CN108710182B - 一种用于光器件低温玻璃密封的方法及密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光器件低温玻璃密封的方法，制作预制件，将硼酸盐玻璃粉末压制成环形结构，获得玻璃预制件；组装，将光纤通过连接子安装固定在安装盒上，同时将玻璃预制件置于光纤与连接子外侧之间；在玻璃预制件上套上高频线圈，通过频率为80‑120KHz、电流为20‑40A的高频感应,在15‑25秒内将玻璃预制件局部加热至300度以上，使玻璃粉末液态化，利用液态化玻璃粉末的表面张力，液态化玻璃粉末自动压入光纤与连接子之间的间隙，然后室温下缓慢冷却，最终实现高可靠性的密封效果。本申请采用连接子和玻璃预制件组合然后用高频电流熔化玻璃的方式进行密封，实现了产品的高可靠性,低成本,小型化的需求。
Description
技术领域
本发明涉及光器件封装领域，具体涉及一种用于光器件低温玻璃密封的方法及密封结构。
背景技术
现有的光器件封装现有技术方案是利用焊锡和金属化光纤密封壳体,首先在光纤上镀金,或者预置一个和光纤密封的金属管,然后再采用直流电阻焊接方法,用焊锡把金属化光纤和壳体密封。这种光器件封装方法成本相对较高,工艺复杂,产品没有小型化的可能,随着市场的发展,对光器件的小型化,低成本提出了很高的要求。同时采用焊锡封装都要面临物料脏污,焊锡氧化,直流电阻焊接触电阻不可靠等一系列影响合格率的因素。现有的封装技术影响产品小型化的方向:采用金属化光纤特别是预置金属化管的技术造成光纤直径变大,焊锡环没有办法做小,管嘴也需要一定的强度,直径都无法做小,阻碍了产品的小型化方向。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种可靠性高、成本低廉、工艺简单的用于光器件低温玻璃密封的方法及密封结构。
为实现该技术目的，本发明的方案是：一种用于光器件低温玻璃密封的方法，具体步骤如下：
第一步，制作预制件，将硼酸盐玻璃粉末压制成环形结构，获得玻璃预制件；
第二步，组装，将光纤通过连接子安装固定在安装盒上，同时将玻璃预制件置于光纤与连接子外侧之间；
第三步，在玻璃预制件上套上高频线圈，通过频率为80-120KHz、电流为20～40A的高频感应,在15-25秒内将玻璃预制件局部加热至300～400℃，使玻璃预制件液态化，利用液态化玻璃的表面张力，液态化玻璃自动压入光纤与连接子之间的间隙，然后室温下缓慢冷却完成密封。
作为优选，所述硼酸盐玻璃粉末各组分质量百分比为：60～70％PbO、5～10％ZnO、5～10％B2O3、0.01～5％Bi2O3、0.01～5％CuO、0.01～5％MnO2、0.01～5％Co2O3、2～5％SiO2。
作为优选，所述第三步中通过频率为100KHz、电流为30A的高频感应,在20秒内将玻璃预制件局部加热至300～400℃，使玻璃粉末液态化。
作为优选，所述高频线圈依次电连接有谐振电容、高频变压器、逆变回路和软开关调压回路。
一种用于光器件低温玻璃密封的密封结构，包括连接子，所述连接子两端均为凸字形结构，所述连接子中部分别设置有固定槽和光纤孔，所述固定槽与光纤孔连通，所述固定槽的内径大于光纤孔的内径；
所述连接子一端与安装盒固定连接，所述连接子另一端还设置有玻璃预制件，所述玻璃预制件为中空的圆环形结构，所述玻璃预制件的内径与固定槽的内径相同。
作为优选，所述连接子为合金结构，所述固定槽一端为弧形凹槽结构，用于增加合金与液态化玻璃预制件的接触面积。
作为优选，所述光纤孔的直径为1mm,粗糙度R3.2±0.1,通过粗糙的表面以增加合金和液态化玻璃预制件的接触面积。
作为优选，所述安装盒包括有安装孔和芯片，所述芯片封装在安装盒内侧，光纤一端与芯片对应连接；
所述连接子安装在安装孔内，所述安装孔内侧还设置有凹字形的密封垫圈，所述密封垫圈与连接子内侧相对应。
本发明的有益效果，本申请采用连接子和玻璃预制件组合然后用高频电流熔化玻璃的方式进行密封，实现了产品的高可靠性,低成本,小型化的需求；由采用连接子的设计，可以减少玻璃预制件的用量，以消弱由于材料之间不同的热膨胀系数对可靠性的影响，同时改变表面张力的方向，使玻璃流入光纤与连接子之间的间隙内，达到填充的效果，实现了平行封焊，对封接处的压应力影响较小。
附图说明
图1为本发明的密封前的结构示意图；
图2为本发明的密封后的结构示意图；
图3为本发明的高频电流熔化过程的结构示意图；
图4为本发明的玻璃预制件的结构示意图；
图5为本发明的局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1-5所示，本发明所述的具体实施例为一种用于光器件低温玻璃密封的方法，具体步骤如下：
第一步，制作预制件，将硼酸盐玻璃粉末压制成环形结构，获得玻璃预制件1；
第二步，组装，将光纤4一端剥去外皮，将光纤4通过连接子2安装固定在安装盒3上，带外皮的光纤位于固定槽201内，剥去外皮的光纤位于光纤孔202内，同时将玻璃预制件1置于光纤4与连接子2外侧之间；
第三步，在玻璃预制件1上套上高频线圈5，通过频率为80-120KHz、电流为20～40A的高频感应,在15-25秒内将玻璃预制件局部加热至300～400℃，使玻璃预制件液态化，利用液态化玻璃的表面张力，液态化玻璃自动压入光纤与连接子之间的间隙，然后室温下缓慢冷却，由于连接子为合金材质，利用液态化玻璃预制件和合金的CTE差(其中液态化玻璃预制件的CTE:3×10-6,合金CTE:5.5×10-6),形成压力封装,最终实现高可靠性的密封效果。本申请利用流体力学,材料力学的原理，设置连接子后，熔化的玻璃预制件的表面张力,毛细现象转化为压力,使熔化的玻璃预制件填充光纤与连接子之间的间隙，操作简单，密封效果好。
为了获得最佳的密封效果，所述硼酸盐玻璃粉末各组分质量百分比为：60～70％PbO、5～10％ZnO、5～10％B2O3、0.01～5％Bi2O3、0.01～5％CuO、0.01～5％MnO2、0.01～5％Co2O3、2～5％SiO2。采用本配比的硼酸盐玻璃粉末，在300度以上即可液态化，而且冷却后密封效果良好。
为了提高密封过程的效率，所述第三步中通过频率为100KHz、电流为30A的高频感应,在20秒内将玻璃预制件局部加热至300～400℃，使玻璃预制件液态化。高频感应电流可以将玻璃预制件局部迅速升温至300度以上，高频大电流可以加快熔化速度，大幅减少对内侧的光纤造成影响。
如图3所示，为了获得稳定的高频感应电流，所述高频线圈依次电连接有谐振电容、高频变压器、逆变回路和软开关调压回路。
一种用于光器件低温玻璃密封的密封结构，包括连接子2，所述连接子2两端均为凸字形结构，所述连接子2中部分别设置有固定槽201和光纤孔202，所述固定槽201与光纤孔202连通，所述固定槽201的内径大于光纤孔202的内径；
所述连接子2一端与安装盒3固定连接，所述连接子2另一端还设置有玻璃预制件1，所述玻璃预制件1为中空的圆环形结构，所述玻璃预制件1的内径与固定槽201的内径相同。
为了获得最佳的密封效果，所述连接子2为合金结构，所述固定槽201一端为弧形凹槽结构203，用于增加合金与液态化玻璃预制件的接触面积。如图5所示，弧形凹槽结构与光光纤之间可以形成一个空腔，有利于液态化玻璃预制件的向内流动。
为了获得最佳的密封效果，所述光纤孔202的直径为1mm,粗糙度R3.2±0.1,通过粗糙的表面以增加合金和液态化玻璃预制件的接触面积。R3.2±0.1的粗糙度有利于液态化玻璃预制件通过光纤孔向内流动。
为了获得最佳的密封效果，所述安装盒3包括有安装孔301和芯片302，所述芯片302封装在安装盒3内侧，剥去外皮的光纤4一端与芯片302对应连接；
所述连接子2的光线孔方向安装在安装孔301内，所述安装孔301内侧还设置有凹字形的密封垫圈303，所述密封垫圈303与连接子2内侧相对应。芯片位于安装盒内部，不易受到外部干扰；而密封垫圈能够有效提高连接子与安装孔之间的密封性能。
本申请采用连接子和玻璃预制件组合然后用高频电流熔化玻璃的方式进行密封，实现了产品的高可靠性,低成本,小型化的需求；由采用连接子的设计，可以减少玻璃预制件的用量，以消弱由于材料之间不同的热膨胀系数对可靠性的影响，同时改变表面张力的方向，使玻璃流入光纤与连接子之间的间隙内，达到填充的效果，实现了隔离了后续工艺平行封焊对封接处的压应力影响较小。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于光器件低温玻璃密封的方法，其特征在于：具体步骤如下：
第一步，制作预制件，将硼酸盐玻璃粉末压制成环形结构，获得玻璃预制件；所述硼酸盐玻璃粉末各组分质量百分比为：60～70％PbO、5～10％ZnO、5～10％B2O3、0.01～5％Bi2O3、0.01～5％CuO、0.01～5％MnO2、0.01～5％Co2O3、2～5％SiO2；
第二步，组装，将光纤通过连接子安装固定在安装盒上，同时将玻璃预制件置于光纤与连接子外侧之间；
第三步，在玻璃预制件上套上高频线圈，通过频率为80-120KHz、电流为20～40A的高频感应,在15-25秒内将玻璃预制件局部加热至300～400℃，使玻璃预制件液态化，利用液态化玻璃的表面张力，连接子为合金材质，利用液态化玻璃预制件和合金的CTE差形成压力封装，液态化玻璃自动压入光纤与连接子之间的间隙，然后室温下缓慢冷却完成密封；
所述连接子为合金结构，所述连接子中部分别设置有固定槽和光纤孔，所述固定槽一端为弧形凹槽结构，用于增加合金与液态化玻璃预制件的接触面积；
所述光纤孔的直径为1mm,粗糙度R3.2±0.1,通过粗糙的表面以增加合金和液态化玻璃预制件的接触面积。
2.根据权利要求1所述的用于光器件低温玻璃密封的方法，其特征在于：所述第三步中通过频率为100KHz、电流为30A的高频感应,在20秒内将玻璃预制件局部加热至300～400℃，使玻璃预制件液态化。
3.根据权利要求1所述的用于光器件低温玻璃密封的方法，其特征在于：所述高频线圈依次电连接有谐振电容、高频变压器、逆变回路和软开关调压回路。
4.一种用于光器件低温玻璃密封的密封结构，采用权利要求1-3任一项的用于光器件低温玻璃密封的方法制备，其特征在于：包括连接子，所述连接子两端均为凸字形结构，所述固定槽与光纤孔连通，所述固定槽的内径大于光纤孔的内径；
所述连接子一端与安装盒固定连接，所述连接子另一端还设置有玻璃预制件，所述玻璃预制件为中空的圆环形结构，所述玻璃预制件的内径与固定槽的内径相同。
5.根据权利要求4所述的用于光器件低温玻璃密封的密封结构，其特征在于：所述安装盒包括有安装孔和芯片，所述芯片封装在安装盒内侧，光纤一端与芯片对应连接；
所述连接子安装在安装孔内，所述安装孔内侧还设置有凹字形的密封垫圈，所述密封垫圈与连接子内侧相对应。
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