CH708212B1 - Microgenerator, especially for wristwatch. - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un microgénérateur, en particulier pour montre-bracelet, comprenant une masse oscillante (1), un élément annulaire d’impulsions (2) coopérant en rotation avec la masse oscillante (1), un support fixe (3), monté co-axialement avec l’élément annulaire d’impulsions (2) et pourvu d’une pluralité de lames piézoélectriques (4) s’étendant radialement depuis le support fixe (3) vers l’élément annulaire d’impulsions (2), dans lequel l’élément annulaire d’impulsions (2) comporte une pluralité de dents (8) disposées radialement intérieurement dans l’élément annulaire et aptes à coopérer avec les extrémités libres des lames piézoélectriques (4) lors de la rotation de l’élément annulaire d’impulsions (2). L’invention concerne également un mouvement horloger pour montre à quartz comprenant un tel microgénérateur, une montre comprenant un tel mouvement ainsi qu’un procédé de fabrication de telles lames piézoélectriques.The invention relates to a microgenerator, in particular for a wristwatch, comprising an oscillating mass (1), an annular element of pulses (2) cooperating in rotation with the oscillating mass (1), a fixed support (3) mounted co-axially with the annular pulse element (2) and provided with a plurality of piezoelectric plates (4) extending radially from the fixed support (3) to the annular pulse element (2), in wherein the annular pulse element (2) comprises a plurality of teeth (8) arranged radially internally in the annular element and adapted to cooperate with the free ends of the piezoelectric blades (4) during the rotation of the annular element pulses (2). The invention also relates to a watch movement for a quartz watch comprising such a microgenerator, a watch comprising such a movement and a method of manufacturing such piezoelectric blades.
Description
Description Domaine technique [0001] La présente invention concerne un microgénérateur, un mouvement horloger pour montre à quartz, ainsi qu’une montre comprenant un tel mouvement, afin de transformer l’énergie cinétique en énergie électrique utile pour le fonctionnement de la montre. Elle concerne également un procédé de fabrication de lames piézoélectriques pour ledit microgénérateur.TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a microgenerator, a watch movement for a quartz watch, and a watch comprising such a movement, in order to convert the kinetic energy into electrical energy useful for the operation of the watch. It also relates to a method of manufacturing piezoelectric blades for said microgenerator.
Etat de la technique [0002] On connaît les difficultés rencontrées dans l’approvisionnement en énergie des montres de poignet électroniques. Le remplacement de la batterie est souvent une opération délicate qui doit être effectuée par un spécialiste. Ce type d’intervention est contraignant et peu économique pour l’utilisateur.STATE OF THE ART [0002] The difficulties encountered in supplying energy to electronic wrist watches are well known. Replacing the battery is often a delicate operation that must be performed by a specialist. This type of intervention is restrictive and uneconomical for the user.
[0003] Le changement de la batterie oblige, pour le fabricant, à prévoir des ouvertures du boîtier de montre par exemple pour procéder au remplacement de la batterie usée, ce qui nuit bien souvent à l’étanchéité initiale de la montre. Ces ouvertures et pièces additionnelles sont génératrices de contraintes et de coûts supplémentaires pour le fabricant.The change of the battery requires, for the manufacturer, to provide openings of the watch case for example to replace the spent battery, which often impairs the initial seal of the watch. These openings and additional parts are generating additional constraints and costs for the manufacturer.
[0004] Plusieurs montres incorporant des génératrices autonomes d’énergie électrique ont été proposées. Par exemple, le brevet US 6 144 621 décrit un module générateur d’énergie actionné par une masse oscillante, similaire à celles utilisées dans le remontage des montres mécaniques automatiques, qui charge un accumulateur, ce dernier alimentant un mouvement de montre à quartz de type connu.[0004] Several watches incorporating autonomous generators of electrical energy have been proposed. For example, US Pat. No. 6,144,621 describes an oscillator-powered energy generator module, similar to those used in the winding of automatic mechanical watches, which charges an accumulator, the latter supplying a quartz watch movement of the same type. known.
