DE3628391A1

DE3628391A1 - Gasdichte gehaeusedurchfuehrung fuer einen quarzglaslichtwellenleiter und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3628391A1
Application number: DE19863628391
Authority: DE
Inventors: Lothar Ing Grad Staudigel; Edgar Dipl Phys Weidel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-08-21
Filing date: 1986-08-21
Publication date: 1988-02-25

Description

Die Erfindung betrifft eine gasdichte Gehäusedurchführung für einen Quarzglas-Lichtwellenleiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Gehäusedurchführung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

In der optischen Nachrichtentechnik werden für faseropti sche Bauelemente, z. B. Koppler und/oder Empfangselemente, möglichst hermetisch dichte Durchführungen für Lichtwel lenleiter, z. B. Monomode-Lichtwellenleiter, benötigt, da Umwelteinflüsse, z. B. Feuchtigkeit, Staub und/oder korro sive Gase, die Funktionsweise der Bauelemente verschlech tern können oder diese sogar zerstören.

Diese Nachteile sind vermeidbar mit Hilfe von Gehäuse durchführungen für Lichtwellenleiter aus Glas, insbeson dere aus Quarzglas, bei denen der Lichtwellenleiter im wesentlichen gasdicht in die Gehäusewand eingelötet wird. Eine derartige Gehäusedurchführung ist z. B. aus der DE-OS 32 44 867 bekannt. Gemäß der dort beschriebenen Anordnung wird in eine lötbare Gehäusewand zunächst eine Durchgangs bohrung gebohrt. In diese wird anschließend ein Rohrstück eingelötet, auf dessen einem Ende ein muffenförmiges Verbin dungsstück aufgesetzt wird. Dieses besitzt ein Innenloch, dessen Durchmesser unwesentlich größer ist als der Außen durchmesser des (Quarzglas-) Mantels des Lichtwellenlei ters. Es ist notwendig die Außenfläche des Mantels zumin dest auf einer bestimmten Länge zu metallisieren, so daß dort eine Lötverbindung herstellbar ist. Der Lichtwellen leiter wird nun so in das Verbindungsstück eingefädelt, daß der metallisierte Teil des Mantels mit dem Verbindungs stück verlötbar ist. Anschließend wird der Lichtwellen leiter mit dem Verbindungsstück und dieses mit dem Rohr stück verlötet, so daß die gasdichte Gehäusedurchführung entsteht.

Eine derartige Gehäusedurchführung ist nachteiligerweise lediglich in unwirtschaftlicher Weise herstellbar, denn es werden mehrere Teile benötigt, die miteinander verlötet werden müssen. Bestehen nun diese Teile aus einem Material, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient an denjenigen des Lichtwellenleiters angepaßt ist, so ist es im allgemeinen erforderlich, die zu verlötenden Bereiche mit lötbaren Me tallschichten zu überziehen, so daß ein Lötvorgang über haupt erst möglich wird. Die derart vorbereiteten Teile sind in kostenungünstiger Weise häufig lediglich durch Handarbeit verlötbar. Dabei wird das Lotmaterial im allgemeinen als Lotdraht zugeführt. Ein derartiges Verfahren ist unwirt schaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge mäße Gehäusedurchführung anzugeben, die aus möglichst ko stengünstig herstellbaren Teilen besteht, die insbesondere für eine kostengünstige Massenfertigung geeignet sind.

Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein zu verlässig und kostengünstig arbeitendes Verfahren zum Her stellen einer gattungsgemäßen Gehäusedurchführung anzugeben, das insbesondere für eine industrielle Massenfertigung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 6 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ledig lich ein einziger maschinell durchführbarer Lötvorgang er forderlich ist. Dieser ist kontrollierbar, so daß unvoll kommene Lötstellen, z. B. poröse Lötstellen, vermieden werden.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß bei einem Gehäuse mit mehreren Gehäusedurchführungen alle erforderlichen Lötver bindungen in kostengünstiger Weise gleichzeitig herstellbar sind.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß bei mehreren Gehäusen alle vorhandenen Gehäusedurchführungen gleichzeitig lötbar sind.

Ein vierter Vorteil besteht darin, daß für den Lötvorgang kein festes oder flüssiges Flußmittel benötigt wird, so daß ein anschließender Reinigungvorgang des Gehäuses entfällt. Es ist also von vornherein ausgeschlossen, daß in dem Ge häuse Flußmittelreste verbleiben, die möglicherweise zu einer störenden Korrosion der optischen Bauteile führen könnten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen Längsschnitte durch verschiedene Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt eine Gehäusewand 1, in der sich eine Durchgangs bohrung 2 befindet. Diese ist auf einer Seite trichterförmig erweitert und besitzt auf der anderen Seite eine Zentrier vertiefung 2′ Der kleinste Durchmesser der Durchgangsboh rung 2 beträgt z. B. 0,3 mm und richtet sich nach dem Außen durchmesser, z. B. 125 µm, des Mantels des Lichtwellenleiters 3, der Differenz, z. B. 0,1 mm, zwischen dem Innendurchmesser der Zentriervertiefung 2′ und dem Außendurchmesser eines Randes 4′ des Hohlkörpers 4, und der Viskosität des Lotmate rials 5 während des Lötvorganges. Es ist vorteilhaft, den kleinsten Durchmesser der Durchgangsbohrung 2 so zu wählen, daß während des Lötvorganges ein Abscheren des Lichtwellen leiters 3 vermieden wird und daß das Lotmaterial 5 in die Durchgangsbohrung 2 gepreßt wird ( Fig. 2).

In die Zentriervertiefung 2′ wird zunächst scheibenförmig Lotmaterial 5 gelegt und darauf der Hohlkörper 4, der einen Rand 4′ besitzt, so daß eine vorteilhafte großflächige Lotverbindung entsteht. Der Hohlkörper 4 besitzt außerdem ein sich verengendes Durchgangsloch 6, dessen kleinster Durchmesser, z. B. 0,2 mm, unwesentlich größer ist als der Außendurchmesser, z. B. 0,125 mm des Mantels des Lichtwellen leiters 3 und dessen größter Durchmesser, z. B. 3 mm, dagegen wesentlich größer ist. Der Lichtwellenleiter 3, dessen Kunststoff-Schutzschicht 3′ zum Teil entfernt wurde, wird in der dargestellten Weise in den Hohlkörper 4 gesteckt und dieser gegen die Gehäusewand 1 gepreßt, z. B. mit Hilfe einer Feder 7. Diese Anordnung wird nun in einem Ofen unter redu zierender Schutzgasatmosphäre, z. B. ein H₂-haltiges Gas, soweit erhitzt, z. B. auf ungefähr 300°C, daß das Lotmate rial, z. B. eine Legierung aus 80% Gold und 20% Zinn (Schmelzpunkt 280%), flüssig wird und die Gehäusewand 1, der Hohlkörper 4 und der Lichtwellenleiter 3 miteinander verlötet werden. Durch das reduzierende Schutzgas wird die Bildung einer störenden Oxidschicht vermieden, so daß für den Lötvorgang kein Flußmittel benötigt wird. Es ist weiter hin zweckmäßig, die Durchmesser der Bohrungen in Abhängig keit von der Viskosität des Lotmaterials so zu wählen, daß das flüssige Lotmaterial in die vorhandenen Zwischenräume fließt und daß eine möglicherweise vorhandene Oxidschicht mecha nisch aufgebrochen wird. Nach dem Lötvorgang entsteht eine Gehäusedurchführung gemäß Fig. 2. Der zwischen Lichtwellen leiter 3 und Hohlkörper 4 vorhandene Zwischenraum ist durch einen Kunststoff, z. B. Epoxydharz, ausfüllbar, so daß eine Zugentlastung und/oder ein mechanischer Knickschutz für den Lichtwellenleiter 3 entsteht.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besteht der Hohlkör per 4 aus einem trichterförmig gezogenem Blech, daß in dem Bereich des kleinsten Durchmessers des Durchgangsloches eine möglichst geringe Wandstärke, z. B. 30 µm besitzt. Dieses ermöglicht einen Ausgleich von möglicherweise vorhandenen mechanischen Spannungen nach dem Lötvorgang.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen der Hohlkörper 4 topfförmig ausgebildet ist und bei denen ein oder mehrere (Fig. 6) Lichtwellenleiter 3 einlötbar sind.

Werden bei allen Ausführungsbeispielen für die Gehäusewand und/oder den Hohlkörper Materialien, z. B. sogenanntes Vacon 11, verwandt, die zwar einen geeigneten thermischen Ausdeh nungskoeffizienten besitzen aber an sich nicht lötbar sind, so ist es zweckmäßig, zumindest die zu verlötenden Bereiche mit weich lötbaren Schichten, z. B. Ni und Au, zu beschichten. Dieses kann z. B. galvanisch erfolgen.

