用于制造游丝的方法技术

根据本发明专利技术的方法包括以下连续步骤：a)提供基板(1)，其在确定平面(P)中延伸并承载平行于确定平面(P)的第一层(2)；b)在第一层(2)中形成至少一个通孔(3)；c)在第一层(2)上沉积第二层(4)，第二层(4)填充该至少一个通孔(3)以形成至少一个材料桥(7)；d)在由第二层(4)或基板(l)构成的蚀刻层(6a)中蚀刻至少一个游丝(5)，第二层(4)和基板(l)中的未蚀刻该至少一个游丝(5)的一个构成支撑件(6b)，该至少一个材料桥(7)将该至少一个游丝(5)垂直于确定平面(P)地连接至支撑件(6b)；e)消除第一层(2)，该至少一个游丝(5)通过该至少一个材料桥(7)保持附接至支撑件(6b)；f)使该至少一个游丝(5)经受至少一次热处理；g)使该至少一个游丝(5)从支撑件(6b)分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造游丝的方法
本专利技术涉及一种用于制造游丝的方法，即用于制造包括螺旋形弹性薄片的弹簧的方法。在通常的应用中，游丝旨在配备至摆轮，以便与摆轮形成钟表机芯的谐振器。这种钟表游丝通常在其内端通过内桩紧固至摆轮轴，并且在其外端通过螺钉或其他紧固部件紧固至称为“夹板(coq)”的机芯桥。
技术介绍
本申请人的专利申请EP3181938描述了一种用于制造预定刚度的游丝的方法，根据该方法，a)形成尺寸大于获得预定刚度的游丝所需的尺寸的游丝，b)确定由此形成的游丝的刚度，c)计算为了获得预定刚度的游丝而要去除的材料厚度，以及d)从在步骤a)中形成的游丝去除计算出的材料厚度。这种方法允许提高尺寸精度并减少由同一晶片或不同晶片形成的游丝之间的制造偏差。通过重复步骤b)、c)和d)，可以进一步改善尺寸质量。步骤a)例如通过蚀刻硅晶片来实现。然后，步骤d)可以是例如通过热氧化作用使硅基游丝氧化，以便将要去除的材料厚度转化成氧化硅，然后去除氧化硅。在步骤d)之后，可以实施所谓的热补偿操作，以使游丝的刚度，更确切地为游丝所属于的谐振器的频率对热变化不敏感。因此，在硅制游丝的情况下，根据专利EP1422436的教导，可以例如通过热氧化作用将该硅制游丝涂覆氧化硅层。该氧化硅层还用于增加硅制游丝的机械强度。申请人的另一专利申请EP3181939描述了一种用于制造预定刚度的游丝的方法，根据该方法，a)形成尺寸小于获得预定刚度的游丝所需的尺寸的游丝，b)确定由此形成的游丝的刚度，c)计算为了获得预定刚度的游丝而缺失的材料厚度，以及d)修改在步骤a)中形成的游丝以补偿缺失的材料厚度，可以重复步骤b)、c)和d)。该方法也允许提高尺寸精度并减少由同一晶片或不同晶片形成的游丝之间的制造偏差。步骤a)例如通过蚀刻硅晶片来实现。在步骤d)之后，可以实施热补偿操作，以使游丝的刚度，更确切地为游丝所属于的谐振器的频率对热变化不敏感。因此，在硅制游丝的情况下，根据专利EP1422436的教导，可以将该硅制游丝涂覆氧化硅层。该氧化硅层还用于增加硅制游丝的机械强度。根据上述方法的常规实施方式，在步骤a)中，多个游丝在同一硅晶片中同时形成。这些游丝在步骤b)、c)和d)以及热补偿操作期间通过材料桥保持附接至晶片，之后从晶片分离。如专利申请EP3181938的图7和专利申请EP3181939的图6所示，这些材料桥将游丝的外部螺旋圈径向地连接至晶片。游丝的其他螺旋圈和内桩不能附接至晶片。容易理解的是，这种将游丝附接到晶片的附接方式不允许在游丝的制造过程中、特别是在硅制游丝的热氧化操作中使游丝保持不变形。当晶片处于水平位置时，游丝不会保持平坦，而是呈凹形。在竖直位置时，螺旋圈的相对位置被改变了，某些螺旋圈在一侧彼此靠近而在另一侧彼此远离。在室温下，由于螺旋圈保持弹性，因此这些变形没有影响。相反地，在游丝被置于温度可能高于1000℃的烤炉中的热处理期间，这些变形变成永久性的，甚至由于硅的刚度减小而加剧。因此，所产生的游丝在其内端和外端之间可能存在大于每个螺旋圈的高度的高度差。这增加了游丝的尺寸，当该游丝安装在机芯中时，该游丝在正常运行或碰撞过程中可能会与其他组件接触，这可能引起损坏。游丝的这些永久变形还会在机芯的正常运行或碰撞过程中导致螺旋圈互相接触，并且导致螺旋圈彼此紧贴或紧贴例如夹板的机芯的某些部件。可能无法接触机芯的其他组件，例如用于调节走时的快慢针。此外，这些永久变形可能会影响等时性。这些永久变形的程度根据螺旋圈的重量和刚度、在烤炉中经过的时间以及烤炉的温度而变化。可以通过改变后两个参数中的一个或另一个来减小该变形程度，但会损害生产率。从申请人的专利EP0732635中还已知一种用于制造微型机械部件的方法，根据该方法，在基板中挖出空腔，同时留下随后构成材料桥的部分，将结晶材料板焊接至基板。然后在结晶材料板中蚀刻出微型机械部件，然后通过材料桥将该部件以及同一批次的其他部件保持在基板上。该方法通过在部件上执行一个或多个其他处理来继续，并且通过断开材料桥以使部件与基板分离结束。通过这种方法，在蚀刻过程中，晶体材料板和基板之间的热交换不足以确保良好的蚀刻均匀性。另外，焊接操作是必要的。
技术实现思路
本专利技术旨在消除或至少减轻上述缺点，并且为此目的提出一种根据权利要求1的方法，在从属权利要求中限定了特定实施例。附图说明通过阅读以下参照附图的详细描述，本专利技术的其他优点和特征将显现，在附图中：-图1至图8是示出根据本专利技术的用于制造一个或多个游丝的方法的连续步骤的剖视图；-图9是示意性地示出游丝在其制造过程中附接至支撑件的附接点位置的游丝的顶视图。具体实施方式如图1所示，根据本专利技术的优选实施例的方法的第一步骤是提供硅制基板1，硅制基板1在平面P中延伸并且在硅制基板的平行于平面P的上表面上承载氧化硅(SiO2)层2。如下所述地，根据待制造的一个或多个游丝是在基板1中或是在另一层中形成，基板1的厚度(高度)可以对应于待制造的一个或多个游丝的厚度，即通常为120μm，或者小于待制造的一个或多个游丝的厚度。然而，在第二种情况下，基板1是足够厚的，通常为几十微米，以防止基板1的变形。氧化硅层2的厚度例如为3μm。无论基板1的硅的晶体取向如何，基板1的硅可以是单晶的、多晶的或非晶态的。然后例如通过光刻法来构造氧化硅层2，以在其中形成如图2所示的通孔3，这些通孔3中的单个在图2中可见。具体地，层2通过掩模来蚀刻，该蚀刻可以是湿式或干式的，然而为了更好的精度，优选地是使用等离子体的干式的。如此制成的孔3的直径优选地小于待制造的游丝的薄片的宽度。通常，孔3的直径约为5μm，待制造的游丝的薄片的宽度约为30μm。在随后的步骤(图3)中，在氧化硅层2上例如通过外延附生来生长单晶硅、多晶硅或非晶态硅，以形成硅层4。在该步骤期间，氧化硅层2的孔3被层4的硅填充。根据待制造的一个或多个游丝是在层4中还是在基板1中形成，该硅层4的厚度对应于该待制造的一个或多个游丝的厚度，即通常为120μm，或者可以小于该待制造的一个或多个游丝的厚度。然而，在第二种情况下，层4是足够厚的，通常为几十微米，以防止其变形。特别是在第一种情况下，并且根据层4的上表面的状态，可以进行该上表面的抛光，诸如化学机械抛光CMP(ChemicalMechanicalPolishing)，该抛光旨在消除与氧化硅层2的构造有关的生长缺陷并/或调整硅层4的厚度。然后(参照图4)，通过深反应离子蚀刻(DRIE)来构造硅层4或硅基板1，以便形成一个或多个游丝5。在本说明书中，层4和基板1中被结构化的一个称为“蚀刻层”并以标记6a表示，而层4和基板1中的另一个称为“支撑件”并以标记6b表示。图4示出了变型，其中在层4中蚀刻游丝5且基板1构成支撑件6b。在图4中，仅显示了这些游丝5中的一个的一个螺旋圈的横截面。每个游丝5可以与其内桩同时并一体地形成，以将游丝5随后安装在摆轮轴上。在该DRIE步骤期间，掩模被用于蚀刻，并且等离子体的核心温度约为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造至少一个游丝(5)的方法，包括以下连续的步骤：/na)提供基板(1)，所述基板在确定平面(P)中延伸并承载平行于所述确定平面(P)的第一层(2)，/nb)在所述第一层(2)中形成至少一个通孔(3)，/nc)在所述第一层(2)上沉积第二层(4)，所述第二层(4)填充所述至少一个通孔(3)以形成至少一个材料桥(7)，/nd)在由所述第二层(4)或所述基板(1)构成的蚀刻层(6a)中蚀刻至少一个游丝(5)，所述第二层(4)和所述基板(1)中的未蚀刻所述至少一个游丝(5)的一个形成支撑件(6b)，所述至少一个材料桥(7)将所述至少一个游丝(5)垂直于所述确定平面(P)地连接至所述支撑件(6b)，/ne)消除所述第一层(2)，所述至少一个游丝(5)通过所述至少一个材料桥(7)保持附接至所述支撑件(6b)，/nf)使所述至少一个游丝(5)经受至少一次热处理，/ng)使所述至少一个游丝(5)从所述支撑件(6b)分离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180301 EP 18159345.01.一种用于制造至少一个游丝(5)的方法，包括以下连续的步骤：
a)提供基板(1)，所述基板在确定平面(P)中延伸并承载平行于所述确定平面(P)的第一层(2)，
b)在所述第一层(2)中形成至少一个通孔(3)，
c)在所述第一层(2)上沉积第二层(4)，所述第二层(4)填充所述至少一个通孔(3)以形成至少一个材料桥(7)，
d)在由所述第二层(4)或所述基板(1)构成的蚀刻层(6a)中蚀刻至少一个游丝(5)，所述第二层(4)和所述基板(1)中的未蚀刻所述至少一个游丝(5)的一个形成支撑件(6b)，所述至少一个材料桥(7)将所述至少一个游丝(5)垂直于所述确定平面(P)地连接至所述支撑件(6b)，
e)消除所述第一层(2)，所述至少一个游丝(5)通过所述至少一个材料桥(7)保持附接至所述支撑件(6b)，
f)使所述至少一个游丝(5)经受至少一次热处理，
g)使所述至少一个游丝(5)从所述支撑件(6b)分离。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理或所述热处理中的至少一次在烤炉中实现。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热处理或所述热处理中的至少一次在至少800℃、优选地至少900℃、优选地至少1000℃、优选地至少1100℃、优选地至少1200℃的温度下进行。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述热处理或所述热处理中的至少一次包括热氧化。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤f)和所述步骤g)之间包括脱氧、热氧化并脱氧的步骤，所述脱氧、热氧化并脱氧的步骤允许减小所述至少一个游丝(5)的尺寸以获得预定刚度。


6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热氧化用于在所述至少一个游丝(5)上形成热补偿层(8)。


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【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·德斯庞特，弗雷德里克·科勒，奥利维尔·汉兹克尔，让露丝·柏凯丽，
申请(专利权)人：瑞士CSEM电子显微技术研发中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH