CN102736194A - 光学装置的密封结构及光学装置的制造方法 - Google Patents

光学装置的密封结构及光学装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够简便地密封光纤插通部位的光学装置的密封结构及光学装置的制造方法。本发明的光学装置的密封结构，该光学装置具备：内部配置有光学元件的金属机箱和插通于机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，在局部去除光纤的包覆并露出裸线而成的裸线部的表面形成含Zn的面，在含Zn的面与贯穿孔的内周面之间填充有含Sn的密封材料。

Description

光学装置的密封结构及光学装置的制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学装置的密封结构及光学装置的制造方法。
背景技术
已知有在容纳了光学元件的机箱设置贯穿孔，将经该贯穿孔而插入的光纤连接于上述光学元件的光学装置，在这些光学装置中，对插通光纤的贯穿孔进行焊锡密封。(例如参考专利文献1、2)。
专利文献1：日本专利第2943760号公报
专利文献2：日本专利第2800760号公报
对插通光纤的贯穿孔进行焊锡密封时，由于焊锡与光纤的粘附性不良，无法直接进行密封，所以为了提高粘附性，在光纤表面通常通过镀Au形成有Au膜。但是这时，为了回避如下问题必须至少去除光纤前端部分的Au膜，即，防止将光纤的前端部分配置于V槽时的位置精确度劣化；或者将光纤前端部分粘接于其他组件时，光纤的前端部分无法插入用作加强粘接强度用部件的光纤插入孔。因此成本较高，比较麻烦。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够简便地密封光纤的插通部位的光学装置的密封结构及光学装置的制造方法。
本发明的光学装置的密封结构，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，在局部去除所述光纤的包覆并露出裸线而成的裸线部的表面形成含Zn的面，在所述含Zn的面与所述贯穿孔的内周面之间填充有含Sn的密封材料。
所述密封材料也可以为含有Zn的结构。
还可以为所述密封材料所含的Zn偏向所述裸线部的表面而存在的结构。
本发明的光学装置的制造方法，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，具有：通过局部去除所述光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；在所述裸线部的表面形成具有Zn的层的工序；及将所述光纤插入所述贯穿孔，并在所述含Zn的面与所述贯穿孔的内周面之间填充含Sn的密封材料的工序。
本发明的光学装置的制造方法，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，具有：通过局部去除所述光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；在所述裸线部涂布含有Zn的焊锡的工序；通过去除所述含有Zn的焊锡，在所述裸线部的表面形成含Zn的面的工序；及将所述光纤插入所述贯穿孔，并在所述含Zn的面与所述贯穿孔的内周面之间填充含Sn的密封材料的工序。
本发明的光学装置的制造方法，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，具有：通过局部去除所述光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；在所述裸线部涂布含有Zn的焊锡的工序；及将所述光纤插入所述贯穿孔，并在所述裸线部上的含有Zn的焊锡与所述贯穿孔的内周面之间填充含Sn的密封材料的工序。
本发明的光学装置的制造方法，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，具有：通过局部去除所述光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；及将所述光纤插入所述贯穿孔，并在所述裸线部与所述贯穿孔的内周面之间填充含有Zn的焊锡的工序。
发明效果
