CN117612577A - 一种抗辐射的固态硬盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗辐射的固态硬盘，包括：保护壳，由第一屏蔽材料构成，所述保护壳内形成有柱状的容置腔，所述保护壳的外侧具有第一接口，所述容置腔内具有与第一接口电连接的第二接口；支撑构件，固定于所述容置腔内并沿所述容置腔的轴向设置，且在所述容置腔的径向截面上，所述支撑构件呈螺旋状分布；电路板，包括柔性基板以及集成于所述柔性基板的存储芯片，所述柔性基板上具有第三接口；所述电路板位于所述容置腔内，且所述电路板的第三接口与第二接口电连接，所述柔性基板在所述支撑构件限位下呈螺旋状盘绕。本发明通过将电路板以螺旋状盘绕设置在保护壳的柱状腔体内，使得相同存储容量的固态芯片具有较小的体积和重量。

Description

一种抗辐射的固态硬盘

技术领域

本发明涉及存储设备领域，更具体地说，涉及一种抗辐射的固态硬盘。

背景技术

卫星、航天器等太空载具与地球相距遥远，实时传输能力极其有限，往往无法实时传回数据。因此，上述太空载具上都配备有数据存储系统以存储相关的飞行数据和科研数据，以便在太空载具回收后读取和研究。

固态硬盘是重要的数据存储设备，但由于太空中的环境跟地球不同，需采用特殊防护结构对固态硬盘进行保护才能应对太空中可能出现的各种情况，以保证固态硬盘可以正常运行。

目前，大多应用于航天领域的固态硬盘会在原有的设计上增加多层防辐射层，并添加多层抗震结构，这导致固态硬盘的体积及重量变大，占用过多的空间，无法灵活适配太空载具，而在这些太空载具中体积和重量直接关系到发射成本和工作寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述太空载具中的固态硬盘提及和重量相对较大的问题，提供一种抗辐射的固态硬盘。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种抗辐射的固态硬盘，包括：

保护壳，由第一屏蔽材料构成，所述保护壳内形成有柱状的容置腔，所述保护壳的外侧具有第一接口，所述容置腔内具有与第一接口电连接的第二接口；

支撑构件，固定于所述容置腔内并沿所述容置腔的轴向设置，且在所述容置腔的径向截面上，所述支撑构件呈螺旋状分布；

电路板，包括柔性基板以及集成于所述柔性基板的若干存储芯片，所述柔性基板上具有第三接口；所述电路板位于所述容置腔内，且所述电路板的第三接口与第二接口电连接，所述柔性基板在所述支撑构件限位下呈螺旋状盘绕。

作为本发明的进一步改进，若干所述存储芯片位于所述柔性基板的同一表面，且所述柔性基板具有若干所述存储芯片的表面背向所述容置腔的侧壁。

作为本发明的进一步改进，所述柔性基板上集成有控制芯片，且所述控制芯片与所述存储芯片位于所述柔性基板的同一表面；所述柔性基板具有所述存储芯片的一侧的表面具有柔性绝缘层，且所述柔性绝缘层覆盖所有控制芯片和存储芯片。

作为本发明的进一步改进，所述柔性基板上背向存储芯片的表面具有由第二屏蔽材料构成的二次屏蔽层，所述二次屏蔽层通过绝缘胶粘接固定在所述柔性基板的表面，和/或

所述柔性基板上存储芯片所在的表面具有由第二屏蔽材料构成的二次屏蔽层，所述二次屏蔽层通过绝缘胶粘接固定在所述柔性基板的表面，所述柔性绝缘层覆盖于所述二次屏蔽层的表面。

作为本发明的进一步改进，所述支撑构件包括若干分别由导热材料构成的固定柱，所述柔性绝缘层上背向所述柔性基板的表面具有若干沿所述容置腔的轴向的凹槽，且所述柔性绝缘层通过所述凹槽可拆卸固定至所述固定柱。

作为本发明的进一步改进，所述柔性绝缘层上对应于每一控制芯片和存储芯片的部分具有至少一个凹槽，且每一凹槽内具有一根固定柱穿过。

作为本发明的进一步改进，所述保护壳包括主壳体和所述保护盖，所述主壳体和所述保护盖可拆卸固定，并形成所述容置腔。

作为本发明的进一步改进，所述第二接口位于所述容置腔的底部，所述第三接口位于所述柔性基板的一端并突出于所述柔性基板。

作为本发明的进一步改进，所述保护壳的主壳体呈一端开口的圆筒状，所述第一接口位于所述保护壳的主壳体上远离容置腔开口的一端并突出于所述主壳体的端面。

作为本发明的进一步改进，在所述柔性基板的长度方向上，所有存储芯片位于所述控制芯片的同一侧，且在位于所述容置腔内的电路板上，所述柔性基板的宽度方向与所述容置腔的轴向相平行，所述控制芯片远离所述容置腔的边缘。

本发明具有以下技术效果：通过将电路板以螺旋状盘绕设置在保护壳的柱状腔体内，使得相同存储容量的固态芯片具有较小的体积和重量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘中保护壳的主壳体的示意图。

图3是本发明实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘中电路板的示意图。

图4是本发明实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘中保护壳与支撑构件的径向切面的结构示意图。

图5是本发明另一实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘中电路板的结构示意图。

图6是本发明另一实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘中电路板的结构示意图。

图7是本发明另一实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘中电路板的结构示意图。

图8是本发明实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘中电路板的盘绕形态示意图。

图9是本发明实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘中电路板的装配于保护壳中的形态示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明实施例提供的一种抗辐射的固态硬盘的结构示意图，该固态硬盘可应用于卫星、航天器等太空载具，并实现太空载具的运行数据、科研数据等的存储。本实施例的一种抗辐射的固态硬盘包括保护壳10、电路板20以及支撑构件。上述电路板20通过支撑构件固定在保护壳10内，以避免电路板20在太空载具飞行过程中因振动而损坏。

上述保护壳10由第一屏蔽材料构成，上述第一屏蔽材料具体采用抗辐射材料中的高原子序列的金属或非金属材料，例如可以是玻璃、陶瓷、纳米氧化铋、纳米钨、纳米钽、纳米铅等。在保护壳10内形成有柱状的容置腔，电路板20即置于该容置腔内。并且保护壳10的外侧具有第一接口111，容置腔内具有与第一接口111电连接的第二接口112。上述容置腔具体可以呈圆柱形，即容置腔的径向切面为圆形，在实际使用中，该容置腔也可以采用径向切面为正多边形（例如正六边形、正五边形、正方形等）的棱柱形，或者径向切面为矩形的长方体形等。上述第一接口111可采用现有的固态硬盘接口，例如SATA接口或M.2接口等，或者现有专用于太空载具的接口，在此不再赘述。

支撑构件设置于容置腔内，支撑构件可将电路板20固定在容置腔内并保持特定的形状，以避免电路板20与容置腔的侧壁发生碰撞而导致损坏。上述支撑构件沿容置腔的轴向设置(即图1中的X方向)，即支撑构件在容置空间的各个径向截面（垂直于X方向的平面）上的形状和尺寸相同。上述支撑构件在容置腔的径向截面上呈螺旋状分布，例如，结合图4所示，支撑构件可由多根呈螺旋状分布的固定柱31构成。在实际应用中，支撑构件也可由呈螺旋状的挡板构成。具体地，支撑构件在径向截面上的形状可与容置腔的径向截面的形状相适配，例如当容置腔的径向截面为圆形（即容置腔整体呈圆柱状）时，支撑构件在径向截面上的形状为连续的圆弧状；当容置腔的径向截面为正方形时，支撑构件在径向洁面膏上的形状为多条首尾相接的线段（线段之间可通过圆弧连接）。

结合图3所示，上述电路板20包括柔性基板21及多个集成于柔性基板21上的电子元件，其中上述电子元件包括控制芯片22、存储芯片23及被动元件24（例如电阻、电容等），且控制芯片22、存储芯片23及被动元件24的数量可根据需要调整。在本发明的一个实施例中，柔性基板21采用聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的印刷线路板，其具有重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。该柔性基板21上具有由铜箔等构成的导电线路和焊盘等，电子元件焊接在柔性基板21上，并通过柔性基板21上的导电线路和焊盘相互电连接形成具有存储功能的电路。在实际应用中，上述柔性基板21也壳采用软硬结合的结构，在此不再赘述。

上述柔性基板21上具有用于与容置腔内的第二接口112电连接的第三接口211，柔性基板21在支撑构件限位下呈螺旋状盘绕。即在电路板20被放置到容置腔时，需将第三接口211与第二接口112电连接，并通过支撑构件将柔性基板21呈螺旋状盘绕。上述第三接口211可采用公插头(例如由将柔性基板21上的电信号引出的多个焊脚构成)，相应地，第二接口112采用母插头；或者第三接口211采用母插头，第二接口112采用公插头，通过该方式，便于第三接口211与第二接口112电连接。

在本发明的一个实施例中，第二接口112可位于容置腔的底部，相应地，第三接口211位于柔性基板21的一端并突出于柔性基板21，这样，可在将柔性基板21放置到容置腔的同时实现第三接口211于第二接口112的电连接。

上述固态硬盘中，通过保护壳10将内部的电路板20封闭，可防止太空中的辐射改变电路板20的特性，造成永久性或暂时性退化。同时，通过将电路板20以螺旋状盘绕设置在保护壳10的柱状腔体内，使得相同存储容量的固态芯片具有较小的体积和重量。也就是说，在容置腔内，由于电路板20盘绕设置，使得同一电路板20上的多个存储芯片23并非位于一个或两个平面上，而是在整个空间范围内，从而使得在相同体积的情况下可具有更多的存储芯片23，由于这些存储芯片23通过同一保护壳10保护，从而使得在相同存储容量（存储芯片23的数量）条件下整个固态硬盘的体积和重量大大降低。

此外，由于电路板20所采用柔性基板21具有较好的可挠性，因此在保护壳10振动时，柔性基板21可吸收部分振动，从而减少传递到电子元件的振动，降低电子元件因振动而损害的几率以及电子元件与柔性基板21的焊点松脱的几率，提高整个固态硬盘的稳定性。

结合图5-图7所示，在本发明的一个实施例中，上述电路板20上的所有存储芯片23位于柔性基板21的同一表面，且柔性基板21具有存储芯片23的表面背向容置腔的侧壁。即电路板20在盘绕时，柔性基板21上没有存储芯片23的一面朝外，有存储芯片23的一面朝内，如图8所示。在上述结构中，即使有辐射粒子穿透了保护壳10，也能通过柔性基板21本身阻拦或吸收一部分穿透保护壳10的辐射粒子，进一步减少存储芯片23被损坏的几率。

在某些情况中，航天载具运行或应对外部冲击的过程中，会经历巨大的振动和动力学负荷，巨大的震动会导致结构受损，从而出现固态硬盘零部件的脱落、连接点的破裂或者整体结构的破坏。为基于上述问题，如图5所示，在本发明的一个实施例中，上述柔性基板21上的控制芯片22与存储芯片23位于柔性基板21的同一表面（被动元件24也可位于该表面），并且柔性基板21上具有控制芯片22、存储芯片23的一侧表面具有柔性绝缘层42，且柔性绝缘层42覆盖所有控制芯片22和存储芯片23（该柔性绝缘层42可同样覆盖被动元件24），例如柔性绝缘层42突出于柔性基板21的表面的高度大于控制芯片22、存储芯片23突出于柔性基板21的表面的高度。上述柔性绝缘层42由柔性绝缘材料构成，并可对柔性基板21及该柔性基板21上的电子元件器件起到缓震的作用，避免在巨大震动过程中导致固态硬盘零部件的脱落或受损。

在某些情况中，虽然柔性基板21上设有柔性绝缘层42，但在太空强烈的震荡中，可能出现柔性基板21某一部位受到的震动频率及振幅大于其他部位，导致即使覆盖了柔性绝缘层42，也可能出现柔性绝缘层42松动，内部器件受损的情况。基于此，在本发明的一个实施例中，可在柔性基板21上无柔性绝缘层42的表面(例如图5中柔性基板21的下表面)涂覆一层粘性胶，在柔性基板21盘绕时，可通过粘性胶层将柔性基板21的下表面与柔性基板21另一段上的柔性绝缘层42的外表面相粘附，这样，在未装设到保护壳10的容置腔时，电路板20也能呈盘绕式设置。通过在柔性基板21或柔性绝缘层42的表面设置粘性胶，可对受到的震动频率及振幅大于其他部位的部位起到缓震及提高稳定性的作用。在实际应用中，粘性胶层也壳设置在柔性绝缘层42的外侧表面，同样可在电路板20盘绕时将柔性绝缘层42的表面与柔性基板21的下表面粘接固定。

