CN1545491A - 镀金属的光纤 - Google Patents

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Abstract

一种用于电镀非导体区段的电极组件包括具有对置于第二凸件的第一凸件的绝缘框架。一根金属细丝提供从第一凸件连接到第二凸件的负极。第一导电板在离金属一第一距离处附着在绝缘框架。第二导电板在离金属丝第一距离处附着在绝缘框架。第二导电板被放在离金属丝第二距离处。第一板和第二板包括在电极组件的正极中，用于在非导体(较佳的是光纤)的表面上形成导电的复合镀膜层。

Description

镀金属的光纤
发明领域
本发明涉及通常要通过焊接焊到套圈，接头，激光两极管及有关的模块和装置中的光纤终端区段的制备。更具体地说，本发明涉及对光纤端部粘附金属镀膜层的涂敷，以便于在光纤端部与光电的和包括激光两极管在内的有关器件和模块之间的交界面上的焊合。根据本发明的粘附金属镀膜层提供改进的焊合连接点，这些连接点在重复的焊料软熔时增加了强度以在传送光的光纤和与之连接的光电封壳及有关器件之间建立和保持最佳对光。
发明背景
光纤通信网络的采用已经发展到提供可替换的共轴电缆系统。光纤通信网络包括用来传输和接收信号的光电模块。在通常的布局中，光纤在一合适的、封装好的光电器件中来回传导光信号。一般结构包括封焊在用铜纤焊在封壳侧壁上一根突出管内部的光纤。这种混合的电-光封装布局一般称之为“装有抽头的光纤”的混合封装。用于把光纤对接到封壳的工艺过程称之为“装抽头”。
有效的光纤通信网络在一根光纤和一子组件之间需要正常的对光。在光电接收器中，一根光纤与一般是PIN光两极管的光探测器对准。光信号的产生需要与诸如光纤的合适波导对准的、采用光发射两极管(LED)或激光两极管的光电发送器。正确对准的光纤可在子组件中把光的衰减量减到最小。
光电混合封装的制作需要光纤光学部件与LED，激光两极管，或光探测器的精确对光。此后，可用手段把光纤锁定在光电封壳之内来保持对准。已经使用过种种材料把光纤焊接到包括金属合金焊料的选定衬底上。在它们的使用期中，微电子的焊接接缝显示出由于运作的过载故障；在维修时的热疲劳故障；以及尤其是对光电器件尺寸的变化的，三个主要的故障模式。在焊好的焊接形成之后，在这三个故障模式中的每个模式焊料微结构有一个冲击。由于焊料的组份，衬底的化学本性和经常形成焊料连接的制作工艺，可能在特殊的已焊好焊接的微结构中产生变化，(参阅Proceedings of Symposium forProcess Design & Reliabilily of Solders & Solder Iutevconnectcins，Feb.10-13，1997，pages49-58)。这样的诸种变化可在把光纤连接到光电装置的焊接接缝内造成蠕变。
在由于在经常把光纤锁定在光电封壳内的接缝中的蠕变存在运动时，可能会随着往返于光纤的对准和耦合能力、而产生一些问题。为此，存在着为在光纤和在光学上的有源装置之间周期地调节对准的需要。在光学装置的所需对准中，已经用焊接接缝来固定光纤的各种方法来研究光纤的再对准。第U.S.4,119,362号美国专利描述了在金属管内用焊料的光纤的密封的封接。该焊料，一但固化和冷却后，就相对于光纤挤压而形成密封封接。在经过管子-光纤组件后，通过在装置的封壳侧壁中的一个小孔而把光纤与该装置对准，一焊合接头把该管固定于侧壁并在装置的封壳内保持最佳对准。
美国专利5,692,086和6,164,837，采用在市场能买到的金的连接套管光纤，把它固定在光电封壳内与光学装置对准。
通过焊接接头固定在适当位置的光纤，可通过焊料软熔来软化该焊料，从而能重新放置该光纤。在某些场合下，软熔过程引起导致脆裂且最后导致接头故障的微结构变化。
用光纤绞接头形式的已焊好的接合处，终端如密封封装可在邻接于将要制作绞接头，终端或密封装位置处在光纤的表面上包括薄的金属层。光纤终端金属镀层便于焊料焊接并把一根光纤附着到另一根光纤，到激光两极管，到套圈以及到光电装置的连接点。
美国专利4,033,668描述用于把诸如光纤的第一玻璃组件，通过可焊接的绞接头和端点，连接到第二组件的一种方法，而另外它也可形成密封封接。绞接头，终端或封接可在玻璃组件的周围表面上镀上薄的粘附金属层之后形成。在正常地放置了已镀好膜层的玻璃组件之后，用相应组件的绞接头端部或封接的形成，可用热的焊料使在接头的周围流动，在已冷却时，在组件之间形成焊接。当第二组件也是由玻璃所制成时，类似于形成在其周围表面上的薄的金属附着层在所要的接头区中提供了易于接受焊料的表面。通过把例如光纤的终端区段浸入含有导电金属粒子的浆料中把金属涂敷到光纤的终端区段。
美国专利5,100,507讲述了用于装置透镜的光纤的精加工技术。精加工光纤的工艺过程在光纤端部放置一完整的透镜和金属化的外镀层。可用热知的溅射技术把金属沉积到光纤的端部。用这种方法沉积的材料包括钛，铂和金。靠近光纤装有透镜端部的金属涂敷让已焊好的连接头的形成非常靠近光纤的顶部。这限制了相对于已对准光学装置的装有透镜光纤的随后的移动。
前面已焊好连接头的描述包含着光纤金属化端部的独特处理。光纤的运作体现着对光纤工业的挑战。制作操作可包括若干需要长、短长度光纤的运作步骤。这些光纤都是易碎的细丝，它需细心的处置和更为有效的工艺过程来加速用于通讯连接和有关装置的光纤生产。随着对光纤系统和装置日益增涨的需要，存在着要同时加工许多光纤的需要。
发明概要
本发明能通过熟知的化学金属镀层技术，提供一种为把金属精确涂敷到预先已处理好的非导体系统上而设计的电镀槽以在至少非导体的一个区段上产生导电薄层。利用导电的化学镀的金属光纤镀层作为电镀槽的阴极，电解镀层设备和工艺能同时对多个光纤的尾部电解镀层。在电解镀层槽的工作期间可涂敷诸如镍的纯金属以增加预先沉积的化学镀金属薄层的厚度，从而把金属添加到随后被密封封接在光电封装壳中的光纤上。可选择地带有数字模似的在实验上的改进之处证明对镀层槽的最佳设计特性包括金属细线即汇流条，平面阳极，以及在镀层时稳定光纤束的夹具。最后完成的镀层槽在沿着每根光纤轴向长度而下提供均匀的金属沉积。
在需要密封封接、已焊好光纤引线的各种光电封装涂敷中，对金属化光纤能有一种使继续存在焊料的多次软熔以使光纤顶部重新对准到一光电装置上的需要，常用的方法是采用熔点为280C的金/锡共易熔焊料。金属化的光纤经常被加热到高于该温度。常规镍/浸液金的化学镀，由于在化学沉积镍中伴随着出现磷的相变而要变脆。该相变造成沉积丧失可延展性。这样就导致引发破裂和密封封接，已焊好接头的故障，这些都有可能损害封装好的光电装置的性能如果金属化的光纤顶部含有最小量的化学镀镍，就可克服这样的装置损害。如果在金属化的光纤顶部沉积金属的主要组份是纯的电镀镍，则这是可能的。纯镍不象化学镀镍那样进行相同的相变。
用化学镀镍作为覆盖在剥离的光纤上的非常薄的导电层产生了一种改进的焊接接头。导电的金属化学沉积可在电镀槽中作为阴极使用，该槽在化学镀镍层上添加诸如纯镍的、已选好的金属。如前所述，由于化学镀镍的使用，即使有小量的磷出现也会引起焊接接头故障的可能性。通过从在诸如光纤的非导体上的金属镀层消除化学镀镍还可获得进一步的优点。采用化学镀银作为导体的基底层，这是可能的。照这样，该金属沉积在没有显著变脆迹象的情况下，使焊料继续存在重复软熔循环。较佳地，银的采用，提供了防止变脆的金属化光纤的高产量，正如本文所描述的。在与本发明的范围相一致的涂敷中，也可使用其它导电的基底层，只要它是可延展的且没有相变。
具体地说，本发明提供一种用于电镀具有导电区段的非导体的组件。该组件是一包括具有第一凸件对置于第二凸件的绝缘框架的电极组件。较佳地，该绝缘框架包括选自由丙烯酸树脂，聚氯乙烯树脂和聚碳酸酯树脂所组成的一组中的树脂。一根用于连接到电源负极的金属细丝，从第一凸件、延伸到第二凸件。在邻近金属细丝的地方，离金属细丝第一距离处，把第一导电板附着到绝缘框架。离金属细丝第二距离处把第二导电板附着到绝缘框架。该第一板和第二板适宜于到电源正极的连接。非导体是至少一根与金属细丝相接触的、带有导电区段的光纤，以形成把导电部分与电源负极的连接。在根据本发明的一个组件的实施例中，有一光纤束，每根光纤具有与金属细丝相接触的导电区段。
根据本发明的一组件在非导体的表面上形成导电的复合镀层。该复合镀层包括与非导电表面相接触的、可延展金属的第一即基底层。第二金属层是电镀的，与该基底层相接触，而有一外金属层覆盖在第二层的上面。复合镀层对第一层具有足够的强度来形成外金属层对一衬底的焊接连接，且此后，在复合镀层中不会形成裂缝即隙缝的情况下，在熔融和固态状态之间，至少继续存在15次焊接连接的软熔循环。复合镀层具有化学镀金属的基底层，较佳的是化学镀镍或银，电镀镍的第二层以及浸液金的外金属层。较佳的是，非导体是光纤。
本发明也包括一种用于在光纤表面上形成金属化部分的方法，它包括一系列的步骤，从提供一根具有没有保护过渡层的玻璃区段的光纤开始。使用已知的工艺过程对在其上化学镀金属的玻璃区段激活。光纤的导电区段由化学镀与光纤玻璃区段相接触的可延展金属的第一即基底层产生的。在把导电区段连接到电镀槽的阴极后，就电镀了与第一层相接触的电镀的第二层以构成光纤的电镀区段。覆盖在第二金属层上的外金属层的涂敷形成了金属化区段，它具有足够的强度来形成外金属对一衬底的焊接连接，且在此后，在金属化区段中不会形成裂缝或微小班点的情况下，在熔融和固态状态之间，至少继续存在15次焊接连接的焊料软熔循环。
定义
