密封包裝及裝配方法

2023-08-04 12:59:46

專利名稱：密封包裝及裝配方法
技術領域：
本發明涉及一種密封包裝及其裝配方法。本發明尤其提供了一種用於纖維光學裝置的密封包裝。
包裝纖維光學裝置須要實現低成本，同時又要保持用於例如二十年以上的較長的工作壽命的高度可靠性。尤其重要的是，當纖維光纜進入裝置包裝時，要使該纖維光纜四周密封。鑑於這一點，需要密封，以便提供一種以防水分進入的良好的屏障，水分的進入會給包裝內的纖維光學裝置造成危害。
根據一種用於密封纖維光纜的方法，在纖維光纜與其支承管或套筒之間形成一種玻璃對金屬密封。這包括將纖維光纜的剝離部分局部加熱至大約500℃，以使精密焊料玻璃珠回流到適當的位置上，以形成密封。與此同時，必須使纖維外殼或外部護層保持在90℃以下，以免給該外層造成危害。控制回流輪廓是相當關鍵的，這是因為高度的應力集中會給光導纖維造成損害，並由此在使用中導致光線衰減。
根據另一種方法，在纖維光纜上塗上金屬(例如，鈦/鉑/黃金或鈦/鎢/黃金)，然後將該纖維光纜焊接至其支承管。這種方法包括用於包覆纖維的貴金屬鍍覆過程。而且還難以保持塗層附著在纖維上。另外，同上述第一種方法一樣，也需要加熱過程，這樣就會導致應力而使纖維光纜發生變形。
因此，雖然這些已知的方法確實能給予可靠的密封，但它們有著固有的裝配困難，而且包裝成本也較高。
根據本發明的一個方面，提供了一種密封結構，包括由抵禦水分進入的材料製成的外殼；在該外殼的一個端部定位在該外殼內的插入件，該插入件具有貫穿其中的孔；以及延伸通過該孔、且延伸到外殼的端部之外的光導纖維，其中，相應的粘結薄膜用於將插入件固定至外殼，以及將光導纖維固定至插入件。
根據本發明的另一個方面，提供了一種裝配密封包裝的方法，包括下列步驟a)將插入件插入到外殼的末端部分內，該插入件具有貫穿其中的孔；b)將光導纖維沿著外殼從其遠部引導通過孔；c)向光導纖維的遠部施加一定量的粘結劑；以及d)將光導纖維拉過外殼，籍此使粘結劑在插入件與外殼之間、以及孔與光導纖維之間流動，以便以此形成相應的密封。
要理解的是，在插入件與外殼之間、以及光導纖維與孔之間存在小間隙的情況下，粘結劑在毛細作用下流動。
根據本文中所描述的例子，可利用環氧樹脂來形成密封。於是，該樹脂可取代在以上概述的已知技術中所採用的焊料玻璃或金屬焊料，並因此無須再進行高溫加工。由於環氧樹脂鬆散的結構往往易於滲透水分、而且一般並不被認為是完全密封的，因而環氧樹脂提供適當的密封略有些出乎意料。然而，通過一方面在插入件與外殼之間、另一方面在光導纖維與插入件中的孔之間的界面處設置環氧樹脂薄膜，可建立充分密封。
為了更好地理解本發明，並且表示出本發明是如何帶來效果的，現將參照附圖藉助實例來進行描述，在這些圖中

圖1示出了一種包含光學裝置的包裝的局部剖視圖；圖2示出了處於第一裝配步驟期間的密套(ferrule)的剖視圖；圖3示出了處於第二裝配步驟期間的纖維光纜；圖4示出了沿著圖3中的箭頭IV的端視圖；圖5示出了中間裝配步驟；以及圖6示出了密套的最終結構。
