CH703051B1 - Herstellungsverfahren für eine Spiralfeder für ein Uhrwerk und eine entsprechende Spiralfeder. - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder für das Regelorgan eines Uhrwerks, mit folgenden Schritten: Herstellung eines Kerns (200) einer Spiralfeder aus einem Wafer aus Halbleitermaterial; Beschichtung des Kerns (200) mit einem piezoelektrischen Material (205, 207).

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf die Uhrenindustrie. Diese Erfindung betrifft insbesondere eine piezoelektrische Spiralfeder für ein Uhrwerk, und ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder aus piezoelektrischem Material. Solche Spiralfedern werden im Regelorgan eines mechanischen Uhrwerks verwendet.

Stand der Technik

[0002] Mechanische Uhren weisen ein Regelorgan mit einer Spiralfeder und einer Unruh auf, deren Schwingungen den Gang der Uhr bestimmt.

[0003] Aus der JP 2002 228 774 A ist ein Uhrwerk mit einer piezoelektrischen Spiralfeder bekannt. Die Spiralfeder bildet mit einer Unruh ein Regelorgan für die Uhr. Eine elektronische Schaltung regelt den Gang des Regelorgans durch Einstellung der Steifigkeit des piezoelektrischen Materials in der Spiralfeder.

[0004] Piezomaterialien entwickeln beim Einwirken einer äusseren Kraft eine elektrische Ladungsverschiebung, die über metallisch beschichteten Augenflächen (Elektroden) als Spannung abgegriffen werden kann. Die elektrischen Eigenschaften variieren mit der Richtung der angreifenden Kraft oder der Dehnung oder Biegung des Piezomaterials. Beim Verbiegen des Piezomaterials in eine Richtung wird beispielsweise eine positive Spannung erzeugt, beim Zurückfedern oder Verbiegen in die Gegenrichtung wird ein gegen gepolter Spannungsimpuls erzeugt. Die Amplitude ist von der mechanischen Verformung im Piezomaterial, d.h. vom Auslenkungswinkel, und von der Geschwindigkeit der Auslenkung abhängig. In den genannten Piezomaterialien können hohe Spannungen und hohe Ladungsdichten generiert und über einen Brückengleichrichter in einen nachgeschalteten Kondensator eingespeist werden, um Energie zur Speisung einer elektronischen Schaltung zu speichern.

[0005] Aus der Unterscheidung Transversaleffekt (Quereffekt) und Longitudinaleffekt (Längseffekt) ergeben sich drei verschiedene Grundelemente für piezoelektrische Generatoren: der Dickenschwinger, das Querdehnelement und als besondere Bauform der Biegeschwinger (Bimorph). Dieser ist eine Kombination aus zwei Querdehnelementen. Durch eine Deformation des Biegeschwingers ergibt sich eine unterschiedliche Belastung der beiden Querdehnelemente. Im einen Querdehnelement wird eine Druckspannung erzeugt, und im anderen Querdehnelement wird eine Zugspannung erzeugt. Die in den beiden Querdehnelementen erzeugten Spannungen lassen sich in Serie schalten.

[0006] Piezoelektrische Spiralfedern sind an sich bekannt. Ein Beispiel einer piezoelektrischen Spiralfeder wurde von Tao Dong et al. in «Proceedings of PowerMEMS 2008 + micro EMS 2008», Sendai, Japan, November 9–12, «A Mems-based spiral piezoelectric energy harvester» beschrieben; diese Spiralfeder wird jedoch nicht als Regelorgan für ein Uhrwerk verwendet.

[0007] US 4 435 667 beschreibt einen Aktuator mit einer piezoelektrischen Spiralfeder; dieser Aktuator wird nicht für ein Uhrwerk verwendet.

Darstellung der Erfindung

[0008] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue piezoelektrische Spiralfeder für ein Uhrwerk vorzuschlagen.

[0009] Ein anderes Ziel ist es, ein neues Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder für ein Uhrwerk vorzuschlagen.

[0010] Eine andere Aufgabe ist es, eine sichere und einfache elektrische Verbindung der Piezospiralfeder mit der Elektronik vorzuschlagen.

[0011] Erfindungsgemäss werden diese Ziele anhand einer Spiralfeder gemäss Anspruch 20, eines Verfahrens zur Herstellung einer Spiralfeder gemäss Anspruch 1 und gemäss eines Verfahrens zur Herstellung eines Regelorgans eines Uhrwerks gemäss Anspruch 19 erreicht.

[0012] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0013] Insbesondere werden diese Ziele anhand einer piezoelektrischen Spiralfeder erreicht, die sich auf einem Wafer aus Halbleitermaterial im Chargenprozess (auch Batch Prozess genannt) herstellen lässt, und die dann mit einem piezoelektrischen Material beschichtet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das piezoelektrische Material mit mindestens einer Elektrode beschichtet.

[0014] Vorteilhafterweise wird für die Herstellung nur eine einzige Maske verwendet.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0015] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, wobei <tb>Fig. 1<SEP>Eine dreidimensionale Ansicht einer piezoelektrischen Spiralfeder darstellt, inklusive der Elektroden auf den vertikalen Seitenflanken, der in die Spiralfeder integrierten Spiralrolle sowie eines verdickten Endes der Spiralfeder mit den Kontaktelektroden; <tb>Fig. 2<SEP>eine dreidimensionale Ansicht der piezoelektrischen Spiralfeder darstellt, so wie sie in den Wafer geätzt wird, mit zwei Sollbruchstellen, einer Sollbruchstelle für das Heraustrennen der Spiralfeder aus dem Wafer sowie dem Trennen der Elektroden am Ende der Spiralfeder, sowie der zweiten an der integrierten Spiralrolle angeordneten Sollbruchstelle zum Trennen der Elektroden an der Spiralrolle; <tb>Fig. 3a<SEP>eine dreidimensionale Detailansicht der Spiralrolle der piezoelektrischen Spiralfeder darstellt, wobei eine durchgehende Elektrode an den senkrechten Seitenflächen sichtbar ist, sowie die an der Spiralrolle angeordnete Sollbruchstelle; <tb>Fig. 3b<SEP>eine dreidimensionale Detailansicht der Spiralrolle der piezoelektrischen Spiralfeder darstellt, mit der gebrochenen Sollbruchstelle, wodurch die an den senkrechten Seitenflächen angeordnete Elektrode an dieser Stelle unterbrochen worden ist; <tb>Fig. 4a<SEP>eine dreidimensionale Ansicht einer piezoelektrischen Spiralfeder, inklusive der Elektroden auf den vertikalen Seitenflanken, sowie der Verbindung der Elektroden der Piezospiralfeder mit einem Teil der gedruckten Schaltung darstellt; <tb>Fig. 4b<SEP>eine Detailansicht von Fig. 4a darstellt; <tb>Fig. 5a<SEP>einen Querschnitt der Spiralfeder vom Kern aus Silizium, wobei die vertikalen Seitenwände nach dem Ätzen noch nicht geglättet worden sind; <tb>Fig. 5b<SEP>einen Querschnitt der Spiralfeder vom Kern aus Silizium mit geglätteten Seitenwänden darstellt; <tb>Fig. 5c<SEP>einen Querschnitt der Spiralfeder mit dem Kern aus Silizium, den verschiedenen Schichten aus Aluminiumnitrid und Galliumnitrid sowie den Elektroden an den beiden vertikalen Seitenwänden darstellt; <tb>Fig. 5d<SEP>eine Detailansicht von Fig. 5c darstellt; <tb>Fig. 5e<SEP>eine Detailansicht von Fig. 5c darstellt, mit auf der Waferoberfläche weggeätzten Elektroden.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0016] Die Spiralfeder 20 der Erfindung findet eine Anwendung in einem Regelorgan mit einer konventionellen Unruh (nicht dargestellt) und einer elektronischen Schaltung zur Steuerung der Ganggenauigkeit eines mechanischen Uhrwerks durch Ändern der Steifigkeit der piezoelektrischen Spiralfeder. Dieses Regelorgan wird konventionell über eine nicht dargestellte Hemmung über das Räderwerk eines mechanischen Uhrwerks angetrieben.

[0017] Ein Piezogenerator erzeugt eine von den Schwingungen der Unruh und/oder der Spiralfeder abhängige Wechselspannung. Die Wechselspannung wird zur Regelung der Schwingfrequenz der Unruh über ein flexibles Kabel an ein elektronisches Hilfsregelorgan übertragen, wobei der Piezogenerator zur Regelung der Schwingfrequenz der Unruh und der Spiralfeder verwendet wird. Gleichzeitig kann das Hilfsregelorgan ausschliesslich vom benannten Piezogenerator elektrisch gespeist sein, so dass eine zusätzliche Batterie nicht benötigt wird. Obwohl eine Batterie nicht notwendig ist, kann man sich vorstellen, dass das Hilfsregelorgan durch eine Solarzelle und einen kleinen Akku oder eine Kapazität gespeist wird.

[0018] Wenn die Unruh in Schwingung versetzt wird, wird durch die auf der Spiralfeder 20 angebrachten piezoelektrischen Materialien eine Wechselspannung erzeugt. Die Spiralfeder funktioniert also wie ein kleiner Generator.

[0019] Eine Gleichrichterschaltung konvertiert diese Wechselspannung in eine Gleichspannung, mit welcher das Hilfsorgan gespeist wird. Ein erstes kapazitives Bauelement wird vorzugsweise als Energiespeicher oder Energiezwischenspeicher verwendet. Das erste kapazitive Bauelement speist entweder direkt oder über ein zweites kapazitives Bauelement, welches auf einer geregelten Spannung gehalten wird, eine elektronische Referenzschaltung mit einem stabilen Oszillator und einer elektronischen Regelschaltung. Der stabile Oszillator weist einen Schwingquarz auf, dessen Schwingung eine Referenzfrequenz definiert. Die elektronische Regelschaltung weist eine Komparator-Logik-Schaltung und eine mit einem Ausgang der Komparator-Logik-Schaltung verbundene und durch die Komparator-Logik-Schaltung im Wert steuerbare Impedanzveränderungsschaltung auf. Die Komparator-Logik-Schaltung ist so ausgelegt, dass sie ein von der elektronischen Referenzschaltung kommendes Taktsignal mit einem vom Generator stammenden Taktsignal vergleicht, in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs den Wert der parallel zur Piezospiralfeder geschalteten Impedanz verändert und auf diese Weise über die Steuerung der Steifigkeit der Piezospiralfeder die Schwingfrequenz der Unruh und damit den Gang der Zeitanzeige regelt.

Möglichkeiten der Herstellung einer Piezospiralfeder

[0020] Bei der Piezospiralfeder gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Herstellung. In einer Ausführungsform wird ein Trägermaterial/Kern mit piezoelektrischem Material und mit mindestens einer Elektrode beschichtet und anschliessend zu einer Spiralfeder aufgewickelt. Der Nachteil ist jedoch, dass die relativ dünne piezoelektrische Schicht bei der Aufwicklung brechen kann.

[0021] Eine zweite Variante besteht darin, die Spiralfeder grösstenteils direkt aus piezoelektrischem Material zu fertigen und mit mindestens einer Elektrode zu beschichten. Der Nachteil ist jedoch, dass die Anzahl von piezoelektrischen Materialien mit einem Qualitätsfaktor, der sie für Spiralfeder in der Uhrindustrie brauchbar machen, gering ist. Piezomaterial ist ausserdem schwierig zu bearbeiten.

[0022] Deshalb wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein schon zu einer Spiralfeder geformtes Trägermaterial 200 mit piezoelektrischem Material 205, 207 und mindestens einer Elektrode 208 beschichtet.

[0023] Auch in diesem Fall muss ein Kompromiss gefunden werden zwischen möglichst guten mechanischen Eigenschaften der Piezospiralfeder (Qualitätsfaktor), möglichst guten elektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Materials und den Herstellungskosten und Risiken. Da die piezoelektrische Schicht relativ dünn sein kann, können unter Umständen piezoelektrische Materialien mit einem weniger guten Qualitätsfaktor verwendet werden.

[0024] Wenn die Spiralfeder verformt wird, wird Energie in der Spiralfeder in Form von potentieller Energie gespeichert. Nur ein Bruchteil der potentiellen mechanischen Energie, die im piezoelektrisch aktiven Material gespeichert ist, kann in elektrische Energie umgewandelt werden. Der Anteil der Gesamtenergie, welche in die Verformung der notwendigen Elektroden sowie des piezoelektrisch nicht aktiven oder nicht durch Elektroden kontaktiertes Material gesteckt wurde, kann nicht in elektrische Energie umgewandelt werden. Damit trotzdem genügend mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann, müssen die Dimensionen so gewählt werden, dass möglichst viel der mechanischen Energie in der piezoelektrisch aktiven Schicht gespeichert oder aufgenommen wird. Die Elektroden sollten möglichst dünn aufgebracht werden und aus einem Material mit einem geringen E-Modul bestehen, damit nicht zu viel mechanische Energie in den Elektroden gespeichert wird.

Geeignete piezoelektrische Materialien

[0025] Ein geeignetes piezoelektrisches Material ist Aluminiumnitrid, welches hervorragende mechanische Eigenschaften aufweist, zudem aber auch genügend mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln kann. Ein weiterer Vorteil des Aluminiumnitrids ist, dass dieses Material nicht mehr polarisiert werden muss und dass es einen sehr hohen elektrischen Widerstand hat. Aluminiumscandiumnitrid hat noch grössere piezoelektrische Koeffizienten als Aluminiumnitrid, und die mechanischen Eigenschaften sind denen von Aluminiumnitrid ähnlich.

[0026] Ein anderes geeignetes piezoelektrisches Material ist Galliumnitrid, aber dieses hat etwas kleinere piezoelektrische Koeffizienten als das Aluminiumnitrid, zudem ist der elektrische Widerstand kleiner.

[0027] Es gibt noch weitere piezoelektrische Materialien wie beispielsweise Zinkoxid und Aluminiumgalliumnnitrid, welche sich auch als piezoelektrische Schichten aufbringen lassen. Zinkoxid hat allerdings den Nachteil der mangelhaften Langzeitstabilität.

[0028] Weiter für diese Anwendung denkbare piezoelektrische Materialien sind Quarz, Gallium-Phosphat, Lanthan-Gallium-Silikat, Bariumtitanat, Potassium-Niobat, Lithium-Niobat, Blei-Zirkon Titanat PZT, Langasit, PMNT und ähnliche Materialien. Wichtig ist dass die verwendeten piezoelektrischen Materialien einen genügend hohen mechanischen Qualitätsfaktor aufweisen, damit genügend mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann, und dass der elektrische Widerstand möglichst hoch ist, damit möglichst geringe elektrische Verluste entstehen.

Herstellung der Piezospiralfeder auf einem schon zu einer Spiralfeder geformten Substrat

[0029] Erfindungsgemäss wird die piezoelektrische Spiralfeder 20 aus einem Wafer 290 aus Halbleitermaterial hergestellt, beispielsweise aus einem Wafer aus Silizium, vorzugsweise einem Wafer mit der Orientierung 111. Indem entsprechend n- oder p-dotiertes Silizium verwendet wird, ist der Wafer gut leitend, und der Kern 200 der Piezospiralfeder aus Silizium kann direkt als Elektrode verwendet werden.

[0030] Die Spiralfedern werden auf einem Wafer 290, beispielsweise einem SOI Wafer mit der Orientierung 111, mittels eines der bekannten Verfahren aus der Mikroelektromechanischen-Systeme(MEMS)-Industrie strukturiert. Mit dem Reaktives-lonentiefenätzen- (auch Deep Reactive Ion Etching(DRIE)-Verfahren genannt) können vertikale Strukturen auf einfache Art und Weise in Silizium realisiert werden.

[0031] Nach dem Strukturieren der Spiralfedern auf dem Wafer weisen die Seitenwände 209 eine raue Oberfläche auf (Fig. 5a ). Um diese Oberfläche zu glätten, wird durch kontrolliertes Oxidieren des Wafers 290 eine dünne Oxydschicht 270 in der Grössenordnung von 1–3 µm auf der Oberfläche der Spiralfedern gebildet. Damit werden die Kanten gerundet, und die Unebenheiten in den vertikal geätzten Oberflächen werden geglättet (209 ́). Das Glätten der Oberfläche und Runden der Kanten der Spiralfeder ist vorteilhaft für den nachfolgenden Beschichtungsprozess.

[0032] Mit dem Oxidieren können auch die Dimensionen der Spiralfeder in einem relativ engen Bereich verändert werden. Prinzipiell wird der Querschnitt der Spiralfedern etwas zu dick dimensioniert werden. Nach dem Strukturieren der Spiralfedern können einige wenige Spiralfedern aus dem Wafer auf die mechanischen Eigenschaften getestet werden. Nun kann ausgerechnet werden, wie gross der Querschnitt der Spiralfeder aktuell ist, und wie gross der Querschnitt idealerweise sein sollte. Da das Wachstum der Oxidschichtdicke über die Zeit bekannt ist, kann nun ausgerechnet werden, wie lange der Wafer oxidiert werden muss, bis die Dicke des Siliziums der Spiralfedern die richtigen Abmessungen und die Spiralfeder somit die gewünschten Eigenschaften hat.

[0033] Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von kristallinen Schichten von piezoelektrischem Material oder anderen Schichten auf einer Spiralfeder ist die metallorganische Gasphasenepitaxie (engl, metal organic chemical vapor phase epitaxy, MOVPE). Dabei handelt es sich um eine spezielle Variante der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (engl. metal organic chemical vapor deposition, MOCVD). Eine erfindungsgemässe Spiralfeder lässt sich ideal auch mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) beschichten.

[0034] MOVPE ist das bedeutendste Herstellungsverfahren für III-V-Verbindungshalbleiter, insbesondere für Galliumnitrid (GaN) basierte Halbleiter. Mit MOVPE lassen sich die für die Bauelementefunktion wichtigen Halbleiterkristallschichten reproduzierbar bis auf weniger als eine Monolage genau (< 2,5 Å) wachsen.

[0035] Vor dem Beschichten mit einer ersten Schicht, beispielsweise einer Ankeimschicht 202 oder direkt mit einer ersten Schicht piezoelektrischen Materials, wird die Oxydschicht weggeätzt. Dies muss auch gemacht werden, wenn das Silizium 200 vorher nicht kontrolliert oxidiert worden ist. Oxyde werden immer auf dem Wafer vorhanden sein, und die müssen unbedingt entfernt werden, um einerseits einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem leitfähigen Kern der Spiralfeder und der piezoelektrischen Schicht sicherzustellen, und andererseits um eine gute Qualität der piezoelektrischen Beschichtung zu erreichen.

[0036] Idealerweise liegt also für das epitaktische Wachstum der Beschichtung 202, 203 reines oder dopiertes Silizium 200 vor, ohne eine Oxidschicht oder eine anders geartete amorphe bzw. polykristalline Deckschicht.

[0037] Das Entfernen der Oxidschicht 270 kann entweder durch Ausheizen bei mehreren hundert Grad in hochreinen Rezipienten, vorteilhaft unter Wasserstoffzufuhr, erreicht werden oder durch eine nasschemische Präparation, welche idealerweise eine wasserstoffterminierte Oberfläche zurücklässt. Letzteres kann zum Beispiel durch Ätzen mit Flusssäure erzielt werden.

[0038] Das Wachstum erfolgt dann mit einer Ankeimschicht 202, die in der Regel aus AlN bzw. einer Al-reichen Ankeimschicht im System AlGalnN besteht. Während in der MBE die Temperaturwahl keine so grosse Rolle spielt, sollte in der MOVPE diese Keimschichttemperatur über 800 °C ideal um 1000 °C liegen, da dies zu einem bevorzugt C-Achsen-orientierten Wachstum senkrecht zur Oberflächennormale führt. Bei zu niedrigen Wachstumstemperaturen kann nur auf Si(111)-Oberflächen eine C-Achsen-Orientierung senkrecht zur Oberfläche erzielt werden. Dies ist die Kristallachse, in der die piezoelektrischen Felder verlaufen und somit ein maximaler Effekt erzielt werden kann.

[0039] Da eine Spiralfeder auf den Seitenflächen alle möglichen Orientierungen des Siliziums enthält ist die Ausrichtung der c-Achse senkrecht zur Oberfläche auf einem wesentlichen Teil der Spiralfeder wichtig für die Funktion des Bauelements.

[0040] In einer Variante wird anschliessend direkt auf die Ankeimschicht 202 eine piezoelektrische Schicht 205 mit der gewünschten Schichtdicke auf den Wafer und somit auf die von einer Oxydschicht befreiten Spiralfedern 200 aufgebracht, beispielsweise eine Schicht Aluminiumnitrid oder Galliumnitrid von 1 µm Dicke mittels MOVPE oder MBE. Diese Schicht hat idealerweise überall auf der Spiralfeder eine identische Dicke. So kann verhindert werden, dass sich die Spiralfeder durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten des Siliziums und des Piezomaterials in unerwünschter Art und Weise verformt. Bei diesem Prozess muss darauf geachtet werden, dass über den gesamten Wafer dieselbe Schichtdicke von AlN aufgebracht wird, damit die Spiralfedern alle dieselben oder sehr ähnliche mechanische Eigenschaften aufweisen.

[0041] Normalerweise wächst Aluminiumnitrid, wenn es bei einer genügend hohen Temperatur auf den Wafer aufgebracht wird, in einer sehr guten Qualität in der gewünschten C-Richtung auf der Oberfläche des Wafers auf, unabhängig von der Kristallorientierung des Siliziums. Wenn das Aluminiumnitrid bei einer tiefen Temperatur auf den Wafer aufgebracht wird ist die Qualität der aufgebrachten Schicht nicht so gut, und es ist nicht sichergestellt, dass die Kristalle eine C-Orientierung haben. Idealerweise wird also die erste Schicht Aluminiumnitrid bei einer genügend hohen Temperatur auf das Silizium aufgebracht, damit die Kristalle mit einer Orientierung senkrecht zur Oberfläche aufwachsen.

[0042] Bei grösseren Schichtdicken kann es infolge der unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten von Silizium und Aluminiumnitrid (oder Galliumnitrid) beim Abkühlen nach dem Beschichtungsprozess zu Rissbildung in der Beschichtung und somit zu einem Versagen der Spiralfeder kommen.

[0043] Dies kann durch mehrere Methoden vermieden werden. So kann zum Beispiel während des Beschichtungsprozess, durch eine kontinuierliche oder schrittweise Erhöhung bzw. Zulegierung von GaN, welches eine grössere Gitterkonstante besitzt als AlN, ein kompressiver Spannungsgradient aufgeprägt werden, welcher die Zugverspannung beim Abkühlen kompensiert.

[0044] Auch ist es möglich, auf einer AlN-Ankeimschicht 202 und gegebenenfalls einige zehn bis hundert Nanometer dicken AlN oder AlGaN Pufferschicht GaN 205, 207 zu wachsen, welches von Al(Ga, In)N-Zwischenschichten 204, 206 durchzogen wird, welche eine kleinere Gitterkonstante als das GaN besitzen und zumindest teilweise relaxieren. Ein Beispiel ist auf der Fig. 5d dargestellt. Dadurch erhält das darauf gewachsene GaN eine Druckverspannung. Dies funktioniert allgemein im System AlGalnN sofern die Gitterkonstante der Zwischenschicht kleiner ist und zumindest teilweise Relaxation mit Zwischenschichtdicken von maximal 200 nm Dicke erzielt werden kann. Dickere Zwischenschichten lassen sich nur noch schwer beherrschen.

[0045] Eine Beschichtung einer Spiralfeder 20 aus Silizium 200 mit piezoelektrischem Material 205, 207 kann beispielsweise so aussehen:

[0046] Zuerst wird auf das von der Oxydschicht befreite Silizium 200 bei einer Temperatur von idealerweise 1000 °C eine Ankeimschicht AlN 202 in der Dicke von 50–200 nm aufgebracht, und anschliessend wird dann auf diese Schicht Aluminiumnitrid eine Schicht Galliumnitrid GaN 205 aufgebracht, beispielsweise in der Dicke von 0.5–1.0 µm. Eventuell kann noch eine Zwischenschicht 203 von AlGaN zwischen das AlN und das GaN aufgebracht werden, es kann aber auch schon die Ankeimschicht als Al-reiche AlGaN aufgebracht werden. 204 ist eine optionale dünne Zwischenschicht aus AlN.

[0047] Auf die dicke Schicht 205 GaN wird abwechslungsweise eine dünne Schicht Aluminiumnitrid 206 mit einer Dicke von beispielsweise 10–20 nm, eine dicke Schicht 207 Galliumnitrid von beispielsweise 0.5–2 µm, dann wieder eine dünne Schicht Aluminiumnitrid, eine dicke Schicht Galliumnitrid usw. aufgebracht, bis die gewünschte Gesamtdicke der piezoelektrischen Beschichtung in der Grössenordnung von 2–6 µm erreicht ist.

[0048] Durch diese Zwischenschichten aus Aluminiumnitrid lassen sich rissfreie Galliumnitrid-Schichten beliebiger Dicke auf Silizium abscheiden. Durch die kleinere Gitterkonstante des Aluminiumnitrids 204, 206 wird das darauf wachsende Galliumnitrid 205, 207 leicht druckverspannt, was der Zugverspannung, die schon beim Wachstum und vor allen Dingen beim Abkühlen entsteht, entgegenwirkt. Somit kann man ein fast verspannungsfreies Material erhalten. Gleichzeitig bewirken diese Schichten, dass ein Teil der an der Silizium-Aluminiumnitrid-Grenzfläche entstandenen Versetzungen an ihnen gestoppt und somit die Materialqualität erheblich verbessert wird.

[0049] Durch die AlN Zwischenschichten 204, 206 wird also erreicht, dass die Spiralfedern auf dem Wafer nach dem Abkühlen vom Beschichtungsprozess spannungsarm, bei optimaler Einstellung der Beschichtungsparameter sogar praktisch spannungsfrei sind. Als Zwischenschichten können aber wie weiter oben beschrieben auch Schichten aus Al(Ga, ln)N verwendet werden. Oder es kann AlGaN für die dicken Schichten verwendet werden, und AlN für die dünnen Zwischenschichten.

[0050] Bei einer Beschichtung mit Galliumnitrid ist als erste Schicht 204 piezoelektrischen Materials aber vorzugsweise immer eine Schicht Aluminiumnitrid oder eine Al-reiche Ankeimschicht aus dem System AlGalnN vorzusehen, da sich Galliumnitrid nicht eignet, um direkt auf einem Silizumwafer abgeschieden zu werden.

[0051] Vorteilhaft ist immer die Verwendung von möglichst Al-reichen Schichten, da hiermit die höchsten piezoelektrischen Koeffizienten für die Beschichtung erzielt werden können.

[0052] Damit das Galliumnitrid 205, 207 ein möglichst guter Isolator ist und somit der mechanische Qualitätsfaktor der Spiralfeder möglichst gut ist, kann während des Beschichtens mit Galliumnitrid mit Eisen dotiert werden, damit möglichst hohe elektrische Isolationswerte erreicht werden.

[0053] Eine weitere Möglichkeit, denselben Effekt (dass GaN ein guter Isolator ist) zu erreichen, besteht darin, dasselbe Material zu verwenden, beispielsweise Galliumnitrid, dieses Material aber mit unterschiedlichen Temperaturen und/oder Präkursorchemikalien (auch Precursor-Chemikalien genannt) aufzubringen, so dass ein hoher, die elektrische Leitfähigkeit reduzierender Kohlenstoffeinbau stattfindet.

[0054] Alternativ zu Gruppe-Ill-Nitriden können diese auch als Pufferschicht für andere piezoelektrische Materialien dienen, wie zum Beispiel ZnO oder Langasit, um ein möglichst hochwertiges Wachstum, also eine möglichst gute Kristallausrichtung bei gleichzeitig kompakter Schicht dieser zu ermöglichen.

[0055] Um eine möglichst uniforme Dicke der Beschichtung zu erreichen mit dem MOCVD-Verfahren, ist es sinnvoll, einen Beschichtungsreaktor mit geheizten Wänden zu verwenden.

[0056] Und um einer möglichen Verformung der Spiralfedern 20 bei der Beschichtung durch die hohen Temperaturen und die Auswirkungen der Gravitation entgegenzuwirken, wird der Wafer ein oder mehrere Male während des Herstellungsprozesses in eine andere Position gebracht. Dieser Prozess kann auch kontinuierlich durchgeführt werden, beispielsweise kann der Wafer während des gesamten Beschichtungsprozesses in Rotation gehalten werden. Somit können sich die Auswirkungen der Gravitation während des Beschichtungsprozesses verringern oder ganz ausschliessen lassen.

[0057] Nach dem Beschichten des Siliziums 200 mit den piezoelektrischen Materialien 202, 203, 204, 205, 206, 207 können wieder die physikalischen Eigenschaften von ein paar einzelnen Spiralfedern auf dem Wafer vermessen werden. Auch hier gibt es dann wieder die Möglichkeit, entweder die Schichtdicke noch zu erhöhen, indem noch einmal für kurze Zeit beschichtet wird, oder aber die Schichtdicke zu verringern mit Ätzen oder einem anderen geeigneten Verfahren, um so die gewünschten physikalischen Eigenschaften der Spiralfeder zu erzielen.

[0058] Nach dem Aufbringen der piezoelektrischen Schicht(en) mit einer C-Orientierung (senkrecht) zur Oberfläche der Spiralfeder muss noch mindestens eine Elektrode 208 aufgebracht werden. Eine Elektrode kann möglicherweise durch den Kern 200 ausgebildet sein.

[0059] Eine Möglichkeit besteht darin, zuerst den gesamten Wafer mit einer dünnen Haftschicht mit einer Dicke von wenigen nm aus Chrom oder Titan zu überziehen, um anschliessend daran eine Schicht 208 aus beispielsweise Nickel oder Nickel/Gold in einer Dicke von 100–500 nm aufzubringen. Somit sind der gesamte Wafer und auch die Spiralfedern auf der gesamten Oberfläche überall mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen Fig. 5d ).

[0060] Die Beschichtung mit den Elektroden 208 kann durch Bedampfen, CVD Chemical Vapor Deposition oder Sputtern erfolgen, es ist aber auch ein galvanisches Aufbringen der Elektroden möglich. Und Nickel/Gold Schichten können rein chemisch aufgebracht werden.

[0061] Es werden aber nur Elektroden 208 auf den senkrechten Seitenwänden der Spiralfedern benötigt, auf der Oberseite 230 und der Unterseite des Wafers 290 muss das nicht benötigte Elektrodenmaterial entfernt werden (Fig. 5e )

[0062] Dies kann mit einem gerichteten Ätzprozess erfolgen, beispielsweise mit einem lonenstrahlätzen (auch Ion Beam Milling genannt). Mit diesem Prozess ist ein sehr anisotropes Ätzen möglich, d.h., dass nur das Material auf der Waferoberfläche 230 abgetragen wird, da hier die Ionen senkrecht auf die Oberfläche auftreffen. Die vertikalen Seitenwände werden nicht geätzt, und das ist in diesem Falle auch gewünscht, da an den vertikalen Seitenwänden die Elektroden benötigt werden. Die Ätzparameter werden dabei so eingestellt, dass ein wenig mehr als die Materialdicke der auf der Ober- und Unterseite des Wafers 290 nicht benötigten Elektroden entfernt werden, sondern auch noch ein klein wenig des darunter liegenden Materials, in diesem Falle der piezoelektrischen Beschichtung. Dies ist ein elegantes Verfahren, weil für diesen Arbeitsschritt keine Maske benötigt wird.

[0063] Es kann auch ein anderes Verfahren angewendet werden, bei welchem mit einer Maske gearbeitet wird. Dabei werden mit Fotolock (auch Photoresist genannt) diejenigen Flächen der Elektroden abgedeckt, die nicht weggeätzt werden sollen, und abschliessend werden die nicht benötigten Teile der elektrisch leitenden Beschichtung weggeätzt.

[0064] Eine elegantere Methode ist das Lift-off-Verfahren, bei dem zuerst mit Fotolack diejenigen Bereiche abgedeckt werden, die nicht metallisiert werden dürfen, um danach den gesamten Wafer 290 mit der Haftschicht und dem elektrisch gut leitenden Elektrodenmaterial zu beschichten. Als letzter Arbeitsgang wird der Fotolack weggeätzt, und somit werden auch die darüber liegenden Metallschichten entfernt.

[0065] Vorzugsweise wird aber die Lösung ohne Verwendung einer Maske für den Fotolack verwendet. Sobald die Spiralfedern auf dem Wafer strukturiert sind, steht das eine Ende der Spiralfeder frei, und die ganze Spiralfeder ist leicht in Schwingungen zu versetzen. Und da dürfte es schwierig werden, mit einer Maske und Fotolack noch genaue Strukturen auf die Spiralfeder aufbringen zu können.

[0066] Nun sind die Spiralfedern 20 fertiggestellt, aber noch im Wafer 290 befestigt, wie auf Fig. 2 dargestellt. Und die Elektroden 208 an beiden vertikalen Wänden der Spiralfedern sind untereinander noch elektrisch verbunden.

[0067] Damit die Elektroden einer Spiralfeder 20 elektrisch isoliert voneinander sind, werden im Herstellungsprozess zwei Sollbruchstellen 210, 211 in das Design der Spiralfeder 20 integriert (Fig. 2 , 3a , 3b ). Die eine Sollbruchstelle 211 befindet sich an der integrierten Spiralrolle oder in deren Nähe. An dieser Sollbruchstelle kann ein hervorstehendes Stück Silizium abgebrochen werden. Damit werden aber an dieser Stelle auch die auf das Silizium angebrachten Schichten getrennt, und somit besteht an dieser Stelle 211 ́ kein elektrischer Kontakt zwischen der Elektrode 208 der Innenseite der Spiralfeder und der Elektrode an der Aussenseite der Spiralfeder mehr.

[0068] Die zweite Sollbruchstelle 210, die vorzugsweise am Ende der Spiralfeder angebracht wird, dient dazu, die Spiralfeder 20 aus dem Wafer 290 herauszulösen, und zusätzlich dazu auch den Kontakt zwischen den Elektroden der Innen- und Aussenseite der Spiralfeder zu unterbrechen.

[0069] Wenn also die Spiralfeder 20 aus dem Wafer 290 herausgelöst wird, indem die Sollbruchstelle 210 gebrochen wird und das hervorstehende Stück Silizium an der Spiralrolle an der Sollbruchstelle 211 abgebrochen worden ist, sind die Elektroden an den vertikalen Seitenwänden der Spiralfeder elektrisch voneinander isoliert.

Anschluss der Piezospiralfeder an elektronische Schaltung

[0070] Die elektrische Verbindung 300 von der Piezospiralfeder 20 zur elektronischen Schaltung muss so gestaltet werden, dass diese Verbindung durch das Schwingen der Unruh nicht mechanisch belastet wird. Beim Betrieb des Uhrwerks, wenn die Unruh hin und her schwingt und die Piezospiralfeder verformt wird, dürfen keine Verformungen oder Kräfte an den elektrischen Kontaktstellen entstehen. Deshalb ist am Aussenende der Spiralfeder 20 eine Verdickung 280 angebracht, damit an dieser Stelle die Kontaktierung der Elektroden zur Elektronik hergestellt werden kann.

[0071] Wenn die Verdickung 280 gross genug ausgeführt ist, können auf der Verdickung auch gleich die Elektroden angeordnet und so gross gestaltet werden, dass die Verbindung 300 zur elektronischen Schaltung 300 direkt daran angeschlossen werden kann, beispielsweise durch Löten 301 oder Verbinden mit einem elektrisch leitfähigen Leim, beispielsweise leitendes Adhesivklebemittel (auch Adhesive Conducting Glue genannt) oder leitende Klebepaste (auch Adhesive Conduction Paste genannt). Es gibt auch noch andere Möglichkeiten wie Bonden oder Schweissen, die angewendet werden können; aber auch ein rein mechanisches Festklemmen oder Drücken der Kontakte der Elektronik mit den Kontakten der Piezospiralfeder ist denkbar.

[0072] Eine Möglichkeit besteht darin, die Kontaktstelle der Elektrode auf dem Ende der Spiralfeder 20 und die Kontaktstelle auf der flexiblen Leiterplatte 300 in einem Winkel zueinander anzuordnen, vorzugsweise einem rechten Winkel. Somit kann an dieser Stelle der Kontakt zwischen der flexiblen Leiterplatte 300 und der Elektrode der Spiralfeder 20 einfach durch Löten oder durch elektrisch leitfähigen Kleber hergestellt werden. Die Kontaktstelle kann einfach eingesehen und überprüft werden unter dem Mikroskop.

[0073] Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen der flexiblen Leiterplatte oder auch dünnen Drähten zur Piezospiralfeder 20 wird die Verbindungsstelle mit einem Kleber mechanisch gesichert, beispielsweise mit einem rasch aushärtenden UV-Kleber.

Montage der Piezospiralfeder 20

[0074] Die Piezospiralfeder 20 muss so mit dem Klötzchen verbunden werden, dass die Spiralfeder elektrisch vom Uhrwerk isoliert ist. Dasselbe gilt für die Befestigung an der Unruh. Die Konstruktion muss auf jeden Fall so gestaltet werden, dass die Piezospiralfeder 20 nicht elektrisch kurzgeschlossen wird. Entweder wird für die Montage am Klötzchen die Spiralfeder an der Montagestelle elektrisch isoliert, beispielsweise mit einem Schutzlack. Oder es wird am Klötzchen die Montagestelle isoliert, indem die Montagestelle mit einem Schutzlack überzogen wird, oder aber dass die entsprechende Stelle aus einem nichtleitenden Material hergestellt ist, beispielsweise Rubin oder einer Keramik. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, einen elektrisch isolierenden Leim für die Montage zu verwenden, beispielsweise einen UV-Kleber. Dabei wird das Ende der Spiralfeder inklusive der Kontaktstelle zur elektronischen Schaltung in das Klötzchen geleimt, und zwar so, dass auf die elektrischen Kontaktstellen durch das Schwingen der Spiralfeder keine Kräfte übertragen werden, und dass auch kein Kurzschluss entsteht. Zwischen dem Klötzchen und dem Ende der Spiralfeder ist ein Zwischenraum, der mit dem UV-Kleber gefüllt und ausgehärtet wird. Das Klötzchen wird anschliessend auf der Unruhebrücke fixiert.

[0075] Für die Verbindung der Piezospiralfeder 20 mit der Unruh reicht es aus, im Bereich der Spiralrolle, die schon in die Spiralfeder integriert ist, keine Elektroden anzubringen. Oder die Abmessungen der verschiedenen Bauteile so zu wählen, dass kein Kurzschluss zwischen den Elektroden auf der integrierten Spiralrolle und dem daran anschliessenden Bauteil entstehen kann, beispielsweise indem das anschliessende Bauteil, beispielsweise ein Teil der Achse der Unruh, an der Kontaktstelle einen kleineren Durchmesser aufweist als der Aussendurchmesser der integrierten Spiralrolle. Dann kann gar kein Kurzschluss entstehen.

Gestaltung der Piezospiralfeder für konzentrisches Verformen

[0076] Um eine möglichst gleichmässige Verformung der Spiralfeder 20 zu erreichen, d.h., eine asymmetrische Entwicklung (Ein- und Ausschwingen, resp. «Atmen») der Spirale zu verhindern, ist die Spiralfeder so gestaltet, dass ein Teil der Spiralfeder verdickt ausgeführt und als steif bezeichnet werden kann. Der Teil der Spiralfeder, der als flexibel bezeichnet werden kann, und der steife Teil der Spiralfeder müssen so zueinander abgestimmt sein, dass der Massenschwerpunkt des flexiblen Teils der Spiralfeder in der Rotationsachse der Unruh zu liegen kommt. Somit kann eine konzentrische Entwicklung der Spiralfeder garantiert werden.

Vereinfachung Montage der Spiralfeder

[0077] Da die Spiralfedern 20 auf einem Wafer 290 sehr präzise hergestellt werden können, ist es möglich, auf Rückerstifte und einen beweglichen Spiralklötzchenträger zu verzichten. Falls trotzdem noch die Schwingfrequenz eingestellt werden muss, kann dies über Verändern des Massenträgheitsmoments der Unruh realisiert werden.

Zusammenführen von Unruh und Piezospiralfeder

[0078] Da sie getrennt hergestellt werden, müssen Unruh und Spiralfeder 20 aneinander angepasst werden.

[0079] Diese Methode besteht darin, eine Unruh mit der passenden Spiralfeder zusammenzuführen. Die Unruhen, bereits ausgewuchtet, werden in mehreren, zum Beispiel zwanzig, Klassen entsprechend ihrem Trägheitsmoment eingeteilt.

[0080] Die Piezospiralfedern werden auch anhand ihres jeweiligen Momentes ebenfalls in mehrere, zum Beispiel zwanzig, Klassen eingeteilt.

[0081] Die derart eingeteilten Unruhen und Spiralfedern können einander nun ihren Klassen entsprechend zugeordnet werden.

[0082] Da die Schwingfrequenz der Unruh mit Hilfe der Regelelektronik in einem Bereich von ca. 1% verändert werden kann, ist es bei der sorgfältigen Vermessung von Unruh und Piezospiralfeder und der anschliessenden Montage möglich, die genaue Schwingfrequenz der Unruh nur mit der kleinen Hilfselektronik zu regeln. Der Uhrmacher hat also im Idealfall mit dem Reglage nichts mehr zu tun.

[0083] Es ist auch sinnvoll, nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Piezospiralfeder zu vermessen, sondern auch die elektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise die induzierte Spannung in Abhängigkeit von der Amplitude der Unruh, den inneren Widerstand der Piezospiralfeder und die elektrische Kapazität der Piezospiralfeder. So können mechanisch einwandfreie, elektrisch aber defekte Spiralfedern aussortiert werden.

Unruh mit Thermokompensation

[0084] Eine Piezospiralfeder 20 hat von der Temperatur abhängige physikalische Eigenschaften, und dementsprechend wird sich auch die ungeregelte Schwingfrequenz verändern. Die für die Herstellung der Piezospiralfeder verwendeten Materialen haben alle eine nicht sehr grosse Temperaturabhängigkeit, und so sollte die Elektronik in der Lage sein, die genaue Frequenz der Unruh zu regeln.

[0085] Es könnte aber trotzdem der Fall auftreten, dass die Unterschiede in der ungeregelten Schwingfrequenz der Unruh grösser sind als der Frequenzbereich, in dem die Frequenz mit Hilfe der Elektronik genau geregelt werden kann. Um dies zu verhindern, gibt es beispielsweise die Möglichkeit, das Massenträgheitsmoment der Unruh zu verändern und somit die Schwingfrequenz weitgehend zu stabilisieren. Eine Möglichkeit hierzu ist die Verwendung einer Unruh mit Elementen aus einem Bimetall.

Claims (31)

1. Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder (20) für das Regelorgan eines Uhrwerks, mit folgenden Schritten: – Herstellung eines Kerns (200) der Spiralfeder (20) aus einem Wafer (290) aus Halbleitermaterial; – Beschichtung des Kerns (200) mit einem piezoelektrischen Material (205, 207).

2. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, das vor der Beschichtung mit dem benannten piezoelektrischen Material (205, 207) eine Oxydschicht (270) von dem Kern (200) entfernt wird.

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (200) kontrolliert oxidiert wird, und dass die entstehende Oxydschicht (270) dann anschliessend entfernt wird.