[0005] Le brevet EP 1 821 163 concerne une montre avec génératrice actionnée par une masse oscillante actionnée par les mouvements du porteur de la montre.EP 1 821 163 relates to a watch with generator powered by an oscillating mass actuated by the movements of the wearer of the watch.
[0006] Or, ce type de montre comporte un certain nombre d’inconvénients, notamment une épaisseur plus élevée qu’une montre à quartz classique et une partie électromécanique complexe, fragile et d’un coût de fabrication élevé.However, this type of watch has a number of disadvantages, including a higher thickness than a conventional quartz watch and a complex electromechanical part, fragile and a high manufacturing cost.
Bref résumé de l’invention [0007] Pour pallier ces différents inconvénients, la présente invention prévoit de résoudre ces difficultés et de proposer une montre alimentée par une génératrice exempte des désagréments évoqués ci-dessus.BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION [0007] To overcome these various disadvantages, the present invention provides for solving these difficulties and for providing a watch powered by a generator free from the inconveniences mentioned above.
[0008] Un autre objet de l’invention consiste à proposer une montre moins fragile et de conception plus simple.Another object of the invention to provide a less fragile watch and simpler design.
[0009] Encore un autre objet de l’invention consiste à prévoir un procédé de fabrication adapté aux spécificités de cette montre.Another object of the invention is to provide a manufacturing method adapted to the specifics of this watch.
[0010] Pour ce faire, l’invention prévoit un microgénérateur en particulier pour montre-bracelet, comprenant une masse oscillante, un élément annulaire d’impulsions coopérant en rotation avec la masse oscillante, un support fixe, monté co-axialement avec l’élément annulaire d’impulsions et pourvu d’une pluralité de lames piézoélectriques s’étendant radiale-ment depuis le support fixe vers l’élément annulaire d’impulsions, dans lequel l’élément annulaire d’impulsions comporte une pluralité de dents disposées radialement intérieurement dans l’élément annulaire et aptes à coopérer avec les extrémités libres des lames piézoélectriques lors de la rotation de l’élément annulaire d’impulsions.To do this, the invention provides a microgenerator in particular for wristwatch, comprising an oscillating mass, an annular element of pulses cooperating in rotation with the oscillating mass, a fixed support, mounted co-axially with the annular pulse member and provided with a plurality of piezoelectric blades extending radially from the fixed support to the annular pulse member, wherein the annular pulse member comprises a plurality of teeth arranged radially internally. in the annular element and adapted to cooperate with the free ends of the piezoelectric blades during the rotation of the annular element of pulses.
[0011] Une telle architecture permet l’obtention d’un microgénérateur compact et fiable, facilement adaptable en fonction du volume disponible et de la puissance requise.Such architecture provides a compact and reliable microgenerator, easily adaptable depending on the volume available and the power required.
[0012] Le support fixe sert d’interface électrique entre les lames piézoélectriques et un circuit électrique permettant de transformer le courant reçu de l’ensemble des lames piézoélectriques pour stockage dans un accumulateur prévu à cet effet.The fixed support serves as an electrical interface between the piezoelectric blades and an electrical circuit for transforming the current received from all the piezoelectric blades for storage in a battery provided for this purpose.
[0013] Ce mode de transmission est simple et occasionne des pertes négligeables.This mode of transmission is simple and causes negligible losses.
[0014] Les lames piézoélectriques sont constituées de poutres cantilevers, préférablement recouvertes d’une couche piézoélectrique. Un tel film piézoélectrique peut comprendre un film mince de PZT (Pb(Zr,Ti)03), un film comprenant un matériau de la famille des pérovskites ferroélectriques, ou encore un film comprenant un matériau piézoélectrique non-ferroélectrique tel que AIN ou ZnO.The piezoelectric blades consist of cantilever beams, preferably covered with a piezoelectric layer. Such a piezoelectric film may comprise a PZT thin film (Pb (Zr, Ti) 03), a film comprising a material of the ferroelectric perovskite family, or a film comprising a non-ferroelectric piezoelectric material such as AlN or ZnO.
[0015] Le film mince ferroélectrique comme le PZT peut être polarisé à l’aide d’une électrode interdigitée de manière à augmenter la tension électrique récoltée. Les films piézoélectriques non-ferroélectriques doivent être combinés avec une électrode plane disposée sur chacune des faces du film piézoélectrique.The ferroelectric thin film such as PZT can be polarized using an interdigitated electrode so as to increase the harvested electrical voltage. The non-ferroelectric piezoelectric films must be combined with a planar electrode disposed on each side of the piezoelectric film.
[0016] Grâce à ces poutres, les caractéristiques comportementales telles que les modes de vibration et d’atténuation peuvent être réglées en fonction des besoins et des utilisations.With these beams, the behavioral characteristics such as vibration and attenuation modes can be adjusted according to the needs and uses.
[0017] La masse oscillante comporte une portion radialement externe en forme d’arc de cercle s’étendant sur environ 180°. De manière avantageuse, cette portion radialement externe concentre la plus grande partie de la masse oscillante.The oscillating mass comprises a radially outer portion in the shape of a circular arc extending over approximately 180 °. Advantageously, this radially outer portion concentrates the greater part of the oscillating mass.
[0018] Ce mode de concentration de la masse permet d’optimiser les performances dynamiques de la masse oscillante, tout en présentant un agencement simple, efficace et fiable.This mode of concentration of the mass optimizes the dynamic performance of the oscillating mass, while having a simple, effective and reliable arrangement.
[0019] Un demi-disque central assure la liaison entre la portion radialement externe et l’axe «A» au niveau du support fixe.A central half-disc provides the connection between the radially outer portion and the axis "A" at the fixed support.
[0020] Le demi-disque peut être évidé si besoin et/ou occuper une surface angulaire plus faible ou plus grande.The half-disc may be hollowed out if necessary and / or occupy a smaller or larger angular surface.
[0021] L’invention prévoit également une mouvement horloger pour montre à quartz comportant un accumulateur, pour emmagasiner l’énergie électrique reçue, un microgénérateur tel que ci-dessus, relié électriquement à l’accumulateur afin de recharger celui-ci, un micromoteur, relié électriquement au microgénérateur, un ensemble d’indication de l’heure, pourvu d’un rouage d’entraînement entraîné en rotation par le micromoteur et coopérant avec une pluralité d’aiguilles d’indication de l’heure ou d’un intervalle de temps.The invention also provides a watch movement for quartz watch comprising an accumulator, for storing the received electrical energy, a microgenerator as above, electrically connected to the accumulator to recharge it, a micromotor , electrically connected to the microgenerator, a set of time indication, provided with a drive train rotated by the micromotor and cooperating with a plurality of needles indicating the time or an interval of time.
[0022] L’invention prévoit également une montre, en particulier une montre-bracelet, comprenant un mouvement tel que préalablement décrit.The invention also provides a watch, in particular a wristwatch, comprising a movement as previously described.
[0023] Une telle montre possède les avantages de précision, de fiabilité et de faible coût inhérentes aux montres à quartz, et les avantages d’une montre automatique, qui n’a pas besoin de changement de pile.Such a watch has the advantages of precision, reliability and low cost inherent in quartz watches, and the advantages of an automatic watch, which does not need a battery change.
[0024] L’invention prévoit enfin un procédé de fabrication de lames piézoélectriques du microgénérateur, comportant les étapes consistant à effectuer: l’application d’une couche de Si02 par oxydation humide sur une plaque de silicium; l’application par pulvérisation cathodique d’une couche barrière de Ti02; l’application d’une couche mince de piézoélectrique; la structuration d’une structure d’électrode; la gravure chimique de la couche piézoélectrique à l’aide d’une solution aqueuse d’acide de HF et HCl afin de définir la lame; la gravure ionique réactive de la couche barrière, du Si02 et de la couche de Si; et la gravure par ionisation à réaction profonde de l’arrière de la couche de Si02 et de la couche manipulatrice de plaque de SOI de manière à définir de masse sismique et de libérer la lame.The invention finally provides a method of manufacturing piezoelectric blades of the microgenerator, comprising the steps of performing: the application of a SiO 2 layer by wet oxidation on a silicon wafer; sputtering application of a TiO 2 barrier layer; the application of a thin layer of piezoelectric; structuring an electrode structure; etching the piezoelectric layer with an aqueous solution of HF and HCl acid to define the blade; reactive ion etching of the barrier layer, SiO 2 and Si layer; and deep-ionization etching of the back of the SiO 2 layer and the SOI plate manipulator layer so as to define seismic mass and release the blade.
Brève description des figures [0025] Des exemples de mise en œuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: la fig. 1 illustre, de manière schématique et non limitative, une disposition possible des organes internes d’une montre selon l’invention; la fig. 2 illustre un exemple de générateur piézoélectrique comportant une pluralité de lames piézoélectriques, selon l’invention;BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [0025] Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which: FIG. 1 illustrates, schematically and without limitation, a possible arrangement of internal organs of a watch according to the invention; fig. 2 illustrates an example of a piezoelectric generator comprising a plurality of piezoelectric blades, according to the invention;
La fig. 3 illustre une vue en plan d’une portion de lame piézoélectrique; et la fig. 4 illustre les principales étapes d’un procédé de fabrication des lames piézoélectriques selon l’invention. Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention [0026] La fig. 1 illustre une montre selon l’invention comprenant, dans une boîte 10, un mouvement 7 de montre numérique à quartz, un accumulateur 6, et un redresseur 5. L’énergie électrique utile pour la recharge de l’accumulateur est fournie par un microgénérateur, montré plus en détails en vue de dessus à la fig. 2. Une masse oscillante 1, similaire à celle utilisée sur une montre automatique pour en assurer le remontage, est monté libre en rotation autour d’un axe d’oscillation «A». Dans l’exemple illustré, la masse comporte une portion radialement externe 11 en forme d’arc de cercle s’étendant sur environ 180°. La portion radialement externe 11 peut également s’étendre sur un angle plus petit ou plus grand que 180°. Un demi-disque central 12 assure la liaison entre la portion radialement externe 11 et l’axe «A» au niveau du support fixe 3.Fig. 3 illustrates a plan view of a piezoelectric blade portion; and FIG. 4 illustrates the main steps of a method of manufacturing the piezoelectric blades according to the invention. Example (s) of Embodiment of the Invention [0026] FIG. 1 illustrates a watch according to the invention comprising, in a box 10, a movement 7 of quartz digital watch, an accumulator 6, and a rectifier 5. The electric energy useful for charging the accumulator is provided by a microgenerator , shown in more detail in plan view in FIG. 2. An oscillating mass 1, similar to that used on an automatic watch to reassemble, is rotatably mounted about an oscillation axis "A". In the example illustrated, the mass comprises a radially outer portion 11 in the shape of an arc extending approximately 180 °. The radially outer portion 11 may also extend over an angle smaller or greater than 180 °. A central half-disc 12 provides the connection between the radially outer portion 11 and the axis "A" at the fixed support 3.