圖1示出了一種用於光學裝置的包裝的局部剖視圖。由諸如金屬合金、像KOVAR(柯伐)(鎳/鐵/鈷)之類的材料製成的外殼2具有用於容納支承一完整的光學裝置6的陶瓷墊片(wafer)4的一部分2a。完整的光學裝置在絕緣墊片上可採用矽的形式，在該絕緣墊片上已形成單塊矽波導。外殼2還具有管狀的入口部分2b，它固定著密套8，該密套支承纖維光纜10，以使纖維光纜10的中心光導纖維12連接在完整的光學裝置6上。雖然圖1中未示出，但在外殼2上設有蓋子，以提供密封包裝。極為重要的是，該包裝必須要完全密封，尤其可抵禦水分的進入，這是因為水分的進入會給墊片上有源光學元件的界面造成危害。形成外殼的材料、例如KOVAR，提供了一種用於包裝自身的良好密封。但是，另外防止水分滲漏到包裝內也是很重要的。水分可能滲漏的一個地方是通過密套8自身，由於該密套固定著纖維光纜10，因而，原則上在纖維光纜與密套8的外殼之間存在著水分的進入通道。
這裡將描述一種用於將密套8以密封結構來進行裝配的技術，它大大減少了進入到包裝內的水分。首先，通過參照圖6中所示的最終結構來簡要地指出密套的主要構件。該密套8具有外殼14，在該外殼內設有帶有一狹小的中心孔18的插入件16，光導纖維12穿過該中心孔。外殼14在密套的另一端固定著纖維光纜10。該外殼14由諸如具有高密封性的金屬之類的物質所形成。插入件16可由例如陶瓷所製成。要注意的是，密套固定著光導纖維12的一部分，這個部分自密套延伸，以使其連接至圖1中完整的光學裝置6。光導纖維12的這個部分必須保持無塵及無其它外來物質，這樣光導纖維12才能有效地工作。圖6所示的最終結構的其它重要特點在下文中對裝配技術的描述之後將變得一目了然。但仍然要注意的是，在最終結構中，在插入件16與外殼14、以及插入件16與光導纖維12之間分別設有薄薄的環氧樹脂密封20，22。該薄薄的環氧樹脂密封可極佳地抵禦水分通過密套8進入到包裝2內。
現在將描述用於構造圖6所示密套的裝配技術。圖2示出了第一裝配步驟。將插入件16作為推入配合件(push-fit)插入到外殼14內。外殼14具有分級內徑24，插入件16的截頭錐面擱置於其上。插入件16具有延伸到中心孔18內的中心錐口(counter)孔26。
第二或並列裝配步驟是準備用於插入的纖維光纜10。圖4示出了纖維光纜10的結構。它包括由光覆層30所環繞的中心光芯28。該光覆層由第一和第二支承丙烯酸聚合層32所包覆，這兩層聚合層本身固定在保護緩衝層34之中。光覆層的直徑d1約為125微米，外丙烯酸塗層32的直徑d2約為250微米，而緩衝層34的外徑d3則約為900微米。外殼14的內徑約為1毫米。
剝離光導纖維的其中一段L上的丙烯酸聚合物塗層32，而在該段L上只留下光芯28和覆層30。在較小的一段l上只剝離緩衝層，而在纖維光纜10的剩餘部分上則保留緩衝層。諸如環氧樹脂之類的粘合劑在圖3所示的位置36處用於將緩衝層固定在丙烯酸聚合物塗層32上。這只是用來防止在緩衝層34與光導纖維的其餘部分之間的拉力所發生的滑動。可在裝配過程中任何方便的時間施加環氧樹脂36，但如本文中所示的，為方便起見，則是在裝配步驟之前施加，下面將結合圖5來描述該裝配步驟。
根據圖5，密套的裝配如下所述。將光導纖維12的段L插入密套的外殼14，並引導其穿過插入件16的中心孔18。一旦它已位於且穿過插入件16的中心孔18，則在剝離段L與丙烯酸塗覆段l之間的交接處施加少量的環氧樹脂38。當將纖維光纜10進一步推入密套外殼14時，環氧樹脂38頂靠住插入件16，並開始流入錐口孔26。由於毛細作用，環氧樹脂薄膜蔓延到插入件16與外殼14之間、以及光導纖維12與內孔18之間的界面內，如箭頭E所示。因此，通過施加一控制量的環氧樹脂，並將光導纖維12如此方式拉過外殼14，薄膜狀環氧樹脂密封被同時施加在插入件的四周和光導纖維的四周，如圖6中的標號20和22所示。
緩衝剝離丙烯酸聚合物的段l為介於整個剝離部分L與緩衝剝離部分l之間的界面剛好位於插入件16的錐口孔26之中。已發現，在裝置的使用期內，這對於抵禦纖維滲漏而言是一個絕佳的位置。還發現，設置保留其丙烯酸聚合物塗層32的光導纖維段l在此方面也是有利的。還要指出的是，上述技術留下了自密套伸出的、無環氧樹脂的光導纖維12的外側段部。
如本文中所述，插入件16是由陶瓷製成的。然而，要意識到的是，還可設置任何精密加工材料。中心孔18被精密加工成具有緊密的公差，以便與纖維光纜幾乎沒有間隙。在這個例子中，它被加工成具有126微米的內徑。
權利要求
1.一種密封結構，包括由抵禦水分進入的材料製成的外殼；在所述外殼的一個端部定位在該外殼內的插入件，所述插入件具有貫穿其中的孔；以及延伸通過所述孔、且延伸到外殼的所述端部之外的光導纖維，其中，相應的粘結薄膜用於將插入件固定至外殼，以及將所述光導纖維固定至插入件。
2.如權利要求1所述的包裝，其特徵在於，所述光導纖維固定在所述外殼的另一端部上，在該端部上，保護塗層環繞所述光導纖維、且鄰接所述外殼。
3.如權利要求2所述的包裝，其特徵在於，所述光導纖維的一部分延伸在所述插入件與由一層或多層中間支承層所包覆的保護塗覆部分之間。
4.如上述任何一項權利要求所述的包裝，其特徵在於，所述插入件包括與容納所述光導纖維的孔相通、以便於粘結劑在裝配期間進入的錐口孔。
5.如權利要求4所述的包裝，其特徵在於，設有所述至少一個中間環繞層的光導纖維的部分終止在所述錐口孔內。
6.如上述任何一項權利要求所述的包裝，其特徵在於，所述粘結劑為環氧樹脂。
7.如上述任何一項權利要求所述的包裝，其特徵在於，所述插入件相對於所述外殼是推入配合件。
8.一種裝配密封包裝的方法，包括下列步驟a)將插入件插入到外殼的末端部分內，所述插入件具有貫穿其中的孔；b)將光導纖維沿著所述外殼從其遠部引導通過所述孔；c)向所述光導纖維的遠部施加一定量的粘結劑；以及d)將所述光導纖維拉過所述外殼，籍此使所述粘結劑在所述插入件與外殼之間、以及所述孔與光導纖維之間流動，以便以此形成相應的密封。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，包括光導纖維的準備步驟剝離光纜的外層，以露出用於通過所述插入件的孔插設的光導纖維段。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述準備步驟包括完全剝離光導纖維段(L)的外層，以及局部剝離另一段(l)的保護外層、但在所述另一段上留下至少一個中間層。
全文摘要
提供了一種尤其適用於將光導纖維固定於包裝的密封結構。該結構包括:由抵禦水分進入的材料製成的外殼(14),定位在該外殼內、且具有孔(18)的插入件(16)和延伸通過該孔的光導纖維(12)。相應的粘結薄膜(20,22)用於將插入件固定至外殼,以及將光導纖維固定至插入件。還描述了一種用於裝配密封包裝的方法,該方法便於形成這些粘結薄膜。
文檔編號G02B6/38GK1308733SQ9980816
公開日2001年8月15日 申請日期1999年5月25日 優先權日1998年7月6日
發明者J·C·伊曼恩多爾, D·L·馬丁, A·P·科尼什 申請人:博克漢姆技術股份有限公司