專利名稱：用于時(shí)計(jì)機(jī)芯的夾板或機(jī)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由可微加工的材料制成的夾板(bridge)或機(jī)板，該夾板或機(jī)板包括 用于制造時(shí)計(jì)機(jī)芯的單件軸承。
背景技術(shù)：
人們知道制造金屬(例如黃銅)夾板以支撐時(shí)計(jì)機(jī)芯輪系的至少一個(gè)樞軸的旋轉(zhuǎn)，而機(jī)板承載所述輪系的另一個(gè)樞軸。這些樞軸通常承載在加入到夾板或機(jī)板的軸承中。 所通常使用的軸承包括至少一個(gè)紅寶石，也稱為寶石，該寶石由于其非常優(yōu)良的摩擦學(xué)性 能而被使用。在某些時(shí)計(jì)機(jī)芯中，殼體的薄度要求使得制造厚度非常小的夾板和/或機(jī)板。夾 板的頂板和/或機(jī)板(即最薄的零件)從而變得非常難于加工和作業(yè)。實(shí)際上，當(dāng)應(yīng)用寶石 的加工工具或驅(qū)動(dòng)工具時(shí)，可能發(fā)生軸向擺動(dòng)并導(dǎo)致所述元件平面度和定位精度的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)提出包括用于時(shí)計(jì)機(jī)芯的單件軸承的夾板或機(jī)板來(lái)克 服前述的全部或部分缺陷，該時(shí)計(jì)機(jī)芯盡管其厚度很小，但是其平面度和精度得到了提高。本發(fā)明因而涉及一種包括至少一個(gè)夾板的時(shí)計(jì)機(jī)芯，該夾板使用至少一個(gè)緊固裝 置安裝在機(jī)板上，其特征在于，所述至少一個(gè)夾板或機(jī)板由可微加工材料的板制成，并且所 述至少一個(gè)夾板或機(jī)板包括與所述至少一個(gè)夾板一體的至少一個(gè)軸承，以便承載所述機(jī)芯 的至少一個(gè)構(gòu)件。這有利地提供了極高精度的單件構(gòu)件并且避免了由組裝步驟引起的缺 陷。根據(jù)本發(fā)明其他有利的特征-所述至少一個(gè)軸承具有通過(guò)刻蝕制成的寶石軸承孔，這免去了對(duì)于專用寶石加 工(jewelling)的需求；-所述寶石軸承孔的壁具有涂層，與所述可微加工材料相比該涂層提高了所述壁 的摩擦學(xué)性能。_所述寶石軸承孔具有至少一個(gè)橄欖型切口(olive-cut)或至少一個(gè)油槽以便減 小摩擦；-可微加工材料是硅基的。本發(fā)明還涉及一種時(shí)計(jì)，其特征在于，該時(shí)計(jì)包括根據(jù)前述變形中的一個(gè)的時(shí)計(jì) 機(jī)芯。最后，本發(fā)明涉及一種在可微加工元件內(nèi)制造軸承的方法，其特征在于，該方法包 括步驟a)進(jìn)行刻蝕以便形成所述軸承的寶石軸承孔。根據(jù)本發(fā)明其他有利的特征-該刻蝕是通過(guò)各向異性深反應(yīng)離子刻蝕進(jìn)行的；_在步驟a)之后，該方法還包括步驟b)進(jìn)行第二刻蝕以便形成與所述孔共軸的橄欖型切口；_在步驟a)之后，該方法還包括步驟b’ )進(jìn)行第二刻蝕以便形成與所述孔共軸 的油槽；-該第二刻蝕是通過(guò)各向同性深反應(yīng)離子刻蝕進(jìn)行的；-該第二刻蝕是通過(guò)一系列各向異性深反應(yīng)離子刻蝕進(jìn)行的，該刻蝕的刻蝕部分逐漸減?。?該第二刻蝕是通過(guò)電腐蝕進(jìn)行的；-該方法還包括最后的步驟C)在所述寶石軸承孔的壁上形成涂層，該涂層的摩 擦系數(shù)優(yōu)于所述可微加工材料；-步驟c)包括階段d)進(jìn)行材料的物理或化學(xué)相沉積，該材料的摩擦學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)于 所述可微加工材料；-可微加工元件是硅基的；-步驟c)包括階段e)氧化所述硅基材料以便形成具有更優(yōu)摩擦學(xué)質(zhì)量的所述涂層。


參考附圖，從作為非限制性說(shuō)明的下面描述將清楚地得到其他特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖 中圖1是根據(jù)本發(fā)明的夾板的頂部立體圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的夾板的底部立體圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的夾板的頂視圖；圖4是沿圖3的截面A-A的圖；圖5是本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1至4所示，被選來(lái)用于解釋本發(fā)明的元件是時(shí)計(jì)機(jī)芯夾板，其總體用附圖標(biāo) 記1表示，并且旨在用于時(shí)計(jì)中。然而，應(yīng)當(dāng)清楚的是，本發(fā)明也可應(yīng)用于時(shí)計(jì)機(jī)芯的機(jī)板 或包括了上述夾板的所述機(jī)芯的板。夾板1具有三個(gè)基座3、5、7，所述夾板的板9在三個(gè)基座3、5、7之上延伸。優(yōu)選 地，三個(gè)基座3、5、7和板9是單件零件。在圖3所示的例子中，能看出板9具有大致為新月 的形狀。有利地，夾板1由可微加工材料的板制成，該可微加工材料的板提供了提高的精 度和平面度。這種可微加工材料可以是硅、結(jié)晶硅或結(jié)晶氧化鋁基的。事實(shí)上，對(duì)表面已經(jīng) 是平的板(例如硅片)的微加工保證了得到非常好的尺寸。此外，經(jīng)由使用干法或濕法刻蝕的工藝獲得可微加工材料的工作精度，這避免了 使用局部力來(lái)去除材料。這些工藝被廣泛應(yīng)用，尤其用在微電子中的計(jì)算器和處理器的刻 蝕，并且這些工藝保證了小于一微米的刻蝕精度。優(yōu)選地，使用深反應(yīng)離子(DRIE)式刻蝕。一種已知的工藝由下列步驟組成首先，在可微加工板的表面上涂覆保護(hù)掩模，例 如使用光敏樹(shù)脂光刻法。在第二階段，對(duì)掩模_板組件進(jìn)行DRIE式刻蝕，只讓板的未保護(hù)部分受到刻蝕。最后，在第三階段，去除保護(hù)掩模。因而清楚的是保護(hù)掩模直接決定了在板上所刻蝕元件的最終形狀。因此以精確的方式來(lái)制造任意的形狀是可行的。因此，由于使用了可微加工材料，即使其厚度非常小(即大約0. 4mm)，夾板1和/ 或機(jī)板的毛坯也提供了非常精確的尺寸和非常好的機(jī)械性能。因而清楚的是，在圖1至4 所示的例子中，毛坯可通過(guò)下列步驟獲得首先，對(duì)新月形狀進(jìn)行整體刻蝕；然后在第二階 段，選擇性地去除一部分厚度，從而將基座3、5、7同一的厚度與板9更小的厚度區(qū)分開(kāi)來(lái)。有利地，為了提高所述機(jī)芯的美觀效果，對(duì)于毛坯在板9頂部的上面制造凹口也 是可行的。實(shí)際上，例如，也能在元件的全部厚度或部分厚度中精確地刻蝕數(shù)字、標(biāo)記和/ 或裝飾圖案。優(yōu)選地，在圖1至4所示的例子中，所制造的元件是夾板1，其具有用于將夾板1通 過(guò)螺釘緊固到機(jī)板(未示出)的三個(gè)緊固裝置2、4、6。因此，每個(gè)緊固裝置2、4、6具有夾板 1中的孔11以及螺釘(未示出)，該螺釘以已知形式與機(jī)板中的螺紋凹口(未示出)旋轉(zhuǎn) 配合。夾板1中的孔11通過(guò)使用光刻和DRIE工藝獲得，該孔11具有兩個(gè)不同部分，形成 了肩部13，該肩部13充當(dāng)螺釘頭的止動(dòng)構(gòu)件，使得在螺釘被擰入之后能夠抵靠機(jī)板來(lái)保持 夾板1。優(yōu)選地，肩部13具有涂層15以便接收所述螺釘頭的扣緊力。例如，硅實(shí)質(zhì)上不具 有塑性變形區(qū)域。因此，如果誘導(dǎo)應(yīng)力超過(guò)硅的彈性限度，硅迅速斷裂。因此優(yōu)選地，使用 了涂層15，對(duì)于每個(gè)緊固裝置2、4、6，該涂層15均包括延性材料以避免損壞夾板1。優(yōu)選地，涂層15可包括，以非限制性的方式，金、銅、鎳或NiP、Tiff, AuCr合金。涂 層15可通過(guò)例如氣相沉積(如陰極濺射)，以一定厚度形成在肩部13上，例如至少5微米。每個(gè)緊固裝置2、4、6還可包括所述至少一個(gè)夾板和所述機(jī)板之間的腳_凹口組 件，以便將這兩個(gè)元件在其被緊固之前正確地定位。在圖2所示例子中，可以看出緊固裝置 4具有用于與機(jī)板的腳配合的未穿凹口 12。優(yōu)選地，在圖1至4所示的例子中，夾板1還包括兩個(gè)軸承8、10，用于承載所述時(shí) 計(jì)機(jī)芯的至少一個(gè)構(gòu)件的兩個(gè)不同樞軸。應(yīng)當(dāng)清楚的是這些軸承8、10也可應(yīng)用于時(shí)計(jì)機(jī) 芯的機(jī)板或包括了上述夾板1的所述機(jī)芯的板。有利地，根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)軸承8、10與夾板1 一體形成，即不使用任何寶石加工。 每個(gè)軸承8、10因而具有寶石軸承孔17，即孔17的壁19為了所述構(gòu)件樞軸的旋轉(zhuǎn)而用作滑
動(dòng)表面。優(yōu)選地，如果所用材料的摩擦學(xué)性能不是非常好，則孔17的壁19具有涂層以便降 低摩擦系數(shù)從而降低與其關(guān)聯(lián)的樞軸的摩擦。如下所解釋的，該涂層可包括二氧化硅、鎳和 磷基合金或類金剛石碳(DLC)。此外，孔17優(yōu)選地具有至少在其頂部上的橄欖型切口和/或油槽21，用于降低與 所述構(gòu)件樞軸的表面摩擦同時(shí)有助于其潤(rùn)滑。實(shí)際上，如圖1、3和4所示，形狀上大致為圓 錐形的油槽21的截面從孔17的截面逐漸增大。因而應(yīng)當(dāng)清楚的是，構(gòu)件樞軸在抵靠更小 的表面滑動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)，這減小了摩擦。還應(yīng)當(dāng)清楚的是，油槽21允許容易地潤(rùn)滑所述樞軸，這 很可能進(jìn)一步減小所述摩擦?，F(xiàn)在將參考圖5說(shuō)明諸如夾板1和/或機(jī)板的元件的制造方法31。方法31主要 包括形成孔的步驟33，形成橄欖型切口和/或油槽的步驟35以及形成涂層的步驟37。
第一步驟33是用于形成每個(gè)緊固裝置2、4、6的孔11和/或形成每個(gè)軸承8、10 的孔17。在第一階段32，如上所說(shuō)明的，制造夾板1的毛坯。然后，在階段34期間，使用包 括光刻和各向異性DRIE方法的工藝來(lái)刻蝕孔11和/或孔17。優(yōu)選地，在孔11的情形下，使用雙保護(hù)掩模方法來(lái)形成肩部13。因此，構(gòu)造兩個(gè)掩 模，使一個(gè)重疊在另一個(gè)上，其中第二掩模的未保護(hù)部分小于第一掩模的未保護(hù)部分。這意 味著階段34可由僅刻蝕最小部分而開(kāi)始。在預(yù)定的刻蝕深度，階段34被中斷，以便去除第 二掩模。然后恢復(fù)刻蝕階段34，繼續(xù)刻蝕小的部分并且同時(shí)開(kāi)始刻蝕大的部分，直到達(dá)到所 期望的深度，即，使得孔11的小的部分與大的部分貫通。步驟35是用于至少在軸承8、10的每個(gè)孔17的一端形成橄欖型切口和/或油槽 21。如圖5所示，本發(fā)明包括三個(gè)實(shí)施例，其分別由雙線、單線和三線來(lái)表示。
在第一實(shí)施例中，如圖5中的雙線所示，步驟35包括階段36，在階段36中使用包 括光刻和各向同性DRIE方法的工藝來(lái)刻蝕油槽21。事實(shí)上，各向同性刻蝕可大致以半球形 來(lái)刻蝕，從而允許所述油槽被制造成圓錐形。在第二實(shí)施例中，如圖5中的單線所示，步驟35包括階段38，在階段38中使用包 括光刻和各向異性DRIE方法的工藝來(lái)刻蝕油槽21，其中通過(guò)改變保護(hù)掩模的未保護(hù)部分 逐漸減小刻蝕部分。該實(shí)施例形成了大致為階梯形的油槽21，并且因?yàn)檫@個(gè)原因，在該實(shí)施 例隨后優(yōu)選地進(jìn)行氧化，以便使所述階梯變平。在第三實(shí)施例中，如圖5中的三線所示，步驟35包括階段40，在階段40中使用電 腐蝕工藝來(lái)刻蝕油槽21。優(yōu)選地，使用圓錐形電極來(lái)進(jìn)行電腐蝕以便形成油槽21的所述圓 錐形式的腔。優(yōu)選地，為了提高階段40的質(zhì)量，元件包括高摻雜硅基材料以提高其導(dǎo)電性。在步驟35之后或者在步驟33之后(如圖5中虛線所示)，方法31還可包括步驟 37以便在軸承8、10的孔17的壁19上形成低摩擦系數(shù)涂層。由單線所示的步驟37的第一變形可包括階段42來(lái)形成材料的物理或化學(xué)氣相或 液相沉積，該材料的摩擦學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)于所述可微加工材料。該材料可以是例如鎳和磷基合金 或類金剛石碳(DLC)。由雙線所示的步驟37的第二變形可包括階段44來(lái)氧化所述硅基材料以形成具有 更優(yōu)摩擦學(xué)質(zhì)量的二氧化硅涂層。在步驟37的替代步驟中，如圖5中虛線所示，在步驟33之后，方法31也可包括步 驟37來(lái)為緊固裝置2、4、6的肩部13形成延性涂層15。步驟37于是可包括階段42來(lái)進(jìn)行 延性材料的物理或化學(xué)氣相或液相沉積。該材料可以是例如金、銅、鎳或NiP、Tiff, AuCr合
^^ ο當(dāng)然，本發(fā)明不限于所說(shuō)明的例子，而是能夠具有本領(lǐng)域技術(shù)人員明白的各種變 形和替代形式。具體地，可進(jìn)行最終的氧化步驟以形成二氧化硅層來(lái)機(jī)械增強(qiáng)由硅基材料 制成的夾板1和/或機(jī)板。此外，所示緊固裝置2、4、6使用了螺紋連接裝置，然而，它們并 不限于這樣的裝置?？衫冕斎搿⒔Y(jié)合或緊固來(lái)代替螺釘。
權(quán)利要求
一種在硅基元件(1)中制造軸承(8，10)的方法(31)，其特征在于，所述方法包括下列步驟a)進(jìn)行(33)第一刻蝕以便為所述軸承形成寶石軸承孔(17)；b)進(jìn)行(35)第二刻蝕以便形成與所述孔共軸的橄欖型切口或油槽(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(31)，其特征在于，所述第一刻蝕是通過(guò)各向異性深反 應(yīng)離子刻蝕進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(31)，其特征在于，所述第二刻蝕是通過(guò)各向同性深反 應(yīng)離子刻蝕(36)進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(31)，其特征在于，所述第二刻蝕是通過(guò)一系列(38)各 向異性深反應(yīng)離子刻蝕進(jìn)行的，所述刻蝕的刻蝕部分逐漸減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法(31)，其特征在于，所述步驟b)隨后有下述步驟c)氧化所述硅基元件以便使所述第二刻蝕變平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(31)，其特征在于，所述第二刻蝕是通過(guò)電腐蝕(40)進(jìn) 行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(31)，其特征在于，所述元件是摻雜硅基的以提高電腐 蝕(40)質(zhì)量。
8.一種包括至少一個(gè)夾板(1)的時(shí)計(jì)機(jī)芯，所述夾板(1)使用至少一個(gè)緊固裝置(2， 4,6)安裝在機(jī)板上，所述至少一個(gè)夾板或所述機(jī)板由硅基材料制成的板制造并且包括通過(guò) 寶石軸承孔(17)形成為單件的至少一個(gè)軸承(8，10)，以在沒(méi)有任何專用寶石加工的情況 下承載所述機(jī)芯的至少一個(gè)構(gòu)件，其特征在于，所述孔(17)具有大致圓錐形部分以便減小摩擦。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的時(shí)計(jì)機(jī)芯，其特征在于，所述大致圓錐形部分形成橄欖型切□。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的時(shí)計(jì)機(jī)芯，其特征在于，所述大致圓錐形部分形成油槽 (21)，所述油槽(21)也有助于潤(rùn)滑。
11.一種時(shí)計(jì)，其特征在于，所述時(shí)計(jì)包括根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的時(shí)計(jì)機(jī)芯 。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于時(shí)計(jì)機(jī)芯的夾板或機(jī)板，具體地涉及一種包括至少一個(gè)夾板(1)的時(shí)計(jì)機(jī)芯，所述夾板(1)使用至少一個(gè)緊固裝置(2，4，6)安裝在機(jī)板上以承載所述機(jī)芯的至少一個(gè)構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明，所述至少一個(gè)夾板或機(jī)板由可微加工材料的板制成并且包括形成為單件的至少一個(gè)軸承以承載所述機(jī)芯的至少一個(gè)構(gòu)件。
文檔編號(hào)G04B31/06GK101825863SQ20101012487
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者F·亨里特, L·格蒙德, N·卡拉帕蒂斯 申請(qǐng)人:寶璣表有限公司