Domaine de l'invention
[0001] L'invention se rapporte à un moule destiné à fabriquer une pièce de micromécanique par galvanoplastie ainsi que son procédé de fabrication.
Arrière-plan de l'invention
[0002] La galvanoplastie est utilisée et connue depuis longtemps. Les procédés du type LIGA (abréviation très connue provenant de l'allemand "röntgen Lithographie, Galvanoformung & Abformung") sont plus récents. Ils consistent à former un moule par photolithographie d'une résine photosensible puis d'y faire croître par galvanoplastie un dépôt métallique comme du nickel. La précision de tels procédés LIGA est bien meilleure que celle d'un moule classique obtenue, par exemple, par usinage. De telles précisions autorisent ainsi la fabrication de pièces de micromécanique notamment pour des mouvements horlogers qui étaient avant inenvisageables.
[0003] Cependant, de tels procédés ne sont pas adaptés pour les pièces de micromécanique à grand élancement comme une roue d'échappement coaxiale en nickel - phosphore à, par exemple, 12% de phosphore. En effet, les dépôts électrolytiques de ce type de pièce délaminent en cours de dépôt en raison des contraintes internes du nickel - phosphore déposé ce qui a pour conséquence un décollement au niveau de son interface avec le substrat.
Résumé de l'invention
[0004] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un moule alternatif offrant au moins les mêmes précisions de fabrication et autorisant la fabrication de pièces à plusieurs niveaux et/ou à grand élancement.
[0005] A cet effet, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un moule comportant les étapes suivantes:
<tb>a)<sep>déposer une couche électriquement conductrice sur le dessus et sur le dessous d'une plaque en matériau à base de silicium;
<tb>b)<sep>solidariser ladite plaque à un substrat à l'aide d'une couche adhésive;
<tb>c)<sep>retirer une partie de ladite couche conductrice du dessus de la plaque;
<tb>d)<sep>graver ladite plaque jusqu'à sa couche conductrice du dessous selon la forme de ladite partie retirée de la couche conductrice du dessus afin de former au moins une cavité dudit moule.
[0006] Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention:
le procédé comporte, à la suite de l'étape d), l'étape e): monter une pièce sur la couche conductrice du dessus de ladite plaque afin de former un deuxième niveau dudit moule;
l'étape e) est obtenue en structurant une résine photosensible par photolithographie ou en solidarisant une pièce en matériau à base de silicium préalablement gravé;
le procédé comporte, à la suite de l'étape d), l'étape f): monter une tige dans ladite au moins une cavité afin de former un trou d'axe dans ladite pièce;
la couche adhésive et la couche conductrice du dessous sont inversées;
la couche adhésive comporte une résine photosensible;
le substrat comporte un matériau à base de silicium;
le procédé comporte l'étape d'):
graver le substrat jusqu'à la couche conductrice du dessus afin de former au moins un creux du moule.
le procédé comporte, à la suite de l'étape d'), l'étape e'): monter une pièce sur une couche conductrice déposée sur le dessus du substrat afin de former un niveau supplémentaire du moule;
le procédé comporte, à la suite de l'étape d'), l'étape f): monter une tige dans ledit au moins un creux afin de former un trou d'axe dans la pièce;
l'étape d) comporte les phases g): structurer un masque de protection par photolithographie à l'aide d'une résine photosensible sur la portion de la couche conductrice du dessus non retirée, h): réaliser une attaque anisotropique de la plaque selon les parties non recouvertes par ledit masque de protection et i): retirer le masque de protection;
l'étape d) comporte la phase h'):
réaliser une attaque anisotropique de la plaque en utilisant la couche conductrice du dessus comme masque afin de graver la plaque selon les parties retirées de ladite couche conductrice;
plusieurs moules sont fabriqués sur le même substrat.
[0007] L'invention se rapporte également à un procède de fabrication par galvanoplastie d'une pièce de micromécanique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:
<tb>i)<sep>fabriquer un moule selon le procédé conforme à l'une des variantes précédentes;
<tb>k)<sep>réaliser une électrodéposition en connectant l'électrode à la couche conductrice du dessous de la plaque en matériau à base de silicium afin de former ladite pièce dans ledit moule;
<tb>l)<sep>libérer la pièce dudit moule.
[0008] Enfin, l'invention se rapporte avantageusement à un moule destiné à fabriquer une pièce de micromécanique par galvanoplastie, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat, une pièce en matériau à base de silicium montée sur ledit substrat et comportant au moins une cavité découvrant une surface électriquement conductrice dudit substrat permettant de faire croître un dépôt électrolytique dans ladite au moins une cavité.
