CN114182306A

CN114182306A - 制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置和电铸工艺及多芯金属镍光纤插芯

Info

Publication number: CN114182306A
Application number: CN202111331815.4A
Authority: CN
Inventors: 陈炳炎; 雍峻华; 黎镜锋
Original assignee: SHANGHAI TIANCHENG COMMUNICATION TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHANGHAI TIANCHENG COMMUNICATION TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2022-03-15

Abstract

本发明公开了一种制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置和电铸工艺及多芯金属镍光纤插芯，电铸装置包括电铸框架底板、底座、电铸芯线组和压板形成电铸框架，电铸框架放置在电铸槽内，电源通电，镍被电铸到不锈钢丝芯线上，形成金属镍光纤插芯芯坯，将金属镍光纤插芯芯坯切断成需要加工的长度，将金属镍光纤插芯芯坯内的不锈钢丝芯线拔出，得到多芯金属镍光纤插芯毛坯，将多芯金属镍光纤插芯毛坯进行机械加工得到MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯。通过上述方式，本发明制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置和电铸工艺及多芯金属镍光纤插芯，其原料易得，工艺简单，成本低廉，又特别适用于制作MPO连接器用的多芯化和异型化插芯。

Description

制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置和电铸工艺及多芯金属镍光纤插芯

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别是涉及一种制备MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯的电铸装置和电铸工艺及多芯金属镍光纤插芯。

背景技术

MPO连接器是光纤连接器类型的一种，MPO（Multi Push On）是一种多芯光纤连接器类型，被IEEE标准所采纳作为40G/100G传输的连接器类型一种。MPO 高密度光纤预连接系统目前主要用于三大领域：数据中心的高密度环境的应用，光纤到大楼的应用，在分光器、光收发设备内部的连接应用。

MPO连接器是一种多芯数连接器，通常将12芯光纤排为一列，可支持一列或多列光纤在同一个MPO连接器内，根据连接器内排放的芯数不同分为一列（12芯），多列（24芯或以上）。

MTP 是美国 US Conec 公司生产注册的MPO光纤连接器品牌，其生产的多芯连接器散件和插芯，专称为MTP连接器。

单芯光纤连接器采用的陶瓷插芯主要有用于FC型(螺口式)， SC型(插口式)和ST（插人旋转式）系列连接器中、外径为2.5mm的插芯，以及用于近年来发展起来的，美国朗讯公司开发的LC型，日本NTT公司开发的MU型小型连接器中的、外径为1.25mm的插芯，以及与之配套的适配器中的套筒。传统的陶瓷插芯祗能用单芯光纤连接器的插芯，由于陶瓷插芯的制作工艺所限，无法制作MPO连接器的多芯插芯。MPO连接器的多芯插芯是由日本住友和藤仓两家公司在MT/MPO光纤连接器方面所进行的研究开发工作。研究重点在这些连接器中的关键部件MT插芯的改进。采用了注入成形(injection molding)法，并选用了PPS(聚苯撑硫)作为基树脂，这种树脂具有低的热膨胀系数、低的吸水率和高的机械强度。还选择了合适的填料混进基树脂中来改善其特性。然而用注塑法制作的MPO连接器的多芯塑料插芯，由于其模具的设计制作非常困难，注塑成型工艺复杂，故其成品率低，价格高昂。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种制备MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯的电铸装置和电铸工艺及多芯金属镍光纤插芯，其原料易得，工艺简单，成本低廉，又特别适用于制作MPO连接器用的多芯化和异型化插芯。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯的电铸装置，包括电铸框架底板，所述电铸框架底板上开设有用于电铸金属镍沉积的开孔区域，所述电铸框架底板在开孔区域的两侧对称设置有底座，所述底座上间隔均匀开设有多个定位槽，所述底座上安装不锈钢丝芯线，所述不锈钢丝芯线的两端对称设置在定位槽内形成电铸芯线组，所述底座上安装压板以固定电铸芯线组，所述电铸框架底板、底座、电铸芯线组和压板形成电铸框架，所述电铸框架设置在具有电铸液的电铸槽内，所述电铸槽内设有镍板，所述镍板与电源的正极电性连接，所述电源的负极与电铸芯线组的一端电性连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述定位槽为V型槽。

在本发明一个较佳实施例中，所述电铸框架底板和压板由硬质工程塑料制成，所述底座由石英板制成。

在本发明一个较佳实施例中，所述电铸框架底板上还安装接线座，所述电铸芯线组的一端与接线座相连接，通过接线座与电源的负极电性连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述电铸槽上安装有过滤组件，所述过滤组件包括过滤管路，所述过滤管路下端与电铸槽的底部连通，上端与电铸槽的上端连通，所述过滤管路内依次设有过滤泵、电加热器和过滤器。

在本发明一个较佳实施例中，所述电铸槽内设有电加热器和搅拌器。

一种MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯的电铸工艺，通过上述的电铸装置进行多芯金属镍光纤插芯的电铸，具体步骤如下：

a．将组装好的电铸框架放入电铸槽中，接线座连接电源的负极，电源的正极连接镍板，电铸框架和不锈钢丝芯线需连接外部转动机构，确保电铸过程中电铸框架和不锈钢丝芯线保持独立转动；

b．通过电机热器对电铸槽内的电铸液加热到40-50℃，电源通电，电铸过程中电铸框架和不锈钢丝芯线保持转动，以保证芯线周围有一个均匀的电铸液浓度场，确保形成均匀的沉积体，镍被电铸到不锈钢丝芯线上，镍在开孔区域形成均匀的沉积体从而获得金属镍光纤插芯芯坯；

c．电铸完成后，将金属镍光纤插芯芯坯从电铸框架底板上卸下，将金属镍光纤插芯芯坯切断成需要加工的长度，将金属镍光纤插芯芯坯内的不锈钢丝芯线拔出，得到多芯金属镍光纤插芯毛坯，将多芯金属镍光纤插芯毛坯进行机械加工得到MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤c中将金属镍光纤插芯芯坯切断成需要加工的长度，先对金属镍光纤插芯芯坯外缘粗研磨，然后对金属镍光纤插芯芯坯两端面研磨，接着将不锈钢丝芯线从金属镍光纤插芯芯坯中拔出，再对金属镍光纤插芯芯坯外缘精加工，对金属镍光纤插芯芯坯进行去屑处理，对金属镍光纤插芯芯坯进行R面加工，最后清洗和检查后再装入MPO连接器。

在本发明一个较佳实施例中，所述开孔区域的长度为400mm，所述不锈钢丝芯线的直径为125μm，所述不锈钢丝芯线之间的中心距为300μm，12根所述不锈钢丝芯线形成一组12芯的电铸芯线组，所述电铸芯线组的数量为1组、2组、3组或更多组。

一种多芯金属镍光纤插芯，通过上述的电铸工艺制备而成，所述多芯金属镍光纤插芯上具有均匀间隔且平行设置的多个光纤插芯。

本发明的有益效果是：本发明制备MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯的电铸装置和电铸工艺通过电铸框架底板的开孔区域，在电铸过程中通过金属镍沉积形成金属镍光纤插芯芯坯，后续进行抽芯等加工处理形成多芯金属镍光纤插芯，通过电铸框架底板和不锈钢丝芯线之间的位置变动可以获得不同结构的多芯金属镍光纤插芯，其原料易得，工艺简单，成本低廉，又特别适用于制作MPO连接器用的多芯化和异型化插芯。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明电铸框架底板一较佳实施例的结构示意图；

图2是电铸框架的结构示意图；

图3是电铸装置的原理示意图；

图4是电铸装置的结构示意图；

图5是电铸工艺的流程示意图；

图6是12芯金属镍光纤插芯的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、电铸框架底板，11、开孔区域，12、底座，13、定位槽，14、接线座，15、压板，2、不锈钢丝芯线，3、电铸槽，31、电铸液，4、镍板，5、电源，6、过滤组件，61、过滤管路，62、过滤泵，63、过滤器， 7、搅拌棒，8、电加热器，9、金属镍光纤插芯芯坯。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，一种MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯的电铸装置，包括电铸框架底板1，电铸框架底板1上开设有用于电铸金属镍沉积的开孔区域11，电铸框架底板1在开孔区域的两侧对称设置有底座12，底座12上间隔均匀开设有多个定位槽13，底座12上安装不锈钢丝芯线2，不锈钢丝芯线2的两端对称设置在定位槽13内形成电铸芯线组，底座上安装压板以固定电铸芯线组，电铸框架底板1、底座12、电铸芯线组和压板15形成电铸框架，电铸框架设置在具有电铸液31的电铸槽3内，电铸槽3内设有镍板4，镍板4与电源5的正极电性连接，电源5的负极与电铸芯线组的一端电性连接。电铸槽，用钢板銲接，内衬塑料薄板，镍板采用纯度为99.9%的纯鎳并配以板篮，以缓冲阳极消耗过大时，可溶性阳极面积减小，引起电流密度和槽电压的过大波动，电源为整流直流电源。

另外，定位槽13为V型槽。

另外，电铸框架底板1和压板15由硬质工程塑料制成，底座12由石英板制成。

另外，电铸框架底板1上还安装接线座14，电铸芯线组的一端与接线座14相连接，通过接线座14与电源5的负极电性连接。

另外，电铸槽6上安装有过滤组件6，过滤组件6包括过滤管路61，过滤管路61下端与电铸槽1的底部连通，上端与电铸槽1的上端连通，过滤管路61内依次设有过滤泵62和过滤器63。通过循环过滤，用过滤泵62去除槽底的溶液和杂质，过滤后返回电铸槽，循环过滤的同时，通过溶液的不断流动，也起到了搅拌作用，从而有利于电铸液的均匀性，并能提高其导电性。

另外，电铸槽6内设有电加热器8和搅拌器7。搅拌器7保持电铸液的均匀性，电加热器8通过温度控制器维持所需的电铸液的温度。

请参阅图1至图6，一种MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯的电铸工艺，首先制作一个12芯的电铸框架底板，底板是由硬质工程塑料制成，如图1所示。此框架底板两端用石英板做成12个槽的V型槽，用以固定12根直径为125μm的不锈钢丝，V型槽的间距、也即不锈钢丝的中心距为300μm。底板中部开孔即为电铸金属镍沉积区域，开孔长度、即电铸沉积区域长度为400mm。第2步，在框架底板上装上12根直径为0.125mm（即光纤直径）的不锈钢丝作为电铸芯线，再在框架底板两端将硬质工程塑料制成的压板压紧和固定插入V型槽中的不锈钢丝，并用螺栓将压板固定在底板上。这就形成了一个12芯的电铸框架，如图2所示。然后第3步，将电铸框架放入电铸槽中进入电铸工序，电铸过程的示意图如图3所示。将不锈钢丝芯线与电源阴极相连，以镍板为阳极。当电铸液加热到适当温度（40-50oC），通电后，镍就被电铸到不锈钢芯线上去，形成插芯毛坯。其外围尺寸由电铸时间、电流大小及电铸液浓度等参数来调节。电铸过程中，框架及芯线均需独立转动（转动机构图中未标示，采用常规的转动机构），以保证芯线周围有一个均匀的电铸液浓度场，从而确保形成均匀的沉积体。金属镍与其它金属相比，有低的线膨胀系数，良好的电化性能，不易生锈，价格低廉等优点，故最适用于插芯的制作。其缺点是硬度较低，因而在电铸工艺中需添加硬化剂，使其硬度从洛氏硬度HRC15~18°提高到50~60°，完全满足插芯刚度的要求。

电铸完成后，第4步，进入如图5所示具体工艺加工流程：从框架上卸下长度为400mm的金属镍光纤插芯芯坯，将毛坯切断加工到所需长度，然后拔出不锈钢芯线，即得到镍插芯毛坯，进一步将毛坯外缘进行机械加工成最终所需的金属鎳MPO多芯光纤插芯。最后制得的12芯多芯金属镍光纤插芯如图6所示。从上述电铸工艺原理可见，不同规格的多芯金属镍光纤插芯可用同一设备制作，无须专用模具，而陶瓷插芯的毛坯制作中，每种规格均需专用模具。由塑料制作的MPO的机械型插芯，不同规格也需不同的注塑模具，加工工艺十分复杂。另外，多芯金属镍光纤插芯的内径精度是由不锈钢芯线的精度来保证的，毛坯的内径无须进一步加工。相比之下，陶瓷插芯的毛坯经烧结有所变形，内径需经精加工成型。

多芯金属镍光纤插芯制成MPO光纤连接器试验和试用，其光学性能、工艺一致性、工艺适应性、以及环境性能等方面，完全符合使用要求。

在多芯金属镍光纤插芯的电铸工艺中，电铸液的组分为：主盐是氨基磺酸镍，该镍盐主要是提供镀镍所需的镍金属离子并兼起着导电盐的作用；阳极活化剂为氯化钠；pH缓冲剂为硼酸；脱模剂为烯烃磺酸盐。再可根据需要增加适量其它添加剂。

在电铸槽中，电铸过程的化学反应机理说明如下：当电铸液加热到适当温度（40-50℃），通电后，电铸槽中的电极反应为：在阳极镍板上发生氧化反应； Ni^{– 2e}→ Ni²⁺，在阴极发生还原反应；Ni²⁺+ 2e → Ni，这样，镍就被电铸到不锈钢芯线上去，形成插芯毛坯。电铸过程中，阳极镍板参加了反应，被逐渐腐蚀，电铸液主盐浓度不变。镍镀层的厚度则是由通电时间和电流大小决定。通电的电流密度可在4 -20A/dm²之间。

电铸液包括下列组分，按浓度含量为：主盐700g/L、阳极活化剂15g/L、pH缓冲剂45g/L、脱模剂15cc/L和适量硬化剂。

电铸液各组分的作用分析如下：

主盐──氨基磺酸镍为镍液中的主盐，镍盐主要是提供镀镍所需的镍金属离子并兼起着导电盐的作用。氨基磺酸镍的沉积速率高，分散性好，应力小，最适于用作电铸镍液的主盐。镍盐含量高，可以使用较高的阴极电流密度，沉积速度快，常用作高速镀厚镍。但是浓度过高将降低阴极极化，分散能力差，而且镀液的带出损失大。镍盐含量低，沉积速度低，但是分散能力很好，能获得结晶细致光亮镀层。

阳极活化剂──镍阳极在通电过程中极易钝化，为了保证阳极的正常溶解，需在镀液中加入一定量的阳极活化剂。氯离子是最好的镍阳极活化剂。因而采用氯化镍作为阳极活化剂。

缓冲剂──硼酸用来作为缓冲剂，使镀镍液的PH值维持在一定的范围内。当镀镍液的PH值过低，将使阴极电流效率下降；而PH值过高时，由于H₂的不断析出，使紧靠阴极表面附近液层的PH值迅速升高，导致Ni(OH)₂胶体的生成，而Ni(OH)₂在镀层中的夹杂，使镀层脆性增加，同时Ni(OH)₂胶体在电极表面的吸附，还会造成氢气泡在电极表面的滞留，使镀层孔隙率增加。硼酸不仅有PH缓冲作用，而且也可提高阴极极化，从而改善镀液性能。硼酸的存在还有利于改善镀层的机械性能。

脱模剂──电铸技术和电铸技术有一个很大的不同点：电铸时，镀层应紧紧地附在镀件上，起到对镀件的保护或装饰作用。而在电铸中，电铸体电铸在模具上成型，然后需将模具从电铸体上除去。因而电铸体与模具不能结合得太紧，以免阻碍电铸体的脱模工序。在本项目中，在电铸槽内添加含有一定量的含盐的有机硫化物，它能被吸附在电铸体的不锈钢芯线（即电铸模具）的表面，形成一层专为便于电铸体从模具上剥离的钝化膜，使不锈钢芯线和电铸物之间的结合强度大为降低。这样，通过电子化学产生的钝化膜和不同金属的压缩内应力之间产生相辅相成的效果，可以在从电铸体中抽出或者推压出不锈钢芯线时达到简单地去除芯线的效果。

硬化剂──由于金属镍的硬度不够大，达不到光纤插芯对硬度的要求，故在电铸液中应加入硬化剂使多芯金属镍光纤插芯的硬度提高到维氏硬度HV500左右，以满足使用要求。硬化剂可采用锑或锑化合物。洛氏硬度HRC和维氏硬度HV的换算公式为：

多芯金属镍光纤插芯施加在光纤上的热应力影响的数值分析:

陶瓷插芯材料二氧化锆与光纤材料熔石英物理性能较接近，而金属镍与熔石英的物理性能有一定的差距，因而有必要对镍插芯施加在光纤上的热应力加以分析并与陶瓷插芯相比较。

表1列出镍，熔石英和PPS塑料（作为比较）的材料参数。

表1 材料参数

应力大小: 插芯使用的温度范围设定在-30~70℃，以20℃为中心，变化为±50℃，当取50℃时，光纤径向应力可以求得为：

此值与熔石英的断裂模量(1.1×10⁷Pa)同一数量级，可视为相等的应力，此应力不可能对光纤造成破损。另外，插芯内径随温度的变化，可以从线膨胀系数近似计算出来，对于50℃的温度变化，可推定有0.08μm程度的变化。因而，当光纤和插芯完全紧密接触时，此内径的变化将造成上述应力的产生。在实际的连接器装配工艺中，光纤和插芯之间总有一定的间隙，此间隙大约为0.08μm时，光纤则完全不受应力的作用。因此，上述应力的大小乃是所考虑范围中的最大值。

与此相比，PPS塑料的热胀系数比金属镍要大一个数量级，因而在温度变化时，光纤在PPS塑料插芯中受力要大得多。

金属插芯的另一个重要应用场合是用来制作模块跳线，模块跳线的一端是将光纤插芯与光器件模块的金属壳体相连，这时多芯金属镍光纤插芯可直接通过焊接连接到壳体上去。而现行使用中的塑料插芯，为达到与金属模块相连接的目的，一般采用在塑料插芯外，嵌套上与其外径尺寸相当的金属材质的物件，再行与金属模块壳体焊接加工。可见，应用于此类连接光器件模块的塑料MPO插芯连接器加工比较复杂，制作成本也相对较高，而镍金属MPO插芯却能表现出无与伦比的适用性。

12芯MPO多芯光纤金属鎳插芯的结构如图6所示。本发明提供了一个典型的12芯MPO多芯光纤金属鎳插芯的制作过程，以同样的制作工艺也可制作24芯，36芯等多芯单列多芯金属镍光纤插芯以及2*12，3*12等多芯多列多芯金属镍光纤插芯。

区别于现有技术，本发明制备MPO连接器用多芯金属镍光纤插芯的电铸装置和电铸工艺及多芯金属镍光纤插芯，其原料易得，工艺简单，成本低廉，又特别适用于制作MPO连接器用的多芯化和异型化插芯。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置，其特征在于，包括电铸框架底板，所述电铸框架底板上开设有用于电铸金属镍沉积的开孔区域，所述电铸框架底板在开孔区域的两侧对称设置有底座，所述底座上间隔均匀开设有多个定位槽，所述底座上安装不锈钢丝芯线，所述不锈钢丝芯线的两端对称设置在定位槽内形成电铸芯线组，所述底座上安装压板以固定电铸芯线组，所述电铸框架底板、底座、电铸芯线组和压板形成电铸框架，所述电铸框架设置在具有电铸液的电铸槽内，所述电铸槽内设有镍板，所述镍板与电源的正极电性连接，所述电源的负极与电铸芯线组的一端电性连接。

2.根据权利要求1所述的制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置，其特征在于，所述定位槽为V型槽。

3.根据权利要求2所述的制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置，其特征在于，所述电铸框架底板和压板由硬质工程塑料制成，所述底座由石英板制成。

4.根据权利要求3所述的制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置，其特征在于，所述电铸框架底板上还安装接线座，所述电铸芯线组的一端与接线座相连接，通过接线座与电源的负极电性连接。

5.根据权利要求1-4任一所述的制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置，其特征在于，所述电铸槽上安装有过滤组件，所述过滤组件包括过滤管路，所述过滤管路下端与电铸槽的底部连通，上端与电铸槽的上端连通，所述过滤管路内依次设有过滤泵、电加热器和过滤器。

6.根据权利要求5所述的制备多芯金属镍光纤插芯的电铸装置，其特征在于，所述电铸槽内设有电加热器和搅拌器。

7.一种制备多芯金属镍光纤插芯的电铸工艺，其特征在于，通过权利要求6所述的电铸装置进行多芯金属镍光纤插芯的电铸，具体步骤如下：

8.根据权利要求7所述的制备多芯金属镍光纤插芯的电铸工艺，其特征在于，所述步骤c中将金属镍光纤插芯芯坯切断成需要加工的长度，先对金属镍光纤插芯芯坯外缘粗研磨，然后对金属镍光纤插芯芯坯两端面研磨，接着将不锈钢丝芯线从金属镍光纤插芯芯坯中拔出，再对金属镍光纤插芯芯坯外缘精加工，对金属镍光纤插芯芯坯进行去屑处理，对金属镍光纤插芯芯坯进行R面加工，最后清洗和检查后再装入MPO连接器。

9.根据权利要求8所述的制备多芯金属镍光纤插芯的电铸工艺，其特征在于，所述开孔区域的长度为400mm，所述不锈钢丝芯线的直径为125μm，所述不锈钢丝芯线之间的中心距为300μm，12根所述不锈钢丝芯线形成一组12芯的电铸芯线组，所述电铸芯线组的数量为1组、2组、3组或更多组。

10.一种多芯金属镍光纤插芯，其特征在于，通过如权利要求9所述的电铸工艺制备而成，所述多芯金属镍光纤插芯上具有均匀间隔且平行设置的多个光纤插芯。