制造钟表部件的方法

技术领域

本发明涉及一种制造钟表部件的方法。其还涉及一种通过所述制造方法获得的钟表部件。

背景技术

在时钟的外部部件上实施不同的装饰和/或标记的方法。关于这些外部部件，钟表机芯部件通常尺寸较小，并且包括几何形状十分精细的功能部分，其在任何情况下都不能被损坏。因此，难以例如为了识别或装饰的目的在这种钟表机芯部件上形成标记。

发明内容

因此，本发明的目的特别是在于寻求一种标记和/或装饰钟表部件、特别是钟表机芯部件的方案，其能够在不损害部件的功能性的情况下实现特别具有吸引力的视觉效果。

为此目的，本发明依赖于一种制造包括具有表面、特别是顶表面的至少一个部分的钟表部件的方法，其特征在于，其至少包括以下步骤：

-对钟表部件或钟表部件的坯件的所述表面进行雕刻来形成至少一个空腔；

-使金属或金属合金层在至少一个空腔中和至少一个空腔的外侧沉积在所述表面上；

至少在至少一个空腔内将材料沉积在所述金属或金属合金层上来形成材料层，所述材料与所述金属或金属合金层的金属或金属合金不同，所述金属或金属合金层形成所述材料层的粘合层。

本发明更特别是由权利要求限定。

附图说明

将在关于附图以非限制性方式给出的特定实施方式的以下说明中详细解释本发明的这些目的、特征和优点，其中：

图1a-1g示出根据本发明的实施方式的制造钟表机芯的螺旋弹簧的方法的连续的步骤。

图2示出示意性表示根据本发明的实施方式的制造钟表部件的方法的步骤和子步骤的流程图。

图3表示由根据本发明的实施方式的制造方法制成的螺旋弹簧的俯视图。

具体实施方式

本发明实施一种制造钟表部件的方法，其有利地组合了至少一个雕刻步骤与对所述雕刻的成品进行上色的一个步骤，以获得不会影响机芯部件的功能性能的可见雕刻。

为了简化本专利申请的阅读，将在不同的实施方式及它们的变型中使用相同的附图标记来表示相同的特征。将在制造例如为螺旋弹簧的钟表机芯部件的背景下说明根据本发明的实施方式的制造方法。

图1a至1g更特别地示出了钟表部件1、特别是钟表机芯部件或者是钟表部件1的坯件1a在其根据制造钟表部件的方法的实施方式的多个制造步骤期间的剖视图。本发明的制造方法更特别是解决了涉及雕刻表面的方法的特定的制造阶段。有利地，这是一种尤其是为了装饰目的而雕刻钟表部件1的可见表面或顶表面的方法。替代地，其还可涉及一种尤其是为了识别或标记的目的而雕刻不可见表面或底表面的方法。

根据图1a至1g示出的这个实施方式，该方法包括包含使具体在图1a中剖视表示的钟表部件1或钟表部件1的坯件1a的至少一个部分可见的第一步骤E1。应注意，根据这个有利的实施方式，多个坯件1a可与相同的支件或基板10a关联，并且同时经受将在下文中描述并且其步骤由图2的流程图总结的方法。

钟表部件坯件1a因此可通过微制造操作从基板10a制造，其优选采取可微加工的材料的形式或者基于可微加工的材料。应注意，在下文中，将在广义上使用术语“坯件”来表示制造钟表部件的方法中的任何中间元件。因此，坯件可以是可用且尚未进行雕刻的简单基板，或者是已经部分雕刻的基板，例如用于限定将来的钟表部件的轮廓的整体或部分。为了简化本说明书，即使钟表部件1仍然正在被制造，也将交替使用术语“坯件1a”或“钟表部件1”来表示相同的部件。

实施本发明的坯件1a的部分包括将具体通过根据本发明的方法来处理的表面11，以在该表面11上形成可见图案或标示，这将在下文中详细描述。

基板10a可由可微加工的材料制成或基于可微加工的材料。基板可整体或部分地包括任何形式的硅。其因此可包括单晶硅(不考虑其取向)、多晶硅、非晶硅、非晶二氧化硅、掺杂硅(不考虑掺杂的类型和水平)。其尤其是可采取SOI(绝缘硅)基板的形式。替代地，其可包括石英、金刚石、玻璃、陶瓷、红宝石、蓝宝石或碳化硅。替代地，其可由金属或金属合金制成，尤其是至少部分非晶态的金属合金。例如，其可包括镍或镍磷，或者甚至钢、钛、金合金或铂基合金。