根据本发明的一种“组件”，在本文中也可称之为“电极组件”或“电镀夹具”，它包括能容纳一对作为阳极的导电板，以及连接到合适电源负极的金属细丝的绝缘框架。“组件”可包括用于连接DC电源供给合适的布线方案。
术语“金属细丝”或“汇流条”是关于用来与电源的负极连接的组件的导电元件，用作与其它可能包括在阴极结构中的导电结构的接触点。导电结构包括具有金属化区段的光纤，尤其是金属化光纤的顶端。
在本文中使用的“复合镀层”是关于相继涂敷在诸如光纤的非导体上的、至少两层各别的金属薄层。在涂敷到光纤时，复合镀层包括可采用通常的沉积技术或组合沉积技术来涂敷的金属同轴薄层。
在本文中使用的术语“光纤纤芯”是关于从镀层的光纤被除去过渡镀层所暴露出来的玻璃结构。
当用来描述复合镀层的金属层之间的关系时使用的术语“覆盖在...上的”指的是例如外金属层的选定层已被形成在下面的薄层之上，且由于中间插入薄层的可能性，可以是或可不是与在下面的薄层相接触。
术语“化学镀金属”是关于五层采用已知化学镀技本所涂敷的金属薄层。
在本文中使用的术语“电镀金属”或“电解金属”是关于包括采用根据本发明的组件、在本文描述的采用电镀方法所涂敷的金属薄层。
术语“负载”是关于以张力或压力的形式等可以施加于光纤，尤其是光纤的金属化端部的物理应力。在形成在光纤端部即顶端上的金属层的复合镀层中，光纤的负载产生诸如裂缝即隙缝的缺陷。
术语“夹具”指的是在根据本发明的组件内，用来在规定的位置和方向上固定一根或更多的非导体，尤其是光纤的一种夹紧装置。夹具可包括具有摩擦的，有弹性的材料，用纤维抑制为辅助的包层的夹紧面，或该夹紧面可包括诸如凹槽，即沟道的表面结构以便于或保持光纤束的对准。在形成组织好的光纤束之后，可使用夹具来保持光纤间的相对位置。
“分段阳极”是具有至少两部分的多段阳极，在彼此电隔离时，可连接到电源的同一正极。
术语“适宜于连接”指的是所提到的元件，部件或结构包括通常是用于连接到其它部件或结构的常规型式的接头。在这种场合下，合适的配合能连接到诸如电池组即电源供给的电源。
附图的简要描述
不管任何可能归属本发明范围的任何其它形式，现在参考附图将描述仅作为例子的本发明的较佳形式，其中：
图1是根据本发明的电极组件(在本文也被称作电镀夹具)的透视图；
图2示出诸如由双层复合金属结构围绕的光纤的金属化非导体的透视横截面。
图3提供诸如由三层复合金属结构围绕的光纤的金属化非导体的透视横截面。
图4是根据本发明，部分地浸没有电解液中的包括电极组件即电镀夹具的电解槽的侧视图。
图5是取自光纤电镀夹具侧面的横截面示意图，它示出从由A-A标识的原光纤轴偏转到B-B轴的光纤的顶端。本图未按比例描绘。
图6示出形成在光纤金属化顶端和套圈金属化内表面间典型的密封封接的横截面结构，该套圈属用于把光纤和光电装置互连起来的类型。
较佳实施例的详细描述
本发明具体实施了用于包括细丝较佳的是用光纤的形式在内的非导体衬底的有选择金属化的可重复生产的金属电镀工艺。根据本发明的金属化光纤，当在关于光纤与光电装置中的对准中重复的焊接软熔时显出较少的故障。正如所要求的在本文中揭示本发明的详细实施例，不过要知道，所揭示的实施例仅是本发明的示范性例子，它可在各种的和替代的形式中来具体实施。诸附图不必要按比例，某些附图可加以放大或缩小以示出特殊部件的细节，本文中所揭示的专用结构和功能细节不是作为限制来解释的，而仅对权利要求作为基础以及在本领域中对培训各个方面使用本发明的技术人员则作为有代表性的基础。
现在参考诸附图，在这些图中，相同的数字表示相同的部件，图1是在本文中也称之为电镀夹具的电极组件10的透视图，组件10包括至少第一阳极12和第二阳极14，汇流条16以及用于把多根光纤20固定在任意的或有结构关系的夹紧定位器。在电镀夹具10中安装之前，每根光纤20的端部即尾部接受足以形成用于通过汇流条16与电源连接的导电带区段的金属层。与带负电的汇流条16个接触，这些镀金属的光纤20成为电极组件10的阴极结构。要完成对电镀夹具10的电连接，需要采用合适的连接电缆24，把第一阳极12和第二阳极14连接到电源的正端。在完成电连接之后，可装好电极组件以把电极12，14，16浸入合适的电解液中(见图4)来电镀形成阴极中一部分的光纤的金属化端部。
较佳的是，根据本发明的电镀夹具10具有象夹具22即夹子等的设计元件来稳定光纤20，并相对于在尺寸上稳定的阳极12，14在空间把它们定位。在电镀时，把光纤20以及第一12和第二14阳极之间放在最佳位置能促使顺着每根光纤20轴长度向下有均匀的金属沉积。根据本发明的电镀夹具尺寸可根据在光纤20端部所需金属化区段的长度来变化。
把图3与图2作比较，显示出单独通过化学镀、以通常的构造金属化的单根光纤纤芯30与根据本发明用较厚的电镀金属层镀在薄的导电化学镀金属层上的金属化光纤的横截面差异，图2提供显示出具有直径约为125微米的光纤纤芯30的金属化光纤的横截面图象。在光纤纤芯30周围有约2微米厚的化学镀金属流积层32，较佳的是化学镀镍。金属化光纤结构还包括作为氧化阻挡层的、厚约0.3微米的浸液全的外薄层34。
图3除了在金属沉积层的结构和厚度之外，类似于圈2的横截面图。在这场合下，化学镀与电镀相结合的混合工艺提供了改进的金属化光纤结构。该结构包括沉积在光纤纤芯30周围、厚度约为0.25微米的化学镀金属镍或银的薄层36。化学镀金属薄层36足以起到阴极的导电功能，以便于在化学镀金属薄层36上较佳地电镀厚为2微米到3微米镍的较厚金属层38。如前一样，金属结构包括厚约0.3微米的浸液金薄层34以构成氧化阻挡层。
图4是包括根据本发明的，部分浸在电解液中的电极组件10即电镀夹具的电镀槽40的侧示图。该电极组件10包括外壳44，它包括分别作为第一阳极12和第二阳极14夹持器的第一侧长孔46和第二侧长孔48。到阳极12，14和汇流条16(未示出)的电连接可经由从电源正端和负端携带电线的电缆24在内部形成。正如前面所指出的，汇流条16与光纤20的金属化顶端相接触，包括它们作为电解槽40的阴极部分。当槽40工作时，电解金属沉积在电解液42表面下面的金属化光纤20的任何区段上。
图5提供根据本发明的电镀夹具10的横横面图，示出从中心轴A-A位移的、由具有光纤20的光纤夹具22的共同轴关系决定的汇流条16。由于汇流条16的定位，光纤20的位移在光纤20的金属化端部上放置了正的横向负载以保证在金属化光纤表面和汇流条16之间的电接触。轴B-B指出了光纤20的角位移，较佳的是约10°，以提供足够的偏移来确保在光纤20和汇流条16之间的电接触。汇流条16可由任何数目的金属制成，根据对足够电导充以及被某种电解镀液合剂成分的抗化学腐蚀性的需要，铜或不锈钢为较佳的选择。
示于图5的电极组件即电镀夹具包括夹具22。用于夹具的合适材料包括选自丙烯酸，聚氯乙烯，聚碳酸酯的非导电的树脂，或其它合适的绝缘材料。在一较佳实施例中，该夹具22包括耦合的方法，来定位在夹具22外表面的一对尺寸稳定的阳极12，14。固定在夹具22内，夹住的金属化光纤20，在光纤20和提供直流源电连接的汇流条16的两侧选用与在尺寸上稳定的阳极12，14平行的轴关系。根据本发明的在尺寸上稳定的阳极12，14包括基本上平面的部段，它可能较佳地包括用镀铂的铌网格平面金属滤网形式的小孔。在化学镀金属薄的沉积上电镀金属的最佳均匀性需要用到在尺寸上稳定的阳极12，14，它们在电镀工艺过程期间基本上保持不变的几何形状。在电镀时，在阳极几何形状上的任何变化影响围绕在金属化表面的势场分布。这反过来对由电镀产生的金属层的分布和形状产生影响。
根据本发明的电镀夹具10的设计，需要选择阳极对12，14和汇流条的连接结构，要考虑到在电镀时由电镀夹具10固定的光纤束20的数目和几何形状。所加的电镀电流密度影响金属沉积的速率和电镀在光纤端部周围的金属形状。根据夹具10的设计和所加电流的特性，可采用实验修整和数字模拟技术来提供符合规定的金属厚度和形状的金属化光纤端部。
对阳极12，14和汇流条16的结构的设计标准，可由作为金属沉积厚度和均匀性的函数获得。电化学模拟能得出两块阳极的结构，它表明不仅横跨光纤束，而且还沿着每根光纤的纵轴产生同心的并相对均匀的电流密度分布。可选择的阳极结构包括单片式，不对称阳极和多片式不对称阳极结构，在本文中也称之为分段阳极。只要光纤端部的金属覆盖长度不超过17mm，不管采用单片式或多片式不对称阳极，金属的涂敷显现出同样有效。对长度超过17mm时，建议采用分段阳极结构来为光纤端部所需长度上控制金属沉积的均匀性。参考不对称阳极结构反映出离沿B-B轴(见图4)平放的光纤20的阳极12的分离距离和对面的第二阳极14离光纤20的分离距离的差异的需要。由于由阴极形成的汇流条到光纤接触方法产生的不对称电流密度分布，这个相对于金属化光纤20的阳极12，14的不对称结构弥补了对于不均匀电镀的倾向。
在本文中称为电镀夹具的组件可与混合金属镀层的工艺过程一起使用，这工艺包括依次采用化学镀金属和电镀金属的已知技术，把金属镀层涂敷到非金属衬底。当把金属层涂敷到作为非导体衬底的光纤上时，采用混合金属镀层工艺产生的镀金属的光纤，与单靠化学镀层使光纤金属化相比较，显现出改进的密封封接。改进的密封封接性能在重新放置光纤来保持在光纤顶端和光电装置间对准的重复焊料软溶之时就显露出来了。软熔性能是能过记录焊接接头在前面丧失的密封封接本领的软熔循环次数来决定的。
根据本发明的金属镀层工艺，通过化学镀层和电解镀层技术组合的采用，把金属涂敷到光纤的至少一个区段上。较佳的是，为随后的密封封接，镀层工艺把金属涂敷到光纤的端部。把金属涂敷到规定的光纤部段需要连续地采用化学镀层和电镀妥镀层。化学镀层工艺采用熟知的工艺步骤来激活和催化先于化学金属沉积的玻璃表面把例如镍-磷(Ni-P)合金或银的导电层放置在玻璃光纤的表面上。通过化学金属镀层来形成导电沉积层，便于使用相对地快速法的电解镀层来添加随后的纯金属或金属合金薄层。特定金属或金属合金的同一性有赖于电镀液的组份。在某些场合下，电解镀层可牵涉到几种镀层溶组分的采用以产生围绕在非导体衬底周围的不同金属的同轴带。
混合金属镀层工艺提供关于金属化光纤制作特有的优点。在化学镀金属化工艺过程中观察到的改进包括金属沉积率的提高和在光纤部段周围金属镀层的形状即分布的较好控制。正如前面关于电流密度所讨论的那样。
采用化学镀层的金属沉积率，取决于包括离子迁移，离子扩散和离子吸附的反应步骤。其它影响金属沉积速率的因素包括离子种类的浓度，镀层温度和化学镀层溶液的稳定度。图2用横截面示出用化学镀金属，例如化学镀镍作为主要金属成分来镀光纤的结果。
混合金属镀层工艺，相对于化学镀速率，在增加的金属沉积速率下运作，由于局部电流密度，还对金属沉积的形状有控制。在电解镀层中，局部电流密度根据Tafel和与所加超电势有联系的受扩散限制的电化学参数来工作。当与化学镀相比较时，假设有一贯的镀层溶性能，则在电解镀层时，电源供给控制该超电热到较佳的正常金属沉积速率。结果是，根据本发明的混合金属层使用了比化学镀层较少的时间在光纤部段上来产生一已给定的金属厚度。
混合金属镀层工艺不但能在例如光纤的非导体表面上沉积金属合金而且还能沉积纯金属的镀层。根据合适的电镀化学的有效性和镀层条件，可把任何金属涂敷到光纤去。较佳的镀金属的光纤包括厚为0.2微米到0.5微米的化学镀镍或银的薄层。这样一种薄层的使用避免了与化学镀镍的较厚薄层相联系的与时间有关的金属故障的问题。化学镀镍的沉积层中含有包括在镍中磷中固溶体结晶以及镍和磷的无定形固态镍和磷(Ni-P)的非平衡相。热循环在焊点软熔时交会，Ni-P金属化的光纤造成了在化学镀镍层内的位置上由磷化镍(Ni3P)沉淀伴随着的相变。在加载时，磷化镍促使了破裂核化并使镀层过早的发生故障。光纤负载涉及施加到包括在光纤端部金属化区段的光纤的应力。作用在光纤上的力包括张力和压力。这样一些力也影响在光纤上的金属化镀层并导致破裂核化和可能在镀层中造成缝隙的断裂。包含诸如磷化镍的脆性材料的金属化薄层具有比诸如纯镍的更能延伸的材料较低的断裂韧性。
正如在上面提到的，混合镀层工艺的成功依赖于把化学镀金属导电籽层涂敷到非导体。0.2微米到0.5微米的化学镀镍或银的薄层提供足够的金属厚度来保持邻接的电接触。在化学镀镍层上，1微米到3微米厚的纯金属电解沉积层产生了复合的金属镀层，其中化学镀镍相当于在光纤上总金属沉积层的5％到10％。当电镀金属层厚度增加时，化学镀镍的相对百分比向着愈来愈低的含量变化。化学镀镍沉积量的减少转化成较少的传播破裂的位置。因为覆盖在上面的电解镀镍层比化学镀镍层更易延展和阻止断裂，所以破裂形成的机率进一步减少。混合金属层工艺在非导体衬底的表面上，尤其是在光纤的情况下，产生更牢固的金属层。
进一步改进金属化光纤的性质可以采用在前面描述的电镀夹具和混合金属镀层来改变形成在诸如光纤的非导体表面上的、已形成薄层的金属混合物的厚度和化学组份来获得。已形成薄层的金属混合物在焊料软熔性来获得。已形成薄层的金属混合物在焊料软熔试验中关于包括在光电封壳中的密封封接上显现出改进的性能。
图6示出一种横截面结构，它在光纤的金属化顶端和套圈内部的导电表面之间形成的密封封接是典型的，其中套圈是用作与光电装置互连光纤的那种类型。该接头包括具有邻近光纤纤芯30表面的化学镀金属薄层36的光纤纤芯30，较佳的镍或银。较佳的是镍的第二较厚的金属层38在化学镀金属薄层36上形成一层可延展的薄层。浸液金在光纤纤芯30的周围形成复合金属结构外面的薄层34。KOVARTM套圈50在它的内表面上具有浸液金的表面层52。在套圈内部来固定金属化光纤顶端的密封接的形成需要使用一种诸如焊料54的焊结剂，尤其是金/锡共易熔点焊料，它可容易地与套圈的表面层52的金和金属化光纤纤饼30的外层34焊结起来。
正如在前面讨论过的，根据本发明金属化光纤的一实施例采用一层薄的化学镀镍的导电层作为导电基底层用来作随后的电解镀层。当与仅由化学镀镍构成的沉积作比较时，在化学镀镍上面用电解镀镍镀层的复合沉积给出改进的焊料-软熔性能。还进一步发现用化学镀银的薄层来代替化学镀镍薄层，在为包括沉积在光纤的表面上，覆盖化学镀银，在电解镀镍上的浸液金的金属镀层复合物的焊料软熔试验中甚至给出更佳的性能。化学镀银代替化学镀镍-磷作为导电的基底层。
实验方法
采用化学镀镍层的光纤金属化
