專利名稱：光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)其內(nèi)將一個或多個如光導(dǎo)纖維那樣的光導(dǎo)件夾持在給定位置處的光導(dǎo)件-夾持結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明亦涉及光電件夾持結(jié)構(gòu)本身。
用于將每個均具有例如直徑約125μm的多個光導(dǎo)纖維固定的各種基片是公知的。通常一種夾持基片上均配置有將光導(dǎo)纖維固定于給定位置的如V形溝那樣的固定溝。在將例如16根光導(dǎo)纖維固定于固定基片后，就將此基片本身固定于另外的光學(xué)零件上。與此同時，每根光導(dǎo)纖維就被例如連接于一發(fā)光二極管、光接受件上，或以光學(xué)方式連接于別的光導(dǎo)纖維或桿透鏡上。
用作夾持基片的材料，如硅、光學(xué)玻璃、陶瓷等是公知的。而且對于硅制夾持基片來說用蝕刻方式來形成上述固定溝，若用玻璃或陶瓷做的，則用磨削方式來形成溝。
在任何種類的基片中，如果固定于基片上的光導(dǎo)纖維偏離其給定位置，就會增大此光導(dǎo)纖維與別的光導(dǎo)裝置間的光導(dǎo)損失，因此在加工光導(dǎo)纖維夾持基片上的固定溝時，要求不超過例如0.5μm的特高加工精度。光導(dǎo)纖維通常用樹脂粘結(jié)劑固定于V型槽中。
但是，令人擔(dān)心的是如果這樣的一種光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)的每根光導(dǎo)纖維均被連接于發(fā)光二極管或光接受件，會從樹脂粘結(jié)劑產(chǎn)生有機(jī)汽體，且會粘結(jié)于發(fā)光二極管的發(fā)光界面上，因而使其發(fā)光性能惡化。
為了避免產(chǎn)生上述問題，本發(fā)明人試驗(yàn)了一種用釬料將每根光導(dǎo)纖維固定于相應(yīng)溝中的技術(shù)。但是，由于現(xiàn)有的光導(dǎo)纖維通常有約125μm的直徑，而且在光導(dǎo)纖維與V形溝的表面之間有的間隙十分小，難以使釬料從夾持基片遠(yuǎn)端流入V形槽中并充滿該槽而不出現(xiàn)空隙。因此多半會在光學(xué)纖維與V形溝表面之間形成有無釬料進(jìn)入其內(nèi)的空隙。
溝內(nèi)釬料中的那種間隙的性能并不清楚。上述的那種光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)常常以使該結(jié)構(gòu)安置于一氣密性封裝件的狀態(tài)被精確地置于重要位置上。常常將如氮?dú)獾亩栊詺怏w裝入那些氣密性封裝件中，以避免如激光器的光學(xué)元件變壞。但是，如果對這樣的光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行密封包裝，那么就會很清楚如果溝中如上所述那樣沒有完全充滿釬料，就會有間隙存在，而且那種間隙沿著溝漫延很長一段距離，那么惰性氣體就會沿著蔓延的間隙泄出。
其內(nèi)有光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)的上述封裝件常放置于惡劣的外界環(huán)境中，致使它們可能裸露于達(dá)60℃的高溫和-40℃的低溫中，或可能裸露于沙漠環(huán)境或高濕環(huán)境中。因此，其內(nèi)安置有光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)的封裝件必須在上述惡劣環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)作很長一段時間。但是如果如上所述那樣有間隙存留于溝內(nèi)釬料中，殘留在間隙中的空氣能反復(fù)膨脹收縮，或者濕汽會侵入間隙。有時這會使光導(dǎo)纖維的固定位置略微改變。如果光導(dǎo)纖維的固定位置改變，那么其光軸在這種情況下也會偏異，當(dāng)然這種變化很小。但會使連接損失增大或改變。
在其內(nèi)的如光學(xué)纖維那樣的光導(dǎo)件固定于給定位置的一個夾持結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的第一方面的目的是，利用使光導(dǎo)件與溝表面間難以形成間隙的釬料將光導(dǎo)件萬無一失地固定于固定溝件。
本發(fā)明的第一方面涉及一種生產(chǎn)光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)的方法，在該結(jié)構(gòu)中，一個光導(dǎo)件被夾持并固定于夾持基片的給定位置處，此方法具有步驟(1)制備其上有用以容納和固定光導(dǎo)件的溝的固定基片，(2)將光導(dǎo)件置于溝中；(3)將一薄層釬料蓋置于光導(dǎo)件及溝上；(4)在對釬料層施加朝向溝的壓力的情況下對上述組件加熱；(5)使釬料流入溝表面與光導(dǎo)件間的間隙中，并使釬料充注間隙；(6)由此而使光導(dǎo)件固定于給定位置。在上述中“光導(dǎo)件”，根據(jù)本發(fā)明的第一方面意味著至少一個光導(dǎo)件。
本發(fā)明人創(chuàng)設(shè)了一種技術(shù)思想如果將光導(dǎo)件置于溝內(nèi)，然后將一薄層釬料置于溝及光導(dǎo)件的上方和/或上面，然后在沿朝溝的方向?qū)︹F料薄層施加壓力的情況下，通過加熱使釬料流入和充滿溝表面與光導(dǎo)件之間的間隙。在加熱/加壓步驟期間，釬料薄層被碾碎，流入溝中并充注入光導(dǎo)件與溝表面之間的間隙，與此同時，光導(dǎo)件本身則牢固地壓靠在于溝表面，并被固定于其給定位置上。因此本發(fā)明人成功地縮小了光導(dǎo)件對其給定位置的偏離和減少了光導(dǎo)件與溝表面間的間隙。由此而使本發(fā)明者成功地將用釬料把光導(dǎo)件固定于其溝中的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)付諸實(shí)用。
在檢驗(yàn)將光導(dǎo)件固定于夾持基片V形溝中的狀況期間，本發(fā)明人從另一觀點(diǎn)出發(fā)提出下列問題。如上所述，光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)常在其被容納于一氣密性封裝中的狀態(tài)下被置于一重要位置上，為了防止如激光器那樣的光學(xué)件變壞，常常將如氮?dú)庖活惖亩栊詺怏w充注入該封裝件內(nèi)。
但是，當(dāng)此包裝件是將光導(dǎo)夾持結(jié)構(gòu)本身密封，并將氦氣以密封方式裝入封裝件中時，其內(nèi)會含有極少量的氧。因此從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，釬料層套被氧化。一旦釬料層被氧化及被氧化部分增長會使得有一層氧化膜形成在光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)的端面。此氧化膜有害地使光導(dǎo)損失變大，和使光導(dǎo)量減小。
而且，釬料說不上是一種強(qiáng)固金屬，而且可能會因沖擊而斷裂。如果釬料層斷裂，就會使夾持基片即固定板松動，這會使光導(dǎo)纖維排列質(zhì)量變壞。
在用以將如光導(dǎo)纖維那樣的光導(dǎo)件固定于給定位置的夾持結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明第二方面的目的是防止在光導(dǎo)件與外接光學(xué)元件間的光導(dǎo)損失增大及光導(dǎo)量減少。
本發(fā)明第二方面涉及將一光導(dǎo)件固定于給定位置的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)有一個夾持基片，至少一個光導(dǎo)件置于此夾持基片上；蓋在夾持基片上光導(dǎo)件上的一個固定基片；一連結(jié)夾持基片及固定基片并固定光導(dǎo)件于給定位置的連結(jié)層，連結(jié)層有一個共晶釬料層。
本發(fā)明的第二方面也涉及用于將至少一個光導(dǎo)件夾持于給定位置的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)，此夾持結(jié)構(gòu)具有一夾持基片；放在夾持基片上的至少一個光導(dǎo)件，一個蓋在夾持的基片上的光導(dǎo)件上的固定基片，及連結(jié)夾持基片和固定基片的、且將光導(dǎo)件固定于給定位置的一連結(jié)層，夾持基片上配設(shè)固定溝，光導(dǎo)件安置于固定溝中，并通過連結(jié)層固定于此溝中連結(jié)層，有一種共晶釬料。在本發(fā)明的第二方面中，“光導(dǎo)件”意味著“至少一個光導(dǎo)件”。
本發(fā)明人檢驗(yàn)在光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)中的含有共晶釬料的連接層結(jié)構(gòu)，并在根據(jù)本發(fā)明第二方面生產(chǎn)光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)中獲得成功。根據(jù)本發(fā)明第二方面的光導(dǎo)件夾持件有強(qiáng)抗氧化能力，即使在光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)在其氣密性封裝件于大氣環(huán)境中使用，在經(jīng)長時間使用后與外接光學(xué)元件間的光導(dǎo)損失也不會增加。由于連接層含有具有共晶混合物如Au/Ge釬料作為組份；組份Au及Ge以基體形式穩(wěn)定地存在。即這種狀態(tài)難以與氧反應(yīng)，這就使連接層更加能防止氧化。此外，從機(jī)械觀點(diǎn)看，這是一種穩(wěn)定牢固的結(jié)構(gòu)，它牢固得能抗沖擊等。作為有共晶結(jié)構(gòu)的釬料，推薦用金基釬料。作為一種金基釬料，推薦用金/錫釬料，金/鍺釬料，金/硅釬料。由于其易于流動，在金基釬料中特別推薦金/錫釬料。
在結(jié)合附圖閱讀了本發(fā)明說明書后，將會體會到本發(fā)明的各種目的、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，而且會明白，在本領(lǐng)域中的那些熟練人員會容易地作出一些改型、變更和變化。
為了更好地理解本發(fā)明，參看附圖，作以下簡要介紹。


圖1(a)是按本發(fā)明一個實(shí)施例的光導(dǎo)纖維夾持機(jī)構(gòu)或機(jī)構(gòu)組的正視圖，圖1(b)是介紹此夾持結(jié)構(gòu)的平面圖，圖1(c)是左視圖；圖2是一立體圖，它展示一給定數(shù)目溝7制作在夾持結(jié)構(gòu)3夾持部份3b上，及光纖的芯經(jīng)8容納于各溝7中的狀態(tài)；圖3是一立體圖，它展示釬料薄層11被鋪放置于光纖8及夾持部份3b之上表面上的狀況；圖4是一立體圖，它展示釬料薄層在加壓情況下從蓋4上表面正被熔化的情況；圖5是一立體圖，它展示本發(fā)明第一方面的一種光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)；圖6是本發(fā)明第一方面一個實(shí)施例的局部剖視圖，在圖中展示溝的廊形細(xì)節(jié)；圖7是圖6的一部份圖；在溝中有用釬料20固定的光導(dǎo)纖維；圖8是本發(fā)明第一方面另一實(shí)施例局部視圖，圖中展示溝的詳細(xì)廊形；圖9是圖8的一局部視圖；圖中展示了用釬料20將光導(dǎo)纖維固定于溝中的情況；圖10是一局部視圖，用以展示圖9所示結(jié)構(gòu)中多余釬料43流動的情況；圖11是一局部視圖，它展示本發(fā)明第二方面的光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)一實(shí)施例的重要部份；圖12是一局部視圖，它展示本發(fā)明第二方面的光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)另一實(shí)施例的重要部份；圖13是一局部視圖，它展示從圖12所示組合件中獲得的光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)的重要部份；圖14是一局部視圖，它展示本發(fā)明第二方面的光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)另一實(shí)施例的重要部份；圖15(a)是展示本發(fā)明第二方面的一整個光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)，圖15(b)展示此夾持結(jié)構(gòu)平面圖，圖15(c)是從圖15(b)左側(cè)看的側(cè)視圖；圖16是展示光導(dǎo)纖維芯線被分別置于夾持基片各溝中的情況；
圖17是展示釬料薄層11置于光纖芯線上及一固定基片104正置于芯線上的情況的立體圖；圖18是展示固定基片作為一個蓋被置于光纖芯線上的一立體圖；圖19是一展示在夾持基片與固定基片連結(jié)后的光纖夾持結(jié)構(gòu)的立體圖；圖20是一通過對圖13中的固定基片與夾持基片間連結(jié)層照相而得到的一局部顯微相片；圖21是放大的展示圖10中部分A的一顯微相片；圖22是放大的展示圖10中部份B的一顯微照相。
在下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明第一方面的推薦實(shí)施例進(jìn)行介紹。在本發(fā)明中，該光導(dǎo)件是光導(dǎo)纖維。但是光導(dǎo)件可以是如桿透鏡(rod lens)那樣的無源光導(dǎo)件。光導(dǎo)件可以與另外的光導(dǎo)件或光學(xué)元件以光學(xué)方式連接。上面所述可用于本發(fā)明第二方面。雖然光學(xué)元件不限于具體的一種，但用于發(fā)生激光光束的發(fā)光元件或用以接收激光束的光接收元件是推薦使用的。
圖1(a)是展示本發(fā)明一實(shí)施例的一個光纖夾持結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)組的正視圖，圖1(b)是展示此夾持結(jié)構(gòu)的平面圖，圖1(c)是此結(jié)構(gòu)的左視圖。
光纖夾持結(jié)構(gòu)1有一光纖夾持基片3?；?配置有一個用于鋪放基片3上的光纖蓋件的蓋件鋪放部份3a。光纖的蓋件2被固定于蓋鋪部份3a。蓋5復(fù)蓋在光纖蓋件2上?；?的鋪蓋部份3a制有給定數(shù)目的溝，溝從夾持部份3b的一端面延伸到鋪蓋部份3a。光纖的一芯線8置于每個溝7中，并根據(jù)本發(fā)明第一方面被用釬料固定于溝中。在本實(shí)施例中，每個溝均是V形的。
下面介紹本發(fā)明的生產(chǎn)一光纖組的方法。首先生產(chǎn)光纖夾持基片。夾持基片由硅、陶瓷材料或玻璃制作，其上制作溝7。每個溝7均非常小，例如僅125μm深。光纖芯線8被鋪放于相應(yīng)的溝7中。
如果是用硅做的，可用蝕刻法制作光纖夾持結(jié)構(gòu)上的溝。但這方法在加工精度方面有局限性，因此，難以在某種情況下以超過一定水平的高精度制作V形槽溝。如果夾持基片是由陶瓷材料如礬土，瑪瑙或二氧化鋯或玻璃制作的，可用磨削來制溝。在這種情況下，例如一燒結(jié)體可以通過燒結(jié)一陶瓷的模壓成形體來制作，用平面磨削在燒結(jié)體上制作的一平表面，然后用金剛石砂輪磨削該平表面來制溝。作為一種替換，可用加壓模鑄成形工藝將溝制作在光纖夾持基片上。
