由合成的碳同素异形体基材料制成并具有多个功能层级的单件式空心微机械部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造微机械部件的方法，更具体地涉及这种由合成的碳同素异形体基材料制成并包括多个功能层级的单件式部件。
【背景技术】
[0002]WO专利2012/104110公开了由金刚石制成并具有由硅基底形成的单个层级的部件的制造。然而，由于金刚石不能被钉入，因此这种部件可能很难与枢轴或另一部件连接。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是，通过提出一种用于制造复杂的三维的单件式微机械部件的方法来克服上述全部或部分缺点，该方法使用最少量的材料。
[0004]为此，本发明涉及一种由合成的碳同素异形体基材料制成的单件式微机械部件的制造方法，该方法包括以下步骤:
[0005]a)形成基底，该基底在至少三个层级上包括用于待制造的所述微机械部件的凹腔；
[0006]b)用所述合成的碳同素异形体基材料层覆盖基底的所述凹腔，该材料层的厚度小于所述腔的所述至少三个层级中每一个的深度；
[0007]c)移走所述基底，以释放在所述凹腔中形成的微机械部件；
[0008]其特征在于，步骤a)包括以下阶段:
[0009]i)形成第一晶片，该第一晶片包括被蚀刻贯通该晶片的至少一第一图案；
[0010]ii)形成第二晶片，该第二晶片包括被蚀刻贯通该晶片的至少一第二图案；
[0011]iii)形成没有贯通图案的第三晶片；
[0012]iv)粘结所述第一、第二和第三晶片，以形成在至少三个层级上包括凹腔的基底。
[0013]因此，显然该方法允许仅由合成的碳同素异形体基材料(S卩，没有材料的不连续性)制造包括材料“皮肤”(即，薄的材料厚度)的单件式三维微机械部件(即，具有多个功能层级)。另外，附加地，微机械部件的外表面具有所使用的基底的有利的粗糙度。
[0014]根据本发明的方法因此有利地使得，通过仅沉积最终涂层所需要的材料量而不需要修整操作，可以大大降低合成的碳同素异形体基材料的成本，并且改善了微机械部件的外表面的粗糙度，并优化了其摩擦学性能。
[0015]根据本发明的其它有利特征:
[0016]-在阶段ii)中，通过包括被蚀刻贯通该晶片的第二图案和与所述第二图案连通的蚀刻未贯通的第三图案来形成第二晶片；
[0017]-在阶段ii i)中，通过包括蚀刻未贯通的图案来形成第三晶片；
[0018]-根据第一替代变型，步骤b)包括以下阶段:bl)在基底的一部分上形成牺牲层；b2)在基底上沉积用于形成核点的颗粒;b3)移走牺牲层，以选择性地使基底的一部分没有任何颗粒;b4)化学气相沉积合成的碳同素异形体基材料层，使其只在颗粒保留的地方沉积；
[0019]-根据第二替代变型，步骤b)包括以下阶段:b5)在基底的一部分上形成牺牲层；b6)在基底上化学气相沉积合成的碳同素异形体基材料层;和b7)移走牺牲层，以选择性地使基底的一部分没有任何沉积物；
[0020]-凹腔的所述至少三个层级中的至少一个包括形成齿圈的壁；
[0021 ]-合成的碳同素异形体基材料是晶态形式或非晶态形式的；
[0022]-在步骤b)之后，该方法包括步骤d):从基底上去除比在步骤b)中沉积的层的厚度大的厚度，以便留下在所述凹腔中限定的所述层的厚度；
[0023]-在步骤c)之前，该方法包括步骤e):用第二材料填充覆盖有合成的碳同素异形体基材料的腔，以在步骤c)之后获得由合成的碳同素异形体基材料制成的通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的微机械部件；
[0024]-在步骤e)中，第二材料形成为从所述腔突伸出，以形成微机械部件的附加的功能层级；
[0025]-第二材料包括金属或金属合金。
[0026]另外，本发明涉及根据任一上述变型所述的方法获得的单件式微机械部件，其特征在于，该单件式微机械部件是空心的，包括由层厚度介于0.2μπι和20μπι之间的合成的碳同素异形体基材料制成的多个功能层级，该单件式微机械部件具有比合成的碳同素异形体基材料层的厚度大的高度。
[0027]由合成的碳同素异形体基材料制成的微机械部件有利地是单件式的(S卩，没有材料的不连续性)、空心的(即，由材料壳形成以限制所使用的材料量)，并且其体积形成多个能够直接包括枢轴的完美参考功能层级O
[0028]应理解，这使得可以减小由参考误差引起的废品率，而且可以改善外表面粗糙度和优化其摩擦学性能。
[0029]根据本发明的其它有利特征:
[0030]-微机械部件的外表面包括至少一个齿圈；
[0031]-单件式微机械部件的空心部至少部分地填充有第二材料，以便获得通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的由合成的碳同素异形体基材料制成的单件式微机械部件；
[0032]-所述第二材料形成为从外表面的所述高度伸出，以形成单件式微机械部件的附加的功能元件；
[0033]-第二材料包括金属或金属合金。
[0034]最后，本发明涉及一种钟表，其特征在于，该钟表包括根据任一上述变型所述的单件式微机械部件，该单件式微机械部件形成表玻璃、表壳、推动件、表冠、表链、表带、表盘、显示元件、摆轮游丝、摆轮、擒纵叉、桥夹板、主夹板、轮副或擒纵轮中的全部或部分。
【附图说明】
[0035]从下文参见附图通过非限制性图示给出的描述中，其它特征和优点将显而易见，图中:
[0036]-图1至8是根据第一实施例的制造方法的逐步表示；
[0037]-图9是根据第一实施例得到的微机械部件的示例的表示；
[0038]-图10至12是根据第二实施例的制造方法的逐步表示；
[0039]-图13是根据第二实施例得到的微机械部件的示例的表示；
[0040]-图14至15是根据第三实施例的制造方法的逐步表示；
[0041]-图16是根据第三实施例得到的微机械部件的示例的表示；
[0042]-图17和18是根据第一实施例的图1和2的替代变型的制造方法的逐步表示；
[0043]-图19至22是根据本发明的第四实施例的制造方法的逐步表示；
[0044]-图23至26是根据本发明的第五实施例的制造方法的逐步表示；
[0045]-图27是根据本发明的第四和第五实施例得到的微机械部件的两个示例的表示。
【具体实施方式】
[0046]本发明涉及一种具有多个功能层级的由晶态形式(例如金刚石、或者单层或多层石墨烯)或非晶态形式(例如类金刚石碳(DLC))的合成的碳同素异形体基材料制成的单件式微机械部件的制造方法。
[0047]当然，有利地，根据本发明，能沉积成层并具有摩擦学优点的其它类型的材料可用作合成的碳同素异形体基材料的替代材料。该替代材料可以例如是硅基化合物，即，例如氮化硅、氧化硅或碳化硅。
[0048]该微机械部件设计成应用于钟表学领域。然而，可以很容易地想到其它领域，例如尤其是航空、珠宝或者汽车工业。
[0049]在钟表学领域，微机械部件可以例如形成手表的外部部件或钟表机芯的部件。该微机械部件因此可以形成表玻璃、表壳、推动件、表冠、表链或表带、表盘、显示元件、摆轮游丝、摆轮、擒纵叉、桥夹板、主夹板、轮副或擒纵轮中的全部或部分。
[0050]在图1至8和17至18中示出了制造这种微机械部件的方法的第一实施例。在步骤a中，该方法在于，在基底1、101中在至少两个层级N1、N2、Nx上形成用于未来的微机械部件的凹腔3、103。各种各样的基底1、101都是可能的。优选地，基底1、101的材料选择低粗糙度的，即，具有光滑表面的自然性质，并且能够抵抗沉积步骤的侵蚀。
[0051]举例来说，图1、2、17和18示出了步骤a由硅基底1、101形成，因此可以获得非常低的粗糙度，即，算术平均偏差1^显著小于10nm。
[0052]因此，在图1和2示出的步骤a的第一替代变型中，由单个晶片2形成在至少两个层级N1、N2、NX上包括腔3的基底I。
[0053]步骤a的第一替代变型因此使用多个掩膜，以便获得多个具有不同深度的蚀刻图案。因此，步骤