根据本发明的光学装置的密封结构，在形成于裸线部的表面的含Zn的面，能够获得与含Sn的密封材料的牢固的结合。由此，无需使用以往使用的Au膜等昂贵的材料，因此能够缩减部件成本，并且能够获得良好的密封性。
另外根据本发明的光学装置的制造方法，在裸线部的表面通过浸渍等方法形成含Zn的面之后，或者形成含Zn的面的同时，向贯穿孔填充焊锡来进行密封，因此无需使用以往使用的Au等昂贵的材料，并且无需使用掩模图案等在裸线部局部地形成镀层，因此在缩减部件成本，简化工序的同时，能够制造具有良好的密封性的光学装置。
附图说明
图1是表示本发明的光学装置的一实施方式的光波导组合件的图。
图2是表示光波导组合件的密封结构的说明图。
图3是表示第1实施方式所涉及的光波导组合件的制造方法的说明图。
图4是表示第2实施方式所涉及的光波导组合件的制造方法的说明图。
图5是表示第3实施方式所涉及的光波导组合件的制造方法的说明图。
标号说明
10-机箱，10a-贯穿孔，20-光波导元件(光学元件)，31-光纤，32-包覆，33-裸线部，33z-Zn被膜(含Zn的面)，45-焊锡材料(密封材料)，46-含有Zn的焊锡，100-光波导组合件(光学装置)。
具体实施方式
以下参考附图详细地说明本发明的实施方式。
另外，以下举出光波导元件作为光学元件的一例、举出光波导组合件作为光学装置的一例来说明，但是本发明所涉及的光学元件及光学装置并不限定于这些。例如也可以为激光二极管与其组合件或光电二极管与其组合件。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的光学装置的一实施方式的光波导组合件的图。图2是光波导组合件的密封结构的说明图。
图1中所示的光波导组合件(光学装置)100具有：有底箱状的机箱10、安装于机箱10的内部的光波导元件(光学元件)20、覆盖并粘固于机箱10的开口端的盖部11及连接于光波导元件20的输入用和输出用的光纤31。
另外，在图1中，以使安装于内部的光波导元件20可见的方式切开机箱10及盖部11的一部分来描述。
光波导元件20为在铌酸锂(LiNbO3；LN)基板上形成马赫-曾德尔型光波导21和电极22的元件，且利用预定的粘结剂固定于机箱10内的底座14上。
在光波导21的一方的端部经光纤固定件23连接有输入用光纤31。输入用光纤31通过设置于机箱10的侧壁的贯穿孔从机箱10的内部引出至外部而连接于光源41。在插通有光纤31的机箱10的贯穿孔10a填充焊锡，来作为密封机箱10的密封部12。
另一方面，与上述相同，在光波导元件20的光波导21的另一方的端部还连接有输出用的光纤31。输出用的光纤31穿过机箱10的另一方的贯穿孔而引出至机箱10的外部，并且与输入用的光纤31相同，在机箱10的另一方的贯穿孔中填充焊锡而进行密封。而且输出用光纤31连接于光接收器42。并且光接收器42经配线与测量仪43连接。另外，光波导元件20的电极22上通过RF连接器及配线连接有駆動电路44。
通过这种结构，光波导元件20作为光强度调制器发挥作用。即，从输入用的光纤31向输入部输入信号光，在光波导21中分支成预定数量的路径而传播的期间，从电极22接受相位调制后，再次在输出部中被合波。向电极22施加预定的调制信号电压，基于该调制信号电压的电场被施加于基板内(光波导21部分)，通过电光效应引起与上述调制信号相应的折射率变化。通过该折射率变化，在分支的光波导21中传播的光被相位调制后合波，由此可获得强度被调制的信号光。
图2(a)是放大表示图1所示的密封部12的图。图2(b)是表示光纤31的前端结构的图。图2(c)是光纤31的前端部分的截面图。
如图2(b)所示，在本实施方式中，与光波导组合件100连接的光纤31，在其前端部分去除包覆32，形成露出光纤的裸线(芯及包层)的裸线部33。另外，如图2(c)所示，在本实施方式中，在裸线部33的表面形成有至少含Zn的Zn被膜(含Zn的面)33z。
裸线部33插通于形成在机箱10上的贯穿孔10a，裸线部33的前端插入于光波导元件20的光纤固定件23。在裸线部33所插通的贯穿孔10a中，至少在裸线部33表面的Zn被膜33z与贯穿孔10a的内壁之间填充有焊锡材料(密封材料)45，由此形成有密封贯穿孔10a的密封部12。
填充于密封部12的焊锡材料45为至少含有Sn的焊锡，能够使用例如Sn-Ag类焊锡、Sn-In类焊锡、Sn-Ag-Cu类焊锡、Sn-Cu类焊锡、Sn-Ag-In类焊锡、Sn-Bi类焊锡、Sn-Zn-Bi类焊锡及Sn-Zn-Al类焊锡等。
根据具备以上结构的本实施方式的密封结构，在光纤31的裸线部33的表面形成有Zn被膜33z，从而能够在Zn被膜33z与焊锡材料45之间获得较高的粘附性。由此，能够形成具有良好的密封性的密封部12。
更加详细而言，由于Zn被膜33z是含有与作为裸线部33的构成成分的SiO2的氧(O)共有键合的Zn的被膜，所以相对于裸线部33的表面牢固地结合。另外，由于焊锡材料45所含的Sn相对于Zn被膜33z的Zn的一部分金属键合，所以在Zn被膜33z与焊锡材料45之间也可以获得牢固的接合。综上，可认为在裸线部33与焊锡材料45之间能够获得良好的密封性。
[制造方法]
下面，参考图3对光波导组合件100的制造方法进行说明。
图3是表示第1实施方式的光波导组合件的制造方法的图。
另外，由于本实施方式在光纤与机箱的密封结构上具有特征，因此在光波导组合件的制造工序中，仅对光纤的连接工序进行详细的说明。
本实施方式的制造方法为具有如下工序的制造方法。即，通过局部去除光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；在裸线部涂布含有Zn的焊锡的工序；通过去除含有Zn的焊锡而在裸线部的表面形成含Zn的面的工序；及将光纤插入贯穿孔，并在含Zn的面与贯穿孔的内周面之间填充含Sn的密封材料的工序。
首先，准备连接于光波导组合件100的光纤31。
如图3(a)所示，通常，光纤31中使其包覆32形成至其前端部分，所以使用包壳移除器去除前端部分的包覆32而形成露出裸线的裸线部33。作为包壳移除器能够使用以刮板削落包覆32的装置或通过CO2激光等烧掉包覆32的装置。如图2(a)所示，所形成的裸线部33的长度设为在连接于光波导元件20时包覆32位于机箱10的外侧的长度。
接着，如图3(b)所示，将裸线部33浸渍于含有Zn的焊锡槽51，并在裸线部33的表面涂布含有Zn的焊锡。含有Zn的焊锡槽51是在超声波槽中盛满液体状的Sn-Zn-Bi类焊锡、Sn-Zn-Al类焊锡等的槽。若将裸线部33浸渍于含有Zn的焊锡槽51，则通过超声波的施加与热的作用，在裸线部33上附着含有Zn的焊锡。之后，若将裸线部33从含有Zn的焊锡槽51捞起并固化焊锡，则如图3(c)所示，覆盖裸线部33而形成含有Zn的焊锡46。
接着，如图3(c)所示，将含有Zn的焊锡46浸渍于溶解槽52，从而使裸线部33上的含有Zn的焊锡46溶解。溶解槽52是盛满硝酸、包含催化剂的盐酸等的使焊锡溶解的溶液的槽。
通过在溶解槽52的浸渍含有Zn的焊锡46的大部分被溶解去除。但是，在裸线部33的表面存在与作为玻璃的结构成分的SiO2牢固地粘固的Zn。由于该Zn几乎未洗提，所以若从溶解槽52捞起裸线部33，则可获得在其表面形成有Zn被膜33z的裸线部。
通过以上的工序，能够制作在裸线部33表面具有Zn被膜33z的光纤31。
接下来，如图2(a)所示，将形成有Zn被膜33z的裸线部33插入机箱10的贯穿孔10a，再将裸线部33的前端插入安装于机箱10内的光波导元件20的光纤固定件23的连接孔。由此，连接光纤31与光波导元件20。
此时，虽然在裸线部33的表面形成有Zn被膜33z，但是由于Zn被膜33z是极薄的层，所以无需重新准备具有考虑了Zn被膜33z的膜厚的孔径的光纤固定件23，能够使用配合裸线部33的直径而形成的至今使用的光纤固定件23。
最后，在贯穿孔10a中，在Zn被膜33z与贯穿孔10a的内壁面之间填充焊锡材料45，从而堵塞贯穿孔10a并形成密封部12。
在本实施方式中，由于在裸线部33的表面形成有Zn被膜33z，所以作为焊锡材料45，能够使用难以附着于玻璃的Sn-Ag类焊锡、Sn-In类焊锡、Sn-Ag-Cu类焊锡、Sn-Cu类焊锡、Sn-Ag-In类焊锡及Sn-Bi类焊锡等。在使用这些时，由于焊锡材料45所含的Sn与Zn被膜33z的Zn进行金属键合，所以也能够获得牢固的结合。
将通过上述的制造方法制作的光波导组合件，在85℃/85％RH环境中放置500小时，之后测定机箱内部的含水量，其结果测定值为5000ppm以下，并确认到了能够获得满足Telcordia GR-468(*)规格的良好的密封性。
(*)Telcordia：Generic Reliability Assurance Requirements forOptoelectronic Devices Used in Telecommunications Equipment，GR-468-CORE(1998).
根据以上说明的本实施方式的制造方法，通过将裸线部33依次浸渍于含有Zn的焊锡槽51与溶解槽52这样的简便的工序，能够在裸线部33的表面形成Zn被膜33z，并能够获得焊锡材料45与裸线部33之间的良好的粘附性。另外，由于是在溶液槽的浸渍，所以能够对大量的光纤31一起进行处理。因此，与如以往在裸线部33上图案形成Au电镀层时相比，能够大幅简化工序，并且，由于无需使用以往使用的Au等昂贵的材料，所以能够大幅缩减制造成本。
而且，作为密封贯穿孔10a的焊锡材料45，即使使用了不附着于玻璃的焊锡，也能够获得与Zn被膜33z的良好的粘附性，所以无需对焊接工作施加超声波，并能够提高工作性。
而且，在上述实施的方式中，对为了形成Zn被膜33z使用含有Zn的焊锡槽51的情况进行了说明，但是Zn被膜33z的形成方法并不限定于此。
例如，利用溅射或CVD等成膜法在裸线部33上形成Zn膜或者Zn合金膜之后，对其进行加热而使裸线部33的表面与Zn反应，从而形成具有Zn的层，之后使Zn膜或者Zn合金膜溶解，从而能够获得如图3(d)所示的Zn被膜33z。
(第2实施方式)
下面，参考图4对第2实施方式进行说明。
图4是表示第2实施方式所涉及的光波导组合件的制造方法的说明图。
本实施方式的制造方法是具有如下工序的制造方法，即，通过局部去除光纤31的包覆而形成露出裸线的裸线部33的工序；在裸线部33涂布含有Zn的焊锡46的工序；及将光纤31插入机箱10的贯穿孔10a，并在裸线部33上的含有Zn的焊锡46与贯穿孔10a的内周面之间填充含Sn的焊锡材料45的工序。
首先，如图4(a)所示，在光纤31形成裸线部33。具体的步骤与先前的第1实施方式相同。
其次，如图4(b)所示，在光纤31的裸线部33上的预定的位置局部涂布含有Zn的焊锡46。与先前的实施方式相同，含有Zn的焊锡46为附着于玻璃的焊锡，例如，能够使用Sn-Zn-Bi类焊锡或Sn-Zn-Al类焊锡。含有Zn的焊锡46的涂布方法并没有被特别限定，除人工涂敷(手付け)以外还可以通过回流实施。
通过上述的涂布工序，比较厚的含有Zn的焊锡46形成于裸线部33的表面，但是通过涂布时的超声波的施加与加热，裸线部33与含有Zn的焊锡46牢固地粘固。
再次，如图4(c)所示，将形成有含有Zn的焊锡46的裸线部33插入机箱10的贯穿孔10a，再将裸线部33的前端插入安装于机箱10内的光波导元件20的光纤固定件23的连接孔。由此，连接光纤31与光波导元件20。另外，在本实施方式中，由于在裸线部33的前端部未形成含有Zn的焊锡46，所以插入光纤固定件23的连接孔时不会发生不良的情况。
而且在上述插入工序中，将裸线部33上的含有Zn的焊锡46配置于贯穿孔10a内。由于含有Zn的焊锡46能够形成于裸线部33中的插入于光纤固定件23的部分以外的表面，所以通过将含有Zn的焊锡46的涂布长度加长为大于贯穿孔10a的长度，从而省略了精确的定位。
接下来，在贯穿孔10a中，在含有Zn的焊锡46与贯穿孔10a的内壁面之间填充焊锡材料45，从而堵塞贯穿孔10a并形成密封部12。
作为焊锡材料45，能够使用与先前的实施方式相同的材料。在本实施方式中，由于裸线部33上涂布有含有Zn的焊锡46，所以作为焊锡材料45可以使用难以附着于玻璃的Sn-Ag类焊锡、Sn-In类焊锡、Sn-Ag-Cu类焊锡、Sn-Cu类焊锡、Sn-Ag-In类焊锡及Sn-Bi类焊锡等。使用这些时，含有Zn的焊锡46与焊锡材料45也牢固地粘固。
然而，也可以是，在填充焊锡材料45的过程中，含有Zn的焊锡46的一部分或全部熔融，形成与焊锡材料45一体的密封材料。如此，由于含有Zn的焊锡46熔融时，在裸线部33的表面存在与SiO2牢固地粘固的Zn，因此通过该Zn与焊锡材料45所含的Sn金属键合，从而能够获得牢固的结合。
将通过上述的制造方法制作的光波导组合件，在85℃/85％RH环境中放置500小时，之后测定机箱内部的含水量，其结果测定值为5000ppm以下，并确认到了能够获得良好的密封性。
根据以上说明的本实施方式的制造方法，能够通过在裸线部33局部涂布含有Zn的焊锡这种简便的工序，在裸线部33的表面形成含有Zn的焊锡46。而且，通过在覆盖着的含有Zn的焊锡46上涂布焊锡材料45，能够使焊锡材料45相对于含有Zn的焊锡46牢固地接合，或者与含有Zn的焊锡46熔融一体化来相对于裸线部33牢固地接合。由此，能够以简便的工序形成具有良好的密封性的密封部12。
因此，与如以往在裸线部33上图案形成Au电镀层时相比，能够大幅简化工序，并且，由于无需使用以往使用的Au等昂贵的材料，所以能够大幅缩减制造成本。而且，作为密封贯穿孔10a的焊锡材料45能够使用不附着于玻璃的焊锡，因此无需对焊接工作施加超声波，并能够谋求工作繁杂性的降低及工序的简化。
(第3实施方式)
下面，参考图5对第3实施方式进行说明。
图5是表示第3实施方式所涉及的光波导组合件的制造方法的说明图。
本实施方式的制造方法是具有如下工序的制造方法，即，通过局部去除光纤31的包覆而形成露出裸线的裸线部33的工序；及将光纤31插入机箱10的贯穿孔10a，并在裸线部33与贯穿孔10a的内周面之间填充含有Zn的焊锡46的工序。
首先，如图5(a)所示，在光纤31形成裸线部33。具体的步骤与先前的第1实施方式相同。
接着，如图5(b)所示，将光纤31的裸线部33插入机箱10的贯穿孔10a，再将裸线部33的前端插入安装于机箱10内的光波导元件20的光纤固定件23的连接孔。由此，连接光纤31与光波导元件20。另外，在本实施方式中，由于在裸线部33的表面什么也没有形成，所以插入光纤固定件23的连接孔时不会发生不良的情况。
接着，在贯穿孔10a中，在裸线部33与贯穿孔10a的内壁面之间填充含有Zn的焊锡46。含有Zn的焊锡46为附着于玻璃的焊锡，例如，能够使用Sn-Zn-Bi类焊锡或Sn-Zn-Al类焊锡。通过填充含有Zn的焊锡46，从而能够堵塞贯穿孔10a并形成密封部12。
在本实施方式中，通过填充含有Zn的焊锡46的过程中的超声波的施加与加热，裸线部33与含有Zn的焊锡46牢固地粘固。
将通过上述制造方法制作的光波导组合件，在85℃/85％RH环境中放置500小时，之后测定机箱内部的含水量，其结果测定值为5000ppm以下，并确认到能够获得良好的密封性。
根据以上说明的本实施方式的制造方法，未在裸线部33上图案形成Au电镀而安装在机箱10，之后填充含有Zn的焊锡，从而形成封止部12。因此，与如以往在裸线部33上图案形成Au电镀层时相比，能够大幅简化工序，并且，由于无需使用以往使用的Au等昂贵的材料，所以能够大幅缩减制造成本。但是，由于利用湿润性不良的含有Zn的焊锡来密封贯通孔10a，所以需要对焊接工作施加超声波。

Claims (6)

1.一种光学装置的密封结构，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，
在局部去除所述光纤的包覆并露出裸线而成的裸线部的表面形成含Zn的面，
在所述含Zn的面与所述贯穿孔的内周面之间填充有含Sn的密封材料。
2.如权利要求1所述的光学装置的密封结构，其特征在于，所述密封材料含有Zn。
3.一种光学装置的制造方法，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，具有：
通过局部去除所述光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；
在所述裸线部的表面形成具有Zn的层的工序；及
将所述光纤插入所述贯穿孔，并在所述含Zn的面与所述贯穿孔的内周面之间填充含Sn的密封材料的工序。
4.一种光学装置的制造方法，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，具有：
通过局部去除所述光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；
在所述裸线部涂布含有Zn的焊锡的工序；
通过去除所述含有Zn的焊锡而在所述裸线部的表面形成含Zn的面的工序；及
将所述光纤插入所述贯穿孔，并在所述含Zn的面与所述贯穿孔的内周面之间填充含Sn的密封材料的工序。
5.一种光学装置的制造方法，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，具有：
通过局部去除所述光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；
在所述裸线部涂布含有Zn的焊锡的工序；及
将所述光纤插入所述贯穿孔，并在所述裸线部上的含有Zn的焊锡与所述贯穿孔的内周面之间填充含Sn的密封材料的工序。
6.一种光学装置的制造方法，该光学装置具备内部配置有光学元件的金属机箱和插通于所述机箱的贯穿孔的光纤，其特征在于，具有：
通过局部去除所述光纤的包覆而形成露出裸线的裸线部的工序；及
将所述光纤插入所述贯穿孔，并在所述裸线部与所述贯穿孔的内周面之间填充含有Zn的焊锡的工序。
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