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Dokumentenidentifikation DE69500263T2 14.08.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0669200
Titel Einkapseltechnik für optische Fasern
Anmelder AT & T Corp., New York, N.Y., US
Erfinder Burack, John Joseph, Toms River, New Jersey 08753, US;
Holland, William Robert, Ambler, Pennsylvania 19002, US;
Simchock, Frederick, Trenton, New Jersey 08638, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69500263
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 08.02.1995
EP-Aktenzeichen 953007606
EP-Offenlegungsdatum 30.08.1995
EP date of grant 02.05.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.08.1997
IPC-Hauptklasse B29C 70/70
IPC-Nebenklasse G02B 6/44   

Beschreibung[de]
Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbindungen von optischen Fasern und insbesondere Techniken zum Verkapseln von optischen Fasern, die an eine Fläche eines Elements wie zum Beispiel einer optischen Rückwandplatine gebondet worden sind.

Stand der Technik

Das am 2. November 1993 erteilte Patent von Burack et al., Nr. 5,259,051 (im weiteren als '051 bezeichnet) beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von optischen Rückwandplatinen durch Verwendung eines Verlegeroboters zum Anbringen von optischen Fasern an eine flache Fläche eines biegsamen Kunststoffsubstrats, siehe den Oberbegriff von Anspruch 1. Die Fasern werden durch einen druckempfindlichen Klebstoff an das Substrat gebondet und nach dem Verlegen mit einer Kunststoffolie überdeckt, die sie verkapselt, um sie zu schützen und der Struktur mechanische Stabilität zu verleihen, und um die optischen Fasern während der Handhabung der optischen Rückwandplatine in Position zu halten. Die individuellen optischen Fasern werden in der Regel als Übertragungsleitungen mit großer Kapazität zwischen Leiterplatten oder zwischen optischen Schaltungen verwendet.

Das am 8. März 1994 erteilte und zwischen dem Prioritätsdatum und dem Einreichungsdatum der vorliegenden europäischen Patentanmeldung veröffentlichte und deshalb nicht im Stand der Technik enthaltene US-Patent von Burack et al., Nr. 5,292,390 (im weiteren als '390 bezeichnet), beschreibt die Schwierigkeit, die Kunststoffolie an den optischen Fasern auf eine Weise anzubringen, die die Attribute einer guten Verkapselung, ohne jedoch die Fasern zu beschädigen, verleiht. Es wird ein Zweistufenprozeß zum Anlegen von Wärme und Druck mit einer Etagenpreßvorrichtung beschrieben. Es hat sich zwar herausgestellt, daß dieses Verfahren der Verkapselung der Fasern zu stark verbesserten Ergebnissen führt, doch hat sich ebenfalls herausgestellt, daß dessen ungeachtet Fasern zu häufig beschädigt werden; bei dem Bemühen, jeglichen Schaden zu vermeiden, wird manchmal die Stabilität und Zuverlässigkeit der Verkapselung beeinträchtigt. Diese Probleme treten insbesondere dann auf, wenn eine extrem dichte Anordnung von optischen Fasern mit vielen Überkreuzungen auf der Fläche des biegsamen Kunststoffsubstrats enthalten ist. Es wäre dementsprechend wünschenswert, ein Verkapselungsverfahren bereitzustellen, das optische Fasern, einschließlich optische Faserüberkreuzungen, fest ummantelt, ohne irgendeine der Fasern zu beschädigen oder zu schwächen.

Kurze Darstellung der Erfindung

Bei einer Ausführungsform werden die optischen Fasern verkapselt, indem sie zuerst an eine erste Fläche eines flachen Elements mit einer ersten und zweiten Hauptfläche, die einander gegenüberliegen, gebondet werden. Das flache Element und eine Verkapselungsfolie werden in einer luftdichten Kammer derart plaziert, daß eine erste Hauptfläche der Folie der ersten Hauptfläche des Elements gegenüberliegt. Danach wird der Luftdruck auf der zweiten Hauptfläche des flachen Elements gegenüber dem Luftdruck auf der zweiten Fläche der Verkapselungsfolie wesentlich reduziert, wodurch die Folie an das flache Element angedrückt und außerdem bewirkt wird, daß die Verkapselungsfolie an der ersten Fläche des flachen Elements haftet, wodurch die optischen Fasern verkapselt werden.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Luftdruck, um die Kunststoffolie gegen die optischen Fasern zu drücken, ein überlegenes Verfahren darstellt, um den für eine solide Bondverbindung erforderlichen Druck anzulegen, wobei angelegte Kräfte verteilt werden, so daß eine Konzentration von Kräften auf derartige Vorsprünge wie eine Überkreuzung von optischen Fasern vermieden wird. Dadurch sind zum gleichmäßigen Verteilen von Kräften auch keine genau parallelen Andruckplatten mehr erforderlich. Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus einer Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung hervor.

Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen festgelegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 ist eine Schnittansicht einer zum Verkapseln von optischen Fasern verwendeten luftdichten Kammer;

Figur 2 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linien 2-2 von Figur 1;

Figur 3 ist eine Schnittansicht der Kammer von Figur 1 während einer nachfolgenden Stufe des Prozesses; und

Figur 4 ist eine schematische Schnittansicht eines über einer optischen Faser liegenden thermoplastischen Verkapselungsmittels.

Ausführliche Beschreibung

Die Zeichnungen sind schematisch, wobei in einigen Fällen Abmessungen absichtlich verzerrt sind, um bei der Verdeutlichung der Darstellung zu helfen. Nunmehr unter Bezugnahme auf Figur 1 wird eine im wesentlichen luftdichte Kammer 10 gezeigt, die zum Verkapseln von optischen Fasern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Die luftdichte Kammer 10 wird durch zwei Umhüllungselemente 11 und 12 festgelegt, die an gegenüberliegenden Seiten einer thermoplastischen Folie 13 festgeklemmt sind. Das Festklemmen der beiden Umhüllungselemente ist schematisch durch Pfeile 16 dargestellt, die den zum Beispiel durch eine Presse oder durch ein Klemmelement oder Klemmelemente an die Umhüllungselemente 11 und 12 angelegten Druck darstellen. Die thermoplastische Folie 13 besteht aus einem Material, im wesentlichen luftundurchlässig ist, wie zum Beispiel Polyurethan; sie erstreckt sich um die gesamte Peripherie der luftdichten Kammer 10 herum und bildet effektiv eine luftdichte Dichtung zwischen den Umhüllungselementen 11 und 12. Die thermoplastische Folie 13 unterteilt somit effektiv die luftdichte Kammer 10 in einen oberen Kammerteil 14 und einen unteren Kammerteil 15, die zueinander im wesentlichen hermetisch abgedichtet sind.

Der obere Kammerteil 14 enthält ein flaches Element 17 mit einer ersten Fläche 18, an die (nicht gezeigte) optische Fasern gebondet worden sind. Die Vorrichtung von Figur 1 hat den Zweck, die optischen Fasern durch Bonden der Folie 13 an die erste Fläche 18 des flachen Elements 17, das die Fasern enthält, zu verkapseln. Das flache Element 17 ist durch Abstandshalter 19 von der Folie 13 getrennt. Der obere Kammerteil 14 ist über ein Ventil 21 mit einer Vakuumvorrichtung 22 verbunden. Der untere Kammerteil 15 ist über ein Ventil 23 entweder mit der Vakuumvorrichtung 22 oder mit einer Gasquelle 24 wie zum Beispiel einer Stickstoffgasquelle verbunden. Die gesamte Kammer 10 kann durch eine bei 25 schematisch gezeigte Wärmequelle erwärmt werden.

