CN111769172A - 一种太阳能自供电物联网终端及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种太阳能自供电物联网终端及其生产工艺，所述太阳能自供电物联网终端是由PCB印刷电路板和集成在PCB印刷电路板的上下表面的太阳能电池片组件和物联网产品元器件组成，所述物联网产品元器件包括：物联网的通信、MCU、传感器等电子元器，并通过一体化层压封装工艺将PCB印刷电路板及上下表面的太阳能电池片组件和物联网产品元器件层压成型；本发明提供的一种太阳能自供电物联网终端应用于移动物联网场景，有效的解决了物联网终端能源供给难的问题，降低了生产及维护成本，其生产工艺结合了一体化层压封装工艺、高、低温元器件焊接工艺、真空层压封装和滴胶封装工艺，所生产的物联网终端结构更加简平轻薄，防水防尘效果更佳。

Description

一种太阳能自供电物联网终端及其生产工艺

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种太阳能自供电物联网终端及其生产工艺。

背景技术

当今，物联网的发展日新月异，发展初期的物联网终端，如RFID卡(公交卡，仓库电子标签)，仅能进行低级别的物联，实现信息存储与表达；但是随着物联终端的发展，应用场景的丰富，简单信息存储与识别的RFID，难以满足各种需求；需要各种不同的传感，来实现不同的应用，如机房温湿度报警，智能电表等，需要传感、计算，随着功能的增多，物联网终端的耗电量也逐步增大，由此一批室内物联网终端应运而生。然而，对于移动物联网，市电难以满足移动特性，由此一批带储能的物联网终端大量产生。但是对于室外移动场景，储能器件(电池)的寿命也制约了其发展，要实现万物的互连，各连接的端点不管是人还是物，都必须要解决能源供给问题，目前为止，供能问题已经成为制约移动物联网发展的瓶颈。

太阳能组件制造行业，发电的主要材料的单晶/多晶硅原晶片，其特性与普通玻璃一样极易碎裂，为了提高制成品的耐用性，一般会使用较硬的材质做衬底，印制电路板PCB是可选的衬底之一，它不仅硬度满足需求，同时可根据需求定制电池片焊接面的连接线路，提高可靠性和集成度。

现有技术中，发明专利公开号为CN105336813A公开了一种太阳能电池组件的制备方法，包括：提供太阳能电池组件PCB板；在PCB上刷锡膏；将切割好的太阳能电池片正面朝上放入自动贴片机的料盒；将太阳能电池片精确地贴附在PCB板上；将贴好太阳能电池片的PCB板放入回流焊，焊接太阳能电池片与PCB板；检测PCB板与太阳能电池片的电性连接，并对良品进行封装，该技术将太阳能电池片与PCB板进行结合，仅仅作为太阳能电池使用，并未将PCB板进行物联网通信、传感功能设计，且防水防尘防紫外线性能较差。

现有技术中，发明专利公开号为CN1085022991A公开了一种太阳能电池组件及其制造方法，采用将太阳能电池串焊接固定在PCB板上，如此本发明可以先布局电路，采用手工或机器串焊所述太阳能电池片串，采用手工或机器将所述太阳能电池片串与所述PCB板预留的焊盘进行焊接定位排版，从而可实现所述太阳能电池组件全生产过程的自动化，有利于降低人工成本，提高生产效率，但是在太阳能电池组件与PCB板连接过程中使用了焊盘，增大了体积，使用较为不便，且同样未对PCB板进行物联网通信、传感功能设计、仅仅具备太阳能电池功能，不能够满足人类日益增长的需求。

目前，市面上已有的自供电物联网终端，如高速ETC它虽然也同时包含太阳能组件部分以及电子元器件模块。但是，它的太阳能组件和电子设备是两个相互独立的模块，分别设计在两个PCB板上，之间通过线缆进行连接，没有实现高度的集成和统一，同时线缆的连接增加更多的不确性和故障点，不能做到防水和防尘。现有物联网方案，能源供给部分(市电、可移动能源)与电子元器件部分分离，难以做到真正意义上的集成化、微型化。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种具有太阳能自供电功能的移动物联网终端，解决现有技术中使用线缆链接造成的不确定性和故障点增多的难的问题，解决现有技术中难以实现供能与物联网元器件之间难以集成和统一、以及现有技术中防尘防水防紫外线效果差的问题。

本发明针对现有技术的不足，将物联网元器件与太阳能电池片集成在一块PCB板上进行设计、贴片和层压。该方法对现有物联网终端方案的结构提出了改进，解决了移动物联网终端的能源供给问题，提高了集成度、可靠性同时也降低了成本。

本发明提供一种太阳能自供电物联网终端，其特征在于，包括：印刷电路板、太阳能电池片组件、物联网产品元器件和封装层压材料组，其中，所述的太阳能电池片组件位于印刷电路板的上表面，所述物联网产品元器件位于印刷电路板下表面，所述太阳能电池片组件通过锡膏进行表面贴装技术焊接在印刷电路板的上表面，所述物联网产品元器件通过锡膏进行表面表面贴装技术焊接在印刷电路板的下表面，所述封装层压材料组位于印刷电路板的上下表面，所述太阳能电池片组件、物联网产品元器件和封装层压材料组与印刷电路板经过层压封装工艺一体化成型；

优选的，所述太阳能电池片组件包括单晶硅和多晶硅电池中的PERC钝化发射极背面接触电池、IBC交叉指式背接触太阳电池、HIT晶体硅异质结太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池、砷化镓电池中的一种；

优选的，所述的物联网产品元器件包括：定位元件、传感器、微控制单元、通信元件和储能器件。

优选的，所述封装层压材料组包括：第一封装层、第二封装层，第一粘接层，第二粘接层和第三粘接层，其中第一封装层和第二封装层为PET对苯二甲酸二醇酯、ETFE乙烯-四氟乙烯共聚物、PVDF聚偏氟乙烯、PDF聚氟乙烯中的一种或多种复合膜层，所述第一粘接层，第二粘接层和第三粘接层为EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE聚烯烃弹性体中的一种或复合膜层。

优选的，所述的印刷电路板、太阳能电池片组件、物联网产品元器件与第一封装层、第二封装层，第一粘接层，第二粘接层、第三粘接层依次叠放设置，从上到下依次是：第一封装层、第一粘接层、太阳能电池片组件、印刷电路板、物联网产品元器件、第二粘接层、第三粘接层、第二封装层。

优选的，所述的印刷电路板包括拓展接口。

本发明还提供一种太阳能自供电物联网终端的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：使用锡膏SMT表面贴装技术，将物联网产品元器件焊接在印刷电路板下表面，其中此步骤中所述物联网产品元器件为耐受温度大于160℃的元器件，对于耐受温度小于130℃的元器件，需要在S4层压之后单独进行焊接并滴胶处理；

S2：使用锡膏SMT表面贴装技术，将太阳能电池片组焊接在印刷电路板上表面；

S3：将S1和S2中焊接完毕的印刷电路板与封装层压材料组叠放整齐设置，并且在堆叠材料底部垫有耐受温度小于130℃的元器件的特定模具，堆叠材料从上到下依次是：第一封装层、第一粘接层、太阳能电池片组件、印刷电路板、物联网产品元器件、第二粘接层、第三粘接层、第二封装层，将S1和S2中焊接完毕的印刷电路板与封装层压材料组放入层压机中，在130-160℃温度下，层压15-60min；

S4：针对步骤S1中耐受温度小于130℃的元器件进行单独焊接处理，在S3中的特定模具处进行补充焊接，并对补充焊接元器件与层压品之间的缝隙进行滴胶处理；

S5：对层压后的印刷电路板进行外形设计，切边装置切边剔除层压预料和熔边，切割为圆形、多边形中的一种；

优选的，所述的滴胶处理使用有机硅硅脂、聚氨酯PU胶、环氧树脂AB胶、灌封胶、粘接胶、密封胶中的一种或多种组合；

优选的，所述的切边装置为激光、超声波、高温刀具中的一种。

本发明的有益效果在于：

1.现有的太阳能自供电物联网设备，太阳能作为供电模块，需要一块PCB印刷电路板作为支撑，物联网通信部分同样也需要一块PCB印刷电路板，对于较大面积的太阳能产品来说，重量几乎增加了一倍；而本发明将两块PCB印刷电路板的功能集成在一块PCB印刷电路板上，大大减轻了重量，使得该移动物联网终端可以适用于更多的场景，操作和安装更加便捷；

2.现有技术中两个印刷电路PCB板间通过线缆连接，增加了虚焊，长期使用线缆老化断开的风险点，而本发明中使用PCB印刷电路板内部线路的连接，平均使用寿命达十年以上，可靠性极大提高；

3.本发明中将两组电路一起设计，统一规划，可以有效的降低成本，且大规模生产时，在产品空间结构，厚度，原材料使用上可以大幅降低成本；

4.本发明中将物联网元器件焊接在双面PCB印刷电路板并进行层压封装，使用EVA溶胶以及PET材料，可以有效的提高移动物联网终端的防水、防尘以及抗紫外性能。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细的描述。

图1为本发明涉及的太阳能自供电物联网终端的结构示意图；

图2为本发明涉及的太阳能自供电物联网终端的结构解析图；

图3为本发明涉及的太阳能自供电物联网终端的生产工艺流程图；

图4为本发明涉及的太阳能自供电物联网终端的连接拓展方式示意图。

图中：1-印刷电路板，2-太阳能电池片组件，3-物联网产品元器件，4-封装层压材料组，41-第一封装层，42-第二封装层，43-第一粘接层，44-第二粘接层，45-第三粘接层，51-拓展槽，52-PFC柔性印刷线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围，此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其它细节。

实施例1

如图1所示，本发明实施例涉及的太阳能自供电物联网终端采用以下技术方案：太阳能自供电物联网终端包括：印刷电路板1、太阳能电池片组件2、物联网产品元器件3和封装层压材料组4。

进一步的，太阳能电池片组件2位于印刷电路板1的上表面，其中所述的太阳能电池片组件2通过低温锡膏进行表面贴装技术焊接在印刷电路板1的上表面；所述物联网产品元器件3位于印刷电路板1下表面，其中物联网产品元器件3通过高温锡膏进行表面贴装技术焊接在印刷电路板1的下表面，对于耐受温度较低的物联网元器件，采用中温锡膏进行表面贴装技术焊接在印刷电路板1的下表面。

优选的，在本发明实施例中，使用的高温锡膏熔点为210℃，中温锡膏熔点为172℃，低温锡膏熔点为138℃。

进一步的，封装层压材料组4位于印刷电路板的上下表面，所述太阳能电池片组件2、物联网产品元器件3和封装层压材料组4与印刷电路板1经过层压封装工艺一体化成型。

进一步的，在发明实施例中，使用的太阳能电池片组件2为单晶硅和多晶硅电池中的PERC钝化发射极背面接触电池、IBC交叉指式背接触太阳电池、HIT晶体硅异质结太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池、砷化镓电池中的一种，优选的本实施例中使用PERC钝化发射极背面接触电池，在印刷电路板1上表面焊接电池片数量为一片或者多片串联，本发明实施例中印刷电路板1上表面焊接5片太阳能电池片，连接方式为串联，太阳能电池片的正极和负极与印刷电路板1的电连接。

本发明实施例中的物联网产品元器件为：定位元件、传感器、微控制单元、通信元件和储能器件。

定位原件为GPS定位模块元件，GPS定位模块元件通过高温锡膏通过表面贴装技术焊接在印刷电路板1的下表面，与蓄电池电连接，用于监测该物联网终端所处的水平位置及海拔高度，本发明实施例中的GPS定位模块元件支持实时GPS定位变化监测，同样支持瞬时GPS定位监测，其中GPS定位数据通过通信元件远程传输至服务器，由服务器进行数据的显示，分析和存储。

其中通信元件，用于远程信号的传输与接收，本发明实施例中使用红外通信、蓝牙通信、通用分组无线服务技术GPRS、码分多址CDMA、无线网WiFi、紫蜂协议ZigBee技术和射频识别RFID技术、NB-IOT和LoRa技术中的一种，本发明实施例中使用无线网WiFi进行数据的传输与接收。

本发明实施例还包括服务器，其中服务器具备存储和计算功能，用于远程物联网终端的所传输的数据的接收、存储、显示和处理。

本发明实施例中传感器为温湿度传感器，用于实时监测物联网终端所处环境的温湿度数据，其中温湿度数据通过通信元件传输至服务器，该温湿度传感器可以实时监测所处环境的温湿度，也可以瞬时测量所处环境的温湿度数据，并将数据发送至服务器，所述传感器与蓄电池电连接，传感器与通信元件通信连接。

本发明实施例中的微控制单元包括：RAM、ROM、一个串行接口、一个并行接口、计时器和中断调度电路，本实施例中使用MCU微控制单元，可以有效的减少印刷电路板1上元器件的数量，将以往通常需要数十个甚至数百个数字集成电路来实现的操作集中在一个微控制单元元器件，大大的提高了集成度，降低了体积。