[0009] Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention:
le moule comporte une deuxième pièce montée sur la première et comportant au moins un évidement découvrant une surface électriquement conductrice et au moins une cavité de ladite première pièce permettant de continuer le dépôt électrolytique dans ledit au moins un évidement après avoir rempli ladite au moins une cavité;
le substrat est formé d'un matériau à base de silicium et comporte au moins un creux découvrant une surface électriquement conductrice dudit substrat permettant de faire croître un dépôt électrolytique dans ledit au moins un creux;
le moule comporte une pièce supplémentaire montée sur le substrat et comportant au moins un évidement découvrant une surface électriquement conductrice et au moins un creux dudit substrat permettant de continuer le dépôt électrolytique dans ledit au moins un évidement après avoir rempli ledit au moins un creux.
Description sommaire des dessins
[0010] D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
<tb>les fig. 1 à 7<sep>sont des représentations des étapes successives d'un procédé de fabrication d'une pièce de micromécanique selon l'invention;
<tb>la fig. 8<sep>est un schéma fonctionnel d'un procédé de fabrication d'une pièce de micromécanique selon l'invention;
<tb>les fig. 9 à 13<sep>sont des représentations des étapes finales successives d'un procédé de fabrication d'une pièce de micromécanique selon l'invention.
Description détaillée des modes de réalisation préférés
[0011] Comme visible à la fig. 8, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication 1 d'une pièce de micromécanique 41, 41 par galvanoplastie. Le procédé 1 comporte, préférentiellement, un procédé de fabrication 3 d'un moule 39, 39 suivi d'étapes de galvanoplastie 5 et de libération 7 de la pièce 41,41 dudit moule.
[0012] Le procédé de fabrication 3 du moule comporte des étapes successives destinées à fabriquer un moule 39, 39 comportant au moins une pièce 21 en matériau à base de silicium. Dans une première étape 9 du procédé 3, une plaque 21 en matériau à base de silicium est revêtue sur son dessus et son dessous de couches électriquement conductrices respectivement annotées 20 et 22 comme illustré à la fig. 1. Les couches conductrices 20, 22 peuvent comporter, par exemple, de l'or ou du cuivre.
[0013] Dans une deuxième étape 11, un substrat 23, qui peut être également à base de silicium, est revêtu sur son dessus d'une couche 24 de matériau adhésif comme illustré à la fig. 2. Un tel matériau peut, par exemple, être une résine photosensible non activée ou plus généralement une résine adhésive facilement retirable. La couche adhésive 24 est destinée, lors de la troisième étape 13, à solidariser au moins temporairement la plaque 21 revêtue avec le substrat 23 comme illustré à la fig. 3.
[0014] Selon une alternative de l'invention, la couche adhésive 24 et la couche conductrice 22 du dessous sont inversées comme expliqué ci-dessous.
[0015] Dans une quatrième étape 15, une partie 26 de la couche conductrice 20 du dessus de la plaque 21 est retirée afin de découvrir partiellement le dessus de la plaque 21 comme illustré à la fig. 3. Dans une cinquième étape 17, la plaque 21 est gravée jusqu'à découvrir sa couche conductrice 22 du dessous. Selon l'invention, l'étape 17 de gravage est préférentiellement réalisée selon le même motif que la partie 26 retirée de la couche conductrice 20 lors de l'étape 15.
[0016] L'étape de gravage 17 comporte, de manière préférée, une attaque sèche anisotropique du type gravage ionique réactif profond (DRE provenant des termes anglais "Deep Reactive Ion Etching").
[0017] Selon une première variante de l'étape 17, le matériau de la couche conductrice 20 du dessus de la plaque 21 est choisi afin de servir de masque de protection. Ainsi, quand l'ensemble masque 20 - plaque 21 est soumis à l'attaque anisotropique, seules les parties 26 de la plaque non protégées sont gravées. A la fin de l'étape 17, on obtient donc au moins une cavité 25 dans la plaque 21 dont le fond laisse apparaître partiellement la couche conductrice 22 du dessous comme illustré à la fig. 4.
[0018] Selon une deuxième variante de l'étape 17, dans un premier temps, un masque de protection est revêtu sur la plaque 21, préférentiellement, selon les mêmes formes que les parties retirées 26, par exemple, à l'aide d'un procédé de photolithographie d'une résine photosensible. Dans un deuxième temps, quand l'ensemble masque - plaque est soumis à l'attaque anisotropique, seules les parties de la plaque non protégées sont gravées. Finalement, dans un troisième temps, le masque de protection est retiré. A la fin de l'étape 17, on obtient donc au moins une cavité 25 dans la plaque 21 dont le fond laisse apparaître partiellement la couche conductrice 22 du dessous comme illustré à la fig. 4.
[0019] Dans le cas de l'alternative citée ci-dessus illustrée en trait triple à la fig. 8, dans laquelle la couche adhésive 24 et la couche conductrice 22 du dessous sont inversées, il est en plus nécessaire, lors d'une étape 18, de continuer ladite cavité 25 dans la couche adhésive 24 afin de découvrir ladite couche conductrice 22 du dessous. Préférentiellement, le matériau utilisé selon cette alternative est alors une résine photosensible que l'on expose à un rayonnement afin d'y continuer la cavité 25.
[0020] A la suite de l'étape 17, l'invention prévoit deux modes de réalisation. Dans un premier mode de réalisation illustré en trait simple à la fig. 8, à la suite de l'étape 17, le procédé de fabrication 3 du moule est terminé et le procédé de fabrication 1 de la pièce de micromécanique se poursuit immédiatement par les étapes de galvanoplastie 5 et de libération 7 de la pièce dudit moule. L'étape 5 de galvanoplastie est réalisée en connectant l'électrode de dépôt à la couche conductrice 22 du dessous de la plaque 21 afin de faire croître un dépôt électrolytique dans la cavité 25 dudit moule puis, dans l'étape 7, la pièce formée dans la cavité 25 est libérée dudit moule.
[0021] Selon ce premier mode de réalisation, on comprend que la pièce de micromécanique obtenue comporte un seul niveau dont la forme est identique sur toute son épaisseur.
[0022] Selon le deuxième mode de réalisation illustré en trait double à la fig. 8, l'étape 17 est suivie d'une étape 19 destinée à former au moins un deuxième niveau 28 au moule 39. Ainsi, le deuxième niveau 28 est réalisé en montant une pièce 27 sur une partie de la couche conductrice 20 du dessus qui n'a pas été retirée lors de l'étape 15.
[0023] Préférentiellement, la pièce 27 est formée sur la couche conductrice 20 selon un évidement 28 de section plus grande que les parties retirées 26, par exemple, à l'aide d'un procédé de photolithographie d'une résine photosensible.
[0024] De plus, comme illustré à la fig. 5, de manière préférée lors de l'étape 19, une tige 29 est montée afin de former directement le trou 42 d'axe de la pièce 41 de micromécanique lors de la galvanoplastie. Cela présente l'avantage non seulement de ne pas à avoir à usiner la pièce 41 une fois la galvanoplastie terminée mais également de pouvoir réaliser n'importe quelle forme de section intérieure, de manière uniforme ou non, sur toute la hauteur du trou 42. Préférentiellement, la tige 29 est obtenue lors de l'étape 19 en même temps que la pièce 27, par exemple, à l'aide d'un procédé de photolithographie d'une résine photosensible.
[0025] Dans le deuxième mode de réalisation, à la suite de l'étape 19, le procédé de fabrication 3 du moule 39 est terminé et le procédé de fabrication 1 de la pièce de micromécanique se poursuit par les étapes de galvanoplastie 5 et de libération 7 de la pièce dudit moule.
[0026] L'étape 5 de galvanoplastie est réalisée en connectant l'électrode de dépôt à la couche conductrice 22 du dessous de la plaque 21 afin de faire croître dans un premier temps un dépôt électrolytique dans la cavité 25 dudit moule puis, seulement dans un deuxième temps, dans l'évidement 28 comme illustré à la fig. 6.
[0027] En effet, avantageusement selon l'invention, lorsque le dépôt électrolytique affleure de la partie supérieure de la cavité 25, il connecte électriquement la couche conductrice 20 ce qui permet la continuation de la croissance du dépôt sur l'ensemble de l'évidement 28. Avantageusement, l'invention permet la réalisation de pièce à grand élancement, c'est-à-dire quand la section de la cavité 25 est beaucoup plus petite que celle de l'évidement 28, en évitant les problèmes de décollement même avec un matériau en nickel - phosphore à, par exemple, 12% de phosphore.
[0028] En effet, grâce à l'utilisation du silicium sous la couche conductrice 20, les phénomènes de délamination aux interfaces sont diminués ce qui évite les décollements induits par les contraintes internes du matériau électrodéposé.
[0029] Selon le deuxième mode de réalisation, le procédé de fabrication 1 se termine par l'étape 7, dans laquelle la pièce 41 formée dans la cavité 25 puis dans l'évidement 28 est libérée du moule 39. L'étape 7 de libération peut, par exemple, être effectuée par délamination de la couche 24 ou par gravure du substrat 23 et de la plaque 21. Selon ce deuxième mode de réalisation, on comprend comme illustré à la fig. 7 que la pièce de micromécanique 41 obtenue comporte deux niveaux 43, 45 de forme différente chacun selon une épaisseur parfaitement indépendante.
[0030] Une telle pièce 41 de micromécanique pourrait, par exemple, être une roue d'échappement coaxiale ou un ensemble roue d'échappement 43 - pignon 45 comportant une précision géométrique de l'ordre du micromètre mais également un référencement idéal c'est-à-dire un positionnement parfait entre lesdits niveaux.
[0031] Selon une deuxième variante du procédé 1 illustrée en traits discontinus double aux fig. 1à 5 et 8 à 13, il est possible de rajouter au moins un troisième niveau au moule 39. La deuxième variante reste identique au procédé 1 décrit ci-dessus jusqu'à l'étape 17, 18 ou 19 suivant l'alternative ou le mode de réalisation utilisé. Dans l'exemple illustré aux fig. 9à 13, on prendra prendre comme point de départ, l'exemple du deuxième mode de réalisation comme illustré à la fig. 8 en trait double.
[0032] Préférentiellement selon cette deuxième variante, le substrat 23 est formé à partir d'un matériau à base de silicium et est destiné à être gravé afin de former un creux 35 du moule 39.
[0033] Comme visible, de manière préférée entre la fig. 5 et la fig. 9, un dépôt 33 a été réalisé dans une partie de la cavité 25 afin de fournir une couche conductrice, plus épaisse que la couche 22 seule, dans le but de mécaniquement supporter les étapes de la deuxième variante du procédé 1. Préférentiellement, ce dépôt 33 est effectué en commençant l'étape 5 jusqu'à une épaisseur prédéterminée. Cependant, ce dépôt peut être effectué selon un autre procédé.
[0034] Comme illustré par des traits doubles discontinus à la fig. 8, la deuxième variante du procédé 1 applique les étapes 17, 18 et/ou 19 de la fin du procédé 3, au substrat 23. Ainsi, à la nouvelle étape 17, le substrat 23 est gravée jusqu'à découvrir la couche conductrice 22. L'étape de gravage 17 comporte, de manière préférée, une attaque sèche anisotropique du type gravage ionique réactif profond (DRIE).
[0035] Préférentiellement, dans un premier temps illustré à la fig. 9, un masque de protection 30 est revêtu sur le substrat 23 comportant des parties ajourées 36, par exemple, à l'aide d'un procédé de photolithographie d'une résine photosensible. Dans un deuxième temps, l'ensemble masque 30 - substrat 23 est soumis à l'attaque anisotropique, seules les parties du substrat non protégées étant gravées.
[0036] Dans un troisième temps, le masque 30 de protection est retiré. On obtient ainsi au moins un creux 35 dans le substrat 23 dont le fond laisse apparaître partiellement la couche adhésive 24 comme illustré à la fig. 10. Enfin, dans un quatrième temps, le creux 35 est prolongé dans la couche 24 et, éventuellement, également dans la couche 22. Préférentiellement, le matériau utilisé pour la couche adhésive 24 est une résine photosensible que l'on expose à un rayonnement afin d'y continuer le creux 35. A la fin de l'étape 17, on obtient donc au moins un creux 35 dans le substrat 23 dont le fond laisse apparaître partiellement la couche conductrice 22 ou, éventuellement, le dépôt 33.
[0037] Bien entendu, de manière analogue à l'explication ci-dessus, une couche conductrice peut également être déposée sur le substrat 23 à la place du masque 30 en résine photostructurée dont le matériau est choisi afin de servir de masque de protection.
[0038] De même, dans le cas de l'alternative citée ci-dessus dans laquelle la couche adhésive 24 et la couche conductrice 22 du dessous sont inversées, il n'est plus nécessaire de continuer ledit creux 35 dans la couche adhésive 24 afin de découvrir la couche conductrice 22 ou, éventuellement, le dépôt 33.
[0039] A la suite de l'étape 17 de la deuxième variante, l'invention peut prévoir également les deux modes de réalisation cités ci-dessus, c'est-à-dire poursuivre par les étapes de galvanoplastie 5 et de libération 7 ou poursuivre avec une étape 19 destinée à former au moins un niveau supplémentaire sur le substrat 23. Pour simplifier les fig. 11à 13sont réalisées à partir du premier mode de réalisation.
[0040] De manière préférée, quel que soit le mode de réalisation choisi, comme illustré à la fig. 11, une tige 37 est montée afin de former directement le trou 42 d'axe de la pièce 41 ' de micromécanique lors de la galvanoplastie. Préférentiellement, si les tiges 29 et 37 sont formées respectivement dans la cavité 25 et le creux 35, elles sont alignées. Préférentiellement, la tige 37 est obtenue, par exemple, à l'aide d'un procédé de photolithographie d'une résine photosensible.
[0041] A la suite des nouvelles étapes 17 ou 19, l'étape 5 de galvanoplastie est réalisée en connectant l'électrode de dépôt à la couche conductrice 22 afin de faire croître un dépôt électrolytique dans le creux 35 mais également continuer la croissance du dépôt 33 dans la cavité 25, puis, seulement dans un deuxième temps, dans l'évidement 28 comme illustré à la fig. 12. Le procédé de fabrication 1 se termine par l'étape 7, dans laquelle la pièce 41 est libérée du moule 39 comme expliqué ci-dessus.
[0042] Selon cette deuxième variante, on comprend comme illustré à la fig. 13 que la pièce de micromécanique 41 obtenue comporte au moins trois niveaux 43, 45 et 47 de forme différente chacun selon une épaisseur parfaitement indépendante avec un trou d'axe unique 42.
[0043] Une telle pièce 41 de micromécanique pourrait, par exemple, être une roue d'échappement coaxiale 43, 45 avec son pignon 47 ou un mobile à trois niveaux de dentures 43, 45, 47 comportant une précision géométrique de l'ordre du micromètre mais également un référencement idéal c'est-à-dire un positionnement parfait entre lesdits niveaux.
[0044] Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la pièce 27 pourrait comporter un matériau à base de silicium préalablement gravé puis être solidarisée sur la couche conductrice 20.
[0045] En outre, plusieurs moules 39, 39 sont fabriqués à partir du même substrat 23 afin de réaliser une production en série de pièces de micromécanique 41,41 qui ne sont pas forcément identiques entre elles.
[0046] De même, une tige 29 peut être formée dans la cavité 25 afin de former un trou d'axe 42 à la future pièce 41 même dans le cadre du premier mode de réalisation à un seul niveau. On peut également envisager changer les matériaux à base de silicium par de l'alumine cristallisée, du carbure de silicium ou de la silice cristallisée.
[0047] Enfin, la couche 20 formée lors de l'étape 9 puis partiellement ajourée à l'étape 15 peut également être obtenu par une étape unique 15 de dépôt sélectif. Une telle étape 15 pourrait alors consister, dans un premier temps, à déposer, préalablement au dépôt de la couche conductrice 20, une couche sacrificielle selon la même forme que la section 26. Dans un deuxième temps, une couche conductrice 20 est déposée pardessus l'ensemble. Enfin, dans un troisième temps, la couche sacrificielle est retirée et, incidemment, la partie de couche conductrice déposée dessus ce qui permet d'obtenir la même couche 20 que celle visible à la fig. 3. Une telle étape 15 est également connu sous les termes anglais "lift-off".
Field of the invention
The invention relates to a mold for manufacturing a micromechanical piece by electroplating and its manufacturing process.
Background of the invention
The electroplating is used and known for a long time. LIGA-type processes (well-known abbreviation from the German "röntgen Lithographie, Galvanoformung & Abformung") are more recent. They consist in forming a mold by photolithography of a photosensitive resin and then electroplating a metal deposit such as nickel. The accuracy of such LIGA processes is much better than that of a conventional mold obtained, for example, by machining. Such accuracies thus allow the manufacture of micromechanical parts especially for watch movements that were previously unthinkable.
However, such methods are not suitable for micromechanical parts with great slenderness as a nickel-phosphorus coaxial escapement wheel with, for example, 12% phosphorus. In fact, the electrolytic deposits of this type of part delaminate during deposition because of the internal stresses of the deposited nickel - phosphor, which results in detachment at its interface with the substrate.
Summary of the invention
The object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages mentioned above by providing an alternative mold providing at least the same manufacturing precisions and allowing the manufacture of multi-level parts and / or large slenderness.
For this purpose, the invention relates to a method of manufacturing a mold comprising the following steps:
<tb> a) <sep> depositing an electrically conductive layer on the top and bottom of a silicon-based plate;
<tb> b) <sep> securing said plate to a substrate with an adhesive layer;
<tb> c) <sep> removing a portion of said conductive layer from the top of the plate;
<db> d) <sep> etching said plate to its bottom conductive layer in the form of said portion removed from the top conductive layer to form at least one cavity of said mold.
According to other advantageous features of the invention:
the method comprises, following step d), step e): mounting a workpiece on the conductive layer of the top of said plate to form a second level of said mold;
step e) is obtained by structuring a photosensitive resin by photolithography or by joining a piece of silicon-based material previously etched;
the method comprises, following step d), step f): mounting a rod in said at least one cavity to form an axis hole in said part;
the adhesive layer and the conductive layer below are reversed;
the adhesive layer comprises a photoresist;
the substrate comprises a silicon-based material;
the process comprises the step of):
etching the substrate to the top conductive layer to form at least one mold cavity.
the method comprises, following step d), step e '): mounting a workpiece on a conductive layer deposited on the top of the substrate to form an additional level of the mold;
the method comprises, following step d), step f): mounting a rod in said at least one hollow to form an axis hole in the room;
step d) comprises the steps g): structuring a protection mask by photolithography using a photoresist on the portion of the non-withdrawn top conductive layer, h): performing an anisotropic etching of the plate according to parts not covered by said protective mask and i): removing the protective mask;
step d) comprises the phase h '):
anisotropically etching the plate using the top conductive layer as a mask to etch the plate into portions removed from said conductive layer;
several molds are made on the same substrate.
The invention also relates to a method of manufacturing by electroplating a micromechanical component, characterized in that it comprises the following steps:
<tb> i) <sep> manufacture a mold according to the method according to one of the preceding variants;
<tb> k) <sep> electroplating by connecting the electrode to the conductive layer of the underside of the silicon-based material plate to form said workpiece in said mold;
<tb> l) <sep> release the piece of said mold.
Finally, the invention advantageously relates to a mold for manufacturing a micromechanical piece by electroplating, characterized in that it comprises a substrate, a piece of silicon-based material mounted on said substrate and comprising at least a cavity revealing an electrically conductive surface of said substrate for growing an electrolytic deposit in said at least one cavity.
According to other advantageous features of the invention:
the mold comprises a second part mounted on the first and comprising at least one recess revealing an electrically conductive surface and at least one cavity of said first part making it possible to continue the electrolytic deposition in said at least one recess after filling said at least one cavity ;
the substrate is formed of a silicon-based material and comprises at least one hollow revealing an electrically conductive surface of said substrate for growing an electrolytic deposit in said at least one hollow;
the mold comprises an additional part mounted on the substrate and comprising at least one recess revealing an electrically conductive surface and at least one recess of said substrate making it possible to continue electrolytic deposition in said at least one recess after filling said at least one recess.
Brief description of the drawings
Other features and advantages will become apparent from the description which is given below, for information only and not limiting, with reference to the accompanying drawings, in which:
<tb> figs. 1 to 7 <sep> are representations of the successive steps of a method of manufacturing a micromechanical component according to the invention;
<tb> fig. 8 <sep> is a block diagram of a method of manufacturing a micromechanical component according to the invention;
<tb> figs. 9 to 13 <sep> are representations of the successive final steps of a method of manufacturing a micromechanical component according to the invention.
Detailed Description of the Preferred Embodiments
As shown in FIG. 8, the invention relates to a method of manufacturing 1 a micromechanical part 41, 41 by electroplating. The method 1 preferably comprises a method of manufacturing a mold 39, followed by electroplating and release steps of the part 41, 41 of said mold.
The manufacturing method 3 of the mold comprises successive steps for manufacturing a mold 39, 39 having at least one piece 21 of silicon-based material. In a first step 9 of the method 3, a plate 21 of silicon-based material is coated on its top and bottom electrically conductive layers respectively annotated 20 and 22 as shown in FIG. 1. The conductive layers 20, 22 may comprise, for example, gold or copper.
In a second step 11, a substrate 23, which may also be silicon-based, is coated on its top with a layer 24 of adhesive material as shown in FIG. Such a material may, for example, be a non-activated photoresist or, more generally, an easily removable adhesive resin. The adhesive layer 24 is intended, in the third step 13, to at least temporarily secure the plate 21 coated with the substrate 23 as shown in FIG. 3.
According to an alternative of the invention, the adhesive layer 24 and the conductive layer 22 below are reversed as explained below.
In a fourth step 15, a portion 26 of the conductive layer 20 of the top of the plate 21 is removed to partially discover the top of the plate 21 as shown in FIG. 3. In a fifth step 17, the plate 21 is etched until revealing its conductive layer 22 from below. According to the invention, the etching step 17 is preferably carried out according to the same pattern as the portion 26 removed from the conductive layer 20 during step 15.
The etching step 17 preferably comprises an anisotropic dry attack of the deep reactive ion etching type (DRE from the English terms "Deep Reactive Ion Etching").
According to a first variant of step 17, the material of the conductive layer 20 of the top of the plate 21 is chosen to serve as a protective mask. Thus, when the mask 20 - plate assembly 21 is subjected to anisotropic etching, only the unprotected portions 26 of the plate are etched. At the end of step 17, at least one cavity 25 is thus obtained in the plate 21, the bottom of which partially reveals the conductive layer 22 underneath as illustrated in FIG. 4.
According to a second variant of step 17, in a first step, a protective mask is coated on the plate 21, preferably in the same form as the removed parts 26, for example, with the aid of FIG. a photolithography process of a photosensitive resin. In a second step, when the mask - plate assembly is subjected to anisotropic etching, only the unprotected parts of the plate are etched. Finally, in a third step, the protective mask is removed. At the end of step 17, at least one cavity 25 is thus obtained in the plate 21, the bottom of which partially reveals the conductive layer 22 underneath as illustrated in FIG. 4.
In the case of the alternative cited above shown in triple line in FIG. 8, in which the adhesive layer 24 and the conductive layer 22 of the underside are reversed, it is also necessary, during a step 18, to continue said cavity 25 in the adhesive layer 24 in order to discover said conductive layer 22 from below . Preferably, the material used according to this alternative is then a photosensitive resin which is exposed to radiation in order to continue the cavity 25 therein.
Following step 17, the invention provides two embodiments. In a first embodiment shown in simple lines in FIG. 8, following step 17, the manufacturing process 3 of the mold is completed and the manufacturing process 1 of the micromechanical part is immediately continued by the electroplating and releasing steps 7 of the part of said mold. Step 5 of electroplating is performed by connecting the deposition electrode to the conductive layer 22 of the underside of the plate 21 in order to grow an electrolytic deposit in the cavity 25 of said mold and, in step 7, the formed part in the cavity 25 is released from said mold.
According to this first embodiment, it is understood that the micromechanical part obtained comprises a single level whose shape is identical over its entire thickness.
According to the second embodiment shown in double lines in FIG. 8, step 17 is followed by a step 19 intended to form at least a second level 28 to the mold 39. Thus, the second level 28 is produced by mounting a piece 27 on a portion of the conductive layer 20 of the upper part. was not removed in step 15.
Preferably, the piece 27 is formed on the conductive layer 20 in a recess 28 of greater section than the removed portions 26, for example, using a photolithography process of a photosensitive resin.
In addition, as illustrated in FIG. 5, preferably in step 19, a rod 29 is mounted to directly form the hole 42 of axis of the micromechanical part 41 during electroplating. This has the advantage not only of not having to machine part 41 after electroplating is completed but also to be able to make any shape of inner section, uniformly or otherwise, over the entire height of hole 42. Preferably, the rod 29 is obtained during step 19 at the same time as the part 27, for example, using a photolithography process of a photosensitive resin.
In the second embodiment, following step 19, the manufacturing method 3 of the mold 39 is completed and the manufacturing process 1 of the micromechanical part continues with the electroplating steps 5 and release 7 of the piece of said mold.
Step 5 of electroplating is performed by connecting the deposition electrode to the conductive layer 22 of the underside of the plate 21 in order to initially grow an electrolytic deposit in the cavity 25 of said mold and then, only in a second time, in the recess 28 as illustrated in FIG. 6.
Indeed, advantageously according to the invention, when the electrolytic deposition is flush with the upper part of the cavity 25, it electrically connects the conductive layer 20 which allows the continuation of the growth of the deposit on the whole of the Advantageously, the invention allows the production of a large-slender part, that is to say when the section of the cavity 25 is much smaller than that of the recess 28, avoiding the problems of separation even with a nickel-phosphorus material at, for example, 12% phosphorus.
Indeed, thanks to the use of silicon under the conductive layer 20, the delamination phenomena at the interfaces are reduced which avoids the detachments induced by the internal stresses of the electrodeposited material.
According to the second embodiment, the manufacturing method 1 ends with step 7, in which the piece 41 formed in the cavity 25 and then in the recess 28 is released from the mold 39. Step 7 of Release may, for example, be carried out by delamination of the layer 24 or by etching the substrate 23 and the plate 21. According to this second embodiment, it is understood as illustrated in FIG. 7 that the micromechanical part 41 obtained has two levels 43, 45 of different shape each in a perfectly independent thickness.
Such a micromechanical part 41 could, for example, be a coaxial escapement wheel or an exhaust wheel assembly 43 - pinion 45 having a geometric precision of the order of a micrometer but also an ideal referencing it is to say a perfect positioning between said levels.
According to a second variant of the method 1 illustrated in double dashed lines in FIGS. 1 to 5 and 8 to 13, it is possible to add at least a third level to the mold 39. The second variant remains identical to the method 1 described above until step 17, 18 or 19 according to the alternative or the embodiment used. In the example illustrated in FIGS. 9 to 13, it will be taken as a starting point, the example of the second embodiment as illustrated in FIG. 8 in double line.
Preferably according to this second variant, the substrate 23 is formed from a silicon-based material and is intended to be etched to form a recess 35 of the mold 39.
As visible, preferably between FIG. 5 and FIG. 9, a deposit 33 has been made in a portion of the cavity 25 to provide a conductive layer, thicker than the layer 22 alone, in order to mechanically support the steps of the second variant of the method 1. Preferably, this deposit 33 is performed starting from step 5 to a predetermined thickness. However, this deposit can be carried out according to another method.
As illustrated by broken double lines in FIG. 8, the second variant of the method 1 applies the steps 17, 18 and / or 19 of the end of the method 3, to the substrate 23. Thus, in the new step 17, the substrate 23 is etched until discovering the conductive layer 22 The etching step 17 preferably comprises an anisotropic dry attack of the deep reactive ion etching (DRIE) type.
Preferably, in a first step illustrated in FIG. 9, a protective mask 30 is coated on the substrate 23 having perforated portions 36, for example, using a photolithography process of a photoresist. In a second step, the mask 30 - substrate 23 is subjected to anisotropic etching, only the unprotected portions of the substrate being etched.
In a third step, the mask 30 of protection is removed. This produces at least one recess 35 in the substrate 23 whose bottom partially reveals the adhesive layer 24 as shown in FIG. 10. Finally, in a fourth step, the recess 35 is prolonged in the layer 24 and possibly also in the layer 22. Preferably, the material used for the adhesive layer 24 is a photoresist that is exposed to radiation. in order to continue the recess 35. At the end of step 17, at least one recess 35 is thus obtained in the substrate 23, the bottom of which allows the conductive layer 22 or, optionally, the deposit 33 to appear partially.
Of course, analogously to the explanation above, a conductive layer may also be deposited on the substrate 23 in place of the mask 30 of photostructured resin whose material is chosen to serve as a protective mask.
Similarly, in the case of the alternative mentioned above in which the adhesive layer 24 and the conductive layer 22 of the bottom are reversed, it is no longer necessary to continue said hollow 35 in the adhesive layer 24 so to discover the conductive layer 22 or, optionally, the deposit 33.
Following step 17 of the second variant, the invention can also provide the two embodiments mentioned above, that is to say, continue with the electroplating 5 and release 7 steps. or continue with a step 19 intended to form at least one additional level on the substrate 23. To simplify FIGS. 11 to 13 are made from the first embodiment.
Preferably, whatever the embodiment chosen, as illustrated in FIG. 11, a rod 37 is mounted to directly form the hole 42 of axis of the micromechanical part 41 'during electroplating. Preferably, if the rods 29 and 37 are respectively formed in the cavity 25 and the recess 35, they are aligned. Preferably, the rod 37 is obtained, for example, using a photolithography process of a photosensitive resin.
Following the new steps 17 or 19, the electroplating step 5 is performed by connecting the deposition electrode to the conductive layer 22 to grow an electrolytic deposit in the depression 35 but also continue the growth of the deposit 33 in the cavity 25, then, only in a second step, in the recess 28 as illustrated in FIG. 12. The manufacturing method 1 ends with step 7, in which the part 41 is released from the mold 39 as explained above.
According to this second variant, it is understood as illustrated in FIG. 13 that the micromechanical part 41 obtained comprises at least three levels 43, 45 and 47 of different shape each in a perfectly independent thickness with a single axis hole 42.
Such a micromechanical part 41 could, for example, be a coaxial escapement wheel 43, 45 with its pinion 47 or a mobile with three levels of teeth 43, 45, 47 having a geometric precision of the order of magnitude. micrometer but also an ideal referencing that is to say a perfect positioning between said levels.
Of course, the present invention is not limited to the example shown but is susceptible to various variations and modifications that will occur to those skilled in the art. In particular, the piece 27 could comprise a silicon-based material previously etched and then be secured to the conductive layer 20.
In addition, several molds 39, 39 are manufactured from the same substrate 23 to produce a series production of micromechanical parts 41,41 which are not necessarily identical to each other.
Similarly, a rod 29 may be formed in the cavity 25 to form a shaft hole 42 to the future part 41 even in the context of the first embodiment at a single level. It is also possible to envisage changing the silicon-based materials by crystalline alumina, silicon carbide or crystalline silica.
Finally, the layer 20 formed during step 9 and partially perforated in step 15 can also be obtained by a single step 15 of selective deposition. Such a step 15 could then consist, in a first step, of depositing, prior to the deposition of the conductive layer 20, a sacrificial layer in the same shape as the section 26. In a second step, a conductive layer 20 is deposited over the 'together. Finally, in a third step, the sacrificial layer is removed and, incidentally, the conductive layer portion deposited on it which makes it possible to obtain the same layer 20 as that visible in FIG. 3. Such a step 15 is also known as "lift-off".