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        光纖束金屬化封裝工藝技術的研究

        2021-07-15 03:35:44張冬梅孫偉雄周巧林張恩隆
        中國設備工程 2021年13期
        關鍵詞:金屬化鍍鎳漿料

        張冬梅,孫偉雄,周巧林,張恩隆

        (江蘇法爾勝光電科技有限公司,江蘇 無錫 214433)

        1 研究背景

        集束能量光纖組件是全激光顯示系統(tǒng)的核心部件,由多根大芯徑能量光纖集束封裝而成,它的作用是提供柔性傳輸通道,完成顯示系統(tǒng)高功率穩(wěn)定光源的整合。集束端制備是該組件制作中最重要環(huán)節(jié),制備效率與合格率直接影響著組件的批量化生產(chǎn)。在現(xiàn)有制備工藝中,采用無機膠水粘接的方式對大芯徑能量光纖進行集束封裝,而無機膠水由于固化后強度不高,無法保證對集束端光纖保護的充分性,并且研磨時可能有膠塊脫落而參與到研磨過程中,影響研磨效果和效率。

        采用金屬化光纖,并通過超高頻感應加熱實現(xiàn)集束封裝的制備工藝,可以根本解決由于無機膠水自身特性產(chǎn)生的系列問題,同時增強可操作性,從而提高組件產(chǎn)能。

        2 研究方法及試驗過程

        試驗方案:

        2.1 光纖金屬化

        選取集束光纖連接器的核心原材料——大芯徑能量光纖,規(guī)格為芯徑400μm,包層420μm。在光纖一端剝除所需長度的涂覆層,然后進行一系列表面預處理,鍍上一層金屬鎳,鍍層理想厚度為8~10μm。在實際過程中,發(fā)現(xiàn)大部分鍍層比較光滑,但少數(shù)存在微孔。此外,鍍層厚度的一致性無法保證和控制——這在研磨并進行端檢后可以看出。金屬化光纖及端面示意圖,如圖1,圖2。

        圖1 金屬化光纖

        圖2 金屬化光纖端面示意圖

        2.2 金屬化光纖成束

        對步驟1完成的金屬化光纖進行清潔處理后,仿照現(xiàn)有集束端組裝工藝,將光纖穿入所需尺寸的內(nèi)孔正六邊形硅膠夾具中并微調(diào),得到所需的束狀排列。輕緩調(diào)整光纖前后位置,對齊前端,然后調(diào)整硅膠至距前端約6cm處,如圖3。

        圖3 光纖束硅膠夾具束型圖

        2.3 高頻感應加熱

        2.3.1 直接感應加熱

        用一對內(nèi)腔也是正六邊形的陶瓷夾具固定光纖束,位置距前端2cm處,如圖4。接著使用高頻感應加熱設備,對陶瓷夾具之前的金屬光纖部分進行高頻感應加熱,使其達到熱熔成型的效果,以取代現(xiàn)有封裝工藝中的膠粘方式。從工藝流程上可以看出,金屬化光纖封裝具有效率高,可操作性強,光纖無損傷且易于排列等諸多優(yōu)點。但是在按照設想進行試驗之后,發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果與預期不一致:將光纖束前端置于感應線圈之中,在高頻交變磁場作用下,光纖表面的鍍鎳層金屬并沒有熱熔,這說明鎳層中沒有感應出使之產(chǎn)生大量焦耳熱的渦電流,如圖5。

        圖4 光纖束陶瓷夾具束型圖

        圖5 直接感應加熱

        分析:金屬化光纖鍍鎳厚度為10μm左右,與進行感應加熱的一般金屬材料相比,顯然很薄,加之光纖直徑相對較細,整個金屬的體積量就很小,這可能就是直接感應加熱無法感應生成渦電流的原因。

        2.3.2 在前端纏繞鋁絲后再進行感應加熱

        鑒于第一種加熱方式的結(jié)果分析,制定第二種感應加熱方案:在鍍鎳層外面纏繞鋁絲后再進行高頻感應加熱。試驗結(jié)果:鋁絲熔化而鍍層仍舊沒有變化,如圖6。

        圖6 前端纏繞鋁絲后進行感應加熱

        分析:在光纖束外圈纏繞鋁絲,只是增大了感應對象的外側(cè)金屬體積,且鋁絲與鍍層兩部分金屬并非一體,因此在時間只有數(shù)秒的感應加熱之后,鋁絲很快熔化了,而光纖鍍層仍舊沒能熔化。

        2.3.3 在光纖束中間填充金屬漿料后再進行感應加熱

        鑒于第二種加熱方式的結(jié)果分析,制定第三種感應加熱方案:通過在光纖束中間填充金屬漿料的方式,增加感應對象內(nèi)部金屬或含金屬物質(zhì),然后對金屬漿料進行固化,再進行感應加熱。試驗結(jié)果:集束端仍舊沒有熱熔。

        分析:填充金屬漿料,看似增加了感應對象的金屬體積,而且與需要熔化的光纖金屬鍍層形成了整體,但金屬漿料畢竟與金屬存在較大區(qū)別,所含金屬散布于漿料中,成分有限,還是無法感應生成渦電流使集束端金屬部分,尤其是鍍鎳層熔化。

        3 結(jié)語

        金屬化光纖集束封裝是一種新型封裝工藝的嘗試,該工藝沒有使用任何膠粘劑,而是以金屬為介質(zhì),通過高頻感應加熱的方式實現(xiàn)光纖的集束封裝。

        高頻感應加熱是金屬化光纖封裝的關鍵步驟,經(jīng)過直接感應加熱、在前端纏繞鋁絲、在光纖束中填充金屬漿料三種方案的試驗后,均未達到熔融鍍層的預期效果,因此,金屬化光纖封裝工藝還需在現(xiàn)有基礎上進一步研究和試驗。

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