DE3638595A1

DE3638595A1 - Hermetically sealed optical fibre bushing

Info

Publication number: DE3638595A1
Application number: DE19863638595
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Phys Rossberg
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1988-05-26

Abstract

In order to avoid metallisation of the bare optical fibre (7) which has been required hitherto before the soldering of the optical fibre (7) into a metal sleeve (3) of the optical fibre bushing (1), the wall of the receptacle bore (6) in the metal sleeve (3) is provided over part of its length with a non-solderable coating. The said coating can be a solder resist or consist of an oxidised wall surface. A further solution provides for a recess which partially exposes the receptacle bore (6) of the metal sleeve (3) and can be constructed for example as a slot or as a cut-out which reduces the cross-section of the metal sleeve (3). Both solutions cause the solder (11) to shrink tightly onto the bare optical fibre (7) as it hardens. The junction of this part of the soldered joint with the other part in which the wall of the bore is wetted with solder (11) forms the hermetic seal. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Glasfaser-Durchführung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Ausführung.The invention relates to a glass fiber implementation of the Preamble of claim 1 designated in more detail Execution.

Derartige Durchführungen werden beispielsweise in der optischen Nachrichten-Übermittlungstechnik verwendet, insbesondere für hermetisch dicht verschlossene Gehäuse von elektrooptischen oder optoelektrischen Bauelementen, die gegen Umwelteinflüsse geschützt sein müssen.Such implementations are for example in the optical communication technology used especially for hermetically sealed housings of electro-optical or opto-electrical components, that must be protected against environmental influences.

Zum Fixieren der blanken Glasfaser wird vorzugsweise Metallot verwendet, das eine höhere Temperaturbeständigkeit hat als Kleber. Außerdem verhindert es das bei Kleberfixierung manchmal auftretende Kriechen der Glasfaser und es ist feuchtigkeitsdicht. Wie der aus den Druckschriften DE-OS 27 21 991 und DE-OS 30 46 415 bekannte Stand der Technik lehrt, ist es jedoch erforderlich, die Glasfaser vor dem Einlöten zu metallisieren. An die Metallisierung werden dabei verschiedene Qualitätsansprüche gestellt. Einerseits muß sie auf der Glasfaser sehr gut haften. Andererseits muß die Metallisierung gut lötbar sein. Gute Haftung setzt voraus, daß die Faseroberfläche sehr sauber ist. Um dies zu erreichen, muß die Oberfläche sorgfältig gereinigt werden, was meist in mehreren alternativen Verfahrensschritten vorgenommen wird. Wie z.B. Tauchen der Glasfaser in heiße Schwefelsäure mit nachfolgendem Spülen in deionisiertem Wasser und anschließendem Trocknen. Oder chemisches Anätzen der Glasfaser in Flußsäure mit anschließendem Spül- und Trocknungsvorgang.To fix the bare glass fiber is preferred Metallot used the higher one Has temperature resistance as an adhesive. Furthermore it sometimes prevents this with adhesive fixation occurring creep of the fiber and it is moisture proof. Like the one from DE-OS 27 21 991 and DE-OS 30 46 415 known prior art teaches, however, it is necessary to opt the fiber before Solder to metallize. At the metallization different quality requirements. On the one hand, it has to adhere very well to the glass fiber. On the other hand, the metallization must be easy to solder. Quality Adhesion presupposes that the fiber surface is very clean is. To achieve this, the surface must be carefully to be cleaned, which is mostly in several alternatives Process steps are made. Such as. Diving the glass fiber in hot sulfuric acid with subsequent Rinse in deionized water and then Dry. Or chemical etching of the glass fiber in Hydrofluoric acid followed by rinsing and drying.

Da aber gut haftende Schichten meist nicht oder nur schlecht lötbar sind, müssen mehrere Metallschichten entweder nacheinander oder gleichzeitig als Mischung aufgebracht werden. Dies kann im Vakuum durch Aufdampfen oder Sputtern geschehen oder naßchemisch vorgenommen werden. Hierzu sind Geräte und Vorrichtungen sowie Mittel erforderlich, die zwar bei der Fertigung von Glasfaser-Durchführungen zur Verfügung stehen, jedoch nicht im Feld. Das bedeutet aber, daß Glasfasern an Montageorten von optischen Übermittlungseinrichtungen praktisch nicht metallisiert und demzufolge nicht gelötet werden können.However, layers that adhere well usually do not or only are difficult to solder, several layers of metal must be used either one after the other or simultaneously as a mixture be applied. This can be done by vacuum evaporation or sputtering done or carried out wet chemical will. For this purpose, devices and devices as well as means required, although in the manufacture of Fiber optic feedthroughs are available, however not in the field. But that means that glass fibers are on Installation locations of optical transmission devices practically not metallized and therefore not soldered can be.

Selbst in der Fertigung treten beim Metallisieren von Glasfasern noch Probleme auf, da die Faser insbesondere an der Grenze von unbehandelter zu behandelter Oberfläche oder am Übergang zur Metallisierung hin leicht brechen kann. Außerdem wurde festgestellt, daß die Metallisierung dazu neigt, sich beim Löten aufzulösen, wodurch die Haftung gemindert wird oder gänzlich verlorengeht. Daher kann es beim Erkalten des flüssigen Lotes in der Metallhülse dazu kommen, daß sich das Lot von der Glasfaser löst und feine Kapillaren hinterläßt. Die Verbindung ist dann nicht hermetisch dicht. Außerdem kann die Faser bei Zugbeanspruchung aus dem Lot herausgleiten.Even in manufacturing, when metallizing Glass fibers still pose problems because of the fiber in particular on the border from untreated to treated surface or break slightly at the transition to metallization can. It was also found that the metallization tends to dissolve when soldering, causing the Liability is reduced or completely lost. Therefore it can occur when the liquid solder cools down in the Metal sleeve come that the solder from the Glass fiber loosens and leaves fine capillaries. The The connection is then not hermetically sealed. Besides, can the fiber will slide out of the solder under tensile stress.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hermetisch dichte Glasfaser-Durchführung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die mit geringerem Aufwand gefertigt werden kann, eine hohe Dichtigkeit aufweist und notfalls im Feld herstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen konstruktiven Maßnahmen gelöst. Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Patentanspruch 6 angegeben. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes gemäß den Patentansprüchen 1 und 6 sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The invention is therefore based on the object hermetically sealed glass fiber feedthrough according to Preamble of claim 1 to create the less effort can be made, a high Has tightness and can be produced in the field if necessary is. This object is achieved by the im characteristic part of this claim constructive measures solved. Another solution to the the object underlying the invention is in Claim 6 specified. Appropriate configurations of the subject according to claims 1 and 6 can be found in the subclaims.

Mit der Erfindung sind verschiedene Vorteile erzielbar. Bei der Glasfaser ist kein Metallisieren mehr notwendig. Die zuvor erforderlichen aufwendigen Reinigungsprozesse entfallen. Die Durchführung weist einen hohen und zuverlässigen Dichtigkeitsgrad auf, welcher selbst bei der Herstellung von Durchführungen im Feld erreicht wird. Weitere Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.Various advantages can be achieved with the invention. Metallizing is no longer necessary with glass fibers. The previously required complex cleaning processes omitted. The implementation has a high and reliable degree of tightness, which even at the production of bushings in the field. Further advantages are in the description below specified.

Die Erfindung wird nun anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will now be described in the drawings illustrated embodiments explained in more detail.

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer in der Öffnung einer Gehäusewand befestigten hermetisch dichten Glasfaser-Durchführung, teilweise längsgeschnitten; FIG. 1 is a section of an opening in a housing wall of the hermetically sealed glass fiber bushing fastened, partly in longitudinal section;

Fig. 2 einen Ausschnitt der zum Einlöten einer Glasfaser vorbereiteten Metallhülse, im Längsschnitt; Figure 2 shows a section of the prepared for soldering of a glass fiber metal sleeve, in longitudinal section.

Fig. 3 das mit einer Ausnehmung versehene Vorderteil einer Metallhülse, in perspektivischer Ansicht; Figure 3 shows the recessed front part of a metal sleeve in a perspective view.

Fig. 4 das Metallhülsen-Vorderteil der Fig. 3, im Längsschnitt; Fig. 4 shows the metal sleeve front part of Figure 3, in longitudinal section.

Fig. 5 das Vorderteil einer Metallhülse mit einer in der Form abgewandelten Ausnehmung, in perspektivischer Ansicht; Figure 5 shows the front part of a metal sleeve with a recess modified in shape, in a perspective view.

Fig. 6 das Metallhülsen-Vorderteil der Fig. 5, im Längsschnitt. Fig. 6, the metal sleeve front part of Fig. 5, in longitudinal section.

In Fig. 1 steckt die hermetisch dichte Durchführung 1 in der Öffnung, z.B. einer Gehäusewand 2, an der sie ebenfalls hermetisch dicht befestigt ist. Die Durchführung besteht aus einer Metallhülse 3 mit darin fixierter Lichtleitader 4. Das Vorderteil 5 der Metallhülse 3 enthält eine im Durchmesser relativ kleine Aufnahmebohrung 6 für die blanke Glasfaser 7 und der rückwärtige Hülsenteil 8 eine im Durchmesser größere Bohrung 9 zur Aufnahme eines Teiles der vollständigen Lichtleitader 4.In Fig. 1, the hermetically sealed bushing 1 is in the opening, for example a housing wall 2 , to which it is also hermetically sealed. The bushing consists of a metal sleeve 3 with a light guide wire 4 fixed therein. The front part 5 of the metal sleeve 3 contains a relatively small diameter bore hole 6 for the bare glass fiber 7 and the rear sleeve part 8 has a larger diameter hole 9 for receiving a part of the complete optical fiber 4th

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Durchführung 1 wird nach Herstellung der Metallhülse 3 die Wandung einer Teillänge der Aufnahmebohrung 6 mit einem nicht lötbaren Überzug 10 versehen. Dieser beispielsweise aus Lötstopplack oder einer oxydierten Oberfläche der Bohrungswandung bestehende Überzug 10 kann je nach Zweckmäßigkeitserwägungen entweder im vorderen Teil oder im rückwärtigen Teil der Aufnahmebohrung 6 angeordnet sein.In the in Fig. 1 and 2 illustrated embodiment, the grommet 1 of the metal shell 3 is provided, the wall of a partial length of the receiving bore 6 with a non-solderable coating 10 after manufacture. This made for example of solder resist or an oxidized surface of the bore wall coating 10 may be disposed as appropriate considerations in either the front part or in the rear part of the receiving bore. 6

In die nun mittels Temperieren zum Löten vorbereitete Metallhülse wird die zuvor mit üblichen Mitteln von der äußeren Umhüllung und dem Primärcoating befreite Glasfaser 7 hindurchgeführt und im Lötbad gelötet. Nach der Badentnahme kühlen Metallhülse 3 und Lötstelle ab, wobei das erstarrende Lot 11 im Bereich des unbenetzt gebliebenen Überzugs 10 auf die blanke Glasfaser 7 schrumpft und diese hermetisch dicht umschließt. Im überzugsfreien Bereich der Aufnahmebohrung 6 löst sich das Lot 11 beim Erstarren von der Glasfaser 7 und verbindet sich hermetisch fest mit der benetzten Bohrungswandung. Auf diese Weise bildet der Übergang von einem zum anderen Lötstellenbereich eine hermetische Abdichtung zwischen Metallhülse 3 und Glasfaser 7, die wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf einer Teillänge torsionsfrei und fest im Lot 11 sitzt. Bei einer unzulässigen Zugbeanspruchung bricht sie nicht innerhalb oder an der Lötstelle, sondern irgendwo entfernt davon. Zur Vermeidung der Übertragung von unbeabsichtigter Zugbeanspruchung auf die Glasfaser 7 wird die Lichtleitader 4 in die rückwärtige Bohrung 9 eingeklebt und/oder mittels eines den rückwärtigen Hülsenteil 8 umfassenden Schrumpfschlauches 13 an der Metallhülse 3 befestigt.The glass fiber 7 , which was previously freed of the outer covering and the primary coating by conventional means, is passed into the metal sleeve, which is now prepared for tempering, and is soldered in the solder bath. After the bath has been removed, the metal sleeve 3 and the soldering joint cool down, the solidifying solder 11 shrinking in the area of the coating 10 that has not been wetted onto the bare glass fiber 7 and enclosing it hermetically. In the coating-free area of the receiving bore 6 , the solder 11 detaches from the glass fiber 7 during solidification and connects hermetically to the wetted bore wall. In this way, the transition from one to the other solder joint area forms a hermetic seal between the metal sleeve 3 and the glass fiber 7 , which, due to the different thermal expansion coefficients, sits torsion-free and firmly in the solder 11 over a part length. In the event of an impermissible tensile stress, it does not break inside or at the soldering point, but somewhere away from it. In order to avoid the transmission of unintentional tensile stress to the glass fiber 7 , the optical fiber 4 is glued into the rear bore 9 and / or fastened to the metal sleeve 3 by means of a shrink tube 13 comprising the rear sleeve part 8 .

Andere Ausführungsbeispiele von Metallhülsen 3, die beim Erkalten der Lötstelle ein Aufschrumpfen des Lotes 11 auf die blanke Glasfaser 7 gewährleisten, sind in den Fig. 3 bis 6 dargestellt. Um eine vollständige Benetzung der Bohrungswandung mit Lot 11 zu verhindern, ist hier anstelle des nicht lötbaren Überzuges ein Teil der Wandung entfernt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Metallhülse 3 im Vorderteil 5 mit einer die Aufnahmebohrung 6 teilweise freilegenden Ausnehmung 12 versehen wird. Weil die hier freiliegende Glasfaser 7 beim Einlöten auf dem flüssigen Lot 11 schwimmen würde, muß sie bis zum Erstarren des Lotes niedergehalten werden.Other exemplary embodiments of metal sleeves 3 , which ensure that the solder 11 shrinks onto the bare glass fiber 7 when the solder joint cools, are shown in FIGS. 3 to 6. In order to prevent complete wetting of the bore wall with solder 11 , part of the wall is removed here instead of the non-solderable coating. This is achieved in that the metal sleeve 3 is provided in the front part 5 with a recess 12 partially exposing the receiving bore 6 . Because the glass fiber 7 exposed here would float on the liquid solder 11 when it was soldered in, it must be held down until the solder solidifies.

Hierdurch wird ebenfalls erreicht, daß das Lot 11 im Bereich der Ausnehmung 12 die blanke, nicht metallisierte Glasfaser 7 hermetisch dicht umschließt. Im ausnehmungsfreien Bereich der Aufnahmebohrung 6 ist das Lot 11 dagegen primär mit der Bohrungswandung hermetisch dicht verbunden.This also ensures that the solder 11 hermetically seals the bare, non-metallized glass fiber 7 in the region of the recess 12 . In the recess-free area of the receiving bore 6, however , the solder 11 is primarily hermetically sealed to the bore wall.

Die Ausnehmung 12 kann z.B. ein sich in Axialrichtung der Aufnahmebohrung 6 erstreckender Schlitz mit parallelen oder V-förmig zueinander stehenden Seitenwänden sein oder auch aus einem den Querschnitt der Metallhülse 3 reduzierenden Anschnitt bestehen. Die Ausnehmung 12 kann sowohl am vorderen Ende der Metallhülse 3 beginnen als auch so im weiter zurückliegenden Bereich des Vorderteiles 5 angeordnet sein, daß vorn ein unversehrter Hülsenabschnitt vorhanden ist. Die Enden 14 der Ausnehmung 12 können dabei durch eine gekrümmte, schräge oder senkrecht zur Hülsenachse verlaufende Fläche 14 begrenzt sein.The recess 12 can be, for example, a slot extending in the axial direction of the receiving bore 6 with parallel or V-shaped side walls, or it can also consist of a cut that reduces the cross section of the metal sleeve 3 . The recess 12 can both start at the front end of the metal sleeve 3 and be arranged in the further back region of the front part 5 in such a way that an undamaged sleeve section is present at the front. The ends 14 of the recess 12 can be delimited by a curved, oblique or perpendicular surface 14 to the sleeve axis.

Claims

1. Hermetically sealed implementation of a glass fiber through a metal sleeve in which the fiber is fastened in a receiving bore by soldering, characterized in that the wall of a partial length of the receiving bore ( 6 ) has a non-solderable coating ( 10 ) and that the solder ( 11 ) hermetically encloses the bare, non-metallized fiber ( 7 ) in the area of the non-solderable partial length of the receiving bore ( 6 ), whereas in the area of the solderable partial length of the receiving bore ( 6 ) it is firmly connected to the wall thereof.

2. Hermetically sealed bushing according to claim 1, characterized in that the coating ( 10 ) covers the wall of the front part of the receiving bore ( 6 ).

3. Hermetically sealed bushing according to claim 1, characterized in that the coating ( 10 ) covers the wall of the rear part of the receiving bore ( 6 ).

4. Hermetically sealed implementation according to claim 1 to 3, characterized in that the coating ( 10 ) consists of solder resist.

5. Hermetically sealed bushing according to claim 1 to 3, characterized in that the coating ( 10 ) consists of an oxidized surface of the receiving bore ( 6 ).

6. Hermetically sealed passage of a glass fiber through a metal sleeve in which the fiber is fastened in a receiving bore by means of soldering, characterized in that the metal sleeve ( 3 ) has a recess ( 12 ) partially exposing the receiving bore ( 6 ) and that the solder ( 11 ) hermetically encloses the bare, non-metallized fiber ( 7 ) in the region of the recess ( 12 ), whereas it is firmly connected to the wall of the receiving bore ( 6 ) in the recess-free region.

7. Hermetically sealed bushing according to claim 6, characterized in that the recess ( 12 ) in the front part of the receiving bore ( 6 ) containing the metal sleeve ( 3 ) is arranged.

8. Hermetically sealed bushing according to claim 6, characterized in that the recess ( 12 ) in the rear part of the receiving bore ( 6 ) containing the metal sleeve ( 3 ) is arranged.

9. Hermetically sealed bushing according to claim 6 to 8, characterized in that the recess ( 12 ) is a slot extending in the axial direction of the receiving bore ( 6 ).

10. Hermetically sealed bushing according to claim 6 to 8, characterized in that the recess ( 12 ) consists of a gate reducing the cross section of the metal sleeve ( 3 ).