[0027] La masse oscillante 1 porte un élément annulaire d’excitation 2, monté sensiblement co-axialement, dans l’exemple illustré, sur l’axe «A». Dans l’exemple de la fig. 2, l’élément annulaire 2 a la forme d’un anneau complet. L’élément annulaire 2 peut cependant ne former qu’une portion d’anneau, par exemple, un arc de cercle sous-tendant un angle plus petit que 360°. L’élément annulaire 2 est pourvu d’une pluralité de dents d’excitation 8, réparties angulairement dans la zone radialement interne de l’élément annulaire. Selon les modes de réalisation, les dents sont formées sur l’élément annulaire lui-même ou sont rapportées sur celui-ci. Dans l’exemple de la fig. 2, treize dents sont prévues. Ce nombre varie (et peut être inférieur ou supérieur) selon les architectures, les dimensions, le nombre de lames piézoélectriques, et la puissance électrique requise.The oscillating mass 1 carries an annular excitation element 2, mounted substantially co-axially, in the example shown, on the axis "A". In the example of FIG. 2, the annular element 2 has the shape of a complete ring. The annular element 2 may, however, form only a ring portion, for example, a circular arc subtending an angle smaller than 360 °. The annular element 2 is provided with a plurality of excitation teeth 8 distributed angularly in the radially inner zone of the annular element. According to the embodiments, the teeth are formed on the annular element itself or are reported thereon. In the example of FIG. 2, thirteen teeth are planned. This number varies (and may be lower or higher) depending on architectures, dimensions, number of piezoelectric blades, and electrical power required.
[0028] Une pluralité de lames piézoélectriques 4 rayonnent depuis le support fixe 3 vers l’élément annulaire d’excitation 2 du microgénérateur. Les lames sont réparties angulairement autour du support 3 sur lequel elles sont fixées par une première extrémité 9. Afin de former des poutres cantilevers, la seconde extrémité 13 des lames est libre. Cette extrémité se situe à proximité des dents de l’élément annulaire, suffisamment près de ces dernières pour que la rotation de l’élément annulaire 2 et des dents 8 permettent de générer des impulsions sur les extrémités libres 13 des lames. Du fait des pro- priétés piézoélectriques des lames, les impulsions permettent à ces dernières de générer des micro-courants électriques transmis par les connecteurs 14 à un redresseur 5. Le dimensionnement des dents 8 et des lames 4 est établi de façon à permettre à l’élément annulaire 2 de tourner sous l’effet des efforts engendrés par la masse oscillante 1 soumise aux mouvements du porteur de la montre. Les lames 4 sont suffisamment rigides pour produire une fréquence d’oscillation et une vitesse d’atténuation suffisantes d’une part, sans bloquer la rotation de l’élément annulaire 2.A plurality of piezoelectric plates 4 radiate from the fixed support 3 to the annular excitation element 2 of the microgenerator. The blades are distributed angularly around the support 3 on which they are fixed by a first end 9. In order to form cantilever beams, the second end 13 of the blades is free. This end is located near the teeth of the annular element, sufficiently close to the latter so that the rotation of the annular element 2 and teeth 8 can generate pulses on the free ends 13 of the blades. Due to the piezoelectric properties of the blades, the pulses enable the latter to generate electrical micro-currents transmitted by the connectors 14 to a rectifier 5. The sizing of the teeth 8 and the blades 4 is set up so as to enable the annular element 2 to rotate under the effect of the forces generated by the oscillating mass 1 subjected to the movements of the wearer of the watch. The blades 4 are sufficiently rigid to produce an oscillation frequency and a speed of attenuation sufficient on the one hand, without blocking the rotation of the annular element 2.
[0029] Le redresseur 5, ou circuit électronique chargeur, transforme le courant provenant de la génératrice en courant continu adapté pour la charge d’un accumulateur 6.The rectifier 5, or electronic charger circuit, transforms the current from the generator into direct current suitable for charging a battery 6.
[0030] L’accumulateur 6 est par exemple un accumulateur Li-ion, Li-Poly ou NiMH, un supercondensateur ou tout autre accumulateur, selon l’architecture souhaitée.The accumulator 6 is for example a Li-ion battery, Li-Poly or NiMH, a supercapacitor or any other accumulator, depending on the desired architecture.
[0031] Le mouvement 7 peut être un mouvement à quartz de type connu.The movement 7 may be a quartz movement of known type.
[0032] Dans un mode de réalisation avantageux, trois éléments de la montre, plus particulièrement le module générateur, le module de stockage 6 et le mouvement 7, sont mécaniquement indépendants les uns des autres et ne requièrent que peu d’interconnexions électriques pour assurer le fonctionnement de la montre. Grâce à cette caractéristique, le mouvement 7 et le module générateur peuvent être montés dans la boîte 1 de manière indépendante et séparée. La construction et la conception de la montre sont donc simplifiées (par rapport à une construction classique) grâce à ces caractéristiques de séparation entre le module générateur et le mouvement. Les éléments de la montre peuvent ainsi être placés avec une grande liberté; on obtient ainsi une construction rationnelle et économique qui exploite au mieux le volume disponible.In an advantageous embodiment, three elements of the watch, more particularly the generator module, the storage module 6 and the movement 7, are mechanically independent of each other and require only few electrical interconnections to ensure the operation of the watch. With this feature, the movement 7 and the generator module can be mounted in the box 1 independently and separately. The construction and design of the watch are thus simplified (compared to a conventional construction) thanks to these characteristics of separation between the generator module and the movement. The elements of the watch can thus be placed with great freedom; In this way, a rational and economical construction is achieved which makes the best use of the available volume.
[0033] Il est aussi possible d’employer en guise de module de stockage un élément de stockage occupant le logement prévu à cet effet pour la batterie de la montre.It is also possible to use as a storage module a storage element occupying the housing provided for this purpose for the battery of the watch.
[0034] Le module générateur peut être placé à côté d’un mouvement existant dans le boîtier de la montre. Le mouvement peut être constitué par un mouvement électronique à quartz connu et capable de fonctionner sans le module générateur, avec, si nécessaire, une adaptation du logiciel. Les seules modifications à apporter à ce mouvement existant consistent à le connecter électriquement au module générateur pour prolonger sa réserve. On peut éventuellement aussi remplacer la batterie par une batterie rechargeable.The generator module can be placed next to an existing movement in the case of the watch. The movement can be constituted by a known quartz electronic movement capable of functioning without the generator module, with, if necessary, an adaptation of the software. The only changes to this existing movement is to connect it electrically to the generator module to extend its reserve. You can also replace the battery with a rechargeable battery.
[0035] La montre peut comporter des dispositifs d’entrée et de commande (non représentés), par exemple un bouton poussoir sur la carrure, pour permettre à l’utilisateur le contrôle du fonctionnement de la montre, l’activation des diverses fonctions ou la remise à l’heure, de manière classique.The watch may include input and control devices (not shown), for example a push button on the middle part, to allow the user control of the operation of the watch, the activation of various functions or the delivery on time, in a traditional way.
[0036] D’autres dispositifs d’entrée (également non représentés) peuvent être prévus et compris dans le cadre de la présente invention. Citons, à titre d’exemples non exhaustifs des dispositifs d’entrées tels que des boutons sur la face, des couronnes de type classiques, des contacts magnétiques ou bien une glace tactile.Other input devices (also not shown) may be provided and included within the scope of the present invention. As non-exhaustive examples of input devices such as buttons on the face, conventional type crowns, magnetic contacts or a touch screen.
[0037] Selon un autre aspect de l’invention, l’état de charge de la batterie peut être converti en heures d’autonomie de fonctionnement, celle-ci se basant, par exemple, sur une prévision de consommation moyenne. Ainsi, il est possible d’afficher numériquement ou sous forme graphique, la réserve de marche instantanée de la montre ou bien l’autonomie de la montre en l’absence de recharge par le module générateur. En alternative, on peut aussi afficher (numériquement ou graphiquement) la charge de la batterie sous forme de pourcentage d’une charge maximale.According to another aspect of the invention, the state of charge of the battery can be converted into hours of operating autonomy, the latter being based, for example, on an average consumption forecast. Thus, it is possible to display numerically or graphically, the instantaneous power reserve of the watch or the autonomy of the watch in the absence of recharging by the generator module. Alternatively, one can also display (numerically or graphically) the charge of the battery as a percentage of a maximum charge.