进一步的，所述储能器件为蓄电池或者超级电容中的一种，本发明实施例中使用蓄电池作为储能器件，所述蓄电池为磷酸铁锂电池，其中磷酸铁锂电池供电系统有3.2V供电系统、12V供电系统、24V供电系统；本发明实施例使用3.2V碳酸铁锂电池供电系统。所述蓄电池与太阳能电池片组件的正负极电连接，所述蓄电池与用电元器件电连接，所述蓄电池用于电能的存储与用电元器件的供电，其中，白天，太阳能电池片组件2对蓄电池进行充电，夜晚，蓄电池对用电元器件进行供电。

实施例2

如图2所示，本发明实施例的物联网终端的各层结构解析图，其中封装层压材料组包括：第一封装层41、第二封装层42，第一粘接层43，第二粘接层44和第三粘接层45，其中第一封装层和第二封装层为PET对苯二甲酸二醇酯、ETFE乙烯-四氟乙烯共聚物、PVDF聚偏氟乙烯、PDF聚氟乙烯中的一种或多种复合膜层，所述第一粘接层，第二粘接层和第三粘接层为EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE聚烯烃弹性体中的一种或复合膜层。

优选的，本实施例中第一封装层41和第二封装层42使用PET对苯二甲酸二醇酯和ETFE乙烯-四氟乙烯共聚物复合膜层，本实施例中第一粘接层43，第二粘接层44和第三粘接层45使用EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE聚烯烃弹性体复合膜层。

作为进一步方案，其中所述的印刷电路板1、太阳能电池片组件2、物联网产品元器件3与第一封装层、第二封装层，第一粘接层，第二粘接层、第三粘接层依次叠放设置，从上到下依次是：第一封装层、第一粘接层、太阳能电池片组件、印刷电路板、物联网产品元器件、第二粘接层、第三粘接层、第二封装层。

实施例3

如图4所示，本发明实施例中自供电物联网终端的结构与上述实施例1和实施例2相同，不同点在于，本实施例中物联网终端还包括一个拓展接口，通过PFC柔性印刷线52与拓展槽51连接，多种功能的拓展。

实施例4

如图3所示，本发明实施例还提供了一种太阳能自供电物联网终端的生产工艺，具体步骤如下所示：

S1：使用高温锡膏SMT表面贴装技术，将物联网产品元器件3焊接在印刷电路板下表面，其中此步骤中所述物联网产品元器件3为耐受温度大于160℃的元器件，对于耐受温度小于130℃的元器件，需要在S4层压之后单独进行焊接并滴胶处理；

S2：使用中温锡膏SMT表面贴装技术，将太阳能电池片组2焊接在印刷电路板上表面；在印刷电路板1上表面焊接电池片数量为一片或者多片串联，本发明实施例中印刷电路板1上表面焊接5片太阳能电池片。

S3：将S1和S2中焊接完毕的印刷电路板1与封装层压材料4组叠放整齐设置，并且在堆叠材料底部垫有耐受温度小于130℃的元器件的特定模具，堆叠材料从上到下依次是：第一封装层41、第一粘接层43、太阳能电池片组件2、印刷电路板1、物联网产品元器件3、第二粘接层44、第三粘接层45、第二封装层42，将S1和S2中焊接完毕的印刷电路板与封装层压材料组放入层压机中，在130-160℃温度下，层压15-60min；

S4：针对步骤S1中耐受温度小于130℃的元器件进行单独焊接处理，在S3中的特定模具处进行补充焊接，并对补充焊接元器件与层压品之间的缝隙进行滴胶处理；

S5：对层压后的印刷电路板进行外形设计，切边装置切边剔除层压预料和熔边，切割为圆形、多边形中的一种，本发明实施例中切割形状为矩形。

作为优选方案，滴胶处理使用有机硅硅脂、聚氨酯PU胶、环氧树脂AB胶、灌封胶、粘接胶、密封胶中的一种或多种组合，本发明实施例中使用有机硅硅脂和聚氨酯PU胶的组合或者环氧树脂AB胶和灌封胶组合。

作为优选方案，切边装置使用激光、超声波、高温刀具中的一种，本发明实施例使用高温刀具作为切边装置对层压完成的物联网终端进行切割修边。

实施例5

本发明实施例提供的一种太阳能自供电物联网终端主要应用于运输领域，安装于冷链运输货车车顶，其中传感器探头位于车辆内部，用于定位，统计货车每月行驶时间，行驶里程，出发与抵达行驶轨迹等数据，并且实时采集冷链运输货车内部的温度湿度数据，对于温湿度数据异常的情况及时做出反馈警报处理。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示性的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了简化描述该发明，而不是指示装置必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后需要说明：以上实施例，仅为本发明的具体实施方法，用以说明本发明的技术方案，而并非对其限制，本发明的保护范围并不仅限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到的变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种太阳能自供电物联网终端，其特征在于，包括：印刷电路板、太阳能电池片组件、物联网产品元器件和封装层压材料组，其中，所述的太阳能电池片组件位于印刷电路板的上表面，所述物联网产品元器件位于印刷电路板下表面，所述太阳能电池片组件通过锡膏进行表面贴装技术焊接在印刷电路板的上表面，所述物联网产品元器件通过锡膏进行表面表面贴装技术焊接在印刷电路板的下表面，所述封装层压材料组位于印刷电路板的上下表面，所述太阳能电池片组件、物联网产品元器件和封装层压材料组与印刷电路板经过层压封装工艺一体化成型。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能自供电物联网终端，其特征在于，所述太阳能电池片组件包括单晶硅和多晶硅电池中的PERC钝化发射极背面接触电池、IBC交叉指式背接触太阳电池、HIT晶体硅异质结太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池、砷化镓电池中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能自供电物联网终端，其特征在于，所述的物联网产品元器件包括：定位元件、传感器、微控制单元、通信元件和储能器件中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能自供电物联网终端，其特征在于，所述封装层压材料组包括：第一封装层、第二封装层，第一粘接层，第二粘接层和第三粘接层，其中第一封装层和第二封装层为PET对苯二甲酸二醇酯、ETFE乙烯-四氟乙烯共聚物、PVDF聚偏氟乙烯、PDF聚氟乙烯中的一种或多种复合膜层，所述第一粘接层，第二粘接层和第三粘接层为EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE聚烯烃弹性体中的一种或复合膜层。

5.根据权利要求1-4所述的一种太阳能自供电物联网终端，其特征在于，所述的印刷电路板、太阳能电池片组件、物联网产品元器件与第一封装层、第二封装层，第一粘接层，第二粘接层、第三粘接层依次叠放设置，从上到下依次是：第一封装层、第一粘接层、太阳能电池片组件、印刷电路板、物联网产品元器件、第二粘接层、第三粘接层、第二封装层。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能自供电物联网终端，其特征在于，所述的印刷电路板包括拓展接口。

7.一种太阳能自供电物联网终端的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：使用锡膏SMT表面贴装技术，将物联网产品元器件焊接在印刷电路板下表面，其中此步骤中所述物联网产品元器件为耐受温度大于160℃的元器件，对于耐受温度小于130℃的元器件，需要在S4层压之后单独进行焊接并滴胶处理；

S2：使用锡膏SMT表面贴装技术，将太阳能电池片组焊接在印刷电路板上表面；

S3：将S1和S2中焊接完毕的印刷电路板与封装层压材料组叠放整齐设置，并且在堆叠材料底部垫有耐受温度小于130℃的元器件的特定模具，堆叠材料从上到下依次是：第一封装层、第一粘接层、太阳能电池片组件、印刷电路板、物联网产品元器件、第二粘接层、第三粘接层、第二封装层，将S1和S2中焊接完毕的印刷电路板与封装层压材料组放入层压机中，在130-160℃温度下，层压15-60min；

S4：针对步骤S1中耐受温度小于130℃的元器件进行单独焊接处理，在S3中的特定模具处进行补充焊接，并对补充焊接元器件与层压品之间的缝隙进行滴胶处理；

S5：对层压后的印刷电路板进行外形设计，切边装置切边剔除层压预料和熔边，切割为圆形、多边形中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种太阳能自供电物联网终端的生产工艺，其特征在于，所述的滴胶处理使用有机硅硅脂、聚氨酯PU胶、环氧树脂AB胶、灌封胶、粘接胶、密封胶中的一种或多种组合。

9.根据权利要求7所述的一种太阳能自供电物联网终端的生产工艺，其特征在于，所述的切边装置为激光、超声波、高温刀具中的一种。

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