应、β辐致光伏效应和双效应核电池串并联封装结构。
相关背景技术
[0002] 核电池，也称为放射性同位素电池或原子电池，是一种利用放射性同位素衰变过程中释放的能量来生成电能的装置。核电池不需要太阳光或其他外部条件，因此非常适合在极端环境下运行，如深海、太空探索或偏远地区。它们主要被用于提供长期、低功率的电力，适合于那些难以使用传统能源的场合。例如，航天器上的科学仪器和探测器常用核电池作为能源，因为这些设备常常需要在遥远或太阳能覆盖不到的太空区域长期运行。此外，环境监测站、自动灯塔、医疗设备(如心脏起搏器)和军事装置也都是核电池的应用实例。
[0003] β辐射福特效应、β辐致光伏效应以及双效应核电池是几种先进的核电池，这几种核电池通过分别或结合利用两种不同的能量转换机制—β辐射福特效应和辐致光伏效应，来使核能转变为电能。β辐射福特效应涉及到放射性同位素衰变产生的β粒子(电子)激发半导体材料产生光电效应来产生电能的过程，而辐致光伏效应则是利用放射性物质激发荧光物质产生的光子来激发半导体材料产生光电效应，从而产生电能。
[0004] 目前，β辐射福特效应、β辐致光伏效应电池面临以及双效应核电池核的主要挑战包括单体功率输出较小和封装结构体积大、集成度低、稳定性较差。这些问题主要由核电池内能量转换效率低和现有核电池封装结构不足造成。这些问题不仅限制了核电池的应用范围，也对其安全性和可靠性提出了更高的要求，迫切需要通过设计一种高功率、高集成度、高稳定性的封装结构来解决，为此，我们提出了一种基于β辐射福特效应、β辐致光伏效应和双效应核电池串并联封装结构。
具体实施方式
[0043] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0044] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0045] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046] 本发明提供一种技术方案：
[0047] 实施例一
[0048] 一种基于β辐射福特效应、β辐致光伏效应和双效应核电池串并联封装结构，请参阅图1，包括电池防护外壳、核电池集成基板叠层结构5、核电池6和内引线，电池防护外壳由主壳体1和壳盖2组成，核电池集成基板叠层结构5的底部固定粘接有粘合材料8，且核电池集成基板叠层结构5通过粘合材料8与主壳体1固定；内引线为细铜引线。
[0049] 请参阅图3‑7和图7，主壳体1为内中空立方体薄壁结构，主壳体1的内腔体积与核电池集成基板叠层结构5的体积相适配，主壳体1的顶部为两阶台阶型结构，壳盖2的底部嵌入主壳体1顶部的两阶台阶型结构内并通过粘合材料8粘合，粘合材料8为高分子塑料；核电池集成基板叠层结构5设置在主壳体1内，且核电池集成基板叠层结构5与主壳体1之间的缝隙通过环氧树脂填充，核电池集成基板叠层结构5由若干个相同的放入核电池6的单个核电池集成基板4堆叠焊接而成，且单个核电池集成基板4均为多层板；单个核电池集成基板4内部设置有内层电路14，单个核电池集成基板4上设置有若干个与核电池6配合使用的腔体21，单个核电池集成基板4上设置有多个通孔，且通孔内填积导电金属，单个核电池集成基板4的上表面设置有多个焊盘3，且单个核电池集成基板4的下表面设置有多个焊盘3和凸点焊球7，凸点焊球7和焊盘3均与相应层上的通孔对准，上下相邻两层的单个核电池集成基板
4通过焊盘3和凸点焊球7进行电气互连；主壳体1的底层为实心结构，壳盖2上设置有正负两极端子10，两根内引线一端分别与顶层单个核电池集成基板4上表面两极焊盘3相连接，另一端与壳盖2上正负两极端子10相连接，核电池集成基板叠层结构5通过粘合材料8与主壳体固定；壳盖2的中部一体成型有条带状的绝缘层9，用于将壳盖2上正负两极端子10分隔开；单个核电池集成基板4为三层，且最上层基元基板的厚度大于其他两层基元基板的厚度；