[0038] Afin que l’utilisateur puisse apprécier au mieux l’autonomie de la montre, l’affichage des puissances générées et consommées peut se révéler utile. De préférence, les puissances instantanées, très variables, ne sont pas affichées, mais on affiche plutôt une puissance moyenne calculée sur une base temporelle idoine, quelques heures par exemple.So that the user can better appreciate the autonomy of the watch, the display of the generated and consumed powers can be useful. Preferably, the instantaneous powers, very variable, are not displayed, but rather displays an average power calculated on a suitable time base, a few hours for example.
[0039] La fig. 3 illustre une vue en plan d’une portion d’une des lames piézoélectriques 4 comportant une d’électrode interdigitée 19 et fabriquée à partir d’une plaque de silicium et du procédé décrit ci-dessous.FIG. 3 illustrates a plan view of a portion of one of the piezoelectric blades 4 having an interdigital electrode 19 and made from a silicon wafer and the method described below.
[0040] La fig. 4 (sous-fig. 4a à 4i) illustre les principales étapes du procédé de fabrication de lames piézoélectriques 4 pour pièce d’horlogerie selon l’invention. En particulier, les lames piézoélectriques 4 sont formées de poutres cantilevers, préférablement recouvertes d’une couche mince piézoélectrique 18 et comportant des électrodes interdigitées. Les figures 4a à 4d et, 4g, 4i montrent une vue le long de la lame AB (voir fig. 3) tandis que les fig. 4e 4f et 4h montrent une vue en travers de la lame CD (voir fig. 3) desdites étapes.FIG. 4 (sub-Figs 4a to 4i) illustrates the main steps of the process for manufacturing piezoelectric blades 4 for a timepiece according to the invention. In particular, the piezoelectric blades 4 are formed of cantilever beams, preferably covered with a piezoelectric thin film 18 and having interdigital electrodes. Figures 4a to 4d and 4g, 4i show a view along the blade AB (see Fig. 3) while Figs. 4th 4f and 4h show a view across the CD blade (see Fig. 3) of said steps.
[0041] La fig. 4a montre l’application d’une couche de Si0216 par oxydation humide sur une plaque de silicium 15 comprenant une couche de Si 21; [0042] La fig. 4b illustre l’application par pulvérisation cathodique d’une couche barrière de Ti0217; [0043] La fig. 4c montre l’application de la couche mince de piézoélectrique 18. La couche piézoélectrique peut comprendre un film mince de PZT (Pb(Zr,Ti)03), un film comprenant un matériau de la famille des pérovskites ferroélectriques, ou encore un film comprenant un matériau piézoélectrique non-ferroélectrique tel que AIN ou ZnO. La couche piézoélectrique peut être appliquée par déposition sol-gel; pulvérisation cathodique, ablation laser (pulsed laser déposition, PLD), par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), ou par toute autre méthode appropriée.FIG. 4a shows the application of a Si0216 layer by wet oxidation on a silicon wafer 15 comprising a layer of Si 21; FIG. 4b illustrates the cathodic sputtering application of a TiO217 barrier layer; FIG. 4c shows the application of the piezoelectric thin film 18. The piezoelectric layer may comprise a PZT thin film (Pb (Zr, Ti) 03), a film comprising a material of the ferroelectric perovskite family, or a film comprising a non-ferroelectric piezoelectric material such as AIN or ZnO. The piezoelectric layer can be applied by sol-gel deposition; cathodic sputtering, laser pulsed laser deposition (PLD), chemical vapor deposition (CVD), or any other suitable method.
[0044] La fig. 4d montre la structuration d’une électrode interdigitée 19. L’électrode 19, préférablement en platine, peut être structurée à l’aide d’une étape d’évaporation suivie d’une étape de retrait (ou lift-off), par exemple par gravure, pour éliminer une partie de l’électrode et obtenir la géométrie interdigitée.FIG. 4d shows the structuring of an interdigital electrode 19. The electrode 19, preferably platinum, can be structured using an evaporation step followed by a removal step (or lift-off), for example by etching, to remove a portion of the electrode and obtain the interdigitated geometry.