4. Verfahren gemäss Anspruch 3, in welchem der Querschnitt des Kerns (200) ursprünglich zu dick ist, und durch kontrolliertes Oxydieren und Entfernen der Oxydschicht (270) dann auf die gewünschte Dicke gebracht wird.

5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem mindestens eine Gruppe-Ill-Nitridschicht als piezoelektrische Schicht verwendet wird.

6. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, in welchem der Kern (200) mit einer Ankeimschicht (202) beschichtet wird, bevor die benannte piezoelektrische Schicht (205, 207) aufgebracht wird.

7. Verfahren gemäss Anspruch 6, in welchem die Ankeimschicht (202) aus einem Gruppe-Ill-Nitrid mit mindestens 20% Aluminium mittels MOCVD bei einer Temperatur von mindestens 800 °C hergestellt wird.

8. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, in welchem die Kristallachse vom piezoelektrischen Material weitgehend in C-Richtung senkrecht zur Oberfläche aufwächst.

9. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, in welchem das Wachstum des piezoelektrischen Materials mittels epitaktischen Wachstumsmethoden erreicht wird.

10. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, in welchem während dem Beschichtungsprozess eine kontinuierliche oder schrittweise Erhöhung bzw. Zulegierung von einem zweiten piezoelektrischen Material, welches eine grössere Gitterkonstante aufweist als das erste piezoelektrische Material, stattfindet.

11. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, in welchem der Kern (200) aus n- oder p-dotiertem Silizium besteht.

12. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11, in welchem der Kern (200) eine Oberseite, eine Unterseite und zwei vertikale Seitenflächen aufweist, wobei mindestens die zwei vertikalen Seitenflächen des Kerns (200) mit piezoelektrischem Material beschichtet werden.

13. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (208) auf das piezoelektrische Material (205, 207) beschichtet wird.

14. Verfahren gemäss Anspruch 13, in welchem der Schritt des Beschichtens mindestens einer Elektrode auf das piezoelektrische Material (205, 207) folgende Schritte aufweist: – Beschichten eines Elektrodenmaterials auf allen Seiten, und – Entfernen des nicht benötigten Elektrodenmaterials auf einer Oberseite und einer Unterseite des Kerns (200).

15. Verfahren gemäss Anspruch 14, wobei der Schritt der Herstellung des Kerns (200) das Herauslösen des Kerns (200) aus dem Wafer an mindestens zwei Sollbruchstellen (210, 211) aufweist, wobei die Beschichtung des Kerns (200) mit dem piezoelektrischen Material und das Beschichten des Elektrodenmaterials auf allen Seiten vor dem Herauslösen des Kerns (200) aus dem Wafer stattfindet, wobei das Elektrodenmaterial nach dem Brechen dieser Sollbruchstellen an diesen Bruchstellen elektrisch voneinander getrennt ist und zwei Elektroden (208) ausbildet.

16. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 15, in welchem eine Verdickung (280) am Ende des Kerns (200) vorgesehen ist, damit die mindestens eine Elektrode (208) kontaktiert werden kann.

17. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, in welchem die Beschichtung des Kerns (200) mit dem piezoelektrischen Material (205, 207) das Auftragen mehrerer erster Schichten des piezoelektrischen Materials (205, 207) und das Auftragen mehrerer zweiter Schichten eines weiteren piezoelektrischen Materials (204, 206) aufweist, wobei die ersten Schichten durch die zweiten Schichten getrennt werden, wobei die zweiten Schichten dünner als die ersten Schichten sind und die Gitterkonstante der zweiten Schichten kleiner ist als die Gitterkonstante der ersten Schichten.

18. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 16, in welchem die piezoelektrische Schicht überall auf dem Kern (200) eine identische Dicke hat.

19. Verfahren zur Herstellung eines Regelorgans eines Uhrwerks, aufweisend Herstellung einer Spiralfeder gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und elektrisches Verbinden des Endes (280) der Spiralfeder (20) mit einer elektronischen Schaltung, wobei die Verbindung (300) der elektronischen Schaltung zur Spiralfeder so gestaltet wird, dass sie durch das Schwingen der Spiralfeder nicht mechanisch belastet wird.

20. Spiralfeder (20) für ein Regelorgan eines Uhrwerks, mit folgenden Komponenten: – einem aus einem Halbleitermaterial hergestellten Kern (200); – einem piezoelektrischen Material (205, 207), mit dem dieser Kern beschichtet ist.

21. Spiralfeder gemäss Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen dem Halbleitermaterial (200) und dem piezoelektrischen Material keine Oxydschicht aufweist.

22. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 21, in welcher die Spiralfeder (202) mit einer Ankeimschicht (202) beschichtet ist.

23. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 22, in welcher die Kristallachse vom piezoelektrischen Material weitgehend in C-Richtung senkrecht zur Oberfläche orientiert ist.

24. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 23, in welcher die Spiralfeder eine Oberseite, eine Unterseite und zwei vertikale Seitenflächen aufweist, wobei mindestens die zwei vertikalen Seitenflächen der Spiralfeder (20) mit piezoelektrischem Material beschichtet werden.

25. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 24, mit mindestens einer auf das piezoelektrische Material (205, 207) aufgebrachten Elektrode (208).

26. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 25, in welcher die Spiralfeder eine Oberseite, eine Unterseite und zwei vertikale Seitenflächen aufweist und zwei Elektroden (208) nur auf den zwei vertikalen Seitenflächen der Spiralfeder (20) vorhanden sind.

27. Spiralfeder gemäss Anspruch 26, wobei die zwei Elektroden durch Bruchstellen elektrisch voneinander getrennt sind.

28. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 27, in welcher die piezoelektrische Schicht (205, 207) überall eine gleiche Dicke hat.

29. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 28, in welcher die piezoelektrische Schicht (205, 207) mindestens teilweise aus einem Gruppe-Ill-Nitrid besteht.

30. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 24, in welcher mehrere erste Schichten von piezoelektrischem Material (205, 207) durch zweite Schichten eines anderen piezoelektrischen Materials (204, 206) mit einer kleineren Gitterkonstante als der des piezoelektrischen Materials getrennt sind, wobei die erste Schicht dicker als die zweite Schicht ist.

31. Spiralfeder gemäss einem der Ansprüche 20 bis 30, in welcher der benannte Halbleiter aus n- oder p-dotiertem Silizium besteht.