Claims

1. Gasdichte Gehäusedurchführung für einen Quarzglas- Lichtwellenleiter, bei welcher

- in einer Gehäusewand (1) eine Durchgangsbohrung (2) erzeugt wird,
- in die Durchgangsbohrung ein Hohlzylinder gasdicht einlötbar ist und
- in dem Hohlzylinder mindestens ein Quarzglas-Licht wellenleiter (3) gasdicht einlötbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß statt des Hohlzylinders ein Hohlkörper (4) gewählt ist,
- daß der Hohlkörper (4) mindestens ein sich verengen des Durchgangsloch (6) besitzt,
- daß der größte Durchmesser des sich verengenden Durchgangsloches (6) wesentlich größer gewählt ist als der Außendurchmesser des Quarzglas-Lichtwellen leiters (3),
- daß der kleinste Durchmesser des sich verengenden Durchgangsloches (6) unwesentlich größer als der Außendurchmesser des Quarzglasmantels des Quarzglas- Lichtwellenleiters (3) gewählt ist,
- daß der Hohlkörper (4) auf einer Seite einen Rand (4′ ) besitzt, dessen Außendurchmesser größer ist als der Durchmesser der Durchgangsbohrung in der Gehäuse wand (1), und
- daß der Hohlkörper (4) bezüglich der Durchgangsboh rung (2) in selbstzentrierender Weise mit der Gehäuse wand (1) gasdicht verlötbar ist.

2. Gasdichte Gehäusedurchführung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß in der Gehäusewand (1) zentrisch zu der Durchgangsbohrung (2) eine Zentriervertiefung (2′) angebracht ist, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Randes (4′) derart, daß vor dem Lötvorgang der Hohlkörper (4) mit dem Rand (4′) in die Zentriervertiefung (2′) einfügbar ist, so daß eine Selbstzen trierung erfolgt (Fig. 1 bis 3).

3. Gasdichte Gehäusedurchführung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (4′) an dem Ende des Hohlkörpers (4) vorhanden ist, an welchem sich der kleinere Durchmesser des Durchgangsloches (6) befindet (Fig. 1, 2).

4. Gasdichte Gehäusedurchführung nach einem der vorher hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl körper (4) trichterförmig ausgebildet ist und zumindest im Bereich des kleinsten Durchmessers des Durchgangsloches (6) eine Wandstärke besitzt, die einen Ausgleich mechani scher Spannungen ermöglicht, die durch den Lötvorgang entstehen (Fig. 3).

5. Gasdichte Gehäusedurchführung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl körper (4) topfförmig ausgebildet ist und daß in dem Boden des Hohlkörpers (4) mindestens ein Durchgangsloch vorhan den ist, in das mindestens ein Lichtwellenleiter (3) einlötbar ist (Fig. 4, 5).

6. Verfahren zum Herstellen einer gasdichten Gehäusedurch führung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Gehäusewand (1), der Hohlkörper (4) und der Lichtwellenleiter (3) unter Zwischenlage von Lotma terial (5) zusammengefügt und in dieser Lage gehalten werden,
- daß die Gehäusewand (1) und der Hohlkörper (4) durch eine Kraft, die zumindest während der Zeit eines nachfolgenden Lötvorganges wirkt, gegeneinander gepreßt werden und
- daß zumindest die Gehäusewand (1), der Hohlkörper (4) sowie der Lichtwellenleiter (3) gemeinsam in einer chemisch reduzierten Gasatmosphäre erhitzt werden, so daß ein gasdichter Lötvorgang erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verlötenden Flächen der Gehäusewand (1) und/oder des Hohlkörpers (4) derart ausgebildet werden, daß das dazwischen befindliche Lotmaterial während des Lötvorgan ges in eine vorherbestimmbare Richtung fließt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Lotmaterial ein Weichlot angewandt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasatmosphäre Wasserstoff verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand (1) und/oder der Hohlkörper derart ausgebildet wird (werden), daß das Lotmaterial während des Lötvorganges in Richtung des Lichtwellenleiters (3) gepreßt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lötvorgang der Hohlkörper (4) zumindest teilweise derart mit einem Kunststoffmaterial gefüllt wird, daß eine Zugentlastung und/oder ein Knickschutz für den Lichtwellenleiter (3) entsteht.