KR100282090B1 - 광 아이솔레이터 제조방법 - Google Patents

Abstract

대량의 금속피막처리를 행할 수가 있고, 신뢰성이 높은 납땜접착이 가능한 고품질의 광 아이솔레이터를 대량생산하는 방법을 제공하기 위해, 광학재료블록(1)의 표면에 복수개의 광학소자를 잘라내기 위한 절단 예정선을 따라, 절단치보다 큰 홈폭을 가지는 긴 홈(2)을 설치한 후, 반사 방지막과 금속피막(3)을 형성하고, 이 긴 홈(2)을 따라 절단하여 광학소자(5)를 제작한다.

Description

[발명의 명칭]

광 아이솔레이터 제조방법

[기술분야]

본 발명은 광통신, 광계측 등에 사용되는 패러데이효과를 이용한 광 아이솔레이터의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 내환경성이 우수한 광 아이솔레이터의 제조방법에 관한 것이다.

[배경기술]

최근들어, 반도체 레이저를 광원으로 한 광통신 시스템이나, 반도체 레이저를 사용한 광 응용기기가 광범위하게 이용되고 있으며, 그 용도나 규모가 점점 확대되고 있다.

이러한 광통신 시스템이나 광 응용기기의 정밀도나 안전성을 향상시키기 위해, 반도체 레이저의 귀환광을 제거할 목적으로, 광 아이솔레이터가 사용되고 있다.

상기 광 아이솔레이터는 편광자, 검광자, 패러데이 회전자로 이루어진 광학소자와, 자계발생용의 영구자석 및 이들을 고정ㆍ보호하기 위한 홀더로 구성되어 있다.

종래에는, 각 광학소자와 홀더 사이를 고정ㆍ접착시키기 위한 방법으로서 유기접착제가 사용되어 왔으나, 장기간에 걸친 접착력의 안정성이 결여되어 있고, 특히, 온도 및 습도 등의 환경변화에 의해 특성이 열화되었다.

이 때문에, 광통신용 중계기 등과 같이, 장기간에 걸친 고도의 신뢰성이 요구되는 광 아이솔레이터에는, 종래의 유기접착제에 의한 고정법을 대신하여, 금속융착법에 의해 제작된 광 아이솔레이터가 제안되어 있다.

이 금속융착법에 의한 접착ㆍ고정법은, 가스ㆍ터빈ㆍ블레이드, 마그네트론이나 마이크로파 전자관의 진공창, 고출력ㆍ고주파의 전파(傳播)송신관등의 광범위한 용도에 응용되고 있는, 실용화된 기술이다. 그리고, 광 아이솔레이터에 있어서는, 광학소자의 적어도 광선투과부분을 제외한 주변부에 금속융착고정용의 금속피막 처리층을 형성하고, 납땜에 의해 홀더와 광학소자를 접합시키고 있다.

상기 금속피막 처리층의 형성에 이용되는 재료는 피접착재료에 따라 다소 달라진다. 일반적으로는, 기초층으로서, 밀착력의 확보를 위해 Cr, Ta, W, Ti, Mo, Ni 또는 Pt로 이루어진 층, 혹은 상기 금속 중 적어도 1종류를 포함하는 합금으로 이루어진 층이 형성되어 있다. 또, 최상표면층에는, Au, Ni, 또는 Pt 등이 사용되고 있다. 그리고, 기초층과 최상표면층 간에, 중간층으로서 Ni, Pt등이 형성되는 경우도 있다.

또, 융착금속으로서는, Au-Sn합금, Pb-Sn합금, Au-Ge합금 등의 땜납재료나 각종 납부재가 사용되어지나, 밀착강도가 크고, 융착온도도 비교적 낮은 Au-Sn합금을 이용한 납땜이 밀착강도 및 작업성의 면에서 우수하기 때문에, 금속융착 고정용 재료로서 바람직하다.

상기한 금속피막 처리층의 형성방법으로서는, 도금법에 의한 습식공정 및 진공증착법, 스퍼터링법 등의 건조공정이 알려져있다. 이 중에서, 광학소자의 광학표면 또는 반사방지막에 손상이 발생하거나, 먼지 등이 부착되는 것을 방지하기 위해, 건조공정이 많이 이용된다.

그러나, 진공증착법 또는 스퍼터링법에 의해, 금속피막을 형성하는 경우, 대량생산성에 중대한 문제가 있었다. 즉, 종래의 금속피막 처리방법에서는, 광학소자 1개분의 사이즈로 절단하여, 제 1 도에 도시한 바와 같이, 금속마스크(7)에 의해, 광학소자(5)의 광투과부분을 마스킹하고, 마스킹되어 있지 않은 부분에만 금속피막이 형성되도록 광학소자(5)와 금속마스크(7)를 대용홀더(6)와 지그(8)에 의해 고정하고, 진공증착법 또는 스퍼터링법의 건조공정에 의해 금속피막을 제작하였다.

이 때, 광학소자를 세정하여, 지그에 1개씩 세팅하기 위해, 대단히 많은 공정이 필요하며, 대량의 광학소자를 금속피막 처리하기가 곤란하였다.

따라서, 대량생산을 위해, 제 2 도에 도시한 바와 같이, 수십개분의 광학소자(5)를 잘라 반출시킬 수 있는 크기의 광학재료 블록(1)에, 반사 방지막(도시생략)을 형성한 후에, 금속피막(3)을 형성하고, 그런 다음, 도면에서 점선으로 나타낸 바에 따라 절단하였다. 단, 도면에서는 광학소자 1개에 대해서만 도시하였다. 그러나, 절단후 또는 납땜접착후에 접착부분이 벗겨져, 충분한 접착강도를 가지지 못하는 경우가 많이 발생하여, 원료에 대한 제품의 비율이 나빠지고, 결과적으로 생산성의 향상을 도모하지는 못하였다.

따라서, 본 발명은, 대량의 금속피막 처리가 가능하고, 신뢰성이 높은 납땜접착이 가능하고, 동시에 대량생산이 가능한 고품질의 광 아이솔레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

본 발명에 의하면, 자를수 있는 크기의 복수의 광학소자를 구비한 광학재료 블록의 절단예정선을 따라. 미리 홈을 형성하여 둔 다음, 반사방지막 및 광학소자와 홀더와의 금속융착 접합을 위한 금속피막을 형성하고, 상기 홈보다도 절단폭을 좁게하여 절단함으로써, 간단한 공정으로 금속피막처리를 실시한 광학소자를 대량으로 제작할 수가 있고, 내환경성이 우수하며, 고성능의 광 아이솔레이터를 얻을 수가 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도(a) 및 (b)는 종래의 금속피막처리방법을 개략적으로 설명하기 위한 사시도 및 단면도.

제2도는 종래의 광학소자 제작방법을 개략적으로 나타낸 설명도.

제3도(a) 및 (b)는 납땜접합후의 벗겨진 상태를 설명하기위해 모식적으로 나타낸 단면도 및 평면도.

제4도(a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예의 공정을 개략적으로 나타낸 설명도로서, (a)는 광학재료 블록에 긴 홈을 형성한 상태를 나타내며, (b)는 금속피막을 형성한 상태를 나타내며, (c)는 절단하는 상황을 나타내며, (d)는 절단된 후의 개개의 광학소자의 단면을 나타내고 있다.

제5도는 납땜접합의 밀착강도 시험방법을 개략적으로 나타낸 설명도.

[발명을 실시하기 위한 최적의 형태]

본 발명자들은, 대형의 광학재료블록의 표면에, 광학소자 복수개분의 면적에 금속피막을 형성하고, 개개의 광학소자의 크기로 절단한 후, 납땜ㆍ접착시킨 시료 중에서, 금속피막이 벗겨진 경우에 있어서 벗겨진 부분의 파단면을 상세하게 관찰한 바, 제 3 도(a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 벗겨진 부분(15)은 금속피막(3)으로부터가 아니라, 금속피막의 바로 아래, 즉, 부호14로 나타낸 광학소자의 내부로부터 발생된다는 것을 알아내었다. 따라서, 벗겨지는 원인은, 절단시에 있어서, 절단용 블레이드와 금속피막을 통해 광학소자와의 사이에 발생하는 열 및 기계적인 충격에 의해, 광학소자에 강한 스트레스가 발생하기 때문이라고 생각된다.

따라서, 금속피막을 형성한 후에 광학소자를 절단할 경우에는, 절단시의 열 및 기계적인 충격이 광학소자에 영향을 미치지 않도록, 절단위치를 금속피막으로부터 분리시키면 된다.

이상과 같은 결론에 따라, 제 4 도(a)에 도시한 바와 같이, 광학재료블록(1)에 미리 절단위치를 따라 긴 홈(2)을 형성해 둔다음, 제 4 도(b)에 도시한 바와 같이, 반사 방지막(도시생략) 및 금속피막(3)을 형성한다.

그런다음, 제 4 도(c)에 도시한 바와 같이, 상기한 긴 홈(2)의 홈폭보다 절단폭(4)이 작은 블레이드를 사용하여, 블레이드와 금속피막(3)이 접촉하지 않도록 절단하여 (2개의 점으로 둘러싼 사선부분 중, 그림자를 붙인 부분), 제 4 도(d)에 도시한 바와 같이, 개개의 소자를 얻는다.

이상에서 설명한 공정에 의해, 금속피막의 바로 아래에 위치한 광학소자에 발생하는 스트레스를 최소한으로 억제할 수가 있으며, 납땜접착후에도 광학소자가 벗겨지는 일이 없어진다.

이하, 도면을 참조하여 본발명의 실시예를 상세히 설명한다.

[실시예]

제 4 도(a)에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 11.0 ×11.0 ×1.0(mm)의 루틸 단결정(광학재료블록: 1)에 폭330㎛ ×깊이350㎛인 긴 홈(2)을 1.82mm의 피치로 4개씩 격자형상을 이루도록 총 8개를 형성하고, 광학소자 25개를 얻기 위한 홈 형성가공을 실시하였다. 그런다음, 제 4 도(b)에 도시한 바와 같이, 반사 방지막 및 금속피막(3)을 형성하였다. 단, 제 4 도(a) 및 제 4 도(b)는, 9개의 광학소자에 대하여 도시하고 있다. 이 후, 제 4 도(c)에 도시한 바와 같이, 절단폭(4)이 200㎛인 블레이드로 홈의 중심을 절단하여, 제 4 도(d)에 도시한 바와 같이, 25개분의 금속피막이 부착된 구경이 1.6mm인 광학소자(5)를 제작하였다.

[비교예]

실시예에 있어서, 격자형상의 홈을 형성하지 않고, 반사방지막 및 금속피막을 형성하고, 절단폭이 200㎛인 블레이드로 절단하여, 25개분의 구경이 1.6mm인 광학소자를 제작하였다.

실시예 및 비교예의 금속피막이 부착된 광학소자에 대하여, 금도금처리가 실시된 스텐레스제의 홀더와 납땜접착을 행한 후, 광학소자와 홀더의 밀착력 시험을 행한 바, 표1과 같은 결과를 얻었다. 또한, 밀착력시험의 시험방법은, 제 5 도에 도시한 바와 같이, 홀더(9)를 지지대(12)에 고정시키고 광학소자(5)에 하중을 가한 후, 벗겨졌을 때의 하중을 푸쉬-풀 게이지(13)로 판독하여, 밀착력을 알아보았다.

표 1로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예는, 밀착력이 커서, 모두 1kg 이상의 양호한 품질인 것을 알 수가 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는, 홈 가공용의 블레이드와 절단가공용의 블레이드를 별도로 준비하였으나, 하나의 블레이드를 사용하여, 상기의 홈형성가공 및 절단가공을 실시할 수도 있다. 즉, 홈 형성가공시에는 1개의 홈에 대하여, 피치를 어긋나게 하여 복수회에 걸쳐 블레이드를 통과시키고, 절단시에는 블레이드를 1회만 통과시키면 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서는, 제 3 도(c)에 도시한 바와 같이, 긴 홈(2)의 단면형상을 직사각형으로 하였으나, 절단시에 블레이드와 광학재료블록에 의한 열적ㆍ기계적 충격을 직접 받지않으면 되며, 삼각형, 사다리꼴 등의 다각형이나 반원형, 또는 타원형이어도 좋다.

또한, 광학재료블록의 양면에 금속피막을 형성할 경우에는, 사전에 양면에 긴 홈을 형성하면 되며, 본 발명의 실시예에 특별히 제한되지 않는다.

이상, 서술한 바와 같이, 본발명에 의하면, 광학소자에 사전에 긴 홈을 형성함으로써, 대량의 금속피막처리가 가능해지고, 신뢰성이 높은 납땜접착이 가능해지므로, 고품질의 광 아이솔레이터를 대량생산 할 수가 있다.

[산업상이용가능성]

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 광 아이솔레이터의 제조방법에서는, 광통신, 광계측 등에 사용되는 패러데이 효과를 이용한 광 아이솔레이터를 대량으로 제조할 수가 있고, 이 아이솔레이터는 높은 신뢰도를 가지며, 특히, 내환경성도 우수하여, 각종 광 아이솔레이터에 적용할 수가 있다.

Claims (1)

1. 자를 수 있는 크기의 복수의 광학소자로 구성된 광학재료 블록의 표면에, 절단예정선을 따라 미리 긴 홈을 형성한 다음, 반사 방지막 및 홀더와의 금속융착 접합을 위한 금속피막을 형성하고, 상기 긴 홈의 홈폭보다 좁은 절단폭으로 절단하는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터 제조 방법.