图1b示出了包括雕刻钟表部件1或钟表部件1的坯件1a的所述表面11来形成至少一个空腔7的方法的第二步骤E3。根据优选实施方式，通过深反应离子蚀刻(DRIE)技术来执行雕刻。该技术能够形成具有与形成掩模的树脂层的开口一致的垂直或基本垂直的侧壁18的空腔7，而不会影响由树脂层覆盖的表面11的区域。更具体地，雕刻步骤蚀刻硅来形成至少一个空腔7。每个空腔7都具有由形成与部件的表面11基本上平行的底部17的表面界定的基本上矩形的剖面。空腔的深度与表面11成直角地测量，并且对应于表面11的平面与空腔的底部17的平面之间的相应距离。更一般来说，具有侧壁18的至少一个空腔7有利地相对于坯件1a的表面11的剩余部分形成断开部。

有利地，至少一个或所有空腔7的深度小于10μm。更有利地，该深度优选等于或大于可选的二氧化硅层13的厚度。

根据这个优选实施方式，包括通过深反应离子蚀刻来雕刻的这个步骤E3还能够获得表面纹理特别是由特别低的粗糙度表征的底部17，特别是具有粗糙度Ra小于50nm、优选约为20nm或者小于20nm和/或粗糙度Sa小于100nm、优选约为80nm或者小于80nm的底部17，这能够展现出将要解释的随后被沉积在该底部17上的材料层的光泽度。

此外，包括雕刻钟表部件1的表面11的这个步骤E3有利地在与包括雕刻所述钟表部件1的轮廓的步骤相同的操作中执行。作为变型，包括雕刻所述钟表部件1的部分的所述表面的这个步骤E3可在包括雕刻所述钟表部件1的轮廓的步骤之前执行。在这些情况中，该方法可包括将未示出的第一掩模定位在基板10a上、特别是所述基板10a的所述表面11上来使用深反应离子蚀刻(DRIE)技术从该第一掩模执行包括雕刻至少一个空腔7的步骤E3、尤其是盲刻的步骤，以及将未示出的第二掩模定位在所述基板10a上、特别是所述基板10a的另一个表面上来从该第二掩模雕刻钟表部件1的坯件1a的轮廓的步骤。换句话说，用于从基板切割部件的雕刻和根据本发明的形成至少一个空腔的雕刻可在同一个操作中执行，或者部分地在同一个操作中执行。这两种雕刻从不同的掩模执行。

因此可以有利地针对尤其是包括硅、石英、玻璃或金刚石的部件使用深反应离子蚀刻(DRIE)。

作为变型，雕刻可包括尤其是通过飞秒激光器实施激光蚀刻。

该方法随后在使用完全或部分地包括硅的基板10a的实施方式中包括包含使坯件1a的表面氧化的可选步骤E8。如图1c所示，坯件1a的表面11随后包括二氧化硅(SiO

该方法随后包括包含在至少一个空腔7中、更具体地在至少一个空腔7的底部17上以及至少一个空腔7的外侧将金属或金属合金层22沉积在坯件1a的所述表面11上的步骤E7。

根据图1a至1g示出的这个实施方式，该金属或金属合金层22是铬层。作为变型，金属或金属合金可由铝或钛制成，或者由铝的合金、铬的合金或钛的合金制成。

包括沉积金属或金属合金层22的这个步骤E7可通过定向沉积、尤其是物理气相沉积(PVD)、特别是通过电子束蒸发(EBE)进行沉积来执行。因此，有利地，金属或金属合金层22被沉积为避免任何材料沉积在此处与底部17成直角或基本成直角的空腔7的侧壁18上。这个步骤的结果通过图1d示出。作为变型，金属或金属合金层22可仅延伸跨过侧壁18的可忽略不计的部分，尤其是从底部17延伸的下部部分，例如从底部17延伸小于1μm的距离的下部部分，并且不会到达空腔7外侧的与表面11的交界部。

此外，发现对于这个层的小厚度、尤其是小于或等于100nm的厚度来说，将在下文中详细描述的这个金属或金属合金层22的牺牲层功能是最优的。

该方法随后实施包括至少在至少一个空腔7中并且可能在空腔7外侧的表面11上将材料沉积在部件的表面上、更具体来说金属或金属合金层22上的第四步骤E4。根据图1a至1g示出的实施方式，该材料是金属或金属合金，并且这个沉积步骤形成图1e所示的至少一个金属或金属合金材料层8。其更特别是图1e的同一个金层8。

优选地，该材料是形成包括Au、Ag、Cr、CrN、Ni、Pt、TiN、ZrN、Pd或它们的合金的组合的一部分的金属，除非与金属或金属合金层22不兼容。在另一个变型中，该材料可以不是金属，这将在下文中具体描述。

该至少一个材料层8的厚度可以约为几纳米。其优选至少为5nm，甚至至少为10nm，甚至至少为50nm，甚至至少为100nm。更特别地，其优选在5nm与1000nm之间，甚至在100nm与1000nm之间。100nm与200nm之间的厚度形成良好的方案，这将在下文中描述。

沉积材料的步骤E4可包括沉积单一且独特的层。替代地，这个沉积步骤可包括连续沉积两个以上不同的层。

根据一个实施方式，材料沉积步骤E4通过定向沉积、尤其是物理气相沉积(缩写为PVD)、特别是电子束蒸发(EBE)来执行。更一般来说，这种沉积可以是气相沉积，例如上述的物理沉积(PVD)或化学沉积(CVD)或原子沉积(ALD)。

可选地，材料沉积步骤E4可包括在施加掩模24(例如刚性掩模或模板，例如由硅制成的掩模24)之前的第一子步骤，以减小表面11被空腔7的腔体周围的金属或金属合金层22上的材料层8的沉积影响的范围，从而有利于将在下文中描述的后续的移除金属或金属合金层22的步骤E5。根据第一变型，掩模24的图案可完全对应于空腔7的图案，以仅在空腔7中沉积材料。然而，根据更简单的第二变型，掩模24的图案无需完全匹配表面11上由空腔7形成的图案，并且可展示空腔周围的部件表面的狭窄表面区域，如图1e所示。在后一种情况中，材料层8还在部件的表面上沉积在空腔7的外侧。换句话说，在所有的情况中，掩模24都包括叠置在至少一个空腔7上的至少一个开口，其表面积大于或等于空腔的表面积，从而不会覆盖至少一个空腔。在这个实施方式中，掩模24因此相对于所考虑的部件的部分的总表面区域11界定了减小的表面区域，在其上执行材料沉积。材料沉积步骤E4还包括在材料沉积结束时移除掩模24的最后的第二子步骤，以实现图1f所示的结果。

应注意，在图1f中，金属或金属合金层22沉积在部件的表面上将该表面与金属层8分离开。该金属或金属合金层22因此实现了针对材料沉积进行分离的第一功能。

该方法随后包括包含尤其是通过选择性化学腐蚀来移除沉积在所述至少一个空腔外侧的金属或金属合金层22的步骤E5。事实上，这个步骤可通过选择性化学腐蚀、特别是通过酸浴介质而实现铬层的剥离。这种腐蚀在不损坏钟表部件的表面11的情况下、特别是在不损坏根据本实施方式的二氧化硅层的情况下去除金属或金属合金层22。金属或金属合金层22的溶解同时导致移除了位于一个或多个空腔7外侧的材料层8。在这个步骤中，尤其是材料层8不会在部件的整个表面11上完全覆盖金属或金属合金层22的事实能够使执行这个步骤所需的时间最小化。最终结果通过图1g示出。金属或金属合金层22因此实现了牺牲层功能，允许简单地移除沉积在空腔外侧的材料层，期望的最终结果是仅使该材料保留在空腔中。

有利地，材料层8准确覆盖存在于空腔7中的金属或金属合金层22使这些层不会受到移除步骤E5的影响。因此，这两个层22、8保留在空腔7中。应注意，金属或金属合金层22通过提高材料层8在部件1上的粘附力而有利地实现了用于空腔中的材料层8的第二粘合层功能。

此外，为了优化上述的移除步骤，十分有利的是在至少一个空腔7处存在金属或金属合金层22的断开部。因此，有利的是金属或金属合金层22不会全部或部分地跨过至少一个空腔的侧壁18沉积，尤其是不会位于这些侧壁18的上部部分中。换句话说，金属或金属合金层22仅延伸跨过空腔7的底部17或不会延伸跨过侧壁18，或者延伸跨过侧壁18的可忽略不计的高度，尤其是不会位于侧壁的上部部分中。为了促进这个结果，还有利的是使至少一个空腔7自身在表面11与空腔7的侧壁18之间的交界部处具有断开部。这尤其是侧壁18垂直或基本垂直的情况。另外，材料层8的厚度厚到足以使其能够在空腔7中、特别是至少在空腔7的底部17上完全覆盖金属或金属合金层22，并且不具有可能允许酸在这个移除步骤中执行化学腐蚀期间穿过的孔洞。因此，根据优选实施方式，材料层8的厚度至少为100nm，特别是在100与200nm之间。应注意，材料层8的厚度优选大于金属或金属合金层22。更一般来说，组合上述的所有或部分特征的能够使得金属或金属合金层22不能在至少一个空腔7内触及的任何构造都十分有利地确保了两个叠置的层22、8在至少一个空腔处不能被移除。

最后，该方法可包括包含使坯件1a与基板10a分离的可选步骤E6。为了促进这个步骤的实施，部件坯件1a可包括尤其是在文件EP3632839A1中描述的局部雕刻断裂区。

当然，金属或金属合金层22的组成将根据具体情况适配所选的材料层8的组成，例如基于所选的材料和/或其厚度。金属或金属合金层22在材料层8的组成为金属时将具有与其不同的组成。

根据变型实施方式，包括沉积材料的步骤E4包括在一个或多个空腔7的底部17上施加作为颜料层的材料层8的步骤，其通过本领域技术人员公知的技术施加，例如喷涂技术或使用刷子。替代地，可施加漆、清漆或复合材料、特别是发光复合材料的层。

所述材料层8的厚度可随后匹配将其沉积在内的空腔7的深度。在这个特定情况中，所述材料层8的厚度可优选略小于空腔7的深度。

应注意，在所有实施方式和它们的变型中，能够在实施包括使坯件1a与基板10a分离的步骤E6之后执行材料沉积步骤E4，尤其是在手动施加根据上述实施方式的材料层8的情况下。

此外，在所有实施方式中，所有的步骤都可在单独的、不与基板关联的组件坯件1a上实施。它们也可在制造钟表部件的不同的步骤中实施，即，在该钟表部件的坯件上实施，或者在制造期间实施，甚至直接在定型或半定型的钟表部件上实施。

该方法特别适于通过使用包括在雕刻线圈之前产生本发明的一个或多个空腔的变型来制造螺旋弹簧，否则在步骤E3是深反应离子蚀刻的步骤的特定情况中实际上将难以将液态树脂定位在线匝上来雕刻本发明的空腔，因为树脂会在这些线圈之间流动。

最后，看来本发明通过应用于包括钟表部件坯件或钟表部件的表面、特别是顶表面的至少一部分的以下两个必要步骤的组合实现所寻求的目的：

-雕刻E3坯件或钟表部件的所述表面来形成至少一个空腔；

-将材料沉积E4在所述至少一个空腔中来形成材料层8。

用作牺牲层和/或粘合层的中间金属或金属合金层22插在部件的表面11与材料层8之间。

在所有实施方式和它们的变型中，至少一个空腔、优选所有空腔的深度有利地小于10μm，甚至小于6μm。另外，该深度可选大于3μm。因此，该深度可在3μm与10μm之间，甚至在3μm与6μm之间。出乎意料地，对于肉眼来说对于诸如像螺旋弹簧那样的钟表机芯部件的小尺寸的钟表部件似乎至少一个空腔7与表面11之间的对比度在所述至少一个空腔7的深度较小时更加明显。这在材料层8是金属或金属合金并且部件尤其是完全或部分包括硅时更加显著。

此外，至少一个空腔、优选所有空腔的深度还可在部件仅仅或部分包括硅时大于或等于存在于所述表面上的可能的二氧化硅涂层13的厚度。该二氧化硅涂层可具有0.1μm与5μm之间的厚度。

作为变型，在部件1是诸如表圈盘的特别是由陶瓷制成的外部部件的情况下特别适用的是至少一个空腔、优选所有空腔的深度在10μm与100μm之间，甚至在15μm与80μm之间，甚至在20μm与50μm之间。

在钟表机芯部件的值得关注的情况中，至少一个空腔、优选所有空腔还可在至少一个方向上具有至少100μm、甚至至少150μm、甚至至少200μm、甚至至少250μm的长度。该长度可小于或等于800μm，甚至小于或等于600μm，甚至小于或等于500μm，甚至小于或等于400μm。

沉积在至少一个空腔中的材料可以是金属或金属合金。作为变型，其可以是颜料、漆、清漆、复合材料、特别是发光复合材料，特别是可选地具有中间粘合金属层。

在实施方式和它们的变型中，沉积在至少一个空腔中的材料有利地具有严格小于空腔的深度的厚度。沉积厚度可大于或等于100nm。其可以在100nm与1000nm之间，有利地在100nm与200nm之间。特别地，其可具有等于或基本等于空腔的深度的厚度。另外，材料层8的厚度与金属或金属合金层22的厚度之和可严格小于空腔的深度或基本上等于空腔的深度。