作為玻璃，BK-7光學(xué)玻璃、硼硅酸鹽光學(xué)玻璃、堿石灰玻璃、離子交換下班及玻璃基的LiO2-Al2O3-SiO2均被推薦。
為了生產(chǎn)圖1、2所示光纖夾持結(jié)構(gòu)，在夾持基片的夾持部份3A上制有給定數(shù)目的溝7，而且將光纖芯線8置于各溝7中。標(biāo)引數(shù)碼10標(biāo)引夾持部份3b，標(biāo)引數(shù)碼33，34各標(biāo)引夾持部份一側(cè)面及另一端面。
每個溝之敞開角沒有具體限定，但是為了用磨削制作每個溝，溝的截面形狀由所用砂輪的形狀決定。在磨削期間，砂輪的形狀一點(diǎn)兒一點(diǎn)兒地起變化，以至于使其頂端變圓。在此時溝形狀最重要的部份就是與光纖直接接觸的溝傾斜側(cè)面部份。在整個溝全長上每個傾斜表面必須是沿直線延伸的平面。從這一觀點(diǎn)來看，砂輪被成形得使溝敞開角盡可能小是可推薦的，具體地推薦該角不大于90°。從另一方面看，溝敞開角度不能太小，否則光纖就不易進(jìn)入溝中，而且釬料亦特別難以進(jìn)入溝的底部。因此，溝敞開角推薦不大于60°。
相鄰之間的距離即節(jié)距無具體限止。固定于一光導(dǎo)纖維夾持結(jié)構(gòu)中的光纖數(shù)目由與光纖連接的光學(xué)元件數(shù)目決定。本發(fā)明第一方面的光纖夾持結(jié)構(gòu)特別適合于以一種平行傳導(dǎo)模式使用。在此情況下，由于相應(yīng)于8位信號的8個溝及相應(yīng)于如鎖定信號那樣的控制信號的溝總是必須的，故考慮采用一種普通纖維帶(12條光纖或相似物)。在這種情況下，由于纖維帶(tape fiber)之纖維節(jié)距是250μm，故相鄰溝間節(jié)距推薦為250μm。
如圖3所示，溝7及置于溝內(nèi)的光纖芯線8被用將釬料薄層11置于夾持部份3b之上表面10來復(fù)蓋。如圖3所示，將一蓋4復(fù)蓋于釬料11上。然后如圖4所示，將夾持基片3A置于一個給定加熱源(例如一加熱板36)上，從而使至少一部份釬料薄層11被加熱。在加熱期間，一個給定壓力沿箭頭A方向從上面施加于蓋4。
在如上所述加熱處理后，將整個夾持結(jié)構(gòu)從加熱板上取下，由此而獲得如圖5所示夾持結(jié)構(gòu)。每根光纖芯線8一端面用光學(xué)方式拋光，并使之對夾持基片3A的夾持部份3b端面6裸露。
由于每個光纖表面之間的距離和溝內(nèi)的距離均非常小，因此需要采用特別容易浸濕溝表面的釬料，通常推薦將助熔劑加入釬料中。但是對于與本發(fā)明有關(guān)的光纖夾持結(jié)構(gòu)來說，光纖在溝內(nèi)定位的精度高及釬料全部用無機(jī)材料來制作是被推薦的。因此，特別推薦使用具有良好浸潤性的金基共折晶體釬料。
推薦金/錫、金/鍺、及金/硅一類的共析晶體釬料，由于其良好流動性而特別推薦金/錫釬料。
如果夾持基片由玻璃或陶瓷材料制作，釬料不直接浸潤溝表面?；谶@種因素，需要至少在溝表面上形成一金屬化層，此金屬化導(dǎo)電層不局限于某一特定材料。但是推薦由復(fù)合金屬層構(gòu)成金屬化導(dǎo)電層，以便使金屬化導(dǎo)電層的底側(cè)層是由與夾持基片有特別好粘結(jié)性的金屬構(gòu)成。而且金屬化層之上側(cè)面推薦由與所用釬料一樣的材料制作，推薦用金或金合金制作。
在一具體推薦實(shí)施例中，金屬化層由(1)一鉻層/金層或(2)一鈦層/一鉑層/一金屬，在情況(1)中金屬和鉻層依次置于夾持基片的表面，金屬被置于外層。在第二種情況中，鈦層、鉑層及金層依次序置于夾持基片表面上，金層被置于最外表面層。金屬化層的全部厚度推薦不超過1.5μm，在這種情況下光纖的光軸在溝中的定位精度應(yīng)該能被確保。從另一方面來看，金屬化層總厚推薦不小于0.5μm，這樣才可以改善浸潤性。例如0.1μm厚鈦層，0.1μm鉑層及1μm金屬依次疊合在一起。
在此光纖維中，通常推薦用蓋從上面復(fù)蓋夾持部份3b。在此情況下由于可以如箭頭A所示那樣，將壓力經(jīng)由蓋4施加于釬料層，壓力可以被均勻地施加于釬料薄層的所有整個表面。而且，推薦將金屬化層形成在蓋4的與釬料接觸的底面4a上。這可以避免在蓋4與光纖之間出現(xiàn)能夠含在釬料中的小間隙。
此外，推薦在如光纖那樣的光導(dǎo)件表面上也制作一金屬化層。例如，由于通訊光纖通常由石英制作，此光纖難以被釬料直接潤濕。在冷卻期間釬料收縮時，環(huán)繞著光纖外周面的釬料沿徑向向內(nèi)擠壓光纖而緊緊地將其抓牢。如果擠壓力太大，由于釬料對其施加壓力而在此光纖的材料中會出現(xiàn)各向異性，這會影響通過此光纖傳輸?shù)墓鈱W(xué)訊號。但是如果在此光纖外表面上制作一金屬化層，由釬料收縮而出現(xiàn)的擠壓力就難以到達(dá)該光纖。
之后，釬料需由一般將其加熱到約250-400℃而被熔化。如果光纖芯線被夾持在夾持基片上而光纖的蓋件沒有夾持在夾持基片上，在整個夾持結(jié)構(gòu)被置于一爐上并被加熱至250至400℃時，不會出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性問題。
但是如果光纖的蓋件和芯線均被夾持在夾持基片上(例如，在輸出型光纖組的情況下)，必須采用使蓋件不能被熔化的補(bǔ)償措施。在這種情況下，推薦作法是通過只是局部加熱其上夾持有光纖的夾持部份，使光纖的蓋件的周圍溫度不增高。為了做到這一點(diǎn)，只將夾持基片置于加熱板上，并只使夾持部份的周圍部份被加熱。
此外，如果在加熱期間釬料被氧化，釬料就難以濕潤金屬化層及光纖。因此，在加熱期間至少將釬料層保持在惰性氣體環(huán)境中。但是如上所述，如果將夾持基片置于加熱板上只對用于光纖芯線的夾持部份局部加熱，是難于將夾持基片的全部周圍部份置于惰性氣體氛圍中。為此，將推薦為氦氣的一種惰性氣體至少在釬料加熱期間，合乎希望地連續(xù)吹到夾持基片被局部加熱部份的整個區(qū)域上。
釬料薄層加熱溫度具體地推薦為不低于(釬料的共析晶點(diǎn)+20℃)，且不高于(此共析晶點(diǎn)+50℃)通過將釬料加熱溫度調(diào)整至不低于(其共析晶點(diǎn)+20℃)的溫度，釬料就能可靠地透入光纖周圍區(qū)域。在另一方面來說，如果釬料薄層加熱溫度調(diào)整得不大于(其共析晶點(diǎn)+20℃)，在夾持基片和/或蓋表面上的金屬化層的消失就能被防止。例如釬料是一種金/鍺釬料，其共晶點(diǎn)為356℃加工溫度最大約為390℃。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，在加熱期間沿光導(dǎo)件方向?qū)︹F料薄層施加一載荷是必不可少的。如果不加載荷，那么在釬料薄層被熔化時，每根光導(dǎo)件的位置就未被固定，因而由于光導(dǎo)件在熔化釬料中運(yùn)動，每根光導(dǎo)件就可能不被固定在給定位置。
為了將光纖壓向V形溝中，載荷推薦調(diào)定得不低于500克/厘米2。為了防止載荷對光導(dǎo)件的不利影響載荷推薦不超過2500克/厘米2。
在對釬料薄層施加載荷的同時對此釬料加熱時，一部份熔化的釬料朝圖3中夾持部份3b上表面10的邊緣部份流動，使上表面10濕潤。與此同時，為了確保釬料在表面10上流動，推薦使釬料薄層做得小于上表面10，而且將金屬化層配置在整個上表面10上。
接著，進(jìn)一步介紹可用本發(fā)明第一方面生產(chǎn)方法制作的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)推薦實(shí)施例的細(xì)節(jié)。圖6是一重要部份的局部視圖，在此部份中有光纖8放置于V形槽13中，而且在光纖8上鋪放著一釬料薄層11。圖7是一重要部份的局部視圖，在此部份中，通過熔化釬料，以此釬料將每根光纖固定在V形溝中。