Die Vorrichtung von Figur 1 ist zum Verkapseln von optischen Fasern, die auf einer Fläche einer Folie aus biegsamem Kunststoff verlegt worden sind, konstruiert. Unter Bezugnahme auf Figur 2 sind optische Fasern 26 und 27 mittels der in dem Patent von Burack et al. ausführlich beschriebenen Technik durch druckempfindlichen Klebstoff 30 beispielhaft an ein biegsames Kunststoffsubstrat 29 gebondet. Aus Gründen, die in dem '051- Patent von Burack et al. angegeben sind, können die Fasern 26 wie gezeigt in Gruppen zu jeweils drei gruppiert sein, und es können mehrere Überkreuzungen vorliegen, bei denen optische Fasern wie zum Beispiel eine Faser 27 optische Fasern 26 überlappen. Das biegsame Kunststoffsubstrat 29 wird durch ein provisorisches Klebeband, zum Beispiel Flexmark (Wz) DFM 700 Clear V-302 ULP, das von der Firma Flexcon Company, Spencer, Massachusetts, USA, erhältlich ist, an das flache steife Element 17 gebondet, bei dem es sich zum Beispiel um eine flache Aluminiumfolie handeln kann.

Bei Betrieb werden beide Ventile 21 und 23 von Figur 1 als erstes mit der Vakuumvorrichtung 22 verbunden, um sowohl in dem oberen Kammerteil 14 als auch dem unteren Kammerteil 15 einen Unterdruck bereitzustellen.

Dieser Vorgang wird durchgeführt, um das Gas zwischen der Folie 13 und dem flachen Element 17 herauszuziehen. Als nächstes wird Wärme eingesetzt und das Ventil 21 wird mit der Vakuumvorrichtung 22 verbunden, während das Ventil 23 mit der Luftquelle 24 verbunden wird. Dadurch entsteht in dem oberen Kammerteil 14 ein viel geringerer Gasdruck als im unteren Kammerteil 15. Das flache Element 17, die Abstandshalter 19 und die thermoplastische Folie 13 werden infolgedessen, wie in Figur 3 gezeigt, senkrecht nach oben gezogen und liegen am Umhüllungselement 11 an. Der auf die Folie 13 ausgeübte nach oben gerichtete Luftdruck erstreckt sich gleichmäßig über ihre gesamte Fläche. Die von der Quelle 25 gelieferten Wärme reicht aus, um ein teilweises Fließen der thermoplastischen Folie 13 zu bewirken. Die Wärme und der Druck bewirken zusammen, daß die Folie 13 an dem flachen Element 17 haftet, wodurch die an die Fläche des flachen Elements 17 gebondeten optischen Fasern verkapselt werden. Die gebondete Konstruktion wird danach von der Kammer 10 entfernt, und das Kunststoffsubstrat 29 von Figur 2 wird vom starren Element 17 abgelöst. Die zusammengesetzte Konstruktion mit Kunststoffsubstrat 29, optischen Fasern 26 und der gebondeten thermoplastischen Folie 13 bildet dann zum Beispiel eine optische Rückwandplatine.

Der angelegte Luftdruckunterschied beträgt in der Regel fünfzehn bis vierzig Pfund pro Quadratzoll, und die Wärme wird bis zu einer Temperatur von einhundert bis einhundertvierzig Grad Celsius eingesetzt. Druck wie gezeigt anzulegen hat den Vorteil, daß der Druck von sich aus gleichmäßig verteilt wird, anstatt bei Vorsprüngen wie zum Beispiel Überkreuzungen konzentriert zu sein. Für ein bestimmtes Ergebnis können infolgedessen in der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung in der Regel Temperaturen und Drücke eingesetzt werden, die höher sind, als wenn Druck mechanisch angelegt werden würde. Bei einem gegebenen Ergebnis stellt die mit der Erfindung hergestellte Verkapselung somit eine bessere Ummantelung und einen besseren konstruktionsmäßige Halt für die optischen Fasern bereit.

Der Vorzug der Verwendung des höheren Drucks ist aus einer Sichtprüfung der verkapselten optischen Fasern ersichtlich, die den Paßsitz des Thermokunststoffs um jede Gruppe aus drei Fasern herum zeigt. Wenn ein ähnlicher Druck verwendet wird, um einen ähnlichen Paßsitz mit einer Etagenpresse zu erzielen, so führt dies zu einer größeren Zahl von Ausfällen als mit der Erfindung. Unter Bezugnahme auf Figur 4 wird eine optische Faser 35 mit einer Stärke t von zehn Tausendstel Zoll (0,25 Millimeter) mit einer thermoplastischen Folie 36 verkapselt. Erfindungsgemäß wurde ein Druck von dreißig Pfund pro Quadratzoll eine Minute lang bei einhundert Grad Celsius angelegt, was einen Abstand d zwischen den Kontaktpunkten des Thermokunststoffs 36 zum Substrat von 0,65 Millimetern (sechsundzwanzig Tausendstel Zoll) ergab. Mit der Etagenpresse erforderte ein ähnliches Ergebnis einen bei einhundert Grad Celsius zwanzig Sekunden lang angelegten Druck von 1,24 10&sup5; N/m² (achtzehn Pfund pro Quadratzoll) und einen vier Minuten lang angelegten Druck von 3,45 10&sup4; N/m² (fünf Pfund pro Quadratzoll), wie in dem '390-Patent von Burack et. al. beschrieben ist. Dies ergab einen Abstand d zwischen 1,32-1,47 Millimetern (dreiundfünfzig und neunundfünfzig Tausendstel Zoll), was einen nicht erwünschten, loseren Sitz anzeigte.

Als Verkapselungsmittel ist Polyurethan verwendet worden, da es nicht nur thermoplastisch ist und für die optischen Fasern einen guten Schutz bereitstellt, sondern auch den oberen Kammerteil 14 wirksam gegen den unteren Kammerteil 15 hermetisch abdichtet und eine luftdichte Abdichtung für die Umhüllungselemente 11 und 12 bereitstellt. Außerdem ist es ausreichend elastisch, daß es gestreckt werden kann, ohne zu brechen, wie in Figur 3 gezeigt. Dennoch ist anzunehmen, daß andere Verfahren verwendet werden könnten, um den zum Andruck einer Kunststoffolie an die zu verkapselnden optischen Fasern benötigten Luftdruckunterschied bereitzustellen, und daß als Verkapselungsmittel andere Materialien verwendet werden könnten. Wegen der Wirksamkeit des erfinderischen Verfahrens bei dem Verteilen von Kräften können biegsame Materialien wie Kapton (ein Warenzeichen), Mylar (ein Warenzeichen) und Aluminiumfolie als Verkapselungsfolie verwendet werden, ohne die optischen Fasern zu beschädigen. Natürlich erfordern derartige Materialien einen Klebstoff, und sie fließen nicht um die Fasern herum wie erwärmter thermoplastischer Kunststoff. Die beschriebene Vorrichtung ist zur Herstellung von optischen Rückwandplatinen verwendet worden, bei denen, wie in Figur 2 gezeigt, optische Fasern an ein biegsames Kunststoffsubstrat 29 gebondet werden. Es ist deutlich, daß die Erfindung auch zum Verkapseln von direkt an einem starren Substrat befestigten Fasern verwendet werden könnte, und dieses Befestigen könnte durch andere als die in dem oben erwähnten '051-Patent von Burack et al. beschriebenen Verfahren geschehen. Der Fachmann kann verschiedene weitere Ausführungsformen und Abänderungen durchführen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Verkapseln von optischen Fasern, mit folgenden Schritten:

Bonden der optischen Faser an eine erste Fläche (18) eines flachen Elements (17) mit einer ersten und zweiten Hauptfläche, die einander gegenüberliegen, gekennzeichnet durch

Plazieren des flachen Elements in einer im wesentlichen luftdichten Kammer (10);

Einlegen einer Verkapselungsfolie (13) in die luftdichte Kammer derart, daß sie sich neben der ersten Fläche des flachen Elements befindet, wobei die Folie eine erste und eine zweite Hauptfläche aufweist, wobei die erste Hauptfläche der Folie der ersten Hauptfläche (18) des flachen Elements (17) zugewandt ist;

wesentliches Reduzieren des Luftdrucks auf der zweiten Hauptfläche des flachen Elements gegenüber dem Luftdruck auf der zweiten Fläche der Folie, wodurch ein Andrücken der Folie gegen das flache Element bewirkt wird;

und Bewirken, daß die Verkapselungsfolie an der ersten Fläche des flachen Elements haftet, wodurch die optischen Fasern verkapselt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

die Verkapselungsfolie für Gas im wesentlichen undurchdringlich ist und sich über die luftdichte Kammer erstreckt, wodurch die Kammer in einen ersten und einen zweiten Kammerteil unterteilt wird, wobei der erste Kammerteil das flache Element enthält, und der Schritt des Herstellens den Schritt des Anlegens eines wesentlich niedrigeren Luftdrucks an den ersten Kammerteil als an den zweiten Kammerteil umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem

der erste Kammerteil teilweise durch einen ersten Umhüllungsteil (11) definiert wird;

der zweite Kammerteil teilweise durch einen zweiten Umhüllungsteil (12) definiert wird;

und der erste und der zweite Umhüllungsteil auf gegenüberliegenden Seiten der Verkapselungsfolie festgeklemmt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem

die optische Faser aus optischen Faserteilen besteht, die andere optische Faserteile überkreuzen;

die Verkapselungsfolie aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist;

und der Schritt des Bewirkens beinhaltet, daß die thermoplastische Folie ausreichend erwärmt wird, um an der ersten Fläche des flachen Elements zu haften.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem

der erste und der zweite Umhüllungsteil auf gegenüberliegenden Seiten der Kunststoffolie entlang der gesamten Peripherie der im wesentlichen luftdichten Kammer anstoßen;

und die Kunststoffolie eine Dichtung darstellt, um Luft daran zu hindern, am Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Umhüllungsteils in die luftdichte Kammer einzutreten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem

der erste Kammerteil mit einer Vakuumvorrichtung (22) verbunden ist, um in dem ersten Kammerteil einen Unterdruck herzustellen;

und der zweite Kammerteil mit einer Gasquelle (24) verbunden ist, um im zweiten Kammerteil einen vorbestimmten, relativ hohen Luftdruck aufrechtzuerhalten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem

vor dem Schritt des Herstellens sowohl der erste als auch der zweite Kammerteil mit der Vakuumvorrichtung (22) verbunden werden, um im ersten und zweiten Kammerteil einen Unterdruck herzustellen, und die thermoplastische Folie durch ein Abstandshalterelement (19) vom flachen Element getrennt wird;

während der Schritts des Herstellens der Unterdruck an den ersten Kammerteil angelegt wird, um zu bewirken, daß sich die zweite Fläche des flachen Elements an den ersten Umhüllungsteil anlegt;

und die Verkapselungsfolie ausreichend elastisch ist, um sich sowohl an das Abstandshalterelement als auch an die erste Fläche des flachen Elements anzulegen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

das flache Element aus einem unbiegsamen Teil, der seine zweite Fläche definiert, und einem Kunststoffteil, an dem die optischen Fasern befestigt werden, besteht;

und nach dem Anhaften der Verkapselungsfolie an der ersten Fläche der Kunststoffteil vom dem unbiegsamen Teil entfernt wird, wodurch die optischen Fasern von der Kunststoffolie und dem Kunststoffteil verkapselt werden.







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