本发明特别良好地适用于由可微加工的材料制成的任何钟表机芯部件，即，通过微制造技术获得的部件，特别是涉及光刻或涉及激光加工的部件。因此，这种钟表机芯部件、特别是其一般形式例如可至少部分地通过深反应离子蚀刻(缩写为DRIE)步骤获得。特别地，这种钟表机芯部件、特别是其一般形式例如可至少部分地通过UV-Liga(光刻电铸注塑)技术获得。

根据本发明的钟表部件可全部或部分包括任何形式的硅。其因此可包括单晶硅(不考虑其取向)、多晶硅、非晶硅、非晶二氧化硅、掺杂硅(不考虑掺杂的类型和水平)。其尤其是可从SOI(绝缘硅)基板制成。

根据本发明的钟表部件还可包括碳化硅、玻璃、陶瓷、石英、红宝石或者蓝宝石。替代地，其可由金属或金属合金制成，尤其是至少部分非晶态的金属合金。例如，该部件可包括镍或镍磷，或者甚至钢、钛、金合金或铂基合金。

当然，本发明不限于所述的实施方式，并且能够例如通过组合实施方式和/或它们的变型而想到其他的实施方式。特别地，雕刻步骤E3可组合使用通过光刻获得的掩模实施的深反应离子蚀刻和尤其是通过飞秒激光器执行的激光蚀刻。

因此，看来本发明通过有利地组合部件的表面上的雕刻和通过保护金属或金属合金层部分地、甚至完全地用材料对其进行填充来实现所寻求的目的。这种组合甚至在小表面上也能够形成清晰的标记，特别是可见且具有吸引力的标记，而不会影响钟表机芯部件的功能性。有利地，该表面是顶表面或可见表面，尤其是在部件组装在时钟中、特别是钟表机芯中时可见的表面。替代地，该表面是底表面或不可见表面。

可针对装饰目的来提供标记。替代地或额外地，可针对识别目的来提供。涉及激光器、特别是飞秒激光器的根据本发明的方法的变型在使钟表部件、特别是钟表机芯部件、尤其是特定的螺旋弹簧上的标记个性化的方面是特别有利的。标记例如可形成序列号或测量结果。

本发明还涉及一种通过前述的制造方法获得的钟表部件。该部件可以是钟表机芯部件，例如杠杆、轮、例如擒纵装置的轮、锚固件、摆轮或螺旋弹簧、特别是振荡器螺旋弹簧。作为变型，钟表部件可以是外部部件，例如表圈或表圈盘或法兰。

特别地，根据特定的实施方式，该部件可以是诸如螺旋弹簧的钟表机芯部件，其由包括形成具有表面、特别是顶表面或可见表面的连接部的第一部分以及具有形成弹簧的至少一个叶片螺旋缠绕部的刚度小于第一部分的第二部分的可微加工的材料制成，第一部分的表面包括根据本发明在其中沉积有材料的至少一个空腔。更一般来说，钟表部件或者至少来说包括受本发明影响的表面的部分有利地基于可微加工的材料，特别是硅基材料，即，包括按重量计至少50％的可微加工的材料。

图3示出了通过根据前述的其中一个实施方式的制造方法获得的螺旋弹簧。其包括顶表面12位于平面P1中的至少一个叶片2，并且其外端部与刚度基本上大于至少一个叶片2的连接部3一体形成。螺旋弹簧1还包括轴线A1的内桩4，其与至少一个叶片2的内端部一体形成。

连接部3包括采用设置在叶片2周围的环的一部分的形式的第一中心部分31，其角范围相对于轴线A1约为100度。该连接部3还包括设置在第一中心部分31的两侧上的两个弯曲部分32，它们各自包括用于定位和/或固定所述螺旋弹簧的元件5，其在此采用开口的形式。

连接部3具有包括应用于其顶表面11的、位于平面P1中、特别是其中心部分31上的图案(或标示)6的特定的特征。顶表面11在此被形成为与螺旋弹簧的至少一个叶片2的顶表面12连续。

图案6通过前述的方法获得，并且包括从顶表面11形成的、其中沉积有材料层8的空腔7。

相对于轴线A1径向地测量的图案的范围e、即空腔的范围可大于100μm，甚至大于150μm，甚至大于200μm，甚至大于250μm。该图案或标示6因此可在螺旋弹簧1被安装在其自身被组装在钟表机芯中的组装好的摆轮中时可见或是清晰的。

该螺旋弹簧可以是用于游丝摆轮的螺旋弹簧。其可以是单件。其可以由硅制成，并且其可以通过硅基板或通过SOI(绝缘硅)基板制成。本发明考虑的表面可以覆盖有二氧化硅涂层。

本发明还涉及一种包括所述钟表部件的时钟。其特别是涉及一种包括所述钟表机芯部件的钟表机芯。