把Corning62.5/125光纤劈开，并布置在光纤与光纤间隔为2mm的10根光纤的系统中。用含有95％硫酸的浓酸溶液剥离光纤它们的丙烯酸酯镀层。光纤剥离的速率随温度而变，较佳的是在150℃时60秒钟。
一旦剥离后，光纤的裸露部分用二氯化锡(例如，一立升0.4M盐酸中10克二氯化锡)溶液通过在环境温度下浸液3-6分钟的处理。光纤表面没有任何物理擦伤的情况下，在光纤表面发生有二氯化锡的粘附。可从St.Louis，MO的Sigma-Aldrich公司买到结晶形式的二氯化锡。在本文中用的术语敏化(sensing)剂即敏化液，是关于二氧化锡溶液在涂敷到光纤并干燥之后，它在光纤表面形成亚锡离子薄层。用这种方法镀层的光纤可称之为敏化光纤即为具有敏化的区段。根据本发明的二氯化锡溶液在没有防周围的环境情况下，仅靠储存在气态氮下，仍能保持活性可达几星期。与以前的报告无关，根据本发明二氯化锡的敏化给出裸露光纤均匀的金属镀层。
在用去离子水漂洗光纤后，通过把光纤的敏化区段浸液于激活溶液中(该溶液在去离子水中，每立升0.03M的盐酸含0.25克氯化钯)，敏化光纤的表面就发生活化。当通过氯化钯与沉积在敏化光纤即光纤的敏化区段，的二氯化锡的反应，钯离子还原到元素的钯时，光纤的表面变得对化学镀金属化活化了。在这阶段中，光纤激活区段的表面具有钯的催化位置的保护层。从敏化光纤到激活光纤的转化需要在氯化钯激活溶液中浸3-6分钟。氯化钯是从Sigma-Aldrich公司得到的99.9％的氯化钯(II)。
正如所要求的，在用去离子水漂洗后，通过把光纤浸在第二二氯化锡浴，光纤的激活表面可被去掉激活。已经发现包括与二氯化锡敏化溶液一样组份的各种浓度的二氯化锡去激活溶液是有效的。根据本发明的去激活步骤便于有选择地掩蔽激活光纤的一个区段，从而随后的化学镀金属沉积只发生有用锡(II)溶液处理之后的仍为激活的光纤表面的区域上。通过把激活的光纤浸在酸化的二氯化锡溶液中1-60秒种，较佳的是15秒钟，锡(II)去激活的采用产生了有掩膜的光纤。根据本发明的金属化光纤顶端被加工处理直至并包括如上所描述的锡(II)掩膜处理。
然后把已催化的并已做好掩膜的光纤浸在88℃的Nimuden SX化学镀镍的镀层溶中(可从Ontario，CA的Uyemura International公司买到)2分钟，以形成具有长15mm到20mm，和厚约0.44微米的Ni-P层的金属化光纤，在每分钟0.22微米的Ni-P恒定沉积速率下形成。已镀好的光纤从镀层浴中取出，在去离子水中漂洗1分钟，并在空气中干燥。
镍电镀的条件
把按上面描述制备的化学镀镍的光纤放入根据本发明的电镀夹具中，在光纤间形成相隔2mm的光纤束。该电镀夹具包括如图4所示的光纤固定器，汇流条，阳极组件。汇流条是这样来放置的，使得与金属化光纤的电接触，根据在光纤的金属化端部和缓冲镀膜层之间所需空间数量，在离已剥离的丙烯酸酯/光纤的交界面的一选定距离上形成。在一实施例中与光纤金属化端部相电接触的点是离缓冲镀膜层1mm处。
在电镀夹具中组织好化学镀层的光纤之后，把电镀夹具放在电解液容器中，使其电极浸在电解液中。分别把阳极和汇流条与可变电源在电解液中。分别把阳极和汇流条与可变电源供给的正、负端连接起来形成用来电解金属沉积的电镀槽。连接可彩和包括个别电线或带有多根电线方便的连接电缆的使用的适宜布线方案。该槽内含标识为Technicnikel sulfamate FFP Inert AnodeElectroplating Solution(可从Irving，Texas的Technic公司买到)的电解液。直径为0.25mm的铜导线用作金属细丝即汇流条，而阳极是由宽约12.5mm的镀铂的铌滤网形成。电镀金属的添加需要温度为48℃的电解液，电流密度为27mA/cm2(25A/ft2)，时间为4.5分钟时可添加厚约2.5微米的镍层，正如由SEM分析所显示的。对浸在电解液中的长度来说，镍在每根光纤的周围是均匀分布的。镍沉积层的厚度非常符合理论计算预测的3.0微米±0.2微米的厚度。
采用化学镀银薄层的光纤金属化
在从光纤剥离保护的缓冲层并敏化该裸露的光纤表面以促进化学镀银的沉积之后，多根Corning FLEXCORE 1060光纤用化学镀银使其金属化。保护缓冲层的去除包括把光纤顶端(长为17mm)浸入到150℃的95-98％硫酸中60秒钟除去丙烯酸酯镀膜层。然后把光纤的剥离区段在去离子水中漂洗60秒钟。在室温下，把光纤顶端浸入含有10wt％氯化钠的1N氢氧化钠中5分钟之后，把光纤顶端用去离子水漂洗60秒钟。
光纤的已剥离顶端的表面敏化需在每立升的40ml35-37％HCL中含有20克氯化锡(II)的氯化锡溶液中浸4分钟，在完成这个处理后，把光纤在去离子水中漂洗60秒钟。用于光纤顶端区段的聚合物掩膜的已知方法可在该工艺中在这点上贯彻实现以限制随后的金属沉积到唯一选定的区域上。
把化学镀银涂敷到已敏化的光纤顶端，需把该顶端浸入到银的化学镀层熔液中，这溶液通过把25份(按体积)的硝酸银溶液和1份(按体积)葡萄糖还原剂溶液组合起来而制成的。最小体积的银浴用保证已剥离的光纤端部的完全覆盖，较佳的是安排在光纤系统中来。
采用具有下列组份的银和葡萄糖溶液来产生具有所要性质的银薄层
银溶液
去离子水              500ml
氢氧化钾颗粒          2.7克(85+％ACS试剂级)
氢氧化氨              13.2ml(28-30％于水中)
硝酸银               6.0克
缓慢地加入硝酸银，要搅拌，直至一种带褐色的沉淀物再次溶解为止。添加去离子水，把溶液的体积增加到一立升。
葡萄糖溶液
去离子水            250ml
α-葡萄糖           125克(ACS试剂级)
葡萄糖和水混合，搅拌到使α-葡萄糖溶解。通过添加去离子水把溶液的总体积增加到500ml在溶液使用前要让全部α-葡萄糖溶解。
把锡敏化过的光纤顶端保持在银熔液中2分钟以在光纤的任何做好掩膜的部段上没有金属沉积的情况下，产生厚为0.4-0.6微米的银薄层。在电镀前采用根据本发明的电镀夹具，把已镀上银的光纤从银液中取出并在去离子水中漂洗60秒钟，如上面所描述的那样。电解镀层槽在电流密度为110mA/cm2(100A/ft2)时工作以在化学镀银的薄层上产生厚约2微米的镍薄层。在镍的电镀层上沉积0.3微米的浸液金以保护其不被氧化。在去离子水中漂洗镀金的光纤之后，可在合适的溶剂中浸泡处理光纤一短的时间以除去任何聚合物掩膜。
焊料软熔过程和结果
相对于例1-3，通过改变如下的金属组份结构来制备三种类型的金属化光纤。采用焊料软熔试验来评估所得到的金属化光纤。典型的试验结果于表1中提供。
例1  在上面镀浸液金的常规化学镀镍
当浸在89℃的化学镀镍的镀层浴中8分钟以建立厚为2微米的化学镀镍层(Ni-P)时，在涂敷化学镀镍层前，为例1的光纤顶端的制备需用锡和钯的溶液进行常规的敏化。在漂洗镀镍的光纤之后，通过把光纤顶端浸入80℃的浸液金溶液10分钟以产生厚为0.3微米的金薄层来涂敷浸液金薄层。
例2  用镍电镀常规的化学镀镍
采用在前面描述的混合金属镀层工艺来制备例2的金属化光纤。化学镀和电解镀条件分别产生厚为0.4微米的Ni-P和2微米厚的电镀Ni。与以前一样，一种标识为Technic High Speed Nickel氨基横酸盐(可从Technic公司买到)的溶液在48℃，电流密度为55mA/cm2(50A/ft2)50ASF时，被用作为用于电镀镍的电镀液，在电镀镍的薄层上镀上一层厚为0.3微米的浸液金薄层。
例3  用镍电镀化学镀银
采用在前面例2中描述的混合金属镀层工艺来制备例3的金属化光纤。不过，在这场合下，最靠近光纤表面的化学镀镍层用银薄层来代替，这层银薄层是在镀银溶液中浸2分钟以在裸露的光纤周围产生厚为0.4-0.6微米的银薄层涂敷到锡敏化的光纤顶端的。在采用根据本发明的电镀夹具电镀前，把已镀银的光纤从镀银液中取出并在去离子水中漂洗60秒钟，如在上面描述的那样。
焊料软熔试验过程
金属化光纤顶端的焊料软熔循环性能的决定需要利用在本文称之为铜衬底的试验部件。该铜衬底的宽为2mm，厚为8mm以及长为1cm。通过加热金/锡共易熔点的焊料导线该焊料线的直径约为0.75mm，而长则从1mm到2mm，在温度至少为100℃时，采用已加热的混合气体(95％氩，5％氢)和焊料镊子。在铜衬底的宽度上形成一焊料球。用焊料镊子把这热量加到衬底，直到预先放置的焊料导线段被熔融以形成焊结到衬底上的一焊料球。
把光纤的金属化端部放在固化的焊料球的表面上，并在金属化光纤端部和焊料球之间施加一向下的偏置力。施加热量以造成焊料球软糖，使得光纤端部落入被焊料包围的焊料熔融物质的中间。通过让焊料重新固化，就完成一次焊料软熔循环。
在起始的焊料软熔循环之后，焊料在加热的熔融状态和冷却的固化状态之间作几次循环。当焊料显著地熔融时，立刻停止软熔循环的加热步骤。较佳的是，在金属化光纤与焊料相接触的情况下，焊料球经受4次软熔循环，这表示包括开始沉积在铜衬底上的焊料已经被熔融过5次。
在第5次软熔循环时，当焊料是显著地熔融时，把光纤在光纤轴的方向上抽出焊料一个大于125微米但不超过250微米的距离。该位移光纤的最后位置保持到让焊料固化。这样使光纤能对指出暴露玻璃的持到让焊料固化。这样使光纤能对指出暴露玻璃的破裂和缝隙作探伤检查，再施加热量使焊料软熔，使得金属化光纤能回到它的原来位置上。
在5个循环间隔中，即5，10，15，20等的软熔，继续进行焊料软熔循环和金属化光纤端部的探伤检查，直至观察到象裸露的玻璃或在金属层中的破裂的显著损伤时为止。金属化光纤的软熔性能是以在存在着显著的损伤前的所完成的软熔循环的次数来作正式记录的。在5次软熔后示出可见的破裂或裸露玻璃的金属化光纤将被额定为继续存在5次软熔循环。
表1  金属化光纤的评估
    样品组               对正式记录软熔循环的重复实验(同样的样品)
    R1     R2     R3     R4     R5     R6     R7
    例1A     5     5     10     -     -     -     -
    例1B     5     5     5     -     -     -     -
    例2A     20     15     15     20     20     -     -
    例2B     20     30     20     30     15     5     10
    例3A     25     25     25     35     -     -     -
    例3B     25     20     25     25     -     -     -
    例3C     25     55     55     45     -     -     -
对例1的软熔循环平均数＝5.83
对例2的软熔循环平均数＝18.33
对例3的软熔循环平均数＝32.08
提示：
特例的字母表记，例如，例1A和例1B，是指通过同样的方法，不同的轮次来制备的例子。例3C是在稍高的电流密度下电镀的，导致较厚的镍层沉积。较高的软熔值指出较高的电流密度和/或较厚的镍层导致改进的焊料软熔性能。
正如所要求的，在本文中揭示了本发明的细节，须知揭示的诸实施例仅是示范性的例子。所以在本文中揭示的专用结构和功能细节不能作为限制来解释，而仅作为权利要求的有代表性的基础，以及对想以各种方式实施本发明的本领域技术人员作为有代表性的基础。

Claims (8)

1、一种用于电镀具有导电区段的非导体的组件，其特征在于，所述组件包括：
绝缘框架，具有相对置于第二凸件的第一凸件；
金属细丝，用来连接到电源的负极，所述金属细丝从所述第一凸件延伸到所述第二凸件；
第一导电板，离所述金属细丝第一距离处附着在所述框架；以及
第二导电板，离所述金属细丝第二距离处附着在所述框架，所述第一板和所述第二板适宜于用来连接到电源的正极。
2、根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述非导体是至少一根光纤，它具有与所述金属细丝相接触的所述导电区段以形成所述导电区段与电源负极的连接。
3、根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述第一导电板和所述第二导电板包括金属滤网。
4、一种在非导体表面上的复合镀膜层，其特征在于，所述复合膜层包括：
金属的基底层，与所述非导体的所述的表面相接触；
金属的第二层，电镀成与所述第一层相接触；以及
外金属层，覆盖在所述第二层上面，所述复合镀膜层对所述外金属层到衬底上形成的焊接接头具有足够的强度，且此后，在所述复合镀膜层中，没有形成破裂的情况下，在熔融和固体的状态之间，所述焊接接头继续存在至少15次焊料软熔循环。
5、根据权利要求4所述的复合镀膜层，其特征在于，其中所述第一层是化学镀金属层。
6、根据权利要求4所述的复合镀膜层，其特征在于，其中所述非导体是光纤。
7、一种具有金属化区段的光纤，其特征在于，包括：
金属的第一层，与所述光纤玻璃表面的一个区段相接触；
金属的第二层，电镀成与所述第一层相接触；以及
外金属层，覆盖在所述第二层的上面，所述金属化区段对所述外金属层到衬底上形成的焊接接头具有足够的强度，且此后，在所述金属化区段中，没有形成破裂的情况下，在熔融和固体的状态之间所述焊接接头，继续存在至少15次焊料软熔循环。
8、一种在光纤表面形成金属化区段的方法，其特征在于，包括下列步骤：
提供具有没有保护缓冲层玻璃区段的光纤，
敏化所述玻璃区段以供在其上化学镀金属之用；
化学镀金属的第一层，与所述光纤的所述玻璃区段相接触，以提供所述光纤的导电区段；
把所述导电区段连接到电镀槽的阴极以形成与所述第一层相接触的电镀的第二金属层以提供所述光纤的电镀区段；以及
涂敷覆盖在所述第二金属层上的外金属层以形成金属化区段，它对所述外金属层到衬底上形成的焊接头具有足够的强度，且此后，在所述金属化区段中没有形成破裂的情况下，在熔融和固体状态之间，所述焊接接头继续存在至少15次焊料软熔循环。
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