[0050] 请参考附图9‑14，单个核电池集成基板4内部设置有内层电路14，单个核电池集成基板4上设置有若干个与核电池6配合使用的腔体21，单个核电池集成基板4上设置有多个通孔，且通孔内填积导电金属，单个核电池集成基板4的上表面设置有多个焊盘3，且单个核电池集成基板4的下表面设置有多个焊盘3和凸点焊球7，凸点焊球7和焊盘3均与相应层上的通孔对准，上下相邻两层的单个核电池集成基板4通过焊盘3和凸点焊球7进行电气互连；单个核电池集成基板4通过积层法制得，单个基元基板的基体材料为玻璃纤维增强有机材料，包括但不限于FR‑4、RXP‑1、RXP‑4；单个核电池集成基板4为三层，且最上层基元基板的厚度大于其他两层基元基板的厚度；核电池6上的P电极15和N电极16位于一侧时，P电极15和N电极16均用铜线与腔体内焊盘3进行引线键合；核电池6上的P电极15和N电极16位于两侧时，P电极15与焊盘3用铜线进行引线键合，N电极16与焊盘3用导电胶12粘合。
[0051] 上述基于β辐射福特效应、β辐致光伏效应和双效应核电池串并联封装结构制作方法如下：
[0052] S1：选用一定材质的玻璃纤维增强有机材料板，一个玻璃纤维增强有机材料板作为中心基元基板，进行两面覆薄铜箔，然后通过刻蚀形成单个核电池集成基板4内层电路14以及焊盘3，在刻蚀前需用相应的电路设计软件进行内层电路14和焊盘3设计。
[0053] S2：选用具有一定厚度，用于形成单个核电池集成基板4外部电路的铜箔用于与树脂粘结,上面为具有充分强度的Ni‑P合金层，Ni‑P合金层上为另一铜层，组合成复合金属箔，仅仅刻蚀掉与树脂粘结的铜箔不需要部分，单个核电池集成基板形成外部电路与焊盘3，其电路和焊盘结构不唯一。在刻蚀电路表面上形成热硬化玻璃纤维增强有机材料，作为多层板用材料。
[0054] S3：选用两个以上结构，将热硬化玻璃纤维增强有机材料与中心基元基板上下加热加压积层在一起，然后除去上层铜和Ni‑P合金层，形成单个核电池集成基板4；
[0055] S4：根据电路图形，采用激光在单个核电池集成基板4上制作通孔，并填充导电金属，如铜。使单个核电池集成基板内部电路与外部电路连通。
[0056] S5：最上层基元基板上通过等离子体刻蚀或激光刻蚀的方法制作若干个比核电池6大于的腔体21，所制作腔体21数量和位置在最上层基元基板左右应保持相同和对称。其中腔体21底部核电池集成基板内层电路14需进行镀镍或浸金，以防止等离子体刻蚀或激光刻蚀时对底部电路和焊盘造成损伤
[0057] S6：核电池6与核电池集成基板内层电路14连接完成后，需用有机填充材料和工程粘结材料填充芯片和腔体之间的缝隙，如环氧树脂、硅胶等，有机填充材料和工程粘结材料对核电池起到固定、保护和散热作用。
[0058] S7：清洁单个核电池集成基板4表面，购买若干个凸点焊球7，在单个核电池集成基板4底部基元基板通孔处底部涂覆适量的焊膏，焊膏有助于焊球7粘附并提供良好的焊接连接
[0059] S8：使用热风吹嘴加热焊膏，使其熔化并形成液态。温度和风力的控制非常重要，以确保焊膏熔化均匀且不烧焦，并确保不损害基板。将焊球7放置在通孔底部，通常是通过手动或自动方式完成。确保焊球7均匀分布在焊膏上，等待焊膏和焊球7却并固化。清洁单个核电池集成基板表面，去除任何残留的焊膏或杂质，并进行适当的检查和测试
[0060] S9：将多个相同的放入若干核电池6的单个核电池集成基板4上层的凸点焊料7和下层的焊盘3对齐，相同方向放置，并上下层堆叠，通过回流焊或激光焊接实现各层核电池集成基板的电气连接，如若采用回流焊，则需凸点焊料7与焊盘3焊接温度从上至下依次升高，且不会使核电池连接处导电胶或粘合材料融化，提高整体稳定性，从而组成了核电池集成基板叠层结构5，焊接完成后可用有机填料填充各个单个核电池集成基板之间的缝隙，以减少焊接时热膨胀系数不匹配问题，提高结构稳定性；
[0061] S10：将核电池集成基板叠层结构5放入主壳体1中，内引线为细铜引线，将两根内引线一端分别与顶层核电池集成基板上表面两极焊盘3相连接，另一端与壳盖上正负两极端子10相连接，且核电池集成基板叠层结构5通过粘合材料与主壳体1固定。
[0062] S11：将主壳体1腔体与核电池集成基板叠层结构5缝隙通过环氧树脂填充，壳盖2嵌入主壳体1两阶台阶型结构，并与主壳体1通过粘接材料连接，完成整个封装流程。
[0063] 实施例二
[0064] 一种基于β辐射福特效应、β辐致光伏效应和双效应核电池串并联封装结构，请参阅图2，包括电池防护外壳、核电池集成基板叠层结构5、核电池6和内引线，电池防护外壳由主壳体1和壳盖2组成，核电池集成基板叠层结构5的底部固定粘接有粘合材料8，且核电池集成基板叠层结构5通过粘合材料8与主壳体1固定；
[0065] 请参阅图5‑6和图8，主壳体1为内中空立方体薄壁结构，主壳体1的内腔体积与核电池集成基板叠层结构5的体积相适配，主壳体1的顶部为两阶台阶型结构，壳盖2的底部嵌入主壳体1顶部的两阶台阶型结构内并通过粘合材料8粘合，粘合材料8为高分子塑料；核电池集成基板叠层结构5设置在主壳体1内，且核电池集成基板叠层结构5与主壳体1之间的缝隙通过环氧树脂填充，核电池集成基板叠层结构5由若干个相同的放入核电池6的单个核电池集成基板4堆叠焊接而成，且单个核电池集成基板4均为多层板；主壳体1的底层中部镶嵌安装有金属负极13，金属负极13为上下堆叠长方体结构且与主壳体1同轴设置，壳盖2上设置有一个正极端子11，一根内引线一端与顶层单个核电池集成基板4上表面一极焊盘3相连接，另一端与壳盖2上正极端子11相连接，底层单个核电池集成基板4通过导电胶12与金属负极13固定；。
[0066] 请参阅图9‑14，单个核电池集成基板4内部设置有内层电路14，单个核电池集成基板4上设置有若干个与核电池6配合使用的腔体21，单个核电池集成基板4上设置有多个通孔，且通孔内填积导电金属，单个核电池集成基板4的上表面设置有多个焊盘3，且单个核电池集成基板4的下表面设置有多个焊盘3和凸点焊球7，凸点焊球7和焊盘3均与相应层上的通孔对准，上下相邻两层的单个核电池集成基板4通过焊盘3和凸点焊球7进行电气互连；单个核电池集成基板4通过积层法制得，单个基元基板的基体材料为玻璃纤维增强有机材料，包括但不限于FR‑4、RXP‑1、RXP‑4；单个核电池集成基板4为两层，且上层基元基板的厚度大于下层基元基板；核电池6上的P电极15和N电极16位于一侧时，P电极15和N电极16均用铜线与腔体内焊盘3进行引线键合；核电池6上的P电极15和N电极16位于两侧时，P电极15与焊盘3用铜线进行引线键合，N电极16与焊盘3用导电胶12粘合。
[0067] 上述基于β辐射福特效应、β辐致光伏效应和双效应核电池串并联封装结构制作方法除以下区别外，其余工艺流程均与实施实例一相同。
[0068] 1、单个核电池集成基板4叠层时，不是完全相同方向，而是每一层的上下层都是这一层在平面内旋转180度得到的。
[0069] 2、单个核电池集成基板4内层电路14应使同一集成基板上的核电池串联。
[0070] 3、单个核电池集成基板4左右只有一侧焊盘3或凸点焊球7与通孔相连接，另一侧焊盘3或凸点焊球7则起支撑稳定作用，且核电池集成基板叠层结构5顶部单个核电池集成基板4上表面具有焊盘3，下表面具有焊盘3和凸点焊球7，底部单个核电池集成基板4上表面具有焊盘3，且下表面铜箔不刻蚀，用导电胶12与主壳体1底部电极互连。
[0071] 4、内引线一根内引线一端与顶层核电池集成基板上表面一极焊盘3相连接，另一端与壳盖2上对应极端子相连接，且壳盖上只有一极端子，另一极位于主壳体底部，且与底层核电池集成基板下表面电极通过导电胶12粘接固定。
[0072] 5、主壳体1底层中央具有一共轴上下堆叠长方体中空结构，内部嵌入对应共轴上下堆叠长方体金属电极，作为金属负极13。
[0073] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