[0045] La fig. 4e montre la gravure chimique de la couche piézoélectrique 18 au travers d’une photorésine structurée 22, à l’aide d’une solution aqueuse de HF et HCL afin de définir la lame 4; [0046] La fig. 4f montre la gravure ionique réactive de la couche barrière 17, de la couche de Si02 16 et de la couche de Si 21.FIG. 4e shows the chemical etching of the piezoelectric layer 18 through a structured photoresist 22, using an aqueous solution of HF and HCl to define the blade 4; FIG. 4f shows the reactive ion etching of the barrier layer 17, the SiO 2 layer 16 and the Si layer 21.
[0047] Les figures 4g et 4h illustrent la gravure par ionisation à réaction profonde de l’arrière de la couche de Si0216 et de la plaque de silicium 15 de manière à définir une masse sismique 23 et de libérer la lame 4 ainsi formée.Figures 4g and 4h illustrate the deep-ionization etching of the back of the Si0216 layer and the silicon plate 15 so as to define a seismic mass 23 and release the blade 4 thus formed.
[0048] La fig. 4i montre une étape alternative aux l’étapes des fig. 4b et 4d. Dans ce mode de réalisation, une première électrode planaire 24 est structurée sur la couche de Si02 16 et une seconde électrode planaire 25 est structurée sur la couche mince de piézoélectrique 18. Dans cette configuration, les électrodes planaires 24, 25 sont disposées sur chacune des faces de la couche piézoélectrique 18. La première et seconde électrode planaire 24,25 est également préférablement en platine. Encore dans cette configuration, la couche mince piézoélectrique 18 comprend préférablement un matériau piézoélectrique non-ferroélectriques tel que AIN ou ZnO.FIG. 4i shows an alternative step to the steps of FIGS. 4b and 4d. In this embodiment, a first planar electrode 24 is structured on the SiO 2 layer 16 and a second planar electrode 25 is structured on the piezoelectric thin film 18. In this configuration, the planar electrodes 24, 25 are disposed on each of the faces of the piezoelectric layer 18. The first and second planar electrode 24, 25 is also preferably platinum. Still in this configuration, the piezoelectric thin film 18 preferably comprises a non-ferroelectric piezoelectric material such as AlN or ZnO.
[0049] Diverses variantes de ce procédé peuvent être mises en œuvre sans sortir du cadre de la présente invention.Various variants of this method can be implemented without departing from the scope of the present invention.
Numéros de référence employés sur les figures [0050] 1 masse oscillante 2 élément annulaire d’impulsions 3 support fixe 4 lame piézoélectrique 5 redresseur 6 accumulateur 7 mouvement 8 dents 9 extrémité fixée de la lame piézoélectrique 10 boîte de montre 11 portion radialement externe 12 demi-disque central 13 extrémité libre de la lame piézoélectrique 14 connecteur de lame 15 plaque de silicium 16 couche de Si02 17 couche barrière de TI02Reference numbers used in the figures [0050] 1 oscillating mass 2 annular element of pulses 3 fixed support 4 piezoelectric blade 5 rectifier 6 accumulator 7 movement 8 teeth 9 fixed end of the piezoelectric blade 10 watch case 11 radially outer portion 12 half -central disk 13 free end of the piezoelectric blade 14 blade connector 15 silicon wafer 16 SiO 2 layer 17 TI02 barrier layer
18 couche mince de PZT 19 électrode Pt interdigitée 21 couche de Si 22 photorésine structurée 23 masse sismique 24 première électrode planaire 25 seconde électrode planaire A axe de rotation de la masse oscillante18 thin layer of PZT 19 interdigitated Pt electrode 21 Si layer 22 structured photoresist 23 seismic mass 24 first planar electrode 25 second planar electrode A rotation axis of the oscillating mass
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