每個V形溝形成于突起14之間，突起14有大致銳角三角形截面形狀。雖然，V形溝底部角度是要一銳角的，由于砂輪頂端部實(shí)際上是圓的，所以底部16有一點(diǎn)兒圓形截面。如上所述，每條光纖8均置于一相應(yīng)的V形溝13中。與此同時，每根光纖8的外周面部份與每個突起14的傾斜表面接觸。標(biāo)引數(shù)目17標(biāo)示光纖8與突起14的15斜面間的接觸。
在光纖8放置于各自V形溝13中的狀態(tài)下，通過連接各光纖8頂端而形成一平面C。B標(biāo)示由連接突起14頂峰而形成的一平面。在釬料薄層11鋪放于夾持基片夾持部份13b上時，推薦令光纖8頂接觸釬料層11。亦即是說，推薦使平面C置于平面B之上。
推薦的每根光釬從突起14向上突伸的部份的高度“g”為1-5μm，而且特別推薦1至5μm。如果每根光纖8在完全放入V形溝中的狀態(tài)下，其從突起向上部份不存在，那么由于在釬料薄層被壓碎時光纖8會在V形溝中作與粉碎壓力無關(guān)的運(yùn)動，光纖的定位精度多半會被降低。從另一方面來說，組成V形溝的每個突起高度是由兩相鄰光纖之間的距離及V形溝的敞開角θ決定的。當(dāng)然，每根光纖8的直徑要首先被確定。因此，很難使高度“g”超過80μm。
如圖7所示在釬料薄層在加壓下加熱時，蓋4的底表面4a貼近突起14以致使釬料薄層厚度變薄，并且使每個光纖g被夾持在V形溝中給定位置處。與此同時，根據(jù)本發(fā)明第一方面，由于壓力是經(jīng)由蓋4朝下施加的，故可阻止光纖在熔化的釬料中浮動及上升。
在加壓加熱期間，構(gòu)成釬料薄層11的一部份釬料朝光纖8與突起14間的空間流動，且充滿該空間，而其余的一部份如圖10所示，沿夾持部份3b上表面朝此夾持部份上表面外周緣流動。而且，另一部份釬料還進(jìn)入光纖8下面之空間18。
與此同時，在圖3中無金屬化層配設(shè)在夾持部份3b的側(cè)面33，或端面6、34上，無多余的釬料流向這些表面。由于沒有如這樣的釬料散逸表面存在，即使當(dāng)壓力施加于釬料薄層時，釬料的厚度也不降低到一給定值之下(其原因稍后解釋)。正因?yàn)槿绱?，在圖7中連接突起14峰頂?shù)钠矫鍮，與蓋4底面4a間的距離j就不會減到一定值之下。如果釬料薄層11的厚度為50μm距離j則是3-80μm。
為了將釬料薄層粉碎至不大于1μm的j，至少要在與夾持部份3b接觸的端面6、34及側(cè)面的各個部上制作金屬化層，從而使環(huán)繞溝及光纖的釬料體積能被減少。其結(jié)果是使存在于光纖周圍的釬料體積能被減少，從而使光纖定位精度可被進(jìn)一步加強(qiáng)。
在圖7中，釬料層如通常那樣被粉碎，使“i”可以是約5-20μm，而最大處之“h”為3-10μm，D標(biāo)示連接光纖8頂?shù)钠矫?，E是連接V溝13底部16之平面。在圖7的量綱中，“k”、“j”由釬料薄層的厚度和面積及存在于側(cè)面的釬料多余量來限定，從而使“k”、“j”不能減到一給定值之下。在圖7中，數(shù)碼21標(biāo)引存在于光纖與突起之間的釬料。
就圖7所示采用V形溝13的結(jié)構(gòu)來說，本發(fā)明揭示了存在的下列問題。即釬料難以流至圖6所示光纖8與突起14間的接觸處17附近，在釬料開始熔化階段更之如此。此外如上所述，由于各溝13之敞開角約為60°-90°且十分尖銳，底部16難以被釬料潤濕。結(jié)果是釬料難以進(jìn)入光纖8與底部16間的頂部區(qū)域，以至形成間隙缺陷45。這樣的一種間隙缺限會導(dǎo)致惰性氣體泄漏。
在釬料熔化結(jié)束時刻，光纖8被浮在釬料20中。在此時刻，各光纖8最終停止位置可能會偏離其給定位置。為了減低這種偏離誤差，需要減少之量綱，和即使釬料被盡可能地粉碎得薄些，但是由于在夾持部份3b側(cè)面上存在的釬料量的受限制而難以做到這一點(diǎn)。
通過檢驗(yàn)這問題，本發(fā)明人提出了下面實(shí)施例。對此實(shí)施例將予以解釋。圖8是用來展示每根光纖8被置于相應(yīng)溝中但沒有用釬料固定的狀態(tài)的局部視圖。圖9是展示用相應(yīng)釬料將光纖8固定于溝中的狀態(tài)。
每個溝大體為梯形截面及有斜平表面15。在每個溝16中，有一平面部份25形成于兩鄰?fù)黄?3的一對相對斜表面15之間。在每個突起頂部形成一平面部份24。如圖7所示，平面部份是可通過拋光每個突起14頂部形成的。作為一種替換，平面部份24也可由模壓成形。推薦在釬料層11置于夾持部份3b上時，使光纖頂部接觸釬料層11。在此階段中，接觸平面24的平面B與連接光纖各頂部的平面C之間的距離“g”推薦不低于10μm，而且最好為20-30μm。
如圖9所示最終結(jié)構(gòu)是通過處理圖8所示本發(fā)明第一方面的組合件而獲得的。在圖9中給出的標(biāo)引數(shù)目分別標(biāo)引在圖7中所示的相似或相同的構(gòu)件。釬料被熔化、流入突起23，并沿著斜面15進(jìn)入光纖8下面與平面部份25之間的空間。
結(jié)果如圖9所示，每根光纖8被置于相應(yīng)的溝26中，而且光纖8的一部份從平面部份24向上突伸。在本實(shí)施例中，釬料流入光纖的側(cè)面區(qū)域29及突起23平面部份24上的空間30內(nèi)。結(jié)果是蓋4底面4a與連接各突起頂?shù)钠矫鍮間的距離“j”等于上面所述量值。此外，光纖從平面B起的突伸部份高度h可被定為8-30μm。
在結(jié)束釬料熔化時，有光纖8浮在釬料20中的趨向，而且每根光纖被固定在相對蓋4底面4a及一對各自傾斜的表面15差不多相等的距離處。根據(jù)本實(shí)施例，平面部份24是通過除去突起23的頂面形成的，而且釬料進(jìn)入平表面24上方的空間30。因此，在與圖6、7所示的實(shí)施例比較時，釬料薄層能被更薄地粉碎入接近光纖的區(qū)域。由于做到了這一點(diǎn)，蓋4底面4a與光纖間的距離“j”可被減到一極小值，例如減到不大于1μm，從而使每根光纖固定位置的偏移能特別小。
對上述情況會進(jìn)行更詳細(xì)地說明。在圖10中，本實(shí)施例被更擴(kuò)大地展示，它還具有圖9中的側(cè)面33，34。由于在側(cè)面33，42上沒有制作金屬化層，它們中沒有一個被釬料濕潤。雖然釬料側(cè)面的區(qū)域29及突起23平面部份24上方的空間30，沒有被容納的多余釬料就在夾持基片夾持部份3b與蓋4間流過，然后又從側(cè)面33，42間流出。
與此同時，由于側(cè)面33，42均沒有金屬化，由釬料薄層產(chǎn)生的熔化釬料在一定表面張力下不會潤濕這些側(cè)面。數(shù)碼43標(biāo)引這些多余釬料，但是，由于此多余釬料表面被氧化使其表面張力提高，多余釬料存在的量不會超過給定量值。即使氣體環(huán)境是氮?dú)猸h(huán)境，多余的釬料也不能防止其被氧化到某一程度。即多余釬料43之氧化不可能被完全避免。能像這樣方式存在的多余釬料部份是通過其熔化和固化可以變形的那一部份釬料(體積方面可能變化)。
釬料層厚有一個下限，即使采用現(xiàn)有的加工技術(shù)亦難以使其厚度不超過40μm。由于釬料層有一下限厚度，因此難以將夾持基片與蓋4表面4a間的距離調(diào)定至不大于一給定值。例如在圖7中，連接突起14的平面B和蓋4底表面4a間距離“j”不能降低到一個給定值以下。距離“j”通常為8-30μm。結(jié)果是在釬料被熔化時，在釬料中的光纖朝蓋4底表面4a漂浮，故光纖固定位置精度有降低的趨勢。
相反，由于如在圖9所示結(jié)構(gòu)中光纖8從溝26突起約高“h”，在蓋4底面4a與光纖8之間的距離“i”即使在距離“j”與圖7中的相等，如約為8-30μm時也減少。其結(jié)果，與圖7所示結(jié)構(gòu)相比較光纖8固定位置精度被顯著提高。
此外，當(dāng)在溝26底面配置平面部份25時，會使釬料濕潤26底面變得更容易些。因此，如圖7所示的間隙45就不能出現(xiàn)。由于做到了這些，具有大致均勻厚度的釬料層形成在光纖8與突起23之間。為了用釬料對溝底部份充份潤濕，在溝底處之平面部份25的寬度推薦不小于10μm。此外，雖然沒有對平面部份25寬度進(jìn)行具體限制，但一般不超過60μm。此外，雖然對溝涂無具體限定，但深度應(yīng)這樣設(shè)定，以便在光纖如圖所示那樣被置于溝中的情況下，使光纖表面可不直接與平表面25接觸。與此同時，光纖8推薦被夾持在溝斜表面15的兩點(diǎn)17處。
在圖9所示結(jié)構(gòu)中，具有大致均勻厚度的薄釬料層形成于相鄰光纖8與突起23的一個空間28，收集的釬料40于是形成于相鄰光纖8之間。所收集的釬料40由充注于空間29，30的釬料構(gòu)成。
釬料充注入夾持基片3夾持部份3b上表面與蓋4底面4a之間的空間，使形成的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)有高機(jī)械強(qiáng)度及特別好的抗溫度變化的光纖位置穩(wěn)定性。換言之，這也可以說在光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)與光學(xué)元件之間的連接中，此光導(dǎo)性能特別好。
此外，每根光纖被牢固地壓靠在溝壁面上，使光纖排列精度得到確保。因此，此光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)即使在如通訊模式光纖的情況要求高排列精度的地方也能呈現(xiàn)出足夠的性能。
因此，在如圖9所示結(jié)構(gòu)中，光纖從平面B向上突伸，突起23并不尖銳，因而確保有熔化的釬料可流入的大空間。因此由于釬料容易流動，從釬料開始熔化到熔液流入平面B與蓋4底面4a間空間這段時間周期內(nèi)，熔流不會中斷，而且使熔化釬料和使其熔流穿透灌注之間所要求的時間縮短。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，在將蓋與基片間用釬料連接完成時，推薦使釬料如圖3所示那樣復(fù)蓋夾持基片的整個上表面10。這樣做了以后，在此基片與蓋底面4a間的氣密性密封就被維持。這樣就特別推薦光學(xué)裝置這樣設(shè)計(jì)，以使其封裝的氣密性由上述的光纖陣列來保持。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一方面，每個光導(dǎo)件可用釬料被牢牢地固定于夾持結(jié)構(gòu)的溝中，在此結(jié)構(gòu)中有至少一個如光纖那樣的光導(dǎo)件被固定于給定位置，以至于使光導(dǎo)件與溝之間難以形成間隙。
下面將介紹本發(fā)明第二方面的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖介紹其功能與效果。
本發(fā)明人生產(chǎn)并檢驗(yàn)了如圖11所示光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)差不多與圖6，7中給出的結(jié)構(gòu)一樣制作和檢驗(yàn)，但在加熱釬料期間不施加壓力，蓋4和釬料層各被稱作固定基片和連接層。
在圖11內(nèi)的光纖夾持結(jié)構(gòu)中，數(shù)碼104、106、117、118及121分別標(biāo)示固定基片、光纖、夾持基片及連接層，除了用不施加壓加熱實(shí)現(xiàn)連接外，此結(jié)構(gòu)以與圖6、圖7所示的幾乎相同的方式被組裝。
通過對圖6、7所示光纖夾持結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)，本發(fā)明人指示了下面情況，即細(xì)微連續(xù)間隙可能在連接層111與夾持基片117之間及連接層112與固定基片104間各界面附近形成。
這些間隙會起什么作用尚不清楚。但是由本發(fā)明提供的光傳導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)如光纖夾持結(jié)構(gòu)，通常以安裝在氣密性封裝件內(nèi)的狀態(tài)被配置在光纜的重要部份中。此安裝封裝件為了防止如激光器那樣的光學(xué)元件惡化性能而充注有如氮那樣的惰性氣體。但是如果封裝件內(nèi)密封有該光纖夾持結(jié)構(gòu)，那么就有通過沿著夾持基片104表面104a或固定基片104底表面4a的間隙泄漏出惰性氣體的可能。
而且其內(nèi)裝有光纖夾持結(jié)構(gòu)的封裝件往往置于戶外惡劣環(huán)境中，因而被裸露于60℃的高溫至-40℃的低溫中，或裸露于沙漠環(huán)境或高溫環(huán)境中。用于光纖夾持結(jié)構(gòu)的封裝件必須在這樣惡劣外界環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行很長一段時間。然而如果在釬料中如上所述那樣有間隙，那么很有可能殘留在間隙中的空氣會反復(fù)膨脹收縮，濕氣也會侵入間隙中，光纖的定位位置可能會由此而被略微變更。如果光纖定位位置有變更，即使變化極小，光纖光軸也會偏離其原有位置。因而多半會使連接損失變化或增大。
檢查了引起上述問題的原因，本發(fā)明人獲得下列知識。即就具有共晶組份的釬料而言，固化在同樣的溫度下開始和結(jié)束，因此時間周期是短的，釬料層的金屬薄層由細(xì)晶粒組成。因此，由于在有共晶組份的釬料層內(nèi)無收縮空隙形成，故釬料層具有了高強(qiáng)度。
在出現(xiàn)本發(fā)明第二方面的進(jìn)一步改善的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)期間，本發(fā)明人揭示了這樣的事實(shí)隨著溫度降低使釬料固化，共晶釬料在短時間內(nèi)如圖11中A箭頭所示迅速收縮、固化和密實(shí)的金屬薄層。在此情況下，如果釬料供給不夠充份的話，空隙可能會沿著夾持基片17表面117a及沿著固定基片104表面104a形成。
此外，本發(fā)明人還揭示了這一事實(shí)釬料還難以進(jìn)入圖11所示光纖116與突起120之間接觸處140附近，在釬料開始熔化階段更是如此。此外，每個溝118底部119之敞開角通常相對尖銳，故底部119尤其難以被釬料潤濕。結(jié)果就使釬料難以進(jìn)入光纖116與底部119間的可能有釬料層的尖端，從而可能產(chǎn)生如由數(shù)碼114標(biāo)示的間隙。這種間隙缺陷141會使惰性氣體泄漏。
在釬料熔化結(jié)束時刻，光纖116浮在釬料中。在此時，光纖116可能最終停在偏離其應(yīng)在的位置的地方。為了減小這種偏離誤差，需要減小連接層121的厚度，即需要將釬料壓得盡管薄。然而，由于實(shí)際上沒有釬料溢出后存放的空間，因此很難作到壓薄釬料。
為了解決上述的新問題，本發(fā)明人發(fā)明了另一種釬料層，它具有不同于夾持基片和共晶釬料層之間和/或固定基片與共晶釬料層之間的共晶釬料層不一樣的組份。此實(shí)施例將在下面予以介紹。
圖11是展示本發(fā)明第二方面光纖夾持結(jié)構(gòu)另一實(shí)施例的重要部份局部視圖，圖12是展示組裝前的圖11所示夾持結(jié)構(gòu)。
夾持基片128的每一條固定溝127有大致為梯形的剖面形狀，包括直線傾斜面127a及平面部份127b。形成于相鄰兩溝127間的突起143上制作平面143a。
夾持基片128可以由硅、陶瓷或玻璃制作。各固定溝127很細(xì)小，例如僅涂125μm。其周面上形成有金屬化層的光纖125并鋪放及排列于各溝127中。
固定溝127可以用與上述相同方式制作在夾持基片128上。就夾持基片所有材料的解釋及討論以前已經(jīng)做過，在此也適用。
金屬化層123c形成于夾持基片128之表面143a及溝的傾斜表面127a及平表面127b上。此外，金屬化層23A被制作得復(fù)蓋固定基片104的底面104A。而且金屬化層23B被制作得復(fù)蓋每根光纖芯線126的表面。
與此同時，作為主要成份含在共晶釬料層中的一金屬可以推薦被溶合于金屬化層123A、123B及123C中。此共晶釬料的主要成份是一種其重量不少于50％共晶釬料的金屬組份。例如若共晶釬料是主要由金組成的釬料，例如是金/錫釬料，金/鍺釬料或金/硅釬料，至少金被推薦以金或金合金形式含在金屬化層中。
金屬化層可以由復(fù)合金屬層形成，而在金化層的底下一層可以是與夾持基片有良好粘接性的金屬制作。在此情形下，金屬化層的表面層推薦是金或金合金。
在一具體實(shí)施例中，由(1)一鉻層/一金層組成的二層金屬化層或(2)由一鈦層/一層鉑/一層金組成的三層金屬化層，這些金屬層從所用夾持基片128的表面143a觀察的話就依上述次序排列。金屬化層的總厚度推薦不超過1.5μm，在這種厚度下應(yīng)該能提高光纖在溝中固定的定位精度。從另一方面來說，金屬化層總厚度不小于0.5μm，在此厚度下應(yīng)可以改善其潤濕性能。例如可將0.1μm厚鈦層，0.1μm鉑層及1μm厚金屬疊合在一起。
當(dāng)釬料被熔化并流入圖12所示組合件中時就可獲得圖13所示夾持結(jié)構(gòu)。圖13中的數(shù)碼標(biāo)示圖12中用同樣數(shù)碼標(biāo)示的零件。釬料111熔化然后流入突起143中，然后沿著斜表面127a進(jìn)入光纖126下表面與平面部份127b之間。
結(jié)果如圖13所示，每根光纖126均容納于相應(yīng)的固定溝127中，而且光纖126的部份從平面143a向上突伸。當(dāng)釬料在這種狀下固化時，在夾持基片128及固定基片104形成一連接層129。在連接層129中，在中心部份形成共晶釬料層130。釬料層131，132有不同于該共晶組份的組份，它們各自形成于固定基片104與共晶釬料層130之間及共晶釬料層130與夾持基片128之間。此外，具有不同于共晶組份的組份的釬料層133被形成于共晶釬料層130與光纖126之間。
在夾持結(jié)構(gòu)具有如上所述結(jié)構(gòu)時，在連接層129中難以形成連續(xù)間隙。根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)熔化的共晶釬料固化時，固化從共晶釬料與金屬化層123A，123B及123C間的界面處附近開始。由于具有共晶組份的釬料有相對低的熔點(diǎn)，因而其固化開始得更緩慢，相反由于在金屬化層的金屬組份被混在共晶釬料與金屬化層之間界面附近的共晶釬料中，此釬料的組成偏離了共晶組份，從而使此釬料的固化點(diǎn)提高。
結(jié)果是隨著溫度降低，釬料從共晶釬料層與金屬化層這間的界面附近處開始固化，固化逐漸朝其中心部份進(jìn)行。正因?yàn)槿绱耍F料逐漸地在夾持基片128表面附近，使固定基片104的底面104a與光纖126表面固化。亦即由于釬料成份偏離了共晶組份，其固化開始溫度亦與其終結(jié)固化溫度不同。因此，在固化開始到固化結(jié)束的一段時間周期內(nèi)，保有在固化開始溫度下所產(chǎn)生的晶體與非固化液體共存的一種狀態(tài)。
在此狀態(tài)下，隨著釬料溫度下降，固化晶體繼續(xù)增長，由于在固化晶體周圍存在著足夠數(shù)量的熔液，其數(shù)量足以補(bǔ)償由于固化收縮而產(chǎn)生的釬料體積減少的熔液不斷地從固化晶體周圍得到補(bǔ)充。在以上述機(jī)理形成的釬料層131、132及133中是難以形成連續(xù)間隙的。
在釬料固化最后階段，共晶釬料在一個時間中固化形成共晶層130。雖然由于固化，在共晶層130中釬料出現(xiàn)體積收縮，但由于這種收縮可能形成的收縮空隙不能被連續(xù)。因此，由于這類收縮空腔以封閉空間形式形成于共晶釬料層130內(nèi)部，故此釬料層的氣密性能不會被惡化。
此外，釬料層隨著其流動于光纖126、斜表面127a及平表面部份127b之間而形成，在光纖126與平表面127b之間形成共晶釬料層134及兩個有其組份與此共晶層組份不同的釬料層135、136。這些釬料層中的每一個均有上述那樣的功能與效果。
在此實(shí)施例中獲得了下列功能與效果。即在釬料熔化結(jié)束時，光纖126浮在釬料層129中，由于有差不多相等的距離光纖126趨向于固定于蓋104底面104a與固定溝127的一對斜表面127a中。根據(jù)本實(shí)施例，由于通過除去每個突起143的頂部而形成平表面143a，及在表面143a上面釬料可在其內(nèi)流動的空間存在，每個光纖126與固定基片104底面104a間的距離制作得比圖11所示的實(shí)施例的小得多，例如僅不大于1μm。因而可以使每根光纖126的固定位置偏差特別小。就由于每個在相鄰溝間確定的V形突起頂部有平表面143a，及每個溝在其底部有平表面127b的特征而獲得的功能和效果而言，對與在圖8至10中所示實(shí)施例相關(guān)的解釋和討論也同樣適用于它。
此外，由于平表面127b配設(shè)于固定溝127底部，此底部也可易于用釬料潤濕，從而使空隙141難以象圖11所示那樣形成于固定溝中。正因?yàn)樽龅竭@些，使差不多有均勻厚度的薄針料層形成于光纖126與突起143之間。
就對固定溝127的平表面127b寬度及溝深的限止來說，與對圖6-10所示實(shí)施例有關(guān)的解釋和討論同樣也可用于圖12，13中的此實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，由于每根光纖126牢固地壓在固定基片104底面104a與固定溝斜表面127b之間，光纖排列精度得到提高，因此本實(shí)例有足以應(yīng)用于通訊模光纖或類似的要求高排列精度的場合中的性能。
在本發(fā)明第二方面的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)中，在將固定基片104用釬料連接于夾持基片后，將釬料推薦放置得覆蓋夾持基片整個上表面117，128上。做了這些后，在夾持基片上表面和固定基片104底面104a間的氣密性能就得以保證。因此，本發(fā)明第二方面的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)，特別適用于具有其封裝件氣密性是由光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)自身保證的結(jié)構(gòu)的光學(xué)零件。
圖14是展示本發(fā)明第二方面光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)另一實(shí)施例重要部份的局部視圖，除了無金屬化層形成于每個光纖126周圍外，本實(shí)施例幾乎與圖13所示的完全一樣。正因?yàn)槿绱耍扛饫w126接觸共晶釬料層130A及146，或存在于它們的附近。
甚至在那樣的一夾持結(jié)構(gòu)中，由于各有不同于共晶的組份釬料層131和132形成于固定基片104和共晶釬料層130A之間及夾持基層128與共晶釬料層130A之間，上述的功能和效果也能基本上被顯示出來。此外，隨著共晶釬料固化，雖然釬料層也有收縮體積的傾向，由于環(huán)繞著光纖126的共晶釬料趨向于朝此光纖126收縮，故也不能環(huán)繞此光纖外周面形成空隙。
但是，推薦在環(huán)繞如光纖那樣的光導(dǎo)件外周面制作金屬化層。其原因已在與圖2-5所示實(shí)施例有關(guān)的說明中介紹過了。
圖13，14展示，每個金屬化層123A，123B及123C(參看圖12)通過與共晶釬料反應(yīng)而差不多消失了，但是必要的，一部份金屬化層123A，123B及123C也可以被殘留下來。
連接層129的厚度“P”推薦不小于10μm。因?yàn)橛捎诠簿рF料111與金屬化層反應(yīng)，固定基片104與共晶釬料層130，130A之間的各距離及夾持基片與共晶釬料層之間的距離通常為3-5μm。因此為了一定要產(chǎn)生共晶釬料層，厚度“p”推薦不少于10μm，最好不少于20μm。在另一方面看來，由于光纖126必須固定于其給定位置上，厚度“p”推薦不超過100μm。
從其必須有良好氣閉性及從機(jī)機(jī)強(qiáng)度的觀點(diǎn)看來，共晶釬料層130，130A厚度“q”，推薦不應(yīng)小于10μm。從光纖126必須固定于其給定位置的觀點(diǎn)來看，“q”厚度則被推薦不應(yīng)超過90μm。
為了上述原因，光纖126與平面127b間的距離“r”推薦不小于10μm，但又不大于35μm。
圖15(a)是展示本發(fā)明第二方面一推薦實(shí)施的整個光纖夾持結(jié)構(gòu)的正視圖，圖15(b)是此夾持結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖15(c)是該結(jié)構(gòu)從圖15(b)左側(cè)看的一個側(cè)視圖。
光纖夾持結(jié)構(gòu)101包括一具有復(fù)蓋鋪放部份103a及光纖夾持部份103b的一光纖夾持結(jié)構(gòu)103，光纖及一固定基片105。這些構(gòu)件在光纖的蓋件102固定于復(fù)蓋鋪放部103a中，光纖芯線108被置于制作在夾持基片103之夾持部份上的給定數(shù)目的溝107中的狀態(tài)下，以結(jié)合在圖1(a)到1(c)說明過的相同方式組合并整個地被固定。
為了生產(chǎn)如圖15(a)、15(b)及15(c)中所示那種光纖夾持結(jié)構(gòu)，如圖16所示，首先在夾持基板103之夾持部份103b上制作給定數(shù)目的溝107，然后將光纖芯線108鋪放于相應(yīng)的溝107中。在本實(shí)施例中，數(shù)碼110，113及114分別標(biāo)示夾持部份103b之一上表面及夾持部份之一內(nèi)端部份及一側(cè)面。
就各溝的敞開角，用以形成比溝的如砂砂輪一類的工具或成形方法，相鄰溝或光纖之間的距離和節(jié)距，根據(jù)本發(fā)明第二方面的光纖夾持結(jié)構(gòu)中的光纖數(shù)目來說，對在圖1(a)至1(c)所示實(shí)施例所作有關(guān)的說明及討論同樣也適用于圖15(a)至15(c)所示實(shí)施例的上述各項(xiàng)。因此，這類解釋和討論在此被省略。
接著如圖17所示，將一薄層釬料鋪放于基片夾持部份103b的上表面110上，將溝107及置于溝內(nèi)的光纖芯線108覆蓋住。將固定基片104置于釬料層111上面。之后如圖18所示，將夾持基片130A置于一給定熱源上例如置于一加熱板150上，并且至少使釬料薄層111被加熱。在此情況下，推薦如在本發(fā)明第一方面方法中所示那樣，在沿箭頭B所示方向從面對固定基片施加壓力的情況下至少是對釬料層111進(jìn)行加熱。
在加熱處理后，將整個夾持結(jié)構(gòu)從加熱板150上取下，由此而獲得如圖19所示的夾持結(jié)構(gòu)112。之后對各光纖的芯線108之一端面進(jìn)行光學(xué)拋光，使各所述端面相對著夾持部份103b之端面106露裸。
如上所述，推薦如箭頭B所示通過向下壓固定基片104，來對釬料薄層施壓，其原因?yàn)閴毫δ鼙痪鶆虻厥┘佑阝F料薄層的整個表面上。
之后，通過一般加熱至約250-400℃使釬料層熔化，如果光纖芯線已夾持于夾持基片上，但光纖蓋件未夾持在此夾持基片上，在整個夾持基片被置于一爐內(nèi)加熱到250-400℃時，無實(shí)質(zhì)性問題產(chǎn)生。例如，在生產(chǎn)其中的光纖僅夾持于固定溝中的埋入型光纖夾持結(jié)構(gòu)的情況下，整個夾持結(jié)構(gòu)能被加熱。
但是，如果光纖的芯線及蓋件均被夾持于夾持基片上(例如，在一種輸出型光纖組的情況中)，必須采取確保蓋件不被熔化的補(bǔ)償措施。因此，可以采用如所述的與圖2-5中所示實(shí)施例有關(guān)的相同補(bǔ)償措施。
此外，如果釬料在加熱期間被氧化，此釬料就不能濕潤光纖和金屬化層。因此，推薦在加熱期間，至少將釬料層保持在惰性氣體環(huán)境中。但是如上所述，如果只是將基持基片置于加熱板上對用于光纖芯線的夾持部份局部加熱，那么是很難將整個夾持基片包圍在惰性氣體環(huán)境中。為此，將一種最好為氬氣的惰性氣體至少在加熱釬料薄層期間，直接連續(xù)地朝下噴到夾持基片被局部加熱部份區(qū)域上。
特別推薦將釬料薄層加熱溫度調(diào)定至不低于(其共晶點(diǎn)+20℃)，又不超過(其共晶點(diǎn)+50℃)的范圍內(nèi)。這樣做的原因已在圖1-5所示實(shí)施例中解釋過了。如果釬料為金/鍺釬料、(共晶點(diǎn)356℃)，其加熱溫度最好接近390℃。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，在加熱期間推薦朝光導(dǎo)件在釬料薄層11上施加載荷。如果施加了載荷，那么在釬料薄層熔化時，每根光導(dǎo)件的位置就不固定，光導(dǎo)件就容易在熔化的釬料中運(yùn)動。
為了確保粉碎釬料薄層在加熱期間使光導(dǎo)件被壓向V形溝，推薦將載荷調(diào)定到不少于500克/厘米2。為了防止載荷對光導(dǎo)件產(chǎn)生不利作用，該載荷推薦不能大于2500克/厘米2。
除了薄層狀釬料外，還可以用桿狀或類似形狀的釬料作為釬料的形狀。但是在上面的其釬料被夾在夾持基片與固定基片間的實(shí)施例中，推薦使用薄層狀釬料。
為了生產(chǎn)本發(fā)明第二方面的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中采用具有如金/鍺、金/錫或金/硅那樣組份首先在SUS制作的容器或類似物中熔化的方法可以被采用，臨時組合成的光導(dǎo)件承載組被浸泡在熔化的共晶釬料中，并且將熔化的共晶釬料充注入夾持基片與固定基片間的間隙中。
在下面將介紹更專門的示例性結(jié)果。
如圖13所示的一光纖夾持結(jié)構(gòu)利用圖12-19中介紹的方法來生產(chǎn)。釬料的工作溫度為390℃。由依次排列的0.1μm厚鈦、0.1μm厚鉑及1μm厚金層疊合成的金屬化層可被作為各金屬化層123A，123B及123C?？梢杂弥睆綖?25μm石英制作的光纖作為光纖。釬料薄層111厚度50μm。如圖13中確定的“p”為35μm，“q”和“r”分別為20μm和10μm。
所制成的光纖夾持結(jié)構(gòu)顯微相片展示于圖20-22中。圖20是對圖13中所示光纖夾持結(jié)構(gòu)顯微照相得到的局部顯微相片。在圖20中，A、C及D標(biāo)示具有不同于共晶的組份的釬料，其中B標(biāo)示具有共晶組份的釬料。圖21展示放大了的在A處的一部份，在此處上面是具有不同于共晶的組份的釬料，而下面是具有共晶組份的釬料。圖22是展示B處部份的放大顯微相片。
在A處不同于共晶組份的釬料的組份為金90-93％及鍺1-7％。在B處的釬料具有共晶組份金28％及鍺12％。
在圖21中，“a”標(biāo)示金晶粒，“b”及“c”標(biāo)示鍺晶粒。在另一方面，在圖22中“d”標(biāo)金晶粒，“e”和“f”標(biāo)示鍺晶粒。晶?！癰”和“c”直徑為4-6μm，晶?！癳”和“f”則有直徑約1μm。在圖22中可以看到由于共晶結(jié)晶，晶粒直徑很小。
腐蝕從浮在金中的作為晶核的鍺晶粒開始。以發(fā)明者的知識弄清楚了，根據(jù)二進(jìn)制串行方式鍺晶粒直徑越大、連接層就越易于被腐蝕。如果根本不利用共晶現(xiàn)象，那么整個釬料相129就是圖20中A處所示狀態(tài)。鍺晶粒直徑由于沒有受共晶部份限制的一個量值，而自然地超過圖21在“b”和“c”處所展示的晶粒。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第二方面，最好通過擴(kuò)大共晶部份，縮小非共晶部份，可以很好地給光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)提供抗腐蝕性能。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第二方面，在用于將如光纖那樣的光導(dǎo)件固定于其內(nèi)的夾持，在每根光導(dǎo)件與外接光學(xué)元件間傳導(dǎo)損失的增大及在光導(dǎo)量方面的減少可以被防止，而且夾持結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度可被增加。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)具有一夾持基片及一夾持于夾持基片上給定位置處的光導(dǎo)件之光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)的方法，此方法包括步驟(1)提供用于在其溝中接納和固定所述光導(dǎo)件的一夾持基片；(2)將光導(dǎo)件置于該溝中；(3)將一釬料薄層鋪放和/或置于溝及光導(dǎo)件上；(4)在釬料薄層上施加一個朝向溝的壓力情況下加熱釬料薄層；(5)由此而使釬料流入并充滿溝及光導(dǎo)件間的空間；及(6)將光導(dǎo)件固定于一個給定位置。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于釬料薄層是由金基釬料制作的。
3.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，將一蓋置于釬料薄層上，使壓力通過此蓋施加于釬料薄層。
4.如權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，使一金屬化層形成在夾持基片一表面及其所對的蓋表面上。
5.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，光導(dǎo)件是光釬，該夾持基片有一個配設(shè)溝、用于夾持光纖的夾持部份，及一個覆蓋一鋪放部份，用于將光纖的一蓋件置于其上，該釬料薄層通過局部加熱該夾持部份而被加熱。
6.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，在該固定溝底部配設(shè)一個平表面；
7.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，其中提供至少兩個光導(dǎo)件，及在夾持基片上至少配置相應(yīng)的兩個溝，在所述各光纖相應(yīng)溝中，相鄰溝的敞口是由一個平表面相互隔開的。
8.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，釬料層在一惰性氣體環(huán)境中被加熱。
9.一種用于將一光導(dǎo)件夾持于一個給定位置的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)，它具有一個夾持基片；一個置于夾持基片上的光導(dǎo)件，覆蓋置于夾持基片上的光導(dǎo)件的一個固定基片，和連接夾持基片及固定基片、并將光導(dǎo)件固定于給定位置上的一個連接層，該連接層具有一共晶釬料層。
10.如權(quán)利要求9所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，另一個釬料層形成于夾持基片與共晶釬料層之間，此另一釬料層具有不同于共晶釬料的組份。
11.如權(quán)利要求9或10所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，在固定基片與共晶釬料層間還有一層釬料層形成，此釬料層具有不同于共晶釬料之組份。
12.如權(quán)利要求9或10所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，還有其組份與共晶釬料不同的一釬料層形成于光導(dǎo)件與共晶釬料層之間。
13.如權(quán)利要求9或10所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，連接層之厚度不小于10μm，不大于90μm。
14.如權(quán)利要求9或10所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，該固定溝制作在夾持基片上，光導(dǎo)件被置于固定溝中，并用該連接層固定于該溝中，連接層有共晶釬料層。
15.如權(quán)利要求14所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，有一個平表面配置于固定溝的底部。
16.如權(quán)利要求9或10所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少有兩個光導(dǎo)件，及在夾持基片上至少相應(yīng)地配設(shè)兩個溝，各光導(dǎo)件被置于相應(yīng)的溝中，而且相鄰溝的敞口被一個平表面相互隔開。
17.如權(quán)利要求9或10所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，夾持基片與固定基片用連接層固定在一起，以及光導(dǎo)件也是用連接層通過對向夾持、因固定基片間的連接層施加壓力的情況加熱被固定在其給定位置的。
18.一種用于將一個光導(dǎo)件夾持于給定位置的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)，它具有在其表面上有固定溝的一個夾持基片，一個置于夾持基片上的光導(dǎo)件，覆蓋于夾持基片上的光導(dǎo)件的一個固定基片，和連接固定基片和夾持基片、并將光導(dǎo)件固定于給定位置的一個連接層，光導(dǎo)件被置于固定溝中，并用連接層將光導(dǎo)件固定于固定溝中，該連接層有共晶釬料層。
19.如權(quán)利要求18所述夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過用在對固定基片與夾持基片間的連接層施加壓力的情況下加熱的連接層，將固定基片和夾持基片連接在一起，并將光導(dǎo)件固定于給定位置處。
20.一種生產(chǎn)光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu)的方法，此方法具有步驟(1)預(yù)備至少有兩條用以接納及固定光導(dǎo)件于其內(nèi)的固定溝一個夾持基片，在每個固定溝底部有一個平表面，相鄰兩固定溝間用一個平表面隔開；(2)將各光導(dǎo)件置于相應(yīng)的固定溝內(nèi)；(3)使有一個共晶釬料薄層覆蓋在光導(dǎo)件上及固定溝；(4)在對共晶釬料薄層朝固定溝施加壓力的情況下加熱該釬料層；(5)由此而使釬料流入并充滿每固定溝表面與每個光導(dǎo)件間的空間；和(6)分別將各光導(dǎo)件固定于給定位置處。
全文摘要
一種用于將光導(dǎo)件夾持于一個給定位置的光導(dǎo)件夾持結(jié)構(gòu),它具有一個夾持基片,一個置于夾持基片上的光導(dǎo)件,覆蓋夾持基片上的光導(dǎo)件的一個固定基片,和連接夾持基片和固定基片并將光導(dǎo)件固定于給定位置的一個有共晶釬料層的連接層。
文檔編號G02B6/42GK1198536SQ98104160
公開日1998年11月11日 申請日期1998年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月17日
發(fā)明者太田隆, 福山暢嗣, 栗本宏訓(xùn) 申請人:日本礙子株式會社