在某些情况中，保护壳10可以阻止低能辐射，但高能宇宙射线在穿过保护壳10之后，可能会产生二次电离粒子，而二次电离粒子会导致存储芯片23中数据异常、数据丢失等情况。基于此，如图6所示，在本发明的一个实施例中，上述柔性基板21具有存储芯片23的二次屏蔽层41，二次屏蔽层41通过粘性胶固定在柔性基板21的表面，并包裹或部分包裹电路板20（即包裹柔性基板21及柔性基板21上的电子元件）。通过二次屏蔽层41可抵挡二次电离，且二次屏蔽层41的设置还能有效防止控制芯片22与存储芯片23或存储芯片23与存储芯片23间距离太近而造成电磁干扰的情况。其中，上述二次屏蔽层41可采用低原子序数的柔性金属，如铝箔、铅箔等。

特别地，柔性绝缘层42可设置在二次屏蔽层41的外侧，例如柔性绝缘层42可通过粘性胶粘接于二次屏蔽层41的外侧。并且，在实际应用中，也可仅在柔性基板21上具有存储芯片23的表面（即图6中柔性基板21的上表面）和相对的表面（即图6中柔性基板21的下表面）中的一个设置二次屏蔽层41，由于电路板20的盘绕设置方式，也能在一定程度上降低二次辐射对存储芯片23造成的损害。

在某些情况中，由于太空中的昼夜温度相差数百度，二次屏蔽层41包裹电路板20且电路板20盘绕式设置于容置腔内，会导致固态硬盘在工作过程中散热较差，盘绕设置的电路板20也会出现相邻部分相互接触的情况，使电路板20的热能聚集在二次屏蔽层41表面，二次屏蔽层41无法及时排出热能，这将降低固态硬盘的运行效率，甚至出现电路板温度过高损坏的情况。基于此，如图4所示，在本发明的一个实施例中，上述支撑构件包括若干分别由导热材料（例如金属）构成的固定柱31，相应地，上述柔性绝缘层42可采用具有较好热传导率的材料构成，同时，结合图7所示，柔性绝缘层42上背向柔性基板21的表面（即外侧表面）具有若干沿容置腔的轴向的凹槽421，且凹槽421的形状和尺寸与固定柱31的形状和尺寸相适配。在电路板20装配到容置腔时，固定柱31分别嵌入凹槽421，如图9所示。通过上述结构，一方面可防止固定柱31与电路板20相对滑动，提高电路板20的稳定性、抗震性，另一方面，柔性基板21上的控制芯片22、存储芯片23、被动元件24工作时产生的热量，可通过二次屏蔽层41、柔性绝缘层42及粘性胶传导到固定柱31，再由固定柱31传导到保护壳10或保护壳10外 (例如通过保护壳较大的表面积实现散热)，避免聚集在二次屏蔽层41的热量无法散出，或者在环境温度较低时，固定柱31可将外部的热量传导到柔性绝缘层42，再由柔性绝缘层42传导到各个电子元件，使得控制芯片22、存储芯片23、被动元件24保持较佳的工作温度。此外，上述固定柱31可与外部的恒温装置连接，通过恒温装置，可使得电路板20的温度保持相对恒定。

在本发明的一个实施例中，保护壳10包括主壳体11和扣合到主壳体11的保护盖12，容置腔形成于主壳体11和保护盖12之间，并且固定柱31与主壳体11固定连接，保护盖12上具有与固定柱31对应的固定槽，且固定柱31的自由端与固定槽可拆卸连接。上述结构可保证固定柱31在容置腔内稳定固定，进而保证电路板20的稳定性。

当然，在实际应用中，固定柱31也可与保护盖12的内侧对应的固定槽固定连接，并在主壳体11的对应位置设置固定槽，但该方式不利于保护盖12的装配。

在本发明的一个实施例中，上述固定柱31的数量不小于柔性基板21上控制芯片22和存储芯片23的数量之和，相应地，柔性绝缘层42上对应于每一控制芯片22和存储芯片23的部分具有至少一个凹槽421，且每一凹槽421内具有一根固定柱31穿过。

由于控制芯片22和存储芯片23的体积相对较大，其运动惯量也相对较大，通过上述结构，固定柱31可直接作用于控制芯片22和存储芯片23，从而提高控制芯片22和存储芯片23的稳定性。

在本发明的一个实施例中，上述保护壳10的主壳体11呈一端开口的圆筒状，第一接口111位于保护壳10的主壳体11上远离容置腔开口的一端并突出于主壳体11的端面。上述结构利于减小整个固态硬盘的尺寸，同时便于将固态硬盘与其他设备相连接。

在电路板20上，由于控制芯片22的逻辑线路相比存储芯片23及被动元件24更复杂及敏感，二次电离更容易导致控制芯片22的位移损伤、电荷收集和电荷漂移，从而引起控制芯片22中的逻辑错误和不良效应。因此，在本发明的一个实施例中，在柔性基板21的长度方向上，所有存储芯片23位于控制芯片22的同一侧，即控制芯片22靠近柔性基板21的一个端部设置，在位于容置腔内的电路板20上，柔性基板21的宽度方向与容置腔的轴向相平行，控制芯片22远离容置腔的边缘，如图8所示。即电路板20以控制芯片22为中心，将柔性基板21向具有控制芯片22一侧围绕，使柔性基板21由内到外呈围绕式设置并置于容置腔内，保护壳10环绕电路板20，二次屏蔽层41基于电路板20的设置也呈围绕式设置，在外围粘附于柔性基板21的二次屏蔽层41可抵挡二次电离，即使在二次电离穿透力外围的柔性基板21造成损伤，但围绕式设置能使中围的二次屏蔽层41继续抵挡二次电离，有效保护控制芯片22，即使部分存储芯片23异常，控制芯片22仍然能基于正常的存储芯片23进行数据处理。即上述结构可有效减小二次电离对控制芯片22的损伤，避免了平铺设置裸露的电路板在穿透保护壳后二次电离直接对全部芯片造成损伤。特别地，容置腔底部和顶部的保护壳部分可多制备一层较厚的二次屏蔽层，以抵挡二次电离的二次穿透。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，包括：

保护壳，由第一屏蔽材料构成，所述保护壳内形成有柱状的容置腔，所述保护壳的外侧具有第一接口，所述容置腔内具有与第一接口电连接的第二接口；

支撑构件，固定于所述容置腔内并沿所述容置腔的轴向设置，且在所述容置腔的径向截面上，所述支撑构件呈螺旋状分布；

电路板，包括柔性基板以及集成于所述柔性基板的若干存储芯片，所述柔性基板上具有第三接口；所述电路板位于所述容置腔内，且所述电路板的第三接口与第二接口电连接，所述柔性基板在所述支撑构件限位下呈螺旋状盘绕。

2.根据权利要求1所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，若干所述存储芯片位于所述柔性基板的同一表面，且所述柔性基板具有若干所述存储芯片的表面背向所述容置腔的侧壁。

3.根据权利要求2所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，所述柔性基板上集成有控制芯片，且所述控制芯片与所述存储芯片位于所述柔性基板的同一表面；所述柔性基板具有所述存储芯片的一侧的表面具有柔性绝缘层，且所述柔性绝缘层覆盖所有控制芯片和存储芯片。

4.根据权利要求3所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，所述柔性基板上背向存储芯片的表面具有由第二屏蔽材料构成的二次屏蔽层，所述二次屏蔽层通过绝缘胶粘接固定在所述柔性基板的表面，和/或

所述柔性基板上存储芯片所在的表面具有由第二屏蔽材料构成的二次屏蔽层，所述二次屏蔽层通过绝缘胶粘接固定在所述柔性基板的表面，所述柔性绝缘层覆盖于所述二次屏蔽层的表面。

5.根据权利要求3或4所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，所述支撑构件包括若干分别由导热材料构成的固定柱，所述柔性绝缘层上背向所述柔性基板的表面具有若干沿所述容置腔的轴向的凹槽，且所述柔性绝缘层通过所述凹槽可拆卸固定至所述固定柱。

6.根据权利要求5所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，所述柔性绝缘层上对应于每一控制芯片和存储芯片的部分具有至少一个凹槽，且每一凹槽内具有一根固定柱穿过。

7.根据权利要求1所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，所述保护壳包括主壳体和所述保护盖，所述主壳体和所述保护盖可拆卸固定，并形成所述容置腔。

8.根据权利要求1所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，所述第二接口位于所述容置腔的底部，所述第三接口位于所述柔性基板的一端并突出于所述柔性基板。

9.根据权利要求5所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，所述保护壳的主壳体呈一端开口的圆筒状，所述第一接口位于所述保护壳的主壳体上远离容置腔开口的一端并突出于所述主壳体的端面。

10.根据权利要求3-9中任一项所述的一种抗辐射的固态硬盘，其特征在于，在所述柔性基板的长度方向上，所有存储芯片位于所述控制芯片的同一侧，且在位于所述容置腔内的电路板上，所述柔性基板的宽度方向与所述容置腔的轴向相平行，所述控制芯片远离所述容置腔的边缘。