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造微机械部件的方法，更具体地涉及这种由合成的碳同素异形体基材料制成并包括多个功能层级的单件式部件。
【背景技术】
[0002]WO专利2012/104110公开了由金刚石制成并具有由硅基底形成的单个层级的部件的制造。然而，由于金刚石不能被钉入，因此这种部件可能很难与枢轴或另一部件连接。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是，通过提出一种用于制造复杂的三维的单件式微机械部件的方法来克服上述全部或部分缺点，该方法使用最少量的材料。
[0004]为此，本发明涉及一种由合成的碳同素异形体基材料制成的单件式微机械部件的制造方法，该方法包括以下步骤:
[0005]a)形成基底，该基底在至少三个层级上包括用于待制造的所述微机械部件的凹腔；
[0006]b)用所述合成的碳同素异形体基材料层覆盖基底的所述凹腔，该材料层的厚度小于所述腔的所述至少三个层级中每一个的深度；
[0007]c)移走所述基底，以释放在所述凹腔中形成的微机械部件；
[0008]其特征在于，步骤a)包括以下阶段:
[0009]i)形成第一晶片，该第一晶片包括被蚀刻贯通该晶片的至少一第一图案；
[0010]ii)形成第二晶片，该第二晶片包括被蚀刻贯通该晶片的至少一第二图案；
[0011]iii)形成没有贯通图案的第三晶片；
[0012]iv)粘结所述第一、第二和第三晶片，以形成在至少三个层级上包括凹腔的基底。
[0013]因此，显然该方法允许仅由合成的碳同素异形体基材料(S卩，没有材料的不连续性)制造包括材料“皮肤”(即，薄的材料厚度)的单件式三维微机械部件(即，具有多个功能层级)。另外，附加地，微机械部件的外表面具有所使用的基底的有利的粗糙度。
[0014]根据本发明的方法因此有利地使得，通过仅沉积最终涂层所需要的材料量而不需要修整操作，可以大大降低合成的碳同素异形体基材料的成本，并且改善了微机械部件的外表面的粗糙度，并优化了其摩擦学性能。
[0015]根据本发明的其它有利特征:
[0016]-在阶段ii)中，通过包括被蚀刻贯通该晶片的第二图案和与所述第二图案连通的蚀刻未贯通的第三图案来形成第二晶片；
[0017]-在阶段ii i)中，通过包括蚀刻未贯通的图案来形成第三晶片；
[0018]-根据第一替代变型，步骤b)包括以下阶段:bl)在基底的一部分上形成牺牲层；b2)在基底上沉积用于形成核点的颗粒;b3)移走牺牲层，以选择性地使基底的一部分没有任何颗粒;b4)化学气相沉积合成的碳同素异形体基材料层，使其只在颗粒保留的地方沉积；
[0019]-根据第二替代变型，步骤b)包括以下阶段:b5)在基底的一部分上形成牺牲层；b6)在基底上化学气相沉积合成的碳同素异形体基材料层;和b7)移走牺牲层，以选择性地使基底的一部分没有任何沉积物；
[0020]-凹腔的所述至少三个层级中的至少一个包括形成齿圈的壁；
[0021 ]-合成的碳同素异形体基材料是晶态形式或非晶态形式的；
[0022]-在步骤b)之后，该方法包括步骤d):从基底上去除比在步骤b)中沉积的层的厚度大的厚度，以便留下在所述凹腔中限定的所述层的厚度；
[0023]-在步骤c)之前，该方法包括步骤e):用第二材料填充覆盖有合成的碳同素异形体基材料的腔，以在步骤c)之后获得由合成的碳同素异形体基材料制成的通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的微机械部件；
[0024]-在步骤e)中，第二材料形成为从所述腔突伸出，以形成微机械部件的附加的功能层级；
[0025]-第二材料包括金属或金属合金。
[0026]另外，本发明涉及根据任一上述变型所述的方法获得的单件式微机械部件，其特征在于，该单件式微机械部件是空心的，包括由层厚度介于0.2μπι和20μπι之间的合成的碳同素异形体基材料制成的多个功能层级，该单件式微机械部件具有比合成的碳同素异形体基材料层的厚度大的高度。
[0027]由合成的碳同素异形体基材料制成的微机械部件有利地是单件式的(S卩，没有材料的不连续性)、空心的(即，由材料壳形成以限制所使用的材料量)，并且其体积形成多个能够直接包括枢轴的完美参考功能层级O
[0028]应理解，这使得可以减小由参考误差引起的废品率，而且可以改善外表面粗糙度和优化其摩擦学性能。
[0029]根据本发明的其它有利特征:
[0030]-微机械部件的外表面包括至少一个齿圈；
[0031]-单件式微机械部件的空心部至少部分地填充有第二材料，以便获得通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的由合成的碳同素异形体基材料制成的单件式微机械部件；
[0032]-所述第二材料形成为从外表面的所述高度伸出，以形成单件式微机械部件的附加的功能元件；
[0033]-第二材料包括金属或金属合金。
[0034]最后，本发明涉及一种钟表，其特征在于，该钟表包括根据任一上述变型所述的单件式微机械部件，该单件式微机械部件形成表玻璃、表壳、推动件、表冠、表链、表带、表盘、显示元件、摆轮游丝、摆轮、擒纵叉、桥夹板、主夹板、轮副或擒纵轮中的全部或部分。
【附图说明】
[0035]从下文参见附图通过非限制性图示给出的描述中，其它特征和优点将显而易见，图中:
[0036]-图1至8是根据第一实施例的制造方法的逐步表示；
[0037]-图9是根据第一实施例得到的微机械部件的示例的表示；
[0038]-图10至12是根据第二实施例的制造方法的逐步表示；
[0039]-图13是根据第二实施例得到的微机械部件的示例的表示；
[0040]-图14至15是根据第三实施例的制造方法的逐步表示；
[0041]-图16是根据第三实施例得到的微机械部件的示例的表示；
[0042]-图17和18是根据第一实施例的图1和2的替代变型的制造方法的逐步表示；
[0043]-图19至22是根据本发明的第四实施例的制造方法的逐步表示；
[0044]-图23至26是根据本发明的第五实施例的制造方法的逐步表示；
[0045]-图27是根据本发明的第四和第五实施例得到的微机械部件的两个示例的表示。
【具体实施方式】
[0046]本发明涉及一种具有多个功能层级的由晶态形式(例如金刚石、或者单层或多层石墨烯)或非晶态形式(例如类金刚石碳(DLC))的合成的碳同素异形体基材料制成的单件式微机械部件的制造方法。
[0047]当然，有利地，根据本发明，能沉积成层并具有摩擦学优点的其它类型的材料可用作合成的碳同素异形体基材料的替代材料。该替代材料可以例如是硅基化合物，即，例如氮化硅、氧化硅或碳化硅。
[0048]该微机械部件设计成应用于钟表学领域。然而，可以很容易地想到其它领域，例如尤其是航空、珠宝或者汽车工业。
[0049]在钟表学领域，微机械部件可以例如形成手表的外部部件或钟表机芯的部件。该微机械部件因此可以形成表玻璃、表壳、推动件、表冠、表链或表带、表盘、显示元件、摆轮游丝、摆轮、擒纵叉、桥夹板、主夹板、轮副或擒纵轮中的全部或部分。
[0050]在图1至8和17至18中示出了制造这种微机械部件的方法的第一实施例。在步骤a中，该方法在于，在基底1、101中在至少两个层级N1、N2、Nx上形成用于未来的微机械部件的凹腔3、103。各种各样的基底1、101都是可能的。优选地，基底1、101的材料选择低粗糙度的，即，具有光滑表面的自然性质，并且能够抵抗沉积步骤的侵蚀。
[0051]举例来说，图1、2、17和18示出了步骤a由硅基底1、101形成，因此可以获得非常低的粗糙度，即，算术平均偏差1^显著小于10nm。
[0052]因此，在图1和2示出的步骤a的第一替代变型中，由单个晶片2形成在至少两个层级N1、N2、NX上包括腔3的基底I。
[0053]步骤a的第一替代变型因此使用多个掩膜，以便获得多个具有不同深度的蚀刻图案。因此，步骤
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