光纤连接器研磨

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1、光纤连接器研磨研磨是Connector組裝工藝中最重要的一部分。研磨主要是對Ferrule端面3D參數的調整，以及端面的處理。3D參數會影響Connector的對接性能，比如：對接是否精確，接觸是否緊密等從而對光學特性造成一定的影響，主要是影響其IL跟RL。端面好壞對也會影響Connector的光學特性以及使用壽命。研磨是影響Connector IL的因數之一但是對Connector RL，研磨是起著決定性作用的。研磨首先需要了解的常識：研磨機：中心加壓式研磨機：從研磨盤的中心施加的壓力，如光紅的EZ-312。最大的優點是：1、壓力可以調節，即可以調節壓力來調節3D參數，又可通過更換研磨墊的硬

2、度來調節3D參數，其對3D參數的調節有更多的選擇，所以可以減少對研磨墊種類的需求。缺點是：1、上盤苦難，對Ferrule上盤的一致性要求比較高，否則將會對研磨產生不理想的效果。比如：沒擰緊會造成沒有研磨不充分Ferrule上歪了會造成其頂點偏心，嚴重者影響附近的幾個甚至正盤的Ferrule偏心狀況。研磨時Ferrule上盤需要嚴格的對稱，不能一邊多，一邊少。2、研磨程式難于控制，研磨程式受限于每盤Ferrule的數量。滿盤研磨才可以得到較好的效果。3、返修苦難，如在新的一盤加入一部分返修的Ferrule，其往往不理想，或者是全盤(拆卸過的)返修，返修工序要從前幾道工序開始。因Ferrule拆邪

3、過以及上盤時，Ferrule難免會出現長度不一致的現象，所以只能依靠前幾道工序將Ferrule的長度研磨成一致，才可以得到良好的返修效果，但是會對IL產生不理想的效果。四角加壓式研磨機：從研磨盤的四個角施加的壓力，如廠內的精工技研的SFP-550。其優點是：1、研磨程序比較穩定，研磨盤的設計是采用IPC(獨立的拋光控制)控制。理論上可以研磨數量從1其最大孔位。因其每個孔位是獨立的，不影響周邊孔位的Ferrule。實際上當數量上少的話，研磨時間應當相應減少。2、上盤容易，可避免因上盤而出現Ferrule長短不一致的現象。裝歪的現象也可以容易檢查出來。3、反修容易，其反修一般可以從后几道工序反修(

4、主要指端面有不太嚴重的缺陷，黑點、划痕、膠圈等)。缺點是：1、壓力不可調節，完全依賴于研磨墊的硬度跟研磨時間的長短來調節Ferrule端面的3D參數。總體而言，SFP-550研磨機比EZ-312研磨機更穩定，操作上更為簡便。研磨墊：1、橡膠墊，其高度跟硬度對Ferrule 端面3D參數有著重要的影響。精工技研的研磨墊型號：PR5X-500(高度)-80(肖氏硬度)指厚度為5mm，硬度為80。廠內常用的有高度為5mm，硬度是60、70、80、90等。另外還有高度為4.8mm的，硬度為80。2、玻璃墊，主要運用在研磨8度角的Ferrule，即APC Type Ferrule。研磨片：研磨片上的砂粒

5、材質：SiC、金剛石、SiO2等以下是精工技研的研磨片不同型號的砂粒材質：30u研磨片：SiC材質，脆而鋒利，莫氏硬度一般約為9壽命2次9u研磨片：金剛石材質，莫氏硬度一般約為10 ，壽命20次5u研磨片：金剛石材質，莫氏硬度一般約為10，壽命20次1.5u研磨片：金剛石材質，莫氏硬度一般約為10，壽命20次NTT FOS-01拋光片：SiO2材質，莫氏硬度一般約為7，壽命2次研磨片上砂粒的大小：30um、9um、5um、3um、1.5um、1um、0.5um、0.2um等。P.S.：如小刀其莫氏硬度約爲5.5、銅幣約爲3.5至4、指甲約爲2至3、玻璃硬度爲6，10級莫氏硬度是9級莫氏硬度15

6、0倍，是7級的莫氏硬度1000倍。研磨液：PL-50：精工技研的研磨液，減小研磨的切削力，增加研磨片的使用壽命。主要配合鑽石材質的研磨片使用。蒸餾水：最後的拋光用，不可以用一般的自來水，因一般的自來水內含的雜質會對光纖端面產生不理想的影響。酒精+蒸餾水：作用與蒸餾水相同。可減少黑點，膠圈等不良現象，提升良率。但是會降低其本身的使用壽命，對光纖高度影響比較大。干涉儀：厂內用的是DORC ZX-1干涉儀，主要是測試Ferrule端面的3D數值。原理是利用牛頓環干涉原理對Ferrule端面的3D狀況進行檢測。干涉儀主要是起檢測作用，對研磨后的Ferrule的3D參數進行檢測判斷。每隔固定的時間需要進

7、行校正，校正判定標准以頂點偏心AO在0、90、180、270四個方向的最大跟最小值差值大小進行判定(4um)。校正儀器對Ferrule端面的曲率半徑跟光纖高度一般是不起作用的，所以若曲率半徑跟光纖高度一般只有儀器本身的重復性帶來的測試誤差，而頂點偏心則還會在校正中可帶來一定的誤差。另外需要注意的是， Ferrule端面跟柱面在測試之前需要擦拭干淨，以免帶來測試誤差。Ferrule：材質一般為：氧化鋁 /氧化鋯（PSZ）摩氏硬度一般約為7.5陶瓷插芯的材料一般氧化鋁：強度低、粒度大，碰到堅硬表面時易碎裂。氧化鋯：硬度小、顆粒小，易於進行研磨抛光 (Ferrule常用此種材料)。另外上述的Ferr

8、ule也可能會參雜鐵，以到達增加Ferrule的耐摩性效果。鋼鐵、橡膠，這些材質的Ferrule運用的比較少。Ferrule分類：以直徑大小分：2.5mm，1.25mm。類型：常見的有UPC Type (Ultra Physical Contact、超級平面物理接觸)，APC Type (Angle Physical Contact、帶角度的物理接觸-通常是帶8度角)。Ferrule End Face：LC Type的End Face的直徑有0.9mm、0.6mm(IEC Type)兩種MU Type的End Face直徑為0.53mm(NTT Type)、0.6mm(IEC Type)SC

9、Type 的End Face 直徑為1.92mmAPC(Conical Type) End Face 直徑為為1.0mm，其倒角的角度跟PC Type一樣為30，只是其倒角邊長比較長。APC(Step Type) End Face 直徑為為1.4mm了解End Face的大小對調節新的Ferrule研磨程式有很大的幫助。如LC Type Ferrule End Face為0.9mm與0.6mm的研磨程式差異很大。在厂內的SFP-550研磨機，End Face為0.9mm的研磨效果比較好，因0.6mm的端面小，造成研磨時曲率半徑過小，只能選用比較硬的研磨墊與之搭配研磨，帶來的后果是3D的參數比E

10、nd Face為0.9mm的差。End Face3D參數解析：1. ROC 曲率半徑R ( PC：725mm / APC：512mm)：端面圓弧的半徑曲率半徑不可以太大(曲率半徑最大的情況就是無限大，也就成了平面，嚴重影響RL)也不可以太小，太小了就容易出現因為光纖同心度不好導致對接出現氣隙，影響對接性能。Radius of Curvature(簡稱ROC)廠內的規格PC選擇的是1025mm，IEC採用的是此標准。GR-326-CORE采用則為725mm。APC都選擇的是512mm。2. Apex Offset頂點偏心(AO 50um )：最高點位置偏離光纖中心軸線的距離兩個頂點偏心大的接頭對

11、接，直接接觸的肯定是最高點，而光纖中心因為沒有直接接觸而導致了氣隙，容易出現干涉等現象，影響對接特性。Apex Offset(頂點偏心)計算公式：Apexoffset = R*其中R 為曲率半徑，為偏移的角度(注：因很小，所以sin，上述公式省略了sin)。廠內的設置為0.23. Fiber Undercut and Protrusion光纖高度：光纖突出或者縮進插芯的量在GR-326-CORE中光纖高度的要求是如上圖，在曲率半徑為710mm的光纖高度為-125+50nm。而在曲率半徑為1025mm區域為：-0.02R3+1.3R2-31R+325+50nm。厂內使用最嚴的標准-50nm+50

12、nm，若按GR-326-CORE的標准，則可以提高拋光片的使用壽命。4. APC拋光角度一般的規格為8+/-0.5ApexoffsetR*sin(8)* 其中R為端面的曲率半徑，為定位插銷方位誤差角。Ferrule端面區域定義(參考GR-326-CORE)：區域定義：D=250um，E=140 um，F=50 um。D區內的是Ferrule對接區域，D以外的區域是不需要監控的，因其不影響對接特性。所以D區域只要不是有很嚴重的缺陷便可以接受，畢竟它不直接影響光學特性。EF區域不需要測試。因這個區域不影響對接性能，也不影響通光性能。F區域是重點的區域，因其頂點偏心就是在這個區域。只有50um的範圍

13、區域。光纖端面的情況是要求最嚴格的，不允許有任何缺陷。(這是對SM光纖而言的，因SMF的MFD只有大概10um。若對MM光纖，比如60/125或者50/125則F區域應該至少應該取100um。)廠內定義的F區域至少120um。在400倍的端面放大儀器下不允許有任何缺陷，此定義比326的要求高很多。研磨的規律：1、 加研磨壓力和使用較軟的研磨墊，會得到較小的球面曲率半徑R對研磨墊施加的壓力越大，其形變也就越大，其形變的曲率半徑就越小，從而在研磨時就會得到較小的Ferrule曲率半徑。同樣的，在壓力不變的情況下，墊子越軟，形變就越大，同樣可以得到較小的曲率半徑。2、 高的研磨機穩定性和使用較軟的研

14、磨墊，可以減小球面頂點偏心AO提高研磨機的穩定性可以減少Ferrule晃動的幅度，從而減少頂點偏心。這里更確切的講，應該是減少頂點的偏移角度(Apexoffset = R*)。較軟的研磨墊除了可以減少Ferrule晃動的幅度，減少頂點的偏移角度，另外還可以減小曲率半徑R，控制AO的兩個因子，從而達到減小頂點偏心目的。所以研磨墊的硬度對頂點偏心影響很大。3、 降低研磨機轉速和使用較小研磨顆粒，可以減小光纖內縮/突出量降低研磨機轉速可以減小光纖高度，原因不詳。以上的研磨機都可以調節速度，但是未曾使用過，實際效果不詳。越小的研磨砂粒，可以研磨出越光滑跟平整的的光纖端面，從而可以減小光纖高度。另外隨著

15、拋光片(最後一道的拋光)的使用次數的增加，光纖高度的會往負漂移，即不斷往內縮。(廠內有兩種拋光片，FOS-01和ADS。光纖高度對FOS-01拋光片使用壽命限制更為顯著。以LC Type為例，FOS-01使用壽命只有2次，之後其光纖高度一般都會在-50nm以下，超出廠內的規格。而ADS則可使用10次以上，光纖高度的變化量不大。)4、 研磨時間的對3D的影響：研磨時間：若研磨時間長了，因Ferrule會變短，則其研磨墊受到的壓力相應減小而且Ferrule End Face還會變大(除Step APC外)。則Ferrule曲率半徑會變大，而且頂點偏心也會變大。若研磨時間短了，會造成研磨不充分，對光

16、纖的端面會造成不良的影響。比如黑塊，劃痕，膠圈等端面不良現象。所以在研磨的時間選擇上需要選擇一個合適的量。在同時滿足3D數值與端面的情況下盡量減少時間，以便提升效率。5、研磨片對研磨的影響：5.1、粒大小不均：如果研磨片上的砂粒大小不均勻，即有些砂粒較凸出，這種情況會很容易造成光纖端面劃痕。5.2、 切削速度不一致：如果研磨片設計有問題，使研磨後的剩餘物不能清除而把砂面的空隙填滿，這種情況容易造成同一盤的端面切削的速度不平均，同樣容易出現劃痕。5.3、 研磨片之壽命不穩定：若有以上的品質問題，會造成每片砂紙的可使用次數不穩定，會對研磨程式的操控上造成一定的困難。5.4、 研磨片本身的厚度是否均

17、勻同樣會影響最終的研磨效果。6、研磨角度誤差和定位插銷方位誤差對偏心值影響非常之大，提高定位插銷和研磨夾具卡槽的方位精度可以減小偏心。以上幾條是研磨重要規律，特別是前面3條規律尤為重要。是研磨必須要掌握的規律。研磨程式：對SFP-550研磨機而言，壓力是固定的(EZ-312比較少用)，所以以下的研磨程式是沒涉及到壓力的調節的。以廠內的LC Connector 的研磨程式，了解每道工序的一般作用：LC/PC (Ferrule End-Face 0.9mm)研磨條件去膠第一道第二道拋光研磨片30u5u1.5uNTT (FOS-01)時間(m)0.50.50.52壓力運轉10次後運轉後運轉後運轉10

18、次後研磨墊PR5X-500-80PR5X-500-80PR5X-500-80PR5X-500-70研磨液NonePL50PL50蒸鎦水壽命(次)220202備注研磨盤：PH55-FLM-16去膠：研磨片選用30um(GA5D，精工技研的代碼)，材質為SiC，砂粒大小為30um。主要作用是：去除Ferrule End Face上面的353ND膠。選用的摩氏硬度比Ferrule跟光纖的摩氏硬度稍大，因此步的主要作用是去除Ferrule End Face的353ND膠，故其切削力不可過大，否則容易造成膠的整塊脫落。壓力在運轉10次後施加，主要作用是在開始研磨時，不施加壓力，減少研磨片的切削力，避免造

19、成膠的整塊脫落造成的光纖崩裂。時間上的控制以完全去除Ferrule End Face 353ND膠為止。第一道工序：研磨片選用5um，材質為金剛石，砂粒大小為5um。主要作用是：對Ferrule的3D中的曲率半徑R和頂點偏心AO的造型。摩氏硬度比Ferrule跟光纖的摩氏硬度大很多，這樣研磨片對Ferrule(陶瓷)跟光纖(玻璃)切削力就很大，這樣才可以在短的時間內對Ferrule的端面進行造形。研磨液採用是PL50，減少研磨時的切削力，提升研磨片的使用壽命。第二道工序：研磨片選用1.5um，材質為金剛石。對Ferrule的3D中的曲率半徑R和頂點偏心AO的影響不大，因為其顆粒過小，在短的時間

20、內(比如上面程式中的0.5min)對R&AO的影響是不大的。其主要作用：是最後道工序拋光的過度階段還會影響到光纖端面的情況。拋光：NTT (FOS-01)，材質為SiO2，砂粒大小0.2um。主要的重用：是使光纖的端面平整、光滑，以及降低3D中的光纖高度。SiO2摩氏硬度比Ferrule的摩氏硬度小，跟光纖的摩氏硬度接近(光纖的主要材料也是SiO2)。所以其切削力對Ferrule跟光纖都不大，主要使光纖的端面平整、光滑。研磨液採用蒸餾水，或則是酒精+蒸餾水。FOS-01常用的是酒精+蒸餾水研磨液而ADS拋光片則採用的是蒸餾水。注意不可用一般的自來水，因自來水一般含有硬度很高的微小顆粒，對光纖端

21、面的影響很大，比如造成端面有黑點，劃痕等不良現象。至於帶角度的Ferrule會多一道造角度的工序，研磨墊採用的玻璃墊。主要是造8度角。注意：在進行拋光時，研磨墊的硬度的選擇應該要比前道工序的小，至少也要相同，否則會很容易造成拋光不充分，出現劃痕等不良的端面情況。研磨的注意事項：1、割纖：需要將露出膠面的光纖完全割除，避免研磨時，光纖受力過大造成崩裂(會在光纖端面出現黑塊現象)。施力壓斷光纖時，力量不可過大，光纖受力過大造成崩裂。2、 Ferrule柱面清潔：柱面不可以有353ND膠的殘留，否則會影響研磨3D狀況以及造成研磨不充分。3、 Ferrule上盤：需要檢查研磨盤的夾子是否夾緊。研磨前跟

22、研磨過程中也需要檢查一次。避免夾子沒夾緊Ferrule，造成研磨不充分。4、 研磨時，施加壓力要在對角同時一起施加壓力，這樣可以保持施加壓力對稱，否則容易造成整盤的Ferrule頂點偏心等不良現象。5、 去膠跟最後到工序需要空轉10圈或以上。6、 去膠工序需要檢查Ferrule端面上的膠有無完全去除。不可將未去完膠的Ferrule流入下道工序。7、 在去膠工序完成后，需要觀察353ND膠是否有整塊脫落的現象，若有，則應增加空轉的時間。8、 帶角度的Ferrule上盤需要對8度角的方向，避免劃傷研磨墊。而且需要觀察8度角是否研磨充分。9、 每道工序研磨完後需要清潔Ferrule跟研磨片，要將研磨

23、的殘餘物(研磨片的砂粒跟陶瓷粉等)清洗幹淨。10、 研磨片不可貼反(特別是拋光片，正反面容易混淆)，而且需要幹淨，不可有灰塵在上面。11、 研磨片與研磨墊之間不可以有氣泡，異物等現象。12、 貼研磨片後，需要等一段時間過後，研磨片與研磨墊粘緊後方可使用，研磨過程中也需要觀察下研磨片有無與研磨墊分離。13、 Ferrule長度的一致性對研磨有很大的影響。研磨的異常與處理方法：1、 曲率半徑R過大或者過小：過大則選用較軟的研磨墊進行研磨，注意一般需要從去膠後一道工序開始研磨反修，比如上表中的第一道工序，因若從第二道工序是對曲率半徑R影響不大的。過小則選用較硬的研磨墊或則是選用高度比較小的研磨墊(因

24、為這樣可以減小壓力)實在不行的話則將研磨時間加長，將Ferrule研磨短一些，從而到達減小壓力的作用，此為下策，非必要時，不建議使用，因這樣會影響道Ferrule的IL，跟對接穩定性情況。2、 頂點偏心AO過大：在能滿足曲率半徑的情況下，選用較軟的研磨墊若因Ferrule數量比較少造成的，則可加入一些報廢的Ferrule，使研磨盤上的Ferrule能夠對稱，這樣可以減少Ferrule受力不對稱造成的定點偏心過大(即使IPC也亦然，只是其頂點偏心的狀況沒那么嚴重)在對研磨盤施加壓力時，手法上需要對稱減少去膠的空轉時間(這樣會影響光纖端面，非必要時，不建議使用)。3、 光纖高度過高或者過低：過高：

25、比較少見，使用已經使用過的拋光片重新進行拋光便可。過低：使用新的拋光片進行重新拋光。拋光片的高度若過低，則應該將舊的拋光片更換新的拋光片。4、 黑塊：分兩種，黑塊在Ferrule上：原因是Ferrule上有雜質，造成研磨時雜質整塊脫落造成，或者Ferrule本身有氣泡。若反修(從去膠開始)一次後，仍不無改善，可適度寬放。光纖上有黑塊：一般是在割纖或者在去膠造成，應注意割纖的手法，跟適度增加去膠的空轉時間。若反修不良則需要將Ferrule報廢掉。5、 膠圈：一般情況的可從1.5um/1um開始反修，膠圈多的可從5um開始反修，注意在1.5um研磨時，可以將PL50研磨液換成酒精+蒸餾水，可以減少

26、膠圈現象。對SM Ferrule，因其ID為125126um，光纖的OD125um，因Ferrule與光纖的間隙是比較小的，所以其膠圈是比較少的。而對MM Ferrule其ID為127um以上，其膠圈是比較大，比較多的。6、 黑點：一般情況下是拋光不良造成，可以重新拋光進行反修，嚴重的需要從1.5um開始反修。對FOS-01拋光片，可以使用酒精+蒸餾水進行拋光。壓力過大：壓力過大也容易造成黑點現象，只需要使用高度較低的研磨墊(因常用的SFP-550研磨機是不可調節壓力的)。7、 劃痕：拋光不充分造成，即拋光時間不夠拋光片不幹淨研磨液(蒸餾水/蒸餾水+酒精)受到污染拋光片本身有雜質以上情況只需要重新進行拋光便可，注意需要將上述的異常情況先確認，再確定如何進行反修。若因1.5um/1um的研磨時間不充分，則用拋光片拋光是拋不掉劃痕的(因5um殘留的划痕，拋光片是難于將如此大的划痕拋掉的)，需要在1.5um/1um開始進行反修。研磨員的熟練程度是研磨一個非常重要的影響因數，所以除了要了解研磨的一般常識外，不斷的練習，提高研磨熟練度，才能真正將研磨掌握好。光纖端面一般異常現象：光纖黑塊(光纖崩裂)DORC 3D數值划痕陶瓷黑塊膠圈黑點白點、缺口等