CN111318830B - 一种光纤金属化制备装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光器件封装领域，涉及一种光纤金属化制备装置及其制备方法。装置包括左支撑台、左右加热电极转接块、左右加热电极、倾角位移台、三轴位移平台和位移台底座。左右加热电极共同形成加热钳，通过三轴位移平台和倾角位移台调节其中一个加热电极的位置，实现二者位置的对合，以固定和夹紧金属套筒，通过对左右加热电极通电，以加热金属套筒，进而熔化金属套筒与光纤之间的焊料，从而完成光纤的焊接，实现光纤的金属化。本发明提出的光纤金属化装置及方法对于环境基本没有太多的要求而且达成的效果也和行业内的高分子粘接方案相同，为激光器的制造提供了便捷的解决方案。

Description

一种光纤金属化制备装置及其制备方法
技术领域
本发明属于光器件封装领域，涉及一种光纤金属化制备装置及其制备方法。
背景技术
随着5G及物联网的发展，对光器件的封装提出了更多的要求。在光器件的封装工艺中有一个十分重要的工序就是对光纤进行焊接。光纤的主要材质是二氧化硅（SiO2），它是通过等离子体激活化学气象沉积（简称PCVD）工艺制造出来的纤维状的物质，一般的光纤直径为125um。那么如何对这么细且极易损坏的光纤进行焊接成为光器件封装工艺中的一个难点。目前行业内的常规做法是在制作光纤的时候通过高温化学沉积在光纤表面实现镀金金属化，从而实现光器件的焊接固定要求和全金属化气密封装。但是这种封装对于一般的器件封装厂很难有这种复杂的操作环境，只能在购买光纤的时候让厂家进行定制金属化，这种形式无论是成本还是周期都得不到好的控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种光纤金属化制备方法和装置，利用此装置可以进行光纤的金属化焊接，满足光器件对光纤金属化的要求。
本发明的技术方案：
一种光纤金属化制备装置，包括左支撑台1、左加热电极转接块2、左加热电极3、右加热电极4、倾角位移台5、右加热电极转接块6、X轴精密位移台7、Y轴精密位移台8、Z轴精密位移台9和位移台底座10；
所述的左支撑台1是由四块平板组装而成的框架结构，其中顶板和底板上对称设有多排通孔，底板通过通孔和螺栓的配合安装在操作平台上；所述的左加热电极转接块2安装在左支撑台1顶板的通孔上，通过调节所在通孔的位置以调节左加热电极转接块2的安装位置；所述的左加热电极3安装在左加热电极转接块2上，左加热电极3的一端伸出至左支撑台1外，且伸出的端部两个侧边上对称设有多个V形缺口，通过与右加热电极4端部的V形缺口配合；
所述的位移台底座10安装在操作平台上；所述的X轴精密位移台7、Y轴精密位移台8和Z轴精密位移台9共同构成三轴位移平台，三轴位移平台安装在位移台底座10上；所述的倾角位移台5安装在三轴位移平台的顶部，右加热电极转接块6安装在倾角位移台5的角度调节板上，实现右加热电极转接块6的XYZ三个方向的位置调节以及角度调节；所述的左加热电极转接块2和右加热电极转接块6由绝缘且隔热的材质制成；
所述的右加热电极4安装在右加热电极转接块6上，右加热电极4的端部伸出至右加热电极转接块6外，且伸出的端部两个侧边上对称设有多个V形缺口，与左加热电极3上的V缺口尺寸和位置相对应，对合后以夹紧固定金属套筒；所述的左加热电极3和右加热电极4与电源的正负极连接，形成回路，从而加热金属套筒。
所述的左加热电极转接块2和右加热电极转接块6由电木材质制成，起到绝缘、隔热和固定的作用。
所述的左加热电极3的材质为钨钢，且加工完成后需进行消磁处理，避免磁性影响焊接效果。
所述的X轴精密位移台7和Y轴精密位移台8，各自的行程大于5cm；所述的Z轴精密位移台9，行程大于2cm；所述的倾角位移台5，其角度调节范围大于30°。
一种光纤金属化制备方法，采用上述装置，具体步骤如下：
步骤1、将裁剪好的裸光纤套入金属套筒中；
步骤2、将步骤1得到的加入光纤的金属套筒放在左加热电极3和右加热电极4的V形缺口之间；金属套筒的底部通过托盘拖住，或通过磁铁将光纤吸附在金属套筒上，防止金属套筒内部的光纤掉落；
步骤3、调整X轴精密位移台7、Y轴精密位移台8和Z轴精密位移台9，移动右加热电极4的位置和高度，使得金属套筒夹在左加热电极3和右加热电极4的V形缺口围成的空间内，以夹紧金属套筒，并保证左加热电极3和右加热电极4平行；
步骤4、将光纤焊料放入金属套筒与光纤之间的空隙中；
步骤5、打开电极的电源，电极与金属套筒形成回路，从而加热金属套筒中的焊料，通过显微镜观察光纤焊料的熔化状态，待光纤焊料完全融化且熔化后的形状成圆锥形时，关闭电源，完成焊接，得到金属化的光纤。
本发明的有益效果：本发明提出的光纤金属化装置及方法是另外一种新型的光纤金属化方案，本装置及方案对于环境基本没有太多的要求而且达成的效果也和行业内的高分子粘接方案相同，避免了长期定制金属化光纤的周期，降低了光纤金属化的成本。而且对光纤金属化的外形要求可以根据需求任意定制，大大的减少了光纤金属的复杂程度。而且本装置和方案都是极易实现的，不需要额外定制大型设备，为激光器的制造提供了便捷的解决方案。
附图说明
图1为本发明装置的整体示意图。
图2为倾角位移台与三轴位移平台的装配关系示意图。
图3为倾角位移台的示意图。
图中：1左支撑台；2左加热电极转接块；3左加热电极；4右加热电极；
5倾角位移台；6右加热电极转接块；7 X轴精密位移台；8 Y轴精密位移台；
9 Z轴精密位移台；10位移台底座。
具体实施方式
下面结合实例来具体说明光纤金属化制备装置和制备方法，但本发明的实施方式不仅局限于此。
如图1所示，本发明的光纤金属化制备装置包括左支撑台1、左加热电极转接块2、左加热电极3、右加热电极4、倾角位移台5（如图3所示）、右加热电极转接块6、X轴精密位移台7、Y轴精密位移台8、Z轴精密位移台9和位移台底座10。左加热电极3和右加热电极4共同组成加热钳，X轴精密位移台7、Y轴精密位移台8和Z轴精密位移台9组成三轴位移平台（如图2所示）。倾角位移台5安装在三轴位移平台的顶部，右加热电极转接块6安装在倾角位移台5的角度调节板上，通过，实现X轴精密位移台7、Y轴精密位移台8和Z轴精密位移台9的调节实现倾角位移台5的XYZ三个方向的位置调节，从而实现右加热电极转接块6的XYZ三个方向的位置调节；通过倾角位移台5实现右加热电极转接块6的角度调节，最终实现右加热电极4的XYZ三个方向的位置调节与角度调节，实现左加热电极3和右加热电极4的对合，以夹紧金属套筒。
本实施例的具体焊接过程如下：
金属套筒的材质采用Kovar（可伐合金）材质，外部镀镍镀金，长度2mm，外径根据激光器的工艺要求来设定，本实例中选用外径3mm的金属套筒，内径应保证等于1.5倍的裸光纤直径。
采用的光纤焊料为玻璃焊料。
将金属套筒插入加热钳的V型缺口内，金属套筒头部露出加热钳的钳面1mm，微调倾角位移台5、X轴精密位移台7、Y轴精密位移台8和Z轴精密位移台9，夹紧固定好金属套筒。调整金属套筒内的光纤高度，使金属套筒底部距离光纤外包层长度保证在1-2mm之间，然后通过小磁片压住并固定好光纤，防止光纤从金属套筒中滑落。
打开左加热电极3和右加热电极4的电源，加热电流为1安培，开始焊接，在显微镜下观察，当玻璃焊料完全熔化并全部覆盖金属套筒内壁，且焊料熔化后的形状成圆锥形时，停止加热，完成焊接，得到金属化的光纤。一般焊接时间为5-8秒即可完成，然后调节三轴位移平台，使左加热电极3和右加热电极4分离，取下金属化的光纤。

Claims (4)

1.一种光纤金属化制备装置，其特征在于，所述的光纤金属化制备装置包括左支撑台（1）、左加热电极转接块（2）、左加热电极（3）、右加热电极（4）、倾角位移台（5）、右加热电极转接块（6）、X轴精密位移台（7）、Y轴精密位移台（8）、Z轴精密位移台（9）和位移台底座（10）；
所述的左支撑台（1）是由四块平板组装而成的框架结构，其中顶板和底板上对称设有多排通孔，底板通过通孔和螺栓的配合安装在操作平台上；所述的左加热电极转接块（2）安装在左支撑台（1）顶板的通孔上，通过调节所在通孔的位置以调节左加热电极转接块（2）的安装位置；所述的左加热电极（3）安装在左加热电极转接块（2）上，左加热电极（3）的一端伸出至左支撑台（1）外，且伸出的端部两个侧边上对称设有多个V形缺口，通过与右加热电极（4）端部的V形缺口配合；
所述的位移台底座（10）安装在操作平台上；所述的X轴精密位移台（7）、Y轴精密位移台（8）和Z轴精密位移台（9）共同构成三轴位移平台，三轴位移平台安装在位移台底座（10）上；所述的倾角位移台（5）安装在三轴位移平台的顶部，右加热电极转接块（6）安装在倾角位移台（5）的角度调节板上，实现右加热电极转接块（6）的XYZ三个方向的位置调节以及角度调节；所述的左加热电极转接块（2）和右加热电极转接块（6）由绝缘且隔热的材质制成；
所述的右加热电极（4）安装在右加热电极转接块（6）上，右加热电极（4）的端部伸出至右加热电极转接块（6）外，且伸出的端部两个侧边上对称设有多个V形缺口，与左加热电极（3）上的V缺口尺寸和位置相对应，对合后以夹紧固定金属套筒；所述的左加热电极（3）和右加热电极（4）与电源的正负极连接，形成回路，从而加热金属套筒。
2.根据权利要求1所述的一种光纤金属化制备装置，其特征在于，所述的左加热电极转接块（2）和右加热电极转接块（6）由电木材质制成；所述的左加热电极（3）的材质为钨钢，且加工完成后需进行消磁处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种光纤金属化制备装置，其特征在于，所述的X轴精密位移台（7）和Y轴精密位移台（8），各自的行程大于5cm；所述的Z轴精密位移台（9），行程大于2cm；所述的倾角位移台（5），其角度调节范围大于30°。
4.一种光纤金属化制备方法，采用权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1、将裁剪好的裸光纤套入金属套筒中；
步骤2、将步骤1得到的加入光纤的金属套筒放在左加热电极（3）和右加热电极（4）的V形缺口之间；金属套筒的底部通过托盘拖住，或通过磁铁将光纤吸附在金属套筒上，防止金属套筒内部的光纤掉落；
步骤3、调整X轴精密位移台（7）、Y轴精密位移台（8）和Z轴精密位移台（9），移动右加热电极（4）的位置和高度，使得金属套筒夹在左加热电极（3）和右加热电极（4）的V形缺口围成的空间内，以夹紧金属套筒，并保证左加热电极（3）和右加热电极（4）平行；
步骤4、将光纤焊料放入金属套筒与光纤之间的空隙中；
步骤5、打开电极的电源，电极与金属套筒形成回路，从而加热金属套筒中的焊料，通过显微镜观察光纤焊料的熔化状态，待光纤焊料完全熔化且熔化后的形状成圆锥形时，关闭电源，完成焊接，得到金属化的光纤。
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