CH702353A2 - Thermocompensated resonator i.e. hairspring, for timepiece, has body comprising core with material, where body comprises two coatings allowing resonator having thermal coefficients of first and second orders to be zero - Google Patents

Thermocompensated resonator i.e. hairspring, for timepiece, has body comprising core with material, where body comprises two coatings allowing resonator having thermal coefficients of first and second orders to be zero Download PDF

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CH702353A2
CH702353A2 CH01924/09A CH19242009A CH702353A2 CH 702353 A2 CH702353 A2 CH 702353A2 CH 01924/09 A CH01924/09 A CH 01924/09A CH 19242009 A CH19242009 A CH 19242009A CH 702353 A2 CH702353 A2 CH 702353A2
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coating
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coefficients
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Thierry Conus
Kaspar Truempy
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Swatch Group Res & Dev Ltd
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    • H03H9/02448Means for compensation or elimination of undesired effects of temperature influence

Abstract

The resonator i.e. hairspring (1), has a body utilized in deformation and comprising a core with a material, where the body comprises two coatings allowing the resonator having thermal coefficients of first and second orders to be zero. The core of the body includes thermoelastic coefficients of the first and second orders to be negative, where the core of the body comprises monocrystalline silicon. The body has a section in the form of a quadrilateral whose sides are entirely coated, where the two coatings comprise silicon dioxide and germanium dioxide, respectively.

Description

Domaine de l’inventionField of the invention

[0001] L’invention se rapporte à un résonateur thermocompensé du type balancier-spiral, MEMS ou diapason permettant de fabriquer une base de temps ou de fréquence dont les coefficients thermiques sont sensiblement nuls au moins aux premier et deuxième ordres. The invention relates to a thermocompensated resonator of the sprung balance, MEMS or tuning fork type making it possible to manufacture a time or frequency base whose thermal coefficients are substantially zero at least at first and second orders.

Arrière plan de l’inventionBackground of the invention

[0002] Le document EP 1 422 436 divulgue un spiral formé en silicium et recouvert de dioxyde de silicium afin de rendre le coefficient thermique sensiblement nul autour des températures de procédure COSC, c’est-à-dire entre +8 et +38 °C. De même, le document WO 2008-043 727 divulgue un résonateur MEMS qui possède des qualités similaires de faible dérive de son module d’Young dans la même plage de température. [0002] Document EP 1 422 436 discloses a hairspring formed from silicon and coated with silicon dioxide in order to make the thermal coefficient substantially zero around the COSC procedure temperatures, that is to say between +8 and +38 ° vs. Likewise, document WO 2008-043 727 discloses a MEMS resonator which has similar qualities of low drift of its Young's modulus in the same temperature range.

[0003] Cependant la dérive de la fréquence même uniquement au deuxième ordre des divulgations ci-dessus peut nécessiter des corrections complexes selon les applications. Par exemple, pour que des montres électroniques puissent être certifiées COSC une correction électronique basée sur une mesure de la température doit être effectuée. [0003] However, the drift of the frequency even only in the second order of the above disclosures may require complex corrections depending on the applications. For example, for electronic watches to be COSC certified, an electronic correction based on a temperature measurement must be performed.

Résumé de l’inventionSummary of the invention

[0004] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un résonateur compensé thermiquement au moins aux premier et deuxième ordres. The object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks mentioned above by providing a thermally compensated resonator at least at first and second orders.

[0005] A cet effet, l’invention se rapporte à un résonateur thermocompensé comportant un corps utilisé en déformation, l’âme du corps comportant un premier matériau caractérisé en ce que le corps comporte au moins un premier et un deuxième revêtements permettant audit résonateur d’avoir des coefficients thermiques aux premier et deuxième ordres sensiblement nuls. [0005] To this end, the invention relates to a thermocompensated resonator comprising a body used in deformation, the core of the body comprising a first material characterized in that the body comprises at least a first and a second coatings allowing said resonator to have substantially zero first and second order thermal coefficients.

[0006] Avantageusement selon l’invention, le corps du résonateur utilisé en déformation comporte autant de revêtement que d’ordre du coefficient thermique à compenser. Ainsi, suivant les grandeurs et les signes de chaque ordre des matériaux de l’âme et de chaque revêtement, un calcul de chaque épaisseur est effectué afin de compenser chaque ordre. [0006] Advantageously according to the invention, the body of the resonator used in deformation has as much coating as the order of the thermal coefficient to be compensated. Thus, according to the sizes and signs of each order of the materials of the core and of each coating, a calculation of each thickness is carried out in order to compensate for each order.

[0007] Conformément à d’autres caractéristiques avantageuses de l’invention: le corps comporte un troisième revêtement permettant audit résonateur d’avoir des coefficients thermiques aux premier, deuxième et troisième ordres sensiblement nuls; l’âme du corps comporte des coefficients thermoélastiques des premier et deuxième ordres qui sont négatifs comme du silicium monocristallin; le corps comporte une section sensiblement en forme d’un quadrilatère dont les faces sont identiques deux à deux ou dont les faces sont entièrement revêtues; le premier revêtement comporte des coefficients thermoélastiques du premier ordre positif et du deuxième ordre négatif comme du dioxyde de silicium; le deuxième revêtement comporte un coefficient thermoélastique du deuxième ordre positif et du premier ordre positif comme du dioxyde de germanium ou comporte un coefficient thermoélastique du premier ordre négatif; le premier revêtement est interverti avec le deuxième revêtement; dépôt desdits revêtements est privilégié sur les faces parallèles par rapport au plan neutre du corps afin de modifier avec le plus d’intensité possible la fréquence dudit résonateur; le corps est un barreau enroulé sur lui-même en formant un spiral et est couplé avec un volant d’inertie ou comporte au moins deux barreaux montés symétriquement afin de former un diapason ou est un résonateur MEMS.[0007] In accordance with other advantageous features of the invention: the body has a third coating allowing said resonator to have substantially zero first, second and third order thermal coefficients; the core of the body has first and second order thermoelastic coefficients that are negative like monocrystalline silicon; the body has a section substantially in the form of a quadrilateral whose faces are identical in pairs or whose faces are fully coated; the first coating has positive first order and negative second order thermoelastic coefficients such as silicon dioxide; the second coating has a positive second order and positive first order thermoelastic coefficient such as germanium dioxide or has a negative first order thermoelastic coefficient; the first coating is inverted with the second coating; deposition of said coatings is preferred on the faces parallel to the neutral plane of the body in order to modify the frequency of said resonator as intensely as possible; the body is a bar wound on itself forming a balance-spring and is coupled with a flywheel or has at least two bars mounted symmetrically to form a tuning fork or is a MEMS resonator.

[0008] Enfin l’invention se rapporte également à une base de temps ou de fréquence, comme par exemple une pièce d’horlogerie, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un résonateur conforme à l’une des variantes précédentes. [0008] Finally, the invention also relates to a time or frequency base, such as for example a timepiece, characterized in that it comprises at least one resonator in accordance with one of the preceding variants.

Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings

[0009] 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: la fig. 1<sep>est une représentation générale en perspective d’un ressort-spiral; la fig. 2<sep>est une section représentative du ressort-spiral de la fig. 1; la fig. 3<sep>est une représentation de plusieurs modes de réalisation selon l’invention; la fig. 4<sep>est un graphique représentant les modules élastiques de chaque matériau selon un premier mode de réalisation de l’invention; la fig. 5<sep>est un graphique représentant les modules élastiques de chaque matériau selon un deuxième mode de réalisation de l’invention; la fig. 6<sep>est un graphique représentant l’absence de variation de fréquence d’un résonateur selon l’invention; la fig. 7<sep>est un graphique représentant la variation des premier et deuxième ordres du coefficient thermique d’un balancier-spiral de silicium enrobé de dioxyde de silicium; la fig. 8<sep>est un graphique représentant la variation des premier et deuxième ordres du coefficient thermique d’un balancier-spiral de silicium enrobé de dioxyde de germanium; la fig. 9<sep>est un graphique représentant la variation des premier et deuxième ordres du coefficient thermique d’un balancier-spiral de silicium enrobé de dioxyde de silicium et de dioxyde de germanium.[0009] Other features and advantages will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 <sep> is a general perspective representation of a balance spring; fig. 2 <sep> is a representative section of the spiral spring of FIG. 1; fig. 3 <sep> is a representation of several embodiments according to the invention; fig. 4 <sep> is a graph representing the elastic moduli of each material according to a first embodiment of the invention; fig. 5 <sep> is a graph showing the elastic moduli of each material according to a second embodiment of the invention; fig. 6 <sep> is a graph showing the absence of frequency variation of a resonator according to the invention; fig. 7 <sep> is a graph showing the first and second order variation in the thermal coefficient of a silicon sprung balance coated with silicon dioxide; fig. 8 <sep> is a graph showing the first and second order variation of the thermal coefficient of a silicon sprung balance coated with germanium dioxide; fig. 9 <sep> is a graph showing the first and second order change in the thermal coefficient of a silicon sprung balance coated with silicon dioxide and germanium dioxide.

Description détaillée des modes de réalisation préférésDetailed description of the preferred embodiments

[0010] Comme expliqué ci-dessus, l’invention se rapporte à un résonateur qui peut être du type balancier-spiral, diapason ou plus généralement un résonateur du type MEMS (abréviation provenant des termes anglais «Micro Electro Mechanical System»). Afin d’apporter une explication plus simple de l’invention, seule l’application à un balancier-spiral est présentée ci-dessous. Cependant, d’autres applications de résonateur comme celles ci-dessus seront réalisables pour un homme du métier sans difficultés excessives à partir de l’enseignement ci-dessous. [0010] As explained above, the invention relates to a resonator which can be of the sprung balance, tuning fork or more generally a resonator of the MEMS type (abbreviation from the English terms "Micro Electro Mechanical System"). In order to provide a simpler explanation of the invention, only the application to a sprung balance is presented below. However, other resonator applications such as the above will be feasible for a person skilled in the art without undue difficulty from the teaching below.

[0011] De même, l’explication est portée sur une âme du corps, dans notre exemple un spiral, formé à partir de silicium monocristallin. Cependant, le matériau de l’âme n’est pas limité à du silicium monocristallin mais peut s’élargir à différents types de matériaux comme, par exemple, du polysilicium, du verre, du nitrure, du diamant, du quartz monocristallin ou du métal. [0011] Likewise, the explanation is given to a core of the body, in our example a balance spring, formed from monocrystalline silicon. However, the core material is not limited to monocrystalline silicon but can expand to different types of materials such as, for example, polysilicon, glass, nitride, diamond, monocrystalline quartz or metal .

[0012] Dans le graphique à la fig. 6, on peut voir la caractérisation de dérive de la fréquence pour des résonateurs actuels en fonction de la température. Une première courbe en trait plein intitulée «Quartz-z-cut» montre la dérive fréquentielle d’un diapason 32 kHz en quartz monocristallin réalisé dans une coupe z légèrement tournée. Une deuxième courbe en traits interrompus courts intitulé «Si-SiO2» montre la dérive fréquentielle d’un résonateur MEMS en silicium revêtu de dioxyde de silicium. [0012] In the graph in FIG. 6, we can see the frequency drift characterization for current resonators as a function of temperature. A first solid line curve entitled "Quartz-z-cut" shows the frequency drift of a 32 kHz monocrystalline quartz tuning fork made in a slightly rotated z-cut. A second curve in short dashed lines entitled "Si-SiO2" shows the frequency drift of a silicon MEMS resonator coated with silicon dioxide.

[0013] Pour ces deux courbes, on voit que la dérive est non nulle sur une large gamme de températures notamment entre -20 et 80 °C. Cette dérive fréquentielle est principalement liée à la variation du module d’Young en fonction de la température. Cependant, même faible entre 10 et 40 °C, la dérive fréquentielle des deux exemples de fabrication actuelle peut nécessiter une correction extrinsèque au résonateur. C’est le cas par exemple d’une montre électronique qui contient un diapason en quartz corrigé électroniquement sur la base d’une mesure de la température de la montre, afin d’être certifiée COSC. For these two curves, it can be seen that the drift is non-zero over a wide range of temperatures, in particular between -20 and 80 ° C. This frequency drift is mainly linked to the variation of the Young's modulus as a function of temperature. However, even low between 10 and 40 ° C, the frequency drift of the two examples of current manufacture may require a correction extrinsic to the resonator. This is the case, for example, with an electronic watch that contains a quartz tuning fork electronically corrected on the basis of a measurement of the temperature of the watch, in order to be COSC certified.

[0014] Ainsi, avantageusement, le but de l’invention est de proposer un résonateur dont la dérive fréquentielle en fonction de la température est encore minimisée comme montré par la courbe en traits interrompus courts et longs intitulé «composite» dont l’échelle est volontairement gardée identique par rapport aux deux autres courbes afin de montrer l’importante différence de la dérive. Plus précisément, le corps du résonateur, selon l’invention, comporte autant de revêtements que d’ordres du coefficient thermique à compenser. Thus, advantageously, the aim of the invention is to provide a resonator whose frequency drift as a function of temperature is further minimized as shown by the curve in short and long dashed lines entitled "composite" whose scale is intentionally kept identical compared to the other two curves in order to show the important difference of the drift. More precisely, the body of the resonator, according to the invention, has as many coatings as there are orders of the thermal coefficient to be compensated.

[0015] Préférentiellement, le corps du résonateur comprend ainsi au moins deux revêtements et éventuellement un troisième si la compensation au deuxième ordre induit toujours une dérive fréquentielle inacceptable. Cependant, à partir du troisième ordre compensé, la dérive fréquentielle devient négligeable pour n’importe quel résonateur. Ainsi, suivant les grandeurs et les signes de chaque ordre des matériaux de l’âme et de chaque revêtement, un calcul de chaque épaisseur est effectué afin de compenser globalement chaque ordre. Preferably, the body of the resonator thus comprises at least two coatings and possibly a third if the second order compensation still induces an unacceptable frequency drift. However, from the compensated third order, the frequency drift becomes negligible for any resonator. Thus, according to the sizes and signs of each order of the materials of the core and of each coating, a calculation of each thickness is carried out in order to globally compensate each order.

[0016] A titre de définition, la variation relative de la fréquence du résonateur suit la relation suivante: By way of definition, the relative variation in the frequency of the resonator follows the following relationship:

or

A une constante qui dépend du point de référence, en ppm; T0 la température de référence, en °C; α le coefficient thermique du premier ordre, exprimé en ppm. °C<-><1>; β le coefficient thermique du deuxième ordre, exprimé en ppm. °C<-><2>; γ coefficient thermique du troisième ordre, exprimé en ppm.°C<-><3>.At a constant which depends on the reference point, in ppm; T0 the reference temperature, in ° C; α the first order thermal coefficient, expressed in ppm. ° C <-> <1>; β the second order thermal coefficient, expressed in ppm. ° C <-> <2>; γ third order thermal coefficient, expressed in ppm. ° C <-> <3>.

[0017] De plus, le coefficient thermoélastique (CTE) représente la variation relative du module d’Young en fonction de la température. Les termes «α» et «β» qui sont utilisés ci-dessous représentent ainsi respectivement les coefficients thermiques du premier et du deuxième ordre c’est-à-dire la variation relative de la fréquence du résonateur en fonction de la température. Les termes «α» et «β» dépendent du coefficient thermoélastique du corps du résonateur et des coefficients de dilatation du corps. De plus, les termes «α» et «β» prennent également en compte les coefficients propres à une éventuelle inertie séparée, telle que, par exemple, le balancier pour un résonateur balancier - spiral. Les oscillations de tout résonateur destiné à une base de temps ou de fréquence devant être entretenu, la dépendance thermique comprend également une contribution éventuelle du système d’entretien. Préférentiellement, le corps du résonateur est une âme 3 recouverte d’au moins deux revêtements 4, 5. [0017] In addition, the thermoelastic coefficient (CTE) represents the relative variation of the Young's modulus as a function of temperature. The terms "α" and "β" which are used below thus represent respectively the thermal coefficients of the first and second order, that is to say the relative variation of the frequency of the resonator as a function of temperature. The terms “α” and “β” depend on the thermoelastic coefficient of the body of the resonator and on the coefficients of expansion of the body. In addition, the terms “α” and “β” also take into account the coefficients specific to a possible separate inertia, such as, for example, the balance for a balance-spring resonator. As the oscillations of any resonator intended for a time or frequency base must be maintained, thermal dependence also includes a possible contribution from the maintenance system. Preferably, the body of the resonator is a core 3 covered with at least two coatings 4, 5.

[0018] Dans l’exemple illustré aux fig. 1à 3, on peut voir un spiral 1 venu de forme avec sa virole 2 dont au moins les premier et deuxième ordres du coefficient thermoélastique du corps sont compensés. La fig. 2 propose une coupe du corps du spiral permettant de mieux voir sa section en forme de quadrilatère. Le corps peut ainsi être défini par sa longueur h, sa hauteur h et son épaisseur e. La fig. 3montre des alternatives possibles A, A ́, B, C et D sans être exhaustives. Bien évidemment, les revêtements 4 et 5 ne sont pas à l’échelle par rapport aux dimensions de l’âme 3, ceci afin de mieux montrer les localisations de chaque partie 3, 4 et 5. [0018] In the example illustrated in FIGS. 1 to 3, we can see a hairspring 1 formed with its ferrule 2 of which at least the first and second orders of the thermoelastic coefficient of the body are compensated. Fig. 2 provides a cross-section of the body of the hairspring making it easier to see its quadrilateral-shaped section. The body can thus be defined by its length h, its height h and its thickness e. Fig. 3shows possible alternatives A, A ́, B, C and D without being exhaustive. Obviously, coatings 4 and 5 are not to scale with respect to the dimensions of web 3, in order to better show the locations of each part 3, 4 and 5.

[0019] Dans une première alternative A, une seule face de la section est recouverte successivement par le revêtement 4 puis par le revêtement 5. L’ordre d’empilement entre les revêtements 4 et 5 n’est pas fixé, c’est-à-dire que les revêtements 4 et 5 peuvent être intervertis. De plus, quand ce sont les faces parallèles au plan neutre F du barreau qui sont recouvertes cela modifie avec plus d’intensité la fréquence dudit résonateur que si le dépôt était effectué sur celles perpendiculaires au plan de flexion F. Bien entendu, il peut également être imaginé que chaque revêtement 4, 5 soit présent sur une face différente comme illustré à l’alternative A ́. In a first alternative A, only one face of the section is covered successively by the coating 4 then by the coating 5. The stacking order between the coatings 4 and 5 is not fixed, that is to say that is, coatings 4 and 5 can be interchanged. In addition, when it is the faces parallel to the neutral plane F of the bar which are covered, this modifies the frequency of said resonator with more intensity than if the deposition was carried out on those perpendicular to the bending plane F. Of course, it can also be imagined that each coating 4, 5 is present on a different face as illustrated in alternative A ́.

[0020] Dans une deuxième alternative B ou C, la section du corps comporte des faces identiques deux à deux. Ainsi soit deux faces parallèles comportent les deux revêtements 4, 5 empilés sans ordre particulier, c’est-à-dire que les revêtements 4 et 5 peuvent être intervertis, comme dans l’exemple B, soit chacune des faces parallèles possèdent un des revêtements 4, 5 comme dans l’exemple C. Bien entendu, il peut également être imaginé qu’un revêtement 4 soit présent sur deux faces adjacentes et que les deux autres faces soient recouvertes par un revêtement 5. [0020] In a second alternative B or C, the section of the body has identical faces two by two. Thus either two parallel faces comprise the two coatings 4, 5 stacked in no particular order, that is to say that the coatings 4 and 5 can be inverted, as in example B, or each of the parallel faces have one of the coatings 4, 5 as in Example C. Of course, it can also be imagined that a coating 4 is present on two adjacent faces and that the other two faces are covered by a coating 5.

[0021] Dans une troisième alternative D, la section du barreau comporte des faces qui sont entièrement revêtues successivement par le revêtement 4 puis par le revêtement 5. L’ordre d’empilement entre les revêtements 4 et 5 n’a cependant ici pas non plus d’importance, c’est-à-dire que les revêtements 4 et 5 peuvent être intervertis. In a third alternative D, the section of the bar comprises faces which are entirely coated successively by the coating 4 and then by the coating 5. The order of stacking between the coatings 4 and 5 does not however here either more importance, that is, coatings 4 and 5 can be swapped.

[0022] Comme illustré à la fig. 4, on peut voir un graphique représentant la dépendance thermique du module de Young de chaque matériau pour illustrer un mode de réalisation de l’invention qui utilise le silicium, le dioxyde de silicium et le dioxyde de germanium. Ainsi, le module d’Young du silicium diminue en augmentant la température quand les modules d’Young des deux autres matériaux croissent en augmentant la température. De plus, la croissance est plus marquée pour le dioxyde de silicium que pour le dioxyde de germanium entre les deux valeurs de température, c’est-à-dire entre -20 °C et 80 °C. As illustrated in FIG. 4, a graph showing the thermal dependence of the Young's modulus of each material can be seen to illustrate an embodiment of the invention which uses silicon, silicon dioxide, and germanium dioxide. Thus, the Young's modulus of silicon decreases with increasing temperature while the Young's modulus of the other two materials increases with increasing temperature. In addition, the growth is more marked for silicon dioxide than for germanium dioxide between the two temperature values, i.e. between -20 ° C and 80 ° C.

[0023] En fait, le coefficient thermoélastique du silicium est négatif au premier et second ordre quand les coefficients thermoélastiques des deux autres matériaux sont positifs au premier ordre. Cependant, le coefficient thermoélastique au deuxième ordre est négatif pour le dioxyde de silicium alors qu’il est positif pour le dioxyde de germanium. In fact, the thermoelastic coefficient of silicon is negative in the first and second order when the thermoelastic coefficients of the other two materials are positive in the first order. However, the second order thermoelastic coefficient is negative for silicon dioxide while it is positive for germanium dioxide.

[0024] Cependant, cette interprétation de la fig. 4se focalise sur le coefficient thermoélastique des matériaux. Il est nécessaire de prendre encore en compte les coefficients de dilatations des matériaux et l’effet du système d’entretien des oscillations pour finalement obtenir les coefficients α, β de la modification de la fréquence du résonateur. Pour comprendre cette interprétation finale, ses deux coefficients sont représentés aux fig. 7 et 8. [0024] However, this interpretation of FIG. 4focuses on the thermoelastic coefficient of materials. It is necessary to further take into account the expansion coefficients of the materials and the effect of the oscillation maintenance system to finally obtain the α, β coefficients of the change in the frequency of the resonator. To understand this final interpretation, its two coefficients are shown in Figs. 7 and 8.

[0025] Ainsi, pour la fig. 7, l’âme 3 comporte des coefficients thermoélastiques des premier et deuxième ordres qui sont négatifs, comme le silicium, et recouvert par un revêtement 4 qui comporte les coefficients thermoélastiques du premier ordre positif et du deuxième ordre négatif, comme le dioxyde de silicium. Sont également pris en compte, les coefficients de dilatation des matériaux, en particulier celui du balancier (18 ppm/°C). L’effet du système d’entretien des oscillations est ici négligé. On peut également voir à la fig. 7que les ordres α (trait continu) et β (traits discontinus) ne sont pas à la même unité. On voit qu’à partir d’une certaine épaisseur de revêtement, le premier ordre α est compensé, c’est-à-dire croise la ligne 0, par contre, le deuxième ordre β ne fait que diminuer par rapport au matériau de l’âme seul. On comprend donc que si le premier ordre α peut être compensé, tel n’est pas le cas du deuxième ordre β. [0025] Thus, for FIG. 7, the core 3 has first and second order thermoelastic coefficients which are negative, like silicon, and covered by a coating 4 which has positive first order and negative second order thermoelastic coefficients, like silicon dioxide. The coefficients of expansion of the materials are also taken into account, in particular that of the balance (18 ppm / ° C). The effect of the oscillation maintenance system is neglected here. It can also be seen in fig. 7that the orders α (solid line) and β (broken lines) do not have the same unit. We see that from a certain coating thickness, the first order α is compensated, that is to say crosses line 0, on the other hand, the second order β only decreases with respect to the material of l soul alone. We therefore understand that if the first order α can be compensated, this is not the case for the second order β.

[0026] A la fig. 8, l’âme 3 comporte des coefficients thermoélastiques des premier et deuxième ordres qui sont négatifs, comme le silicium, et recouvert par un revêtement 5 qui comporte des coefficients thermoélastiques des premier et deuxième ordres qui sont positifs, comme le dioxyde de germanium. Comme pour la fig. 7, on peut voir à la fig. 8 que les ordres α (trait continu) et β (traits discontinus) ne sont pas à la même unité. On voit qu’à partir d’une faible épaisseur de revêtement, le deuxième ordre β est compensé, c’est-à-dire croise la ligne 0, par contre, le premier ordre α est compensé à une plus forte épaisseur. Cependant, il est impossible que les deux ordres α et β soient compensés avec une épaisseur d’un seul matériau. In FIG. 8, core 3 has first and second order thermoelastic coefficients that are negative, like silicon, and covered by a coating 5 that has first and second order thermoelastic coefficients that are positive, like germanium dioxide. As for fig. 7, it can be seen in FIG. 8 that the orders α (solid line) and β (broken lines) are not the same unit. We see that from a thin coating, the second order β is compensated, that is to say crosses line 0, on the other hand, the first order α is compensated at a greater thickness. However, it is impossible for the two orders α and β to be compensated with a thickness of a single material.

[0027] Cela est dû aux différences de grandeurs des coefficients thermoélastiques à chaque ordre de chaque matériau. Ainsi, s’il semble illusoire de trouver un matériau pour le revêtement exactement «inverse» à celui de l’âme, ce qui permettrait de déposer une couche unique de compensation, l’invention propose, pour chaque ordre à compenser, d’ajouter un revêtement. Chaque revêtement n’est alors pas destiné à corriger «directement» un ordre mais permet d’affiner chacune des compensations. This is due to the differences in magnitudes of the thermoelastic coefficients at each order of each material. Thus, if it seems illusory to find a material for the coating that is exactly “reverse” to that of the core, which would make it possible to deposit a single compensation layer, the invention proposes, for each order to be compensated, to add a coating. Each coating is therefore not intended to "directly" correct an order, but makes it possible to refine each of the compensations.

[0028] A titre d’exemple, des calculs ont été représentés à la fig. 9. Dans cet exemple, l’âme 3 comporte des coefficients thermoélastiques des premier et deuxième ordres qui sont négatifs, comme le silicium. L’âme 3 est recouverte par un premier revêtement 4 qui comporte des coefficients thermoélastiques du premier ordre positif et du deuxième ordre négatif, comme le dioxyde de silicium. Le premier revêtement 4 est lui-même recouvert par un deuxième revêtement 5 qui comporte un coefficient thermoélastique des premier et deuxième ordres qui sont positifs, comme le dioxyde de germanium. [0028] By way of example, calculations have been shown in FIG. 9. In this example, core 3 has first and second order thermoelastic coefficients that are negative, like silicon. The core 3 is covered by a first coating 4 which has positive first order and negative second order thermoelastic coefficients, such as silicon dioxide. The first coating 4 is itself covered by a second coating 5 which comprises a thermoelastic coefficient of the first and second orders which are positive, such as germanium dioxide.

[0029] Comme visible à la fig. 9, on voit qu’il devient possible par calcul d’ajuster chaque épaisseur de revêtement 4, 5 afin que la compensation des ordres α et β convergent sensiblement à la même épaisseur finale, c’est-à-dire que les deux courbes α et β coupent la ligne 0 à la même épaisseur. Dans notre exemple de la fig. 9, l’âme 3, le premier revêtement 4 et le deuxième revêtement 5 comportent ainsi des épaisseurs respectives d’environ 40, 3,5 et 3,6 microns. As visible in FIG. 9, we see that it becomes possible by calculation to adjust each coating thickness 4, 5 so that the compensation of orders α and β converge substantially at the same final thickness, that is to say that the two curves α and β intersect line 0 at the same thickness. In our example of fig. 9, the core 3, the first coating 4 and the second coating 5 thus have respective thicknesses of about 40, 3.5 and 3.6 microns.

[0030] Ainsi, suivant l’épaisseur de l’âme 3 voulue ou celle de la section finale voulue, il est possible d’offrir un résonateur dont la compensation thermique est très améliorée par rapport à celles «Quartz-z-cut» ou «Si-SiO2» représentées à la fig. 6. Thus, depending on the thickness of the desired core 3 or that of the desired final section, it is possible to offer a resonator whose thermal compensation is much improved compared to those "Quartz-z-cut" or “Si-SiO2” represented in fig. 6.

[0031] 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, d’autres matériaux pour l’âme 3 ou pour les revêtements 4, 5, etc. sont envisageables en obtenant une compensation thermique améliorée. [0031] Of course, the present invention is not limited to the example illustrated but is susceptible of various variations and modifications which will be apparent to those skilled in the art. In particular, other materials for core 3 or for coverings 4, 5, etc. can be envisaged by obtaining improved thermal compensation.

[0032] A titre d’exemple, il est fort probable qu’un matériau qui sera appelé X (comme les oxydes de zirconium ou d’hafnium stabilisés), qui comporte des coefficients thermoélastiques du premier ordre négatif (comme c’est le cas de la plupart des matériaux) et du deuxième ordre positif, puisse réaliser la compensation thermique. Cet exemple est illustré à la fig. 5. On comprend donc que, pour ce type de matériau, le premier revêtement α nécessairement une épaisseur supérieure par rapport à celle du mode de réalisation de la fig. 4. For example, it is very likely that a material which will be called X (such as stabilized zirconium or hafnium oxides), which has negative first order thermoelastic coefficients (as is the case of most materials) and second order positive, can achieve thermal compensation. This example is illustrated in fig. 5. It is therefore understood that, for this type of material, the first coating α necessarily has a greater thickness compared to that of the embodiment of FIG. 4.

Claims (18)

1. Résonateur (1) thermocompensé comportant un corps utilisé en déformation, l’âme (3) du corps comportant un premier matériau caractérisé en ce que le corps comporte au moins un premier et un deuxième revêtements (4, 5) permettant audit résonateur d’avoir des coefficients thermiques aux premier et deuxième ordres (α, β) sensiblement nuls.1. thermocompensated resonator (1) comprising a body used in deformation, the core (3) of the body comprising a first material characterized in that the body comprises at least a first and a second coating (4, 5) for said resonator d have first and second order thermal coefficients (α, β) substantially zero. 2. Résonateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le corps comporte un troisième revêtement permettant audit résonateur d’avoir des coefficients thermiques aux premier, deuxième et troisième ordres (α, β, γ) sensiblement nuls.2. Resonator (1) according to the preceding claim, characterized in that the body comprises a third coating for said resonator to have first, second and third order thermal coefficients (α, β, γ) substantially zero. 3. Résonateur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’âme (3) du corps comporte des coefficients thermoélastiques des premier et deuxième ordres qui sont négatifs.3. Resonator (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the core (3) of the body has first and second order thermoelastic coefficients which are negative. 4. Résonateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’âme (3) du corps comporte du silicium monocristallin.4. Resonator (1) according to the preceding claim, characterized in that the core (3) of the body comprises monocrystalline silicon. 5. Résonateur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps comporte une section sensiblement en forme d’un quadrilatère dont les faces sont identiques deux à deux.5. Resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the body comprises a section substantially in the form of a quadrilateral whose faces are identical in pairs. 6. Résonateur (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps comporte une section sensiblement en forme d’un quadrilatère dont les faces sont entièrement revêtues.6. Resonator (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the body comprises a section substantially in the form of a quadrilateral whose faces are fully coated. 7. Résonateur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier revêtement (4) comporte des coefficients thermoélastiques du premier ordre positif et du deuxième ordre négatif.7. Resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first coating (4) comprises thermoelastic coefficients of the first order positive and the second negative order. 8. Résonateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier revêtement (4) comporte du dioxyde de silicium.8. Resonator (1) according to the preceding claim, characterized in that the first coating (4) comprises silicon dioxide. 9. Résonateur (1) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le deuxième revêtement (5) comporte un coefficient thermoélastique du deuxième ordre positif.9. Resonator (1) according to claim 7 or 8, characterized in that the second coating (5) comprises a thermoelastic coefficient of the second positive order. 10. Résonateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième revêtement (5) comporte un coefficient thermoélastique du premier ordre positif.10. Resonator (1) according to the preceding claim, characterized in that the second coating (5) comprises a thermoelastic coefficient of the first positive order. 11. Résonateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième revêtement (5) comporte du dioxyde de germanium.11. Resonator (1) according to the preceding claim, characterized in that the second coating (5) comprises germanium dioxide. 12. Résonateur (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le deuxième revêtement (5) comporte un coefficient thermoélastique du premier ordre négatif.12. Resonator (1) according to claim 9, characterized in that the second coating (5) comprises a thermoelastic coefficient of the first negative order. 13. Résonateur (1) selon l’une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le premier revêtement (4) est interverti avec le deuxième revêtement (5).13. Resonator (1) according to one of claims 9 to 12, characterized in that the first coating (4) is interchanged with the second coating (5). 14. Résonateur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dépôt desdits revêtements est privilégié sur les faces parallèles par rapport au plan neutre (F) du corps afin de modifier avec le plus d’intensité possible la fréquence dudit résonateur.14. Resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the deposition of said coatings is preferred on the parallel faces relative to the neutral plane (F) of the body to modify with the greatest intensity possible frequency said resonator. 15. Résonateur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps est un barreau enroulé sur lui-même en formant un spiral et est couplé avec un volant d’inertie.15. Resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the body is a bar wound on itself forming a hairspring and is coupled with a flywheel. 16. Résonateur (1) selon l’une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le corps comporte au moins deux barreaux montés symétriquement afin de former un diapason.16. Resonator (1) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the body comprises at least two bars mounted symmetrically to form a tuning fork. 17. Résonateur (1) selon l’une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le corps est un résonateur MEMS.17. Resonator (1) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the body is a MEMS resonator. 18. Pièce d’horlogerie caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un résonateur conforme à l’une des revendications précédentes.18. Timepiece characterized in that it comprises at least one resonator according to one of the preceding claims.
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