(57)【要約】      （修正有）【課題】導通接点の存在しないヒートサイクル試験後の引っ張り強度も大きく小型化した光ファイバピグテイル1を実現する。【解決手段】光パッケージ3等に組み込まれる光ファイバピグテイル1において、光ファイバ先端面11近傍の側面に金属薄膜27を形成し、該金属薄膜27上にパラジウム薄膜24を形成し、該パラジウム薄膜24上にニッケル厚膜25、金厚膜26の順序で形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パッケージに組み込まれる光ファイバピグテイルにおいて、光ファイバの先端側の側面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜上にパラジウム薄膜を形成し、該パラジウム薄膜上にニッケル厚膜、金厚膜の順序で形成したことを特徴とする光ファイバピグテイル。
【請求項２】
上記金属薄膜がクロム薄膜、金薄膜の順序で形成したものであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバピグテイル。
【請求項３】
先端面が、球面、平面、斜め平面、斜め球面、くさび形状のいずれかであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光ファイバピグテイル。
【請求項４】
上記金属薄膜を蒸着もしくはイオンプレーティングもしくはスパッタリングのいずれかにより形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバピグテイル。
【請求項５】
上記ニッケル厚膜、金厚膜を無電解メッキにて形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバピグテイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等に使用される光ファイバピグテイルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１０に示すように、光ファイバピグテイル１は光パッケージ３の内部で発光源２と共に組み込まれレーザダイオードモジュール（以降ＬＤモジュール）４として形成される。上記光ファイバピグテイル１は光パッケージ３に組み込まれる際に、光軸合わせをしたのち半田５にて光パッケージ３に固定される。
【０００３】
光パッケージ３の内部は長期稼働中に空中の酸素や湿度により内部の部品が酸化しそれによる通信不良等の不具合を発生させないように、内部空間には金属と反応しない窒素を封入し、酸素や湿度が流入しないように開口部を気密封止している。光ファイバピグテイル１と光パッケージ３を固定するために半田５を使用するのは気密封止するための最適な方法であるからである。
【０００４】
従来は、光ファイバピグテイル１と光パッケージ３との接合部分としては、図１２に示すように光ファイバの素線２１にクロム薄膜１２１、クロム−金合金薄膜１２２、金薄膜１２３の順で薄膜１２６が形成され、その上にニッケル厚膜１２４、金厚膜１２５を形成した構造になっており、この厚膜部分を半田５で接合することを本出願人は提案していた（特許文献１参照）。
【０００５】
また、光ファイバの素線２１にクロム薄膜、クロム−金合金薄膜、金薄膜の順で薄膜が形成され、その上に金厚膜、ニッケル厚膜、金厚膜を形成した構造になっており、この厚膜部分を半田５で接合することも本出願人は提案していた（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−４２１７２号公報
【特許文献１】特開２００２−３５０６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の光ファイバピグテイル１は、地上系で採用される場合問題が生じなかったが、光ファイバの普及により海底ケーブルの中継器内で採用されることとなり、万一故障した場合、引き上げ交換する経費が膨大に掛かるために、特に厳しい信頼性を要求される様になった。
【０００７】
従来の特許文献１に記載の光ファイバピグテイル１は、薄膜の上に電解メッキを実施しているため、電解メッキ工程において電気的な導通をとるための導通接点１０１が必要である。導通接点１０１は、メッキ工程にて電流を供給するための金属との接触にて、キズがつく事があり、このキズを基点として、光ファイバピグテイル１が破断しやすいという問題があった。特にヒートサイクル試験後において、このキズが成長して光ファイバピグテイル１が破断しやすいという問題があった。
【０００８】
従来の特許文献2に記載の光ファイバピグテイル１では、光ファイバの素線２１の表面にクロム薄膜、クロム−金合金薄膜、金薄膜の順で薄膜が形成され、その上に金厚膜、ニッケル厚膜、金厚膜を形成した構造においては、ニッケル厚膜とクロム薄膜の間に、厚膜の金を設けることにより、熱膨張率差による応力の発生を緩和しているために、クロム薄膜、クロム−金合金薄膜、金薄膜の順で薄膜が形成し、その上にニッケル厚膜、金厚膜を形成した場合に比較してヒートサイクル後の引っ張り強度は増加したが、導通接点１０１の影響は避けることができないという問題があった。
【０００９】
また、近年、光モジュールが小型化する傾向があり、それに使用される光ファイバピグテイル１の素線２１の長さも小さくする必要があるが、従来の特許文献１および特許文献２に記載の光ファイバにおいては、導通接点１０１が必要であり、導通接点１０１にはメッキがかからないため、半田付けすることができないので、導通接点１０１の長さ分の素線２１の長さを小さくできないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点に鑑みて本発明は、光パッケージに組み込まれる光ファイバピグテイルにおいて、光ファイバの先端側の側面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜上にパラジウム薄膜を形成し、該パラジウム薄膜上にニッケル厚膜、金厚膜の順序で形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、上記金属薄膜がクロム薄膜、金薄膜の順序で形成したものであることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、先端面が、球面、平面、斜め平面、斜め球面、くさび形状のいずれかであることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、上記金属薄膜を蒸着もしくはイオンプレーティングもしくはスパッタリングのいずれかにより形成したことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、上記ニッケル厚膜、金厚膜を無電解メッキにて形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光パッケージ３等に組み込まれる光ファイバピグテイル１において、光ファイバ先端近傍の側面に金属薄膜２７を形成し、該金属薄膜２７上にパラジウム薄膜２４を形成し、該パラジウム薄膜２４上にニッケル厚膜２５、金厚膜２６の順序で形成したことによって、導通接点１０１の存在しないヒートサイクル試験後の引っ張り強度も強い光ファイバピグテイル１を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施形態を図を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の第一実施形態を示す光ファイバピグテイル１の側面図である。又、図２は該光ファイバピグテイル１の金属膜１３部分の断面図である。
【００１８】
本発明に係わる光ファイバピグテイル１は、光ファイバの被覆１４の一部を除去し、素線２１の先端面１１の形状がテーパ球面１２を呈し、先端近傍の側面に金属膜１３を形成したものである。この金属膜１３は、光ファイバの素線２１側から順に金属薄膜２７、パラジウム薄膜２４を形成し、その上にニッケル厚膜２５、金厚膜２６を形成したものである。
【００１９】
金属薄膜２７としては、クロム薄膜２２、金薄膜２３が望ましい。光ファイバの素線２１の材質である石英ガラスの熱膨張係数が０．５×１０−６／℃と小さいために、密着度が良く、熱膨張係数が２３×１０−６／℃と低熱膨張係数のクロム薄膜２２が、素線２１に直付けする金属として優れている。又、厚膜形成までにクロム薄膜２２が酸化されないように、耐食性、耐熱性に優れ特に空気中及び水中では永久に酸化しない金薄膜２３を用いた。金属薄膜２７としては、チタン、白金、金、銅等の薄膜を用いることが可能であるが、光ファイバの素線２１上に形成するクロム薄膜２２としては、クロムもしくは、クロムの変わりにチタンを採用する必要がある。これは、素線２１との金属膜１３の密着度を保つためである。
【００２０】
パラジウム薄膜２４は、厚膜形成時の無電解メッキにおいて、ニッケル厚膜２５を形成するための触媒として作用させ、密着性よくニッケル厚膜２５を形成させるために採用した。
【００２１】
上記金属薄膜２７上にニッケル厚膜２５、金厚膜２６を形成した理由は、光ファイバピグテイル１を光パッケージ３に半田固定するときに、薄膜だけであると光ファイバピグテイル１の素線２１に形成された薄膜が半田に吸い取られる「半田食われ現象」が生じ、素線２１と薄膜との密着性がなくなり、気密がとれなくなる。その為に、上記薄膜上に厚膜を形成する必要が生じる。
【００２２】
次に厚膜としてニッケル厚膜２５、金厚膜２６とした理由について述べる。光パッケージに半田固定するときに半田８１として、主に金スズ半田が用いられるが、ニッケル厚膜２５は、金スズ半田と合金を形成するために、密着が非常よいという特徴があり、また、安価に厚膜を形成することができるために用いた。最外周には、耐食性、耐熱性に優れ特に空気中及び水中では永久に酸化しない金厚膜２６を用いる必要がある。また金厚膜２６は、金スズ半田との濡れ性が非常によく、金スズ半田付けを実施した際には、最外層の金厚膜２６があるために、金厚膜２６が金スズ半田に食われてニッケル厚膜２５が濡れ性よく金スズ半田との合金を作る事が可能となる。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｇ）は本発明の光ファイバピグテイル１の先端面１１の形状を示す図である。（ａ），（ｂ）は光ファイバ径と同等もしくはそれ以上の径にした球面形状、（ｃ）〜（ｆ）は光ファイバ外周に対し直角の平面もしくは斜面またはそれにＲ形状をつけた斜め球面形状のもの、（ｇ）はクサビ形状である。この様な様々な先端面１１の形状とすることで、レンズ作用や反射防止作用を持たせることができ、使用用途に合わせ用いることが出来る。
【００２４】
本発明において、薄膜とは膜厚０．０５μｍ程度未満の膜をいい、スパッタもしくはイオンプレーティングで膜を形成し、光ファイバピグテイル１においては石英ガラス表面と金属膜１３との気密密着性を維持する効果を奏する。
【００２５】
又、厚膜とは膜厚０．０５μｍ程度以上の膜をいい、電気メッキなどにより薄膜の上に厚膜を付けることにより、光パッケージへ半田付けする等の高温作用時においても石英ガラス−金属膜間の膜剥離を生じさせない。
【００２６】
尚、薄膜と厚膜とは膜厚０．０５μｍを境に区別するものではなく、膜形成方法をも含めて分類している。上記膜厚の測定方法は、膜を形成した光ファイバを図２のようにレーザー切断して端面を仕上げ、ＴＥＭ分析してＥＤＳ解析した時に、各元素別に分離されて表されるが、金２４の薄膜と金２７の厚膜の界面は膜密度の差から明暗が生じて、容易に判別することが可能である。
【００２７】
次に、金属薄膜２７およびパラジウム薄膜２４の形成方法について説明する。
【００２８】
光ファイバピグテイル１への薄膜形成方法は気相成長、蒸着、イオンプレーティング、スパッタの４方法が考えられる。
【００２９】
気相成長は、膜とする元素を含んだ蒸発しやすい気体を高温に加熱した基板表面に送り、分解、酸化、還元、置換などの化学反応により薄膜を形成する方法であるが、酸化物、窒化物、炭化物などの安定した化合物の薄膜生成に用いられ、光ファイバピグテイル１における金属単体の薄膜には好ましくない。
【００３０】
次に本発明に適用できる薄膜形成方法を図４，図５，図６を用いて説明する。
【００３１】
図４は蒸着を示す概念図である。蒸着は、電子銃４１からの電子ビーム４２が、ターゲットを加熱し、蒸発した原子が基板４４の上について膜４５を形成する方法で、簡便に均一な金属膜を形成させることができるため、光ファイバピグテイル１の薄膜形成方法として適している。加熱方法としては、前述の電子銃による加熱の他、抵抗加熱による加熱方法を利用することもできる。
【００３２】
図５はスパッタを示す概要図である。スパッタは、プラズマ中のイオン５１がターゲット５２の表面にある原子５３をはねとばし、はねとばされた原子５３はターゲット５２の近くにおかれた基板５４の上について膜５５を形成する方法で、一様な厚さの膜５５がつき、ターゲットの温度を上げる必要がないことが特徴で、樹脂製被覆をもつ光ファイバピグテイル１の薄膜形成方法として適している。
【００３３】
図６はイオンプレーティングを示す概要図である。イオンプレーティングは、ターゲット６１から蒸発させながら、スパッタにおけるターゲットを基板６２として膜６３を付ける方法であり、蒸着とスパッタの中間的な方法である。この方法では、基板６２はスパッタのターゲットと同様にイオンによって表面がスパッタされ清浄化されるのと同時に高温になるので、付着強度が大きくなり、光ファイバピグテイル１には最も適した方法である。以上より、本発明の光ファイバピグテイル１を形成する方法としては蒸着、スパッタ、イオンプレーティングを用いることが出来、いずれの方法においても半田付けする等の高温作用時においても素線２１と金属膜１３間の剥離は生じない。
【００３４】
蒸着、スパッタ及びイオンプレーテイングいずれの成膜方法でも、クロム薄膜２２、金薄膜２３、パラジウム薄膜２４のそれぞれの最適な膜厚範囲０．０１〜０．０５μｍ程度に形成することができる。
【００３５】
素線２１の先端面１１は、光パッケージ３の発光源２からの出射光を受けるために、金属薄膜２７を形成しないようにする必要がある。そのため、薄膜形成前に、先端面１１を溶剤等でマスキングした後に、金属薄膜２７を形成する。金属薄膜２７は、マスキングの上に形成されるので、成膜の後にマスキングを除去することにより、先端面１１に金属薄膜２７をつかないようにする事が可能となる。
【００３６】
次に、厚膜形成方法について説明する。
【００３７】
光ファイバピグテイル１の金属薄膜２７形成後の厚膜形成方法は電解メッキ、無電解メッキの２方法が考えられる。
【００３８】
電解メッキは、メッキする際にメッキ液につけて電気を流すことによってメッキ被膜が形成されるので、電気を流すための接点をつける必要があり、光ファイバピグテイル１にこの方法にてメッキをつけるためには、前述したように導通接点１０１を形成させる必要があるが、この導通接点１０１が引っ張り強度劣化の要因となるため、光ファイバピグテイル１に採用することは好ましくない。
【００３９】
そこで、本発明に適用できうる厚膜形成方法としては、無電解メッキが望ましい。図に無電解メッキ方法を示す。無電解メッキでは、電解メッキとは異なり電気を流す必要がないため、光ファイバをメッキ槽７１の中の無電解メッキ液７２に浸積するだけでよい。まず、ニッケルの無電解メッキについて説明する。ニッケルの無電解メッキ液７２は、硫酸ニッケル等のニッケル塩、可溶性の還元剤、ｐｈ調整剤、メッキ液の安定剤等からなる。無電解メッキ液７２中に被メッキ品を浸漬すると、還元剤の酸化によって放たれる電子が金属イオンに転移し、ニッケル皮膜が得られるものである。ニッケル厚膜２５のメッキ厚みは、ニッケルの無電解メッキ液７２のメッキ液濃度にも影響を受けるが、メッキ液浸積時間にて調整される。
【００４０】
無電解メッキでは、還元反応によってメッキが形成されるが、被メッキ品の素地表面は、触媒活性が弱いために、無電解メッキ液７２に浸積してもそのままでは、反応は開始されない。そのため、一般的には、外部から触媒活性化を付与してやる必要がある。通常は、塩化パラジウム溶液中に被メッキ物を浸積して、イオン置換によって表面にパラジウム薄膜２４を還元させて触媒活性を与える。しかし、この方法では被メッキ品の状態によっては、触媒であるパラジウム薄膜２４が、表面に形成しないことがある。本発明においては、薄膜の下地にパラジウム薄膜２４がすでに形成されているため、触媒活性されているため、安定してニッケル厚膜２５を無電解メッキにて形成することができる。先端面１１は、パラジウム薄膜２４が形成されていないために、無電解メッキが形成されることはない。
【００４１】
次に金厚膜２６のメッキ層は、置換の無電解メッキにて形成される。置換の無電解メッキは、電解質溶液中の異種金属間の電位差を利用したものであるが、被メッキ品表面上を置換した金属で被覆されると反応は停止するため、０．０５〜０．２μｍのメッキ膜厚を形成することができる。金厚膜２６のメッキ層は、ニッケル厚膜２５の酸化を防止し、金スズ半田での半田付け時の半田濡れ性を向上させるために必要であるが、厚みとしては、０．０５〜０．２μｍで十分である。０．０５μｍ未満では、半田濡れ性が劣化するために望ましくない。
【００４２】
以上のようにして得られた本発明の光ファイバピグテイル１は、図１０のような光ファイバモジュールにて、金属膜１３を半田で固定することによって、好適に用いることができる。
【実施例】
【００４３】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００４４】
端面形状がテーパ球面である光ファイバピグテイル１のサンプルを２００本作成し、この内５０本を本発明の実施例１としてチタン薄膜、白金薄膜、パラジウム薄膜２４の順にイオンプレーティングでそれぞれ０．０５μｍ以下の膜厚で形成し、薄膜の上にニッケル厚膜２５、金厚膜２６の順に無電解メッキでニッケル３μｍ、金０．２μｍの膜厚で形成した。
【００４５】
つぎに、本発明の実施例２としてクロム薄膜２２、金薄膜２３、パラジウム薄膜２４の順にイオンプレーティングでそれぞれ０．０５μｍ以下の膜厚で形成し、薄膜の上にニッケル厚膜２５、金厚膜２６の順に無電解メッキでニッケル３μｍ、金０．２μｍの膜厚で形成した。
【００４６】
また、比較例１として、５０本を従来のクロム薄膜１２１、クロム−金合金薄膜１２２、金薄膜１２３の順で薄膜１２６をイオンプレーティングでそれぞれ０．１μｍ以下の膜厚で形成し、薄膜の上にニッケル厚膜１２４、金厚膜１２５の順で厚膜を電気メッキでそれぞれ２μｍの膜厚で形成した。
【００４７】
さらに、比較例２として、残り５０本を従来のクロム薄膜、クロム−金合金薄膜、金薄膜の順で薄膜をイオンプレーティングでそれぞれ０．１μｍ以下の膜厚で形成し、薄膜の上に金厚膜、ニッケル厚膜、金厚膜の順で厚膜を電気メッキでそれぞれ２μｍの膜厚で形成した。
【００４８】
図７に示すように、フェルール８４上に半田８１を置き、ファイバ８２をフェルールに通してコイル８３で加熱して金属膜１３部分を半田接合した。半田材料としてはAuＳｎ、ＡｇＳｎ、ＰｂＳｎなどがあるが、この場合では光パッケージの封止において最も利用されるＡｕ80Ｓｎ20を使用した。通常、半田のプリフォームをファイバと金属フェルールの接合部に積載して、レーザー加熱、脱酸素温風加熱、高周波誘導加熱を用いて溶融接合する。
【００４９】
金属のフェルール８４はＡＳＴＭ−Ｆ１５、ＳＵＳ、ニッケルなどが使用されるがこの場合では最も熱膨張率が低い金属としてＡＳＴＭ−Ｆ１５を使用した。ＡＳＴＭ−Ｆ１５はＦｅ―Ｃｏ−Ｎｉからなる合金であり、このＡＳＴＭ−Ｆ１５を材料として成形、切削加工などで管状とし、ニッケル、金を１〜３μｍずつ順次メッキして金属フェルール作製した。
【００５０】
ヒートサイクル試験後に引っ張り試験を実施した。ヒートサイクル条件は、温度範囲−４０〜８５℃、温度昇降速度１０℃／分、滞留時間３０分間、サイクル回数１００回、とした。引っ張り試験の方法を図９に示す。フェルール８４をレール９３の上のステージ９４で固定し、被覆１４をステージ９４の上のプッシュプルゲージ９１で固定した。ステージ９４を０．５ｍｍ／ｓｅｃにて動かし、加重をかけて、破断したときのプッシュプルゲージの値を読みとった。表１に引っ張り試験結果を示す。
【表１】
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【００５１】
表１より本発明の実施例１は、１０．７８Ｎ以上の引っ張り強度を維持し、本発明の実施例２は、１２．７４Ｎ以上の引っ張り強度を維持した。比較例１のサンプルは、６．８６Ｎ以上にて破断が発生した。比較例２のサンプルは、８．８２Ｎ以上にて破断が発生した。
【００５２】
この結果より、従来のクロム薄膜１２１、クロム−金合金薄膜１２２、金薄膜１２３の順に薄膜１２６を形成した後、ニッケル厚膜１２４、金厚膜１２５の順に厚膜を形成した光ファイバピグテイル、および従来のクロム薄膜、クロム−金合金薄膜、金薄膜の順に薄膜を形成した後、金厚膜、ニッケル厚膜、金厚膜の順に厚膜を形成した光ファイバピグテイル引っ張り強度が弱く破断が発生した。
【００５３】
これに対し、チタン薄膜、白金薄膜、金薄膜を形成した後、ニッケル厚膜２５、金厚膜を形成した本発明の実施例１および、クロム薄膜２２、金薄膜２３、パラジウム薄膜２４を形成した後、ニッケル厚膜２５、金厚膜２６を形成した本発明の実施例２は、引っ張り強度が強い光ファイバピグテイル１が得られた。
【００５４】
従って、本発明実施例である、光パッケージ等に組み込まれる光ファイバピグテイル１において、該端面後部に金属薄膜２７を形成し  該金属薄膜２７上にパラジウム薄膜２４を形成し、該パラジウム薄膜２４上にニッケル厚膜２５、金厚膜２６を形成し、金属膜１３の形成方法として、蒸着法、イオンプレーティング法もしくはスパッタリング法で薄膜を形成し、無電解メッキで厚膜を形成することにより、引っ張り強度性に優れた効果があらわれた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の光ファイバピグテイルを示す側面図である。
【図２】本発明の光ファイバピグテイルの金属膜における断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は本発明の光ファイバピグテイルの様々な先端面の形状を示す側面図である。
【図４】本発明の光ファイバピグテイルにおける金属膜を形成する方法である蒸着を示す側面概要図である。
【図５】本発明の光ファイバピグテイルにおける金属膜を形成するための方法であるスパッタを示す側面概要図である。
【図６】本発明の光ファイバピグテイルにおける金属膜を形成するための方法であるイオンプレーティングを示す側面概要図である。
【図７】本発明の光ファイバピグテイルにおける金属膜を形成するための方法である無電解メッキを示す側面概要図である。
【図８】本発明の光ファイバピグテイルの試験方法（半田付け）を説明するための断面図である。
【図９】本発明の光ファイバピグテイルの試験方法（測定）を説明するための側面図である。
【図１０】本発明の光ファイバピグテイルを用いる光モジュールを示す透過斜視図である。
【図１１】従来の光ファイバピグテイルを示す側面図である。
【図１２】従来の光ファイバピグテイルの金属膜における断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１：光ファイバピグテイル
２：発光源
３：光パッケージ
４：ＬＤモジュール
５：半田
１１：先端面
１２：テーパ球面
１３：金属膜
１４：被覆
２１：素線
２２：クロム薄膜
２３：金薄膜
２４：パラジウム薄膜
２５：ニッケル厚膜
２６：金厚膜
２７：金属薄膜
４１：電子銃
４２：電子ビーム
４３：ターゲット
４４：基板
４５：膜
５１：イオン
５２：ターゲット
５３：原子
５４：基板
５５：膜
６１：ターゲット
６２：基板
６３：膜
７１：メッキ槽
７２：無電解メッキ液
８１：半田
８２：ファイバ
８３：コイル
８４：フェルール
９１：プッシュプルゲージ
９２：ステージ
９３：レール
９４：ステージ
１０１：導通接点
１２１：クロム薄膜
１２２：クロム−金合金薄膜
１２３：金薄膜
１２４：ニッケル厚膜
１２５：金厚膜
１２６：薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005134551.tif 000008
【図６】
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【図７】
2005134551.tif 000010
【図８】
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【図９】
2005134551.tif 000012
【図１０】
2005134551.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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