专利名称：用于时计机芯的夹板或机板的制作方法
技术领域：
本发明涉及由可微加工的材料制成的夹板(bridge)或机板，该夹板或机板包括 用于制造时计机芯的单件轴承。
背景技术：
人们知道制造金属(例如黄铜)夹板以支撑时计机芯轮系的至少一个枢轴的旋转，而机板承载所述轮系的另一个枢轴。这些枢轴通常承载在加入到夹板或机板的轴承中。 所通常使用的轴承包括至少一个红宝石，也称为宝石，该宝石由于其非常优良的摩擦学性 能而被使用。在某些时计机芯中，壳体的薄度要求使得制造厚度非常小的夹板和/或机板。夹 板的顶板和/或机板(即最薄的零件)从而变得非常难于加工和作业。实际上，当应用宝石 的加工工具或驱动工具时，可能发生轴向摆动并导致所述元件平面度和定位精度的损失。
发明内容
本发明的一个目的是通过提出包括用于时计机芯的单件轴承的夹板或机板来克 服前述的全部或部分缺陷，该时计机芯尽管其厚度很小，但是其平面度和精度得到了提高。本发明因而涉及一种包括至少一个夹板的时计机芯，该夹板使用至少一个紧固装 置安装在机板上，其特征在于，所述至少一个夹板或机板由可微加工材料的板制成，并且所 述至少一个夹板或机板包括与所述至少一个夹板一体的至少一个轴承，以便承载所述机芯 的至少一个构件。这有利地提供了极高精度的单件构件并且避免了由组装步骤引起的缺 陷。根据本发明其他有利的特征-所述至少一个轴承具有通过刻蚀制成的宝石轴承孔，这免去了对于专用宝石加 工(jewelling)的需求；-所述宝石轴承孔的壁具有涂层，与所述可微加工材料相比该涂层提高了所述壁 的摩擦学性能。_所述宝石轴承孔具有至少一个橄榄型切口(olive-cut)或至少一个油槽以便减 小摩擦；-可微加工材料是硅基的。本发明还涉及一种时计，其特征在于，该时计包括根据前述变形中的一个的时计 机芯。最后，本发明涉及一种在可微加工元件内制造轴承的方法，其特征在于，该方法包 括步骤a)进行刻蚀以便形成所述轴承的宝石轴承孔。根据本发明其他有利的特征-该刻蚀是通过各向异性深反应离子刻蚀进行的；_在步骤a)之后，该方法还包括步骤b)进行第二刻蚀以便形成与所述孔共轴的橄榄型切口；_在步骤a)之后，该方法还包括步骤b’ )进行第二刻蚀以便形成与所述孔共轴 的油槽；-该第二刻蚀是通过各向同性深反应离子刻蚀进行的；-该第二刻蚀是通过一系列各向异性深反应离子刻蚀进行的，该刻蚀的刻蚀部分逐渐减小；-该第二刻蚀是通过电腐蚀进行的；-该方法还包括最后的步骤C)在所述宝石轴承孔的壁上形成涂层，该涂层的摩 擦系数优于所述可微加工材料；-步骤c)包括阶段d)进行材料的物理或化学相沉积，该材料的摩擦学质量优于 所述可微加工材料；-可微加工元件是硅基的；-步骤c)包括阶段e)氧化所述硅基材料以便形成具有更优摩擦学质量的所述涂层。
参考附图，从作为非限制性说明的下面描述将清楚地得到其他特征和优点，附图 中图1是根据本发明的夹板的顶部立体图；图2是根据本发明的夹板的底部立体图；图3是根据本发明的夹板的顶视图；图4是沿图3的截面A-A的图；图5是本发明的方法的流程图。
具体实施例方式如图1至4所示，被选来用于解释本发明的元件是时计机芯夹板，其总体用附图标 记1表示，并且旨在用于时计中。然而，应当清楚的是，本发明也可应用于时计机芯的机板 或包括了上述夹板的所述机芯的板。夹板1具有三个基座3、5、7，所述夹板的板9在三个基座3、5、7之上延伸。优选 地，三个基座3、5、7和板9是单件零件。在图3所示的例子中，能看出板9具有大致为新月 的形状。有利地，夹板1由可微加工材料的板制成，该可微加工材料的板提供了提高的精 度和平面度。这种可微加工材料可以是硅、结晶硅或结晶氧化铝基的。事实上，对表面已经 是平的板(例如硅片)的微加工保证了得到非常好的尺寸。此外，经由使用干法或湿法刻蚀的工艺获得可微加工材料的工作精度，这避免了 使用局部力来去除材料。这些工艺被广泛应用，尤其用在微电子中的计算器和处理器的刻 蚀，并且这些工艺保证了小于一微米的刻蚀精度。优选地，使用深反应离子(DRIE)式刻蚀。一种已知的工艺由下列步骤组成首先，在可微加工板的表面上涂覆保护掩模，例 如使用光敏树脂光刻法。在第二阶段，对掩模_板组件进行DRIE式刻蚀，只让板的未保护部分受到刻蚀。最后，在第三阶段，去除保护掩模。因而清楚的是保护掩模直接决定了在板上所刻蚀元件的最终形状。因此以精确的方式来制造任意的形状是可行的。因此，由于使用了可微加工材料，即使其厚度非常小(即大约0. 4mm)，夹板1和/ 或机板的毛坯也提供了非常精确的尺寸和非常好的机械性能。因而清楚的是，在图1至4 所示的例子中，毛坯可通过下列步骤获得首先，对新月形状进行整体刻蚀；然后在第二阶 段，选择性地去除一部分厚度，从而将基座3、5、7同一的厚度与板9更小的厚度区分开来。有利地，为了提高所述机芯的美观效果，对于毛坯在板9顶部的上面制造凹口也 是可行的。实际上，例如，也能在元件的全部厚度或部分厚度中精确地刻蚀数字、标记和/ 或装饰图案。优选地，在图1至4所示的例子中，所制造的元件是夹板1，其具有用于将夹板1通 过螺钉紧固到机板(未示出)的三个紧固装置2、4、6。因此，每个紧固装置2、4、6具有夹板 1中的孔11以及螺钉(未示出)，该螺钉以已知形式与机板中的螺纹凹口(未示出)旋转 配合。夹板1中的孔11通过使用光刻和DRIE工艺获得，该孔11具有两个不同部分，形成 了肩部13，该肩部13充当螺钉头的止动构件，使得在螺钉被拧入之后能够抵靠机板来保持 夹板1。优选地，肩部13具有涂层15以便接收所述螺钉头的扣紧力。例如，硅实质上不具 有塑性变形区域。因此，如果诱导应力超过硅的弹性限度，硅迅速断裂。因此优选地，使用 了涂层15，对于每个紧固装置2、4、6，该涂层15均包括延性材料以避免损坏夹板1。优选地，涂层15可包括，以非限制性的方式，金、铜、镍或NiP、Tiff, AuCr合金。涂 层15可通过例如气相沉积(如阴极溅射)，以一定厚度形成在肩部13上，例如至少5微米。每个紧固装置2、4、6还可包括所述至少一个夹板和所述机板之间的脚_凹口组 件，以便将这两个元件在其被紧固之前正确地定位。在图2所示例子中，可以看出紧固装置 4具有用于与机板的脚配合的未穿凹口 12。优选地，在图1至4所示的例子中，夹板1还包括两个轴承8、10，用于承载所述时 计机芯的至少一个构件的两个不同枢轴。应当清楚的是这些轴承8、10也可应用于时计机 芯的机板或包括了上述夹板1的所述机芯的板。有利地，根据本发明，每个轴承8、10与夹板1 一体形成，即不使用任何宝石加工。 每个轴承8、10因而具有宝石轴承孔17，即孔17的壁19为了所述构件枢轴的旋转而用作滑
动表面。优选地，如果所用材料的摩擦学性能不是非常好，则孔17的壁19具有涂层以便降 低摩擦系数从而降低与其关联的枢轴的摩擦。如下所解释的，该涂层可包括二氧化硅、镍和 磷基合金或类金刚石碳(DLC)。此外，孔17优选地具有至少在其顶部上的橄榄型切口和/或油槽21，用于降低与 所述构件枢轴的表面摩擦同时有助于其润滑。实际上，如图1、3和4所示，形状上大致为圆 锥形的油槽21的截面从孔17的截面逐渐增大。因而应当清楚的是，构件枢轴在抵靠更小 的表面滑动时旋转，这减小了摩擦。还应当清楚的是，油槽21允许容易地润滑所述枢轴，这 很可能进一步减小所述摩擦。现在将参考图5说明诸如夹板1和/或机板的元件的制造方法31。方法31主要 包括形成孔的步骤33，形成橄榄型切口和/或油槽的步骤35以及形成涂层的步骤37。
第一步骤33是用于形成每个紧固装置2、4、6的孔11和/或形成每个轴承8、10 的孔17。在第一阶段32，如上所说明的，制造夹板1的毛坯。然后，在阶段34期间，使用包 括光刻和各向异性DRIE方法的工艺来刻蚀孔11和/或孔17。优选地，在孔11的情形下，使用双保护掩模方法来形成肩部13。因此，构造两个掩 模，使一个重叠在另一个上，其中第二掩模的未保护部分小于第一掩模的未保护部分。这意 味着阶段34可由仅刻蚀最小部分而开始。在预定的刻蚀深度，阶段34被中断，以便去除第 二掩模。然后恢复刻蚀阶段34，继续刻蚀小的部分并且同时开始刻蚀大的部分，直到达到所 期望的深度，即，使得孔11的小的部分与大的部分贯通。步骤35是用于至少在轴承8、10的每个孔17的一端形成橄榄型切口和/或油槽 21。如图5所示，本发明包括三个实施例，其分别由双线、单线和三线来表示。
在第一实施例中，如图5中的双线所示，步骤35包括阶段36，在阶段36中使用包 括光刻和各向同性DRIE方法的工艺来刻蚀油槽21。事实上，各向同性刻蚀可大致以半球形 来刻蚀，从而允许所述油槽被制造成圆锥形。在第二实施例中，如图5中的单线所示，步骤35包括阶段38，在阶段38中使用包 括光刻和各向异性DRIE方法的工艺来刻蚀油槽21，其中通过改变保护掩模的未保护部分 逐渐减小刻蚀部分。该实施例形成了大致为阶梯形的油槽21，并且因为这个原因，在该实施 例随后优选地进行氧化，以便使所述阶梯变平。在第三实施例中，如图5中的三线所示，步骤35包括阶段40，在阶段40中使用电 腐蚀工艺来刻蚀油槽21。优选地，使用圆锥形电极来进行电腐蚀以便形成油槽21的所述圆 锥形式的腔。优选地，为了提高阶段40的质量，元件包括高掺杂硅基材料以提高其导电性。在步骤35之后或者在步骤33之后(如图5中虚线所示)，方法31还可包括步骤 37以便在轴承8、10的孔17的壁19上形成低摩擦系数涂层。由单线所示的步骤37的第一变形可包括阶段42来形成材料的物理或化学气相或 液相沉积，该材料的摩擦学质量优于所述可微加工材料。该材料可以是例如镍和磷基合金 或类金刚石碳(DLC)。由双线所示的步骤37的第二变形可包括阶段44来氧化所述硅基材料以形成具有 更优摩擦学质量的二氧化硅涂层。在步骤37的替代步骤中，如图5中虚线所示，在步骤33之后，方法31也可包括步 骤37来为紧固装置2、4、6的肩部13形成延性涂层15。步骤37于是可包括阶段42来进行 延性材料的物理或化学气相或液相沉积。该材料可以是例如金、铜、镍或NiP、Tiff, AuCr合
^^ ο当然，本发明不限于所说明的例子，而是能够具有本领域技术人员明白的各种变 形和替代形式。具体地，可进行最终的氧化步骤以形成二氧化硅层来机械增强由硅基材料 制成的夹板1和/或机板。此外，所示紧固装置2、4、6使用了螺纹连接装置，然而，它们并 不限于这样的装置。可利用钉入、结合或紧固来代替螺钉。
权利要求
一种在硅基元件(1)中制造轴承(8，10)的方法(31)，其特征在于，所述方法包括下列步骤a)进行(33)第一刻蚀以便为所述轴承形成宝石轴承孔(17)；b)进行(35)第二刻蚀以便形成与所述孔共轴的橄榄型切口或油槽(21)。
2.根据权利要求1所述的方法(31)，其特征在于，所述第一刻蚀是通过各向异性深反 应离子刻蚀进行的。
3.根据权利要求1所述的方法(31)，其特征在于，所述第二刻蚀是通过各向同性深反 应离子刻蚀(36)进行的。
4.根据权利要求1所述的方法(31)，其特征在于，所述第二刻蚀是通过一系列(38)各 向异性深反应离子刻蚀进行的，所述刻蚀的刻蚀部分逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的方法(31)，其特征在于，所述步骤b)随后有下述步骤c)氧化所述硅基元件以便使所述第二刻蚀变平。
6.根据权利要求1所述的方法(31)，其特征在于，所述第二刻蚀是通过电腐蚀(40)进 行的。
7.根据权利要求6所述的方法(31)，其特征在于，所述元件是掺杂硅基的以提高电腐 蚀(40)质量。
8.一种包括至少一个夹板(1)的时计机芯，所述夹板(1)使用至少一个紧固装置(2， 4,6)安装在机板上，所述至少一个夹板或所述机板由硅基材料制成的板制造并且包括通过 宝石轴承孔(17)形成为单件的至少一个轴承(8，10)，以在没有任何专用宝石加工的情况 下承载所述机芯的至少一个构件，其特征在于，所述孔(17)具有大致圆锥形部分以便减小摩擦。
9.根据权利要求8所述的时计机芯，其特征在于，所述大致圆锥形部分形成橄榄型切□。
10.根据权利要求8所述的时计机芯，其特征在于，所述大致圆锥形部分形成油槽 (21)，所述油槽(21)也有助于润滑。
11.一种时计，其特征在于，所述时计包括根据权利要求8至10中任一项所述的时计机芯 。
全文摘要
本发明涉及用于时计机芯的夹板或机板，具体地涉及一种包括至少一个夹板(1)的时计机芯，所述夹板(1)使用至少一个紧固装置(2，4，6)安装在机板上以承载所述机芯的至少一个构件。根据本发明，所述至少一个夹板或机板由可微加工材料的板制成并且包括形成为单件的至少一个轴承以承载所述机芯的至少一个构件。
文档编号G04B31/06GK101825863SQ20101012487
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月2日
发明者F·亨里特, L·格蒙德, N·卡拉帕蒂斯 申请人:宝玑表有限公司