经强化的钟表部件制造技术

本发明专利技术涉及一种基于能微加工的材料的钟表部件，其中，该钟表部件包括至少通过氢平滑处理而变平滑的至少一个能微加工的材料表面部分，该能微加工的材料表面部分包括厚度大于1微米以提高其机械强度的氧化物层。

Strengthened clock parts

【技术实现步骤摘要】
经强化的钟表部件
本专利技术涉及一种用于由能微加工的材料(例如硅)制造钟表部件的方法。本专利技术还涉及钟表部件、钟表机芯以及包括这种钟表部件的钟表。
技术介绍
硅是对于制造钟表部件具有多重优势的材料。一方面，它允许以微米精度同时制造大量小尺寸的构件。另一方面，它具有低密度和抗磁特性。然而，这种材料具有一个缺点：它没有或几乎没有任何塑性变形范围，这使其成为表现出易碎性能的材料。因此，机械应力或冲击可能会导致部件在没有任何事先变形的情况下破裂。因此，特别是在由硅制成的钟表部件的制造及其组装期间，处理该钟表部件特别麻烦。由硅制成的钟表部件的易碎性因它们从硅基板上切割的方式(即，通常使用深蚀刻技术，例如深反应离子蚀刻(DRIE))而被加重。这种蚀刻工艺的一种特殊性在于，它会形成侧壁略微起皱的开口，这些侧壁在其表面上具有看起来像小波浪或小咬痕的缺陷(称为毛边)。结果，蚀刻的侧壁具有一定的粗糙度，其降低了部件的机械强度。此外，存在于侧壁表面上的这些缺陷特别是在机械应力的情况下会产生裂纹触发部位，并且在低于材料的通常强度的应力下会导致部件破裂。为了改善由硅制成的钟表部件的机械性能，已经提出了多种方法。第一种方法记载在文献EP1904901中，其在于通过在900℃至1200℃之间的温度下对硅进行热氧化来形成氧化硅层。所形成的氧化物层是由部件表面的硅转化成氧化硅而产生的。该文献规定了该层的厚度至少为5nm并且实际上保持厚度严格小于1微米。文献EP2277822记载了该第一种方法的变型，其中使所形成的氧化物层之后被溶解。形成氧化硅层之后使其溶解使得硅表面的包含一些缺陷和/或裂纹触发部位的层被去除，并使凹凸不平圆化。该方案最终在于使用所谓的氧化-脱氧的工艺使硅表面变光滑。这两种采用第一种方法实现氧化的方案具有消耗硅和改变未完成的硅钟表部件的初始尺寸的缺点。第二种方法记载在Lee等人(IEEE，2005年)的文献“使用氢退火的硅轮廓转变和侧壁粗糙度降低”中，该第二种方法基于的方案涉及通过氢退火使与钟表制造几乎无关的领域的硅部件的侧壁变平滑。氢以及温度促进了硅的迁移，硅的迁移使侧壁表面缺陷变平滑而不消耗硅，因此不影响部件的初始尺寸。然而，这种方法的有效性尚有争议，并且它首先是为了在硅中形成圆形/球形三维结构而开发的。如文献CH702431中所记载的，该方案已经应用于钟表制造领域，其目的是使从各种材料切割的构件的锐利边缘圆化。
技术实现思路
本专利技术提出了一种用于强化由能微加工的材料(例如硅)制成的钟表部件的改进方案。具体地，本专利技术的一个主题是一种用于制造钟表部件的方法，其中由能微加工的材料制备形成未完成的钟表部件的构件，其中该方法包括平滑处理步骤，该平滑处理步骤包括对构件的至少一部分表面进行至少一次氢平滑处理，并且其中该方法包括在构件的所述至少一部分表面上形成氧化物层以强化钟表部件的步骤，该氧化物层的厚度大于1微米，或者甚至大于或等于2微米，或者甚至大于或等于2.5微米，或者甚至大于或等于3微米。本专利技术还涉及使用这种方法获得的钟表部件。本专利技术由权利要求书精确地限定。附图说明通过下面对参照附图非限制性地给出的用于制造钟表部件的方法的一个特定实施方式的描述，将更好地理解本专利技术，在附图中：图1示出了在钟表部件的不同批次中获得的、对于氧化物层的涂层的多种厚度的强度。图2示出了在钟表部件的不同批次中获得的强度，证明了通过实施本专利技术的一个实施方式所获得的积极结果。图3示出了从上方观察的用于调节钟表机芯的装置，该装置包括根据本专利技术的一个实施方式的钟表部件。图4以横截面示出了用于调节钟表机芯的装置。图5示出了根据本专利技术的一个实施方式的调节装置的制动杆的运动部分。具体实施方式本专利技术的概念在于结合对部件的平滑处理使用厚氧化物层(即，特别是厚度明显大于在现有技术方案中选择的厚度的氧化物层)来强化由能微加工的材料制成的钟表部件。使用氧化物层来强化由硅制成的部件的现有方案实际上施加厚度严格小于1μm的氧化物。这种厚度的氧化物的获得是耗时的，通常需要一夜的加工，并且导致部件尺寸的改变。对三点弯曲试样进行了比较试验，比较试验在于改变氧化物层的厚度、特别是超过1μm的限制。应当指出，由于材料的易碎特性，相同的强化处理操作导致的结果也会因钟表部件的不同而不同，尽管这些钟表部件原则上相同并承受相同的应力。因此，有必要对相同部件的多个批次进行测试，然后对其进行统计分析，以便观察任何效果。图1示出了针对氧化物厚度分别等于0.3μm、1μm、2.6μm和3μm的四个批次所获得的结果。测量每个批次中的每个部件的断裂强度。可以看出，平均断裂强度随着厚度的增加直到2.6μm的厚度而非常轻微地增加，然后稳定在2000MPa左右，而在更大的3μm的厚度没有改善。相对于增加氧化物层的厚度所需的处理时间的大量增加而言，断裂强度的较小改善意味着这种方法几乎没有意义。换言之，考虑到制备这些大厚度所需的时间以及受冲击的材料的大厚度，大厚度的效果非常低效。由于这些原因，从未想过采用大于1μm的氧化物厚度。本专利技术克服了该第一种偏见，本专利技术将显著增加的厚度与现有的平滑处理步骤相结合的选择实现了钟表部件的意外强化，该选择的细节将在下面给出。在部件的机械强化方面，从未将平滑处理与氧化物层的形成结合起来，这两种方案被认为是等效的替代方式。本专利技术同样克服了第二种偏见，本专利技术使通过将平滑处理与氧化物层结合起来而实现的大改善得到了证实。根据本专利技术的用于制造钟表部件的方法包括以已知方式制造未完成的钟表部件的第一阶段。例如，该阶段可以包括初始步骤，该初始步骤在于提供由能微加工的材料制成的基板。该基板例如是硅晶片。在接下来的步骤中，晶片、特别是其两个侧面中的至少一个侧面(即，正面和背面中的至少一个)用保护涂层(例如，光致抗蚀剂)覆盖。该过程以在保护涂层中形成图案的步骤继续。通过形成贯穿光致抗蚀剂层的开口来制备图案。包含开口的保护涂层形成保护掩模。然后，穿过保护掩模，特别是使用深反应离子蚀刻(DRIE)，来蚀刻硅晶片的步骤使得在掩模中具有一个或多个开口的情况下将开口完全蚀刻到硅中，从而获得未完成的硅钟表部件。本专利技术涉及强化这种未完成的钟表部件的第二阶段，作为变型，该未完成的钟表部件还可以在第一阶段中使用除上述之外的任何处理(例如，使用激光切割技术)来形成。第一个试验在于在形成厚氧化物层之前执行使未完成的钟表部件变平滑的步骤。这样的厚氧化物层形成在未完成的钟表部件的全部或部分表面上，优选在其全部表面上，或者在其表面的至少50％或甚至75％上。该厚氧化物层可以使用例如文献EP1904101中记载的方法或使用任何其他等效方法来制备。该试验的平滑处理步骤包括氧化和脱氧步骤，例如，文献EP2456714中记载的氧化和脱氧步骤。根据文献EP1904101中记载的方法，氧化-脱氧阶段例如可以包括在1100℃下热氧化2小时40分(2h40)，然后将由此形成的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能微加工的材料的钟表部件，其中，所述钟表部件包括至少通过氢平滑处理而被平滑的至少一个能微加工的材料表面部分，所述能微加工的材料表面部分包括厚度大于1微米的氧化物层，以提高其机械强度。/n

【技术特征摘要】
20181218 EP 18213618.41.一种基于能微加工的材料的钟表部件，其中，所述钟表部件包括至少通过氢平滑处理而被平滑的至少一个能微加工的材料表面部分，所述能微加工的材料表面部分包括厚度大于1微米的氧化物层，以提高其机械强度。


2.根据前述权利要求所述的钟表部件，其中，所述氧化物层的厚度大于或等于2微米，或者甚至大于或等于2.5微米，或者甚至大于或等于3微米。


3.根据前述任一项权利要求所述的钟表部件，其中，所述能微加工的材料是硅，并且所述氧化物层是氧化硅。


4.根据前述任一项权利要求所述的钟表部件，其中，所述钟表部件是擒纵装置的由硅制成的钟表部件。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的钟表部件，其中，所述钟表部件是不通过弹性来释放能量的刚性的钟表部件，和/或其中所述钟表部件是包括齿轮、擒纵轮、指针、冲击销和擒纵叉的组中的一个元件。


6.根据前述任一项权利要求所述的钟表部件，其中，所述钟表部件的平均强度大于或等于4000MPa，和/或其中所述钟表部件的最小强度大于或等于3000MPa。


7.一种钟表机芯，其中，所述钟表机芯包括前述任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·法韦，斯特凡诺·埃宁，
申请(专利权)人：劳力士有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH