微型机械钟表部件制造技术

一种微型机械钟表部件是以板的形式在硅衬底中切出。部件的切边包括用作接触表面的部分，该接触表面设置成抵靠钟表中的另一微型机械部件的相应接触区滑动。切边具有包括交替的肋(21a)和槽(23a)的肋状表面，肋和槽是直的并且分别包含在平行于板的平面内。此外，肋和槽在切边上形成具有第一间距(25a)以及至少一个第二间距(27a)的间隔图案，在第一间距中，肋彼此分开的间隔等于第一距离，并且在第二间距中，肋之间的间隔等于第二距离，第二距离不同于第一距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微型机械钟表部件
在第一方面，本专利技术涉及一种微型机械部件，该微型机械部件在板状硅衬底中切出，并且该微型机械钟表部件的切边包括设置成用作接触表面的部分，该接触表面设置成抵靠钟表中另一微型机械部件的相应接触区滑动，部件的切边具有包括交替的肋和槽的肋状表面，这些肋和这些槽是直的。本专利技术的该第一方面特别涉及一种符合上述限定且作为杠杆擒纵机构的一部分的微型机械钟表部件。在第二方面，本专利技术涉及一种制造符合本专利技术第一方面的微型机械钟表部件的方法，该方法包括以下步骤：获得板状硅衬底；在衬底的水平表面上沉积并构造透孔蚀刻保护层；通过保护层中的孔口，以反应离子蚀刻对衬底的表面进行蚀刻，以挖空衬底；在先前步骤期间，在通过蚀刻所暴露的表面上沉积化学惰性钝化层；重复执行包括先前两个步骤的步骤序列，直到该序列被执行预定的第一数量的次数或反应离子蚀刻已挖穿整个衬底的厚度；将微型机械部件从保护层和衬底中取出。
技术介绍
已知通过单晶或多晶硅片进行微加工来制造微型机械钟表部件，并且尤其是这种形成杠杆擒纵机构的一部分的部件。EP0732635特别描述了由硅制造擒纵杆。硅的微加工主要包括蚀刻操作。通常使用蚀刻保护层以向部件提供所需的形状，这些保护层已预先沉积并构造在硅衬底的水平表面上。使用最广泛的蚀刻技术被称为深度反应离子蚀刻，DRIE。特别地，以RobertBoschGmbH为申请人的美国专利5,501,893提出了通过采用使沉积惰性钝化层和等离子体蚀刻的步骤交替进行的程序在硅衬底中蚀刻侧面近乎垂直的轮廓。沉积钝化层步骤和蚀刻步骤都利用氟化合物，因此它们在单一化学环境内进行。每个步骤持续几秒钟，在衬底的整个表面上形成钝化层，从而保护衬底免受任何后续的蚀刻。然而，在随后的蚀刻步骤中，被垂直加速的离子的轰击(bombardmentbyions)会导致在轮廓底部的钝化层部分解体(但不涉及覆盖轮廓侧面的钝化层部分)。因此轮廓的底部会非常快速地暴露于反应性蚀刻。美国专利5,501,893通过引用并入本文。由蚀刻步骤和随后的沉积钝化层步骤形成的序列重复进行多次。例如，为蚀刻出从500微米厚的衬底的一侧垂直地穿过另一侧的凹槽，需要100至1000次。沉积步骤和蚀刻步骤的连续交替不会产生完全直的侧面，而是会产生微微起伏的并具有规则间隔开的隆起和凹陷的侧面交替出现。起伏的幅度取决于沉积步骤和蚀刻步骤交替的频率。通过以DRIE技术对硅晶片微加工来制造微型机械钟表部件实现良好的效果。然而，微型机械部件的垂直侧面旨在被用作设置成抵靠另一微型机械部件的至少一个接触区滑动的接触表面并不少见。事实证明，从摩擦学的角度来看，这些垂直的接触表面并不完全令人满意。已经提出许多想法，试图克服该问题。最早，通过缩短单个蚀刻步骤的持续时间来试图使微型机械部件的侧面尽可能直。该过程允许获得几乎完全光滑的侧面。然而，这是以显著降低蚀刻工艺的执行速度为代价。在专利EP3109200中描述了另一解决方案。事实上，该文件提出了制造具有外壁的微型机械部件，该外壁分为两层。上层具有基本垂直的表面，并且下层具有以斜面的方式倾斜定向的表面。由于下层的外壁相对于垂直方向倾斜，因此它与另一微型机械部件的接触区不接触。因此，与侧面垂直的部件相比，实际的接触面积减小了。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是克服刚刚描述的现有技术的缺点。本专利技术通过分别提供根据所附权利要求1的微型机械钟表部件以及根据所附权利要求13和14的两种制造方法来实现该目的和其他目的。根据本专利技术，肋和槽形成间隔图案，该图案具有：第一间距，其中肋彼此分开的间隔等于第一距离；以及至少一个第二间距，其中肋彼此分开的间隔等于第二距离，第二距离不同于第一距离。申请人进行的测试表明，具有上述特征的间隔图案通过减少接触期间的摩擦而改善了摩擦学性质。根据本专利技术的某些实施例，肋和槽分别包含在平行于板的平面内。根据本专利技术的其他实施例，肋和槽垂直于板的主表面。根据本专利技术的第一实施例，属于第一间距的槽优选地都具有相同的第一深度。该深度在10nm至2μm之间。根据本专利技术的第二实施例，优选地，第二距离大于第一距离。根据本专利技术的第三实施例，间隔图案包括多个第二间距，并且第二距离在200nm至50μm之间，优选地在800nm至10μm之间。根据第三实施例的有利变型，属于第二间距的槽都具有相同的深度。该深度在10nm至10μm之间。根据第二实施例的有利变型，间隔图案包括具有单个槽的单个第二间距，并且第二距离在200nm至部件总高度的2/3之间且优选地在部件总高度的1/3至1/2之间。此外，第二间距的单个槽的深度优选地在10nm至50μm之间。附图说明通过阅读以下仅作为非限制性示例并参照附图给出的描述，本专利技术的其他特征和优点将变得更加清楚，在附图中：图1是示出现有技术的瑞士杠杆擒纵机构的示意性平面图；图2A、图2B和图2C是示出分别对应于本专利技术的特定第一实施例的三个变型的三个微型机械钟表部件的切边上的肋状表面的示意性截面图；图3是示出根据本专利技术的特定第二实施例的微型机械钟表部件的切边上的肋状表面的示意性截面图；图4是示出反应气体流和钝化气体流在本专利技术的两种方法之一的一个具体实施方式的六个连续步骤期间的变化的倍图；图5是根据本专利技术的第三实施例的擒纵轮的齿的示意性平面图，在齿的推动平面上形成的肋和槽垂直于擒纵轮的主平面。具体实施方式以下将在瑞士杠杆擒纵机构的背景下描述本专利技术。然而，应当理解的是，本专利技术不限于该受限的应用领域，相反，本专利技术涉及所有使两个元件彼此抵靠滑动并因此彼此摩擦的微型机械钟表装置。图1是示出现有技术的瑞士杠杆擒纵机构的示意性平面图。特别地，所示机构包括擒纵轮3、擒纵叉5和大盘7，摆轮9的轴穿过大盘7的中心。擒纵叉的两臂各自以叉瓦11、13为端部。叉瓦设置成与擒纵轮3的齿15配合。擒纵轮通过与擒纵小齿轮(标号17)啮合的运转轮系(未示出)而连接至发条盒(未示出)。因此，擒纵轮被不停地向前(换句话说，沿如图1所示的顺时针方向)推动。应当注意，在所示的时间，擒纵轮3的齿15中的一个齿固定抵靠擒纵叉5的进入叉瓦11的锁止平面。在摆轮的驱动下，擒纵叉5开始沿顺时针方向围绕轴19枢转运动。擒纵叉沿顺时针方向的枢转导致进入叉瓦沿向上的方向(在附图中)抵靠齿15的前侧面滑动。当叉瓦的锁止平面不再是齿15的前侧面前进的障碍时，该脱离阶段将终止。然后，该同一齿的扁平端(称为齿的推动平面)将抵靠叉瓦11的下表面(叉瓦的推动平面)滑动。两个推动平面之间成角度的接触还将有向上推开进入叉瓦11的作用，从而加强擒纵叉5沿顺时针方向的枢转运动。当进入叉瓦11已经被推开足够远到为齿15提供足够自由的通道时，该推动阶段将终止。刚刚描述的两个连续阶段，在此期间，擒纵轮3的齿15抵靠擒纵叉5的叉瓦11、13中的一个的表面滑动，每个产生很大的摩擦。图2A、图2B和图2C是示出分别对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型机械钟表部件(1、10、20、100、200)，所述微型机械钟表部件是以板的形式在硅衬底中切出，并且所述微型机械钟表部件的切边包括用作接触表面的部分，所述接触表面设置成抵靠钟表中的另一微型机械部件的相应接触区滑动，并且其中所述切边具有肋状表面，所述肋状表面包括交替的肋(21a、21b、21c、121、221)和槽(23a、23b、23c、123、223)，所述肋和所述槽是直的；其特征在于，所述肋和所述槽形成包括多个第一间距(25a、25b、25c、125、225)和至少一个第二间距(27a、27b、27c、127、227)的间隔图案，在该第一间距中，所述肋彼此分开的间隔等于第一距离，并且在该第二间距中，所述肋之间的间隔等于第二距离，所述第二距离不同于所述第一距离，所述第一距离在200nm至5μm之间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180207 EP 18155609.31.一种微型机械钟表部件(1、10、20、100、200)，所述微型机械钟表部件是以板的形式在硅衬底中切出，并且所述微型机械钟表部件的切边包括用作接触表面的部分，所述接触表面设置成抵靠钟表中的另一微型机械部件的相应接触区滑动，并且其中所述切边具有肋状表面，所述肋状表面包括交替的肋(21a、21b、21c、121、221)和槽(23a、23b、23c、123、223)，所述肋和所述槽是直的；其特征在于，所述肋和所述槽形成包括多个第一间距(25a、25b、25c、125、225)和至少一个第二间距(27a、27b、27c、127、227)的间隔图案，在该第一间距中，所述肋彼此分开的间隔等于第一距离，并且在该第二间距中，所述肋之间的间隔等于第二距离，所述第二距离不同于所述第一距离，所述第一距离在200nm至5μm之间。


2.根据权利要求1所述的微型机械钟表部件(1、10、20、100、200)，其特征在于，所述第一距离在200nm至2μm之间。


3.根据权利要求1或2所述的微型机械钟表部件(1、10、20、100)，其特征在于，所述肋和所述槽分别包含在平行于板的平面内。


4.根据权利要求1或2所述的微型机械钟表部件(200)，其特征在于，所述肋和所述槽垂直于板的主平面。


5.根据前述权利要求中任一项所述的微型机械钟表部件(1、10、20、100、200)，其特征在于，所述第二距离大于所述第一距离。


6.根据前述权利要求中任一项所述的微型机械钟表部件(1、10、20、100、200)，其特征在于，属于所述第一间距(25a、25b、25c、125、225)的槽都具有相同的深度。


7.根据权利要求5所述或根据权利要求5和6所述的微型机械钟表部件(1、10、20、200)，其特征在于，所述间隔图案包括多个第二间距(27a、27b、27c、227)，并且所述第二距离在200nm至50μm之间。


8.根据权利要求7所述的微型机械钟表部件(1、10、20、200)，其特征在于，属于该第二间距(27a、27b、27c、227)的槽都具有相同的深度，并且所述第二深度在10nm至10μm之间。


9.根据权利要求5所述或根据权利要求5和6所述的微型机械钟表部件(100)，其特征在于，所述间隔图案包括具有单个槽(123)的单个第二间距(127)，并且所述第二距离在200nm至所述部件的总高度的2/3之间。


10.根据权利要求9所述的微型机械钟表部件(100)，其特征在于，该第二间距(127)的单个槽(123)的深度在10nm至50μm之间。


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【专利技术属性】
技术研发人员：朱利安·佩雷特，勒米·佛恩尼尔，西尔万·吉恩内勒特，
申请(专利权)人：百达翡丽日内瓦公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH