CH712824B1 - Composant pour mouvement de montre mécanique ainsi que procédé de fabrication d'un tel composant. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un composant pour un mouvement de montre mécanique, notamment pour l'échappement d'un mouvement d'horlogerie mécanique, au moins une partie du composant étant destinée à subir des frottements lors de la marche du mouvement, comprenant: (i) une première couche de silicium (Cs1) découpée dans un premier plan cristallin du silicium; (i) une deuxième couche de silicium (Cs2) découpée dans un deuxième plan cristallin du silicium ; par rapport à l'orientation du réseau cristallin de la deuxième couche de sorte que le premier plan cristallin soit en déphasage par rapport au deuxième plan cristallin et/ou le premier plan cristallin étant différent et non équivalent au deuxième plan cristallin.

Description

Domaine technique

[0001] L'invention concerne un composant mécanique en silicium destiné à équiper un mouvement de montre horloger et qui subit des frottements tels que des ancres, roues, sautoirs, cames ou des composants de guidage élastiques (tels que des pivots flexibles), ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel composant.

[0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour des composants de l'échappement réalisés en silicium, par exemple pour des roues d'échappement, des ancres, et pour d'autres organes mobiles subissant des frottements dans un mouvement d'horlogerie mécanique.

Etat de la technique

[0003] Les mouvements de montres mécaniques comportent habituellement un barillet qui entraîne les organes d'affichage au travers d'un rouage. La vitesse de rotation du rouage est régulée par un organe réglant au travers d'un échappement. L'organe réglant peut comporter un balancier et un spiral.

[0004] Différents types d'échappement sont connus. A titre d'exemple, les échappements à ancre suisse sont répandus et comportent une ancre et une roue d'échappement. Ces composants sont habituellement réalisés en métal et présentent le problème d'une déperdition d'énergie importante. Une part significative de l'énergie disponible dans le barillet est ainsi dissipée dans l'échappement, ce qui a notamment pour conséquence de réduire la réserve de marche. D'autres types d'échappement ont été proposés pour améliorer le rendement, sans parvenir à résoudre entièrement ce problème.

[0005] Des améliorations ont aussi été apportées grâce à des recherches sur les matériaux employés pour l'échappement. Le silicium a par exemple été utilisé pour remplacer le métal de l'ancre et de la roue d'échappement. Il présente notamment l'avantage d'une densité réduite, ce qui permet de diminuer l'inertie des composants et diminuer l'énergie nécessaire pour mettre en mouvement puis arrêter l'ancre et la roue d'ancre à chaque oscillation. Les procédés de fabrication par photolithographie permettent de réaliser des pièces de très haute précision, ce qui permet de réduire les pertes dues à un mauvais ajustement par exemple entre les palettes et les dents de la roue d'échappement, et d'en optimiser la géométrie pour améliorer le rendement. Enfin, les pièces en silicium peuvent être réalisées avec des états de surface extrêmement propres, ce qui contribue aussi à réduire les frottements.

[0006] Les procédés de réalisation de ces composants horlogers mécaniques utilisent généralement des wafers de silicium monocristallin. Le silicium monocristallin appartient en effet à la classe cristalline cubique m3m dont le coefficient d'expansion thermique (alpha) est totalement isotrope.

[0007] Le silicium est cependant un matériau fragile avec des contraintes de rupture en flexion inférieures à 10 GPa et en fatigue de l'ordre de 2 à 3 GPa. La présence d'angles vifs dans les structures typiques d'un composant horloger est à l'origine de fortes concentrations de contraintes, qui peuvent rapidement produire des déformations et accélérer la rupture.

[0008] Afin d'atténuer ces risques, EP1904901 décrit les avantages d'une couche de SiO2 en surface d'un composant horloger réalisé dans une galette (ou wafer) de silicium monocristallin afin de renforcer sa résistance mécanique. Malgré cette protection, toute fissure ou défaut capable de se propager au-delà de la surface oxydée de ce composant finira par entraîner sa casse totale du fait qu'elle se propagera sans obstacle à travers la structure cristalline du composant.

[0009] Des composants de mouvement horloger en silicium recouvert d'une couche d'oxyde ont aussi été décrits dans EP1422436 qui suggère un spiral horloger réalisé à partir d'une âme en silicium monocristallin recouvert par une couche entourant l'âme et réalisée dans un matériau différent. Le but de cette couche est avant tout de compenser la variation de raideur du spiral selon la température. A cet effet, la couche externe est par exemple réalisée en SiO2 amorphe, un des rares matériaux présentant un coefficient thermoélastique positif (+213 ppm/C).

[0010] Ce document EP1422436 suggère un spiral en silicium obtenu à partir d'un wafer coupé selon le plan cristallin {001} (figure 5A). La figure 5A illustre ce plan, et deux plans équivalents {010} et {100}, dans le cas d'un cristal à face cubique. Le réseau du silicium est à face cubique centrée et comporte donc six noeuds supplémentaires au centre de chacune des faces de ce cube, qui ne sont pas représentées sur les figures 5A à 5C pour la simplification de la figure ; la définition des plans cristallins est cependant identique.

[0011] Le plan {001} présente un facteur d'anisotropie planaire relativement élevé. Cela se traduit par une rigidité à la flexion (module d'Young) qui varie significativement en fonction de la direction. En raison de cette anisotropie, un résonateur spiral oscillant en breathing mode et fabriqué dans un wafer gravé dans un wafer découpé dans le plan {001} a un développement non concentrique, ce qui perturbe la chronométrie et l'esthétique.

[0012] L'anisotropie du module d'Young planaire d'un composant gravé dans un wafer découpé dans le plan {001} est également gênante si l'on veut maîtriser correctement la raideur équivalente d'un composant de forme complexe lors de sa phase de conception. En effet, pour obtenir une bonne corrélation entre les valeurs calculées et les valeurs mesurées pour la raideur équivalente, on doit tenir compte notamment de l'orientation précise des éléments du résonateur qui ne présentent pas une symétrie parfaitement radiale par rapport aux différentes directions planaires du wafer. Par exemple les différentes dents de la roue d'échappement verront un module d'Young en flexion significativement différent et en conséquence leurs raideurs équivalentes seront aussi significativement différentes.

[0013] Afin de palier au moins partiellement à ces problèmes d'anisotropie, EP2215531 suggère un spiral en silicium recouvert d'une couche de compensation thermique ou une couche qui compense les variations du module d'Young en température, mais dont l'âme est obtenue à partir d'un wafer coupé dans le plan {111} (figure 5C). Le module d'Young dans ce plan est quasiment isotrope; sa valeur moyenne est d'environ 169 GPa. Le procédé de mise en forme du silicium d'orientation {111} est cependant plus délicat que celui utilisé sur des wafers d'orientations <001>

[0014] Dans toutes les solutions décrites ci-dessus, la présence d'une couche d'oxyde relativement épaisse (environ 8% de l'épaisseur totale du composant) résulte en un composant avec un état de surface foncé et mat, souvent considéré inesthétique.

[0015] La croissance d'une couche d'oxyde à la surface du spiral de EP2215531 est obtenue par un procédé d'oxydation humide. Des oxydations de composants par chauffage dans une chambre d'oxydation sèche ont aussi été suggérées. En tous les cas, la croissance de l'oxyde est un processus lent, qui conduit à un temps de cycle de fabrication important. Pour les dimensions typiques de composants pour montres mécaniques, il faut faire croître en surface du silicium des couches de SiO2 relativement épaisses, entre 2 et 5 micromètres. Il est connu qu'à partir d'une certaine épaisseur de SiO2 thermique (env. 3 µm) les propriétés physico-chimiques de ces couches se dégradent et leur croissance devient trop lente. A titre d'exemple, la croissance de 3 micromètres de SiO2 par voie thermique dure plus de 50 heures.

[0016] La croissance d'une couche d'oxyde à la surface d'un composant en silicium se déroule à haute température, typiquement à 1100°C. Les dimensions originales du composant en silicium vont se dilater sous l'effet de la chaleur et proportionnellement au coefficient de dilatation thermique αS1. La croissance de l'oxyde se déroulera donc sur un composant aux dimensions dilatées. Le retour à température ambiante en fin de procédé se déroule sur un composant composite, formé d'un noyau silicium et de la couche d'oxyde périphérique nouvellement formée. Le coefficient de dilatation thermique de l'oxyde de silicium αSiO2étant différent de celui du silicium αSi(αSi> αSiO2), il s'ensuit une dilation résiduelle des dimensions et une mise sous contrainte compressive du composant. Ceci est particulièrement vrai dans le cas du spiral en silicium où l'élongation de la longueur du spiral peut atteindre des valeurs de l'ordre de 0.2%, modifiant ainsi l'angle de pitonnage, et provoquer la déformation de la géométrie du spiral sous les effets de la contrainte. La présence d'une couche d'oxyde enterrée ab initio, avant la réalisation du composant et la formation de l'oxyde périphérique, limite de facto l'élongation du noyau en silicium en phase de montée en température d'oxydation, et par voie de conséquence la dilation résiduelle et le développement de contrainte au retour à la température ambiante. Cette solution est particulièrement avantageuse dans le cas de composants dont la dilatation thermique peut être catastrophique, comme par exemple dans le cas du flambage de poutres encastrées aux deux extrémités. L'oxydation de dispositifs faisant appel à ce type d'éléments, comme les guidages flexibles, est très limitée.

[0017] CH699780 propose un résonateur mécanique de type spiral réalisé à partir d'un wafer de silicium monocristallin. Les variations en température du module d'Young du spiral sont compensées par deux couches métalliques amorphes ou des couches d'oxydes disposées à l'intérieur du barreau de silicium et dont le coefficient thermique du module d'Young est opposé à celui du silicium.

Bref résumé de l'invention

[0018] Un but de la présente invention est de proposer un composant pour un mouvement de montre mécanique, notamment pour l'échappement d'un mouvement d'horlogerie mécanique, qui permette d'éviter les inconvénients ci-dessus, ou en tout cas d'offrir un meilleur compromis entre ces inconvénients.

[0019] En particulier, un but de la présente invention est de proposer un nouveau composant pour mouvement d'horlogerie mécanique.

[0020] Un autre but est de proposer un composant mécanique aux dimensions plus précises et présentant moins de contraintes résiduelles

[0021] Un autre but est de proposer un composant mécanique moins fragile que les composants réalisés en silicium ou en silicium oxydé en surface.

[0022] Un autre but est de proposer un composant pour mouvement de montre mécanique plus rapide à produire.

[0023] Un but est aussi de pallier les inconvénients cités auparavant et donc de proposer un composant mécanique en silicium monocristallin, simple à fabriquer, dont les caractéristiques mécaniques sont similaires dans toutes les directions d'un plan.

[0024] Le composant peut avantageusement être thermocompensé.

[0025] Selon un aspect, ces buts sont atteints au moyen d'un composant pour mouvement de montre mécanique, notamment pour l'échappement d'un mouvement d'horlogerie mécanique, au moins une partie du composant étant destinée à subir des frottements lors de la marche du mouvement, caractérisé en ce que le composant comprend: <tb><SEP>(i) une première couche de silicium découpée dans un premier plan cristallin du silicium ; <tb><SEP>(i) une deuxième couche de silicium découpée dans un deuxième plan cristallin du silicium ;et en ce que <tb><SEP>l'orientation du réseau cristallin de la première couche est décalée par rapport à l'orientation du réseau cristallin de la deuxième couche de sorte que le premier plan cristallin soit en déphasage par rapport au deuxième plan cristallin et/ou en ce que le premier plan cristallin est différent et non équivalent au deuxième plan cristallin.

[0026] Les „directions cristallines“ (ou directions nodales) des couches correspondent aux directions des vecteurs [xyz] joignant les noeuds n du cristal. Le silicium ayant une structure cristalline à symétrie cubique, les quatre diagonales sont équivalentes, les trois faces du cube sont équivalentes, etc. Par exemple, les directions [100], [1<->00], [010], [01<->0], [001] et [001<->] sont équivalentes entre elles et forment une famille de directions désignée par <100> (l'opérateur<->désignant l'opposition).

[0027] Des plans sont dits équivalents s'ils peuvent être obtenus par permutations et/ou oppositions des indices. Le plan (xyz) est perpendiculaire à la direction [xyz]. Par exemple, les plans (100), (1<->00), (010), (01<->0), (001) et (001<->), sont équivalents et forment une famille de plans désignée par {100} (l'opérateur<->désignant l'opposition).

[0028] La robustesse mécanique est renforcée du fait que le composant n'est pas constitué d'une structure monocristalline et monolithique mais de plusieurs couches monocristallines de réseaux cristallins découpés selon des plans de coupe différents, et/ou orientés différemment. Par conséquent, une amorce de rupture dans une des couches de silicium ne peut pas se propager aisément dans l'autre couche de silicium, parce que les plans cristallographiques sont orientés différemment et que les lignes de clivages sont donc discontinues ou non rectilignes.

[0029] Selon l'invention revendiquée, la robustesse mécanique est renforcée grâce aux directions ou orientations différentes des réseaux cristallins dans les différentes couches de silicium. Ainsi, une fissure générée dans une couche de silicium cristallin et qui aurait traversé la ou les couches de séparation a moins de risque de se propager dans l'autre couche de silicium cristallin, en raison des déphasages entre les plans cristallographiques.

[0030] Selon la deuxième alternative, la robustesse mécanique est aussi renforcée grâce au découpage des différentes couches de silicium du composant selon des plans cristallins différents et non équivalents. Par exemple, la première couche de silicium peut être découpée dans le plan {001} et la deuxième couche de silicium peut être découpée dans le plan {011} ou le plan {111}. Alternativement, la première couche de silicium peut être découpée dans le plan {011} et la deuxième couche de silicium découpée dans le plan {111}. Selon ces modes de réalisation, les orientations des réseaux cristallins sont différentes puisque chaque couche est découpée dans un plan cristallin différent, ce qui favorise encore la robustesse de la structure du composant.

[0031] La robustesse peut aussi être améliorée en séparant les différentes couches de silicium par une ou plusieurs couches de séparation. Ainsi, une fissure générée dans une couche de silicium cristallin peut être arrêtée par la couche de séparation, et éviter de se propager à l'autre couche cristalline.

[0032] Au moins une couche de séparation peut être constituée d'un matériau amorphe. Un matériau amorphe réduit encore le risque de propagation de fissures.

[0033] Au moins une couche de séparation peut être constituée d'un matériau présentant un coefficient thermique du module d'Young de signe opposé à celui du silicium pour la thermocompensation. Ainsi la thermocompensation du composant mécanique ne se fait pas, ou pas uniquement, par l'intermédiaire d'une couche de SiO2 extérieure mais également par l'intermédiaire d'au moins une couche de séparation enterrée.

[0034] Au moins une couche de séparation présente de préférence un premier coefficient thermique du module d'Young isotrope dans le plan de la couche.

[0035] Au moins une couche de séparation peut être constituée de SiO2.

[0036] Le composant peut comprendre plus de deux couches de silicium séparées les unes des autres.

[0037] Le composant peut comprendre plusieurs couches de séparation entre deux couches de silicium.

[0038] Le composant peut également comporter une couche externe qui limite encore le risque de cassure. Cette couche externe peut être constituée d'un matériau amorphe, par exemple de SiO2.

[0039] La couche externe peut être constituée d'un matériau présentant un coefficient thermique du module d'Young de signe opposé à celui du silicium. L'utilisation de la couche de séparation effectuant une compensation thermique entre les première et deuxième couches de silicium permet de limiter l'épaisseur de cette couche externe. L'épaisseur de cette couche externe est supérieure à l'épaisseur de l'oxyde de silicium natif résultant de l'oxydation naturelle du silicium à température ambiante.

[0040] Selon les modes de réalisation de l'invention, au moins certains des avantages suivants peuvent être obtenus : <tb><SEP>Couche enterrée <tb><SEP><SEP>- A) Moins d'oxyde nécessaire en surface du composant. <tb><SEP><SEP>- B) Temps de cycle de fabrication plus courts. <tb><SEP><SEP>- D) Meilleur control dimensionnel des composants <tb><SEP><SEP>- E) Réduction de contraintes résiduelles dans le composant <tb><SEP><SEP>- F) Couche amorphe limitant la propagation des fissures sur la hauteur du composant. <tb><SEP>Décalage de réseaux cristallins avec ou sans couche enterrée <tb><SEP><SEP>- A) Meilleure robustesse mécanique du système. <tb><SEP><SEP>- B) Retarder la propagation de fissures et la casse prématurée du composant. <tb><SEP>Homogénéité planaire des propriétés élastiques et thermoélastiques : <tb><SEP><SEP>- A) Libre orientation du composant par rapport au plan du wafer.

[0041] L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un tel composant pour un mouvement de montre mécanique.

[0042] Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication d'un composant mécanique comporte la superposition de deux wafers de silicium différents ou orientés différemment, puis la structuration par gravure de plusieurs composants mécaniques.

[0043] Une couche de séparation peut être prévue entre les deux wafers, par exemple une couche de compensation thermique, par exemple une couche de SiO2.

[0044] Au sens de l'invention, on entend par „déposer une couche de matériau“, les procédés consistants à ajouter de la matière par dépôt, ajouter de la matière par croissance et transformation de la matière existante ou le report d'une couche annexe par scellement de la couche annexe.

Brève description des figures

[0045] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : <tb><SEP>• La figure 2 illustre à titre d'exemple une section transversale d'une portion d'un composant mécanique pour mouvement d'horlogerie, réalisé ici avec deux couches de silicium monocristallin de coupes similaires mais dont les orientations des réseaux cristallins sont décalées de 30° . <tb><SEP>• La figure 1 illustre une section transversale d'une portion d'un composant mécanique pour mouvement d'horlogerie, réalisé ici avec trois couches de silicium découpés selon des plans différents ({001} ou {111}) et séparées les unes des autres par des couches de SiO2 enterrées. Dans cet exemple, il n'y a pas de décalage angulaire des réseaux dans les deux couches découpées selon le plan {001}. <tb><SEP>• La figure 3 illustre schématiquement deux wafers de silicium {001} dont les orientations des réseaux cristallins sont décalées de 30°, ainsi que le module d'Young planaire EA, EBdes deux wafers. <tb><SEP>• La figure 4 illustre schématiquement, en 2D, trois wafers de silicium {001} dont les réseaux cristallins sont décalés de 30°, ainsi que le module d'Young planaire EA, EB, ECdes trois wafers. <tb><SEP>• La figure 5 illustre schématiquement les directions cristallines dans un cristal cubique. Les directions cristallines sont définies de la même façon dans un cristal cubique à face centrée, tel que le silicium. <tb><SEP>• La figure 6 est une représentation schématique du procédé de réalisation d'un composant mécanique selon un premier mode de réalisation ; <tb><SEP>• La figure 7 est une représentation schématique du procédé de réalisation d'un composant mécanique selon un deuxième mode de réalisation ; <tb><SEP>• La figure 8 est une représentation schématique du procédé de réalisation d'un composant mécanique selon un troisième mode de réalisation ; <tb><SEP>• La figure 9 est une représentation schématique du procédé de réalisation d'un composant mécanique selon un quatrième mode de réalisation ; <tb><SEP>• La figure 10 est une représentation schématique du procédé de réalisation d'un composant mécanique selon un cinquième mode de réalisation ; et <tb><SEP>• La figure 11 est une représentation schématique du procédé de réalisation d'un composant mécanique selon un sixième mode de réalisation.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0046] La figure 2 illustre une vue en section transversale d'une portion de composant mécanique, par exemple d'une ancre ou d'une roue d'échappement. Cette figure montre un empilement de trois couches : une première couche de silicium Cs1 monocristallin directement au contact d'une couche de séparation Co1 directement au contact d'une deuxième couche de silicium Cs2 monocristallin. La couche de séparation Co1 est optionnelle. Elle est avantageusement réalisée dans un matériau amorphe, par exemple en SiO2.

[0047] La première couche de silicium Cs1 s'étend sur une hauteur hs1 et sur toute la largeur L du composant 1. La deuxième couche de silicium Cs2 s'étend sur une hauteur hs2 sensiblement égale à la hauteur hs1 et sur toute la largeur L. La couche de séparation Co1 s'étend sur une hauteur ho1 très inférieure aux deux hauteurs hs1, hs2 et sur toute la largeur L.

[0048] Il est aussi possible de prévoir plusieurs couches de séparation entre les deux couches de silicium Cs1, Cs2.

[0049] Dans cet exemple, la première couche de silicium Cs1 et la deuxième couche de silicium sont découpées selon le même plan cristallin, de préférence le plan {001}, ou le plan {011}. Il est aussi possible de prévoir un empilement de couches découpées dans des plans cristallins différents; par exemple une couche découpée dans le plan {001} et une autre couche découpée selon le plan {011}.

[0050] L'orientation du réseau cristallin Ds1 de la première couche de silicium Cs1 est décalée d'un angle α par rapport à l'orientation du réseau cristallin Ds2 de la deuxième couche de silicium Cs2. Ces directions Ds1, Ds2 sont définies à partir de n'importe quel vecteur cristallin correspondants dans les couches Cs1, Cs2.

[0051] Les hachures des figures 1 et 2 permettent de visualiser de manière schématique les décalages entre les directions Ds1 et Ds2. Cependant, les décalages entre les directions Ds1 et Ds2 sont effectuées dans le plan des couches de silicium.

[0052] La couche de séparation Co1 peut être avantageusement constituée d'un matériau présentant un coefficient thermique du module d'Young de signe opposé à celui du silicium de sorte que la variation de la résistance mécanique des couches de silicium Cs1, Cs2 en fonction de la température soit, au moins partiellement, compensée par la couche de séparation Co1. De préférence, la couche de séparation Co1 est formée d'oxyde de silicium. Le coefficient thermique du module d'Young pour le silicium est de -64.10<-6>K<-1>et le coefficient thermique du module d'Young pour l'oxyde de silicium est de 187,5.10<-6>K<-1>à une température ambiante, environ 20°C. Ainsi, pour compenser, au moins partiellement, la variation de la raideur des couches de silicium Cs1, Cs2 en fonction de la température, le rapport volumique entre la couche de séparation et de compensation thermique Co1 et les couches de silicium Cs1, Cs2 est avantageusement d'au moins 5%, de préférence au moins 10%, par exemple plus de 20%, à une température ambiante de 20°C. Sur la figure 1, la surface de la section ho1.L est donc au moins égale à 20 % de la surface des sections L.hs1 et L.hs2. Dans un exemple, l'épaisseur de la couche de séparation Co1 est comprise entre 1 et 4 micromètres, par exemple 2 micromètres.

[0053] La figure 3 illustre un empilement de deux wafers coupés dans le plan {001}, l'orientation du réseau cristallin du wafer supérieur 2B étant décalée angulairement d'un angle α dans cet exemple par rapport à l'orientation du réseau cristallin du wafer inférieur 2A. La figure montre aussi la valeur du module d'Young EArespectivement EB, selon la direction, pour chacun des deux wafers 2A respectivement 2B. Comme on le voit schématiquement sur cette figure, les maximas et les minimas du module d'Young ne correspond pas sur les deux wafers, en sorte que la valeur du module d'Young des deux wafers superposés (ou d'un composant gravé ou structuré dans ces deux wafers superposés) est moins dépendante de la direction. Dans l'exemple illustré, le déphasage α est de 30°. D'autres valeurs angulaires de déphasage sont cependant possibles, notamment tous les angles différents de 0° et 180°.

[0054] La plupart des wafers de silicium présentent un méplat, représenté par les références 20A respectivement 20B sur la figure 3. Le déphasage des wafers superposés peut être obtenu en contrôlant l'angle entre ces deux méplats, puis en scellant les deux wafers l'un à l'autre avant la gravure des composants.

[0055] La figure 1 illustre une variante de l'invention dans laquelle le composant 1, illustré en section transversale, comporte trois couches de silicium Cs1, Cs2, Cs3 entrecoupées par deux couches de séparation Co1, Co2 optionnelles. L'orientation du réseau cristallin Ds1 de la première couche de silicium Cs1 est la même que l'orientation du réseau cristallin Ds3 de la troisième couche de silicium Cs3. La deuxième couche de silicium Cs2 disposée entre la première et la troisième couche de silicium Cs1, Cs3 comporte un réseau cristallin dont l'orientation ou la direction Ds2 est décalée d'un angle différent de 0° et 180° par rapport aux orientations des réseaux cristallins correspondantes des couches Ds1, Ds3.

[0056] Dans cet exemple, la première couche de silicium Cs1 et la troisième couche de silicium Cs3 sont découpées selon le même plan cristallin ou des plans cristallins équivalents, de préférence le plan {001}, ou le plan {011}. La deuxième couche de silicium est quant à elle découpée selon le plan cristallin {111}.

[0057] Les couches Cs1 à Cs3 peuvent cependant correspondre à n'importe quelle coupe ou combinaison de coupes dans les plans {110}, {111} et {001}. Dans un autre mode de réalisation, les couches correspondent à une combinaison des coupes dans les plans {110} et {001}. Dans un mode de réalisation préférentiel l'ensemble des couches correspondent à des coupes dans le plan {001}, les orientations de leurs réseaux cristallin étant décalées angulairement les unes des autres de manière à limiter le risque de propagation de fissures et à homogénéiser les propriétés thermoélastiques. Dans un exemple préférentiel, cet angle de décalage entre les orientations des réseaux cristallins correspondantes peut être de 30 (Figure 4), mais d'autres décalages angulaires sont bien entendu possibles.

[0058] La hauteur hs2 de la deuxième couche de silicium Cs2 peut être égale ou différente à la somme des hauteurs hs1 et hs3 des deux autres couches de silicium Cs1, Cs3. Afin de compenser, au moins partiellement, la dérive en température, la somme des hauteurs des couches de séparation Co1 et Co2 est avantageusement d'au moins 5%, de préférence au moins 10%, par exemple plus de 20%, de la somme des hauteurs des couches de silicium Cs1, Cs2, Cs3.

[0059] Dans tous les modes de réalisation sus décrits, l'épaisseur h01, ho2 des couches de séparation Co1, Co2 peut être avantageusement comprise entre 1 et 4 micromètres, par exemple 2 micromètres. Différentes couches de séparation peuvent être réalisées dans le même matériau, ou dans des matériaux différents. L'épaisseur de différentes couches de séparation peut être identique ou variable. Deux couches de silicium peuvent être séparées par différentes couches de séparation en différents matériaux.

[0060] Dans tous les modes de réalisation, le composant 1 peut comporter une couche externe non illustrée. Cette couche externe peut être réalisée en un matériau amorphe, et limiter le risque d'amorce de clivage lors d'un choc à la surface du composant. La couche externe peut être constituée d'un matériau présentant un coefficient thermique du module d'Young de signe opposé à celui du silicium. L'utilisation d'une couche de séparation effectuant une compensation thermique entre les première et deuxième couches de silicium permet de limiter l'épaisseur de cette couche externe, et donc le temps de fabrication de chaque composant. L'épaisseur de cette couche externe peut être supérieure à l'épaisseur de l'oxyde de silicium natif résultant de l'oxydation naturelle du silicium à température ambiante. La somme des surfaces des couches de séparation et de la couche externe est déterminée de manière à compenser le plus précisément possible la variation du module d'Young selon la température. La couche externe peut être disposée sur toutes les faces du composant, ou seulement sur les faces supérieures et inférieures. Elle peut être obtenue par oxydation du silicium dans une chambre d'oxydation.

[0061] La figure 4 illustre un empilement de trois wafers de coupe dans le plan {001} 2A, 2B et 2C. L'orientation du réseau cristallin des trois wafers est décalée l'une par rapport à l'autre. Dans l'exemple préférentiel illustré, le décalage est de 30°. D'autres valeurs de décalage sont possibles. La figure montre aussi la valeur du module d'Young EArespectivement EBet EC, selon la direction, pour chacun des trois wafers 2A, 2B et respectivement 2C. Comme on le voit schématiquement sur cette figure, la valeur du module d'Young de l'empilement est homogénéisée selon la direction.

[0062] Plusieurs composants multiâmes 1 sont de préférence structurés par gravure dans un empilement de wafers scellés les uns aux autres avant la découpe. Les différents wafers sont donc orientés les uns par rapport aux autres avant la gravure des composants.

[0063] Les figures 6 à 11 illustrent des procédés de réalisation d'un composant 1. Le procédé de la figure 6 utilise deux wafers de silicium du type silicium sur isolant SOI. Chaque wafer du type silicium sur isolant SOI comporte un substrat Su1, Su2 surmonté d'une couche d'isolant Ci1, Ci2 puis d'une couche de de silicium monocristallin Cs1, Cs2. Le substrat Su1, Su2, peut être réalisé en silicium. Dans une première étape optionnelle 21, une couche de séparation optionnelle Co1, par exemple une couche de SiO2 amorphe, est déposée sur la couche de silicium Cs1 du premier wafer. Dans une deuxième étape 22, un ou plusieurs motifs de composants mécaniques est gravé sur la couche de séparation Co1 et sur la couche de silicium Cs1. Dans une troisième étape 23, la couche de silicium Cs2 du deuxième wafer est scellée sur la couche de séparation Co1. Le deuxième wafer est décalé d'un angle α par rapport au premier wafer avant cette étape 23 de scellement de sorte que les orientations ou les directions Ds1, Ds2 des réseaux cristallins soient également décalées d'un angle a. Dans une étape 24, l'assemblage est retourné et le substrat Su1 ainsi que la couche d'isolant Ci1 du premier wafer sont retirés. Dans une étape 25, la couche de silicium Cs2 du deuxième wafer est gravée au motif du composant désiré en utilisant un masque de gravure. La gravure peut être effectuée par une technique de gravure ionique réactive profonde (également connu sous l'acronyme DRIE pour „Deep Reactive Ion Etching“). Le substrat Su2 et la couche d'isolant Ci2 du deuxième wafer de silicium sont ensuite retirés dans une étape 26 pour libérer le ou les composants mécaniques 1.

[0064] La figure 7 illustre un procédé de réalisation utilisant également deux wafers SOI. Dans les étapes optionnelles 32 et 33, deux parties Cop1, Cop2 de la couche de séparation Co1 sont déposées respectivement sur chaque couche de silicium Cs1, Cs2 des deux wafers SOI. Dans les étapes 34, 35, les motifs du ou des composants sont ensuite gravés sur les deux parties Cop1 et Cop2 de la couche de séparation Co1 ainsi que sur les deux couches de silicium Cs1, Cs2 des deux wafers. Dans une étape 36, les deux parties Cop1, Cop2 sont ensuite scellées avec un décalage α entre les wafers de sorte à former la couche complète de séparation Co1. Les étapes 37, 38 consistent à supprimer les deux substrats Su1, Su2 ainsi que les deux couches d'isolant Ci1, Ci2 afin de libérer le ou les composants mécaniques.

[0065] La figure 8 illustre un procédé de réalisation utilisant un seul wafer du type double-SOI. Un wafer du type double-SOI est constitué d'un substrat Su1 surmonté d'une première couche d'isolant Ci1, d'une première couche de silicium monocristallin Cs1, d'une deuxième couche d'isolant Ci2 puis d'une deuxième couche de silicium monocristallin Cs2. La deuxième couche d'isolant Ci2 est optionnelle et réalise la fonction de la couche séparation et de compensation thermique Co1 du composant 1. La première couche de silicium Cs1 et la deuxième couche de silicium Cs2 comportent des réseaux cristallins dont les orientations sont décalées d'un angle α. Une première étape 41 consiste à graver le motif de composant mécanique dans la première couche de silicium Cs1, la deuxième couche d'isolant optionnelle Ci2 et la deuxième couche de silicium Cs2. Une seconde étape 42 consiste à retirer le substrat Su1 et la première couche d'isolant Ci1 pour libérer le ou les composants mécaniques.

[0066] La figure 9 illustre une variante du procédé de la figure 8 utilisant un wafer du type double-SOI. Une première étape 51 consiste à graver le motif de composants mécaniques dans la deuxième couche de silicium Cs2 et la deuxième couche d'isolant Ci2. Dans une deuxième étape 52, un wafer de silicium Si2 est scellé sur la deuxième couche de silicium Cs2. Ce wafer de silicium Si2 est une couche sacrificielle qui sert uniquement de support à la structure et sera supprimée dans une étape ultérieure. Dans une étape 53, l'assemblage est retourné et le substrat Su1 ainsi que la première couche d'isolant Ci1 du premier wafer sont retirés. Le motif de composant mécanique est gravé sur la première couche de silicium Cs1 dans une étape 54 et, dans une étape 55, le wafer de silicium Si2 est retiré pour libérer le ou les composants mécaniques 1. Cette variante du procédé de la figure 8 peut être mise en oeuvre lorsque les composants 1 sont trop épais et que l'étape 41 de gravure ne permet pas de graver correctement la première couche de silicium Cs1.

[0067] La figure 10 illustre un procédé de réalisation utilisant un wafer du type SOI et un wafer de silicium Si2. Dans une première étape optionnelle 61, une couche de séparation Co1 est déposée sur la couche de silicium Cs1 du premier wafer de type SOI. Dans une deuxième étape 62, un motif de composants mécaniques est gravé sur la couche de séparation Co1 et sur la couche de silicium Cs1. Le wafer de silicium Si2 est ensuite scellé avec un décalage α sur la couche de séparation Co1 (ou directement sur la couche de silicium Cs1) dans une étape 63. L'étape 64 consiste à amincir le wafer de silicium Si2 jusqu'à atteindre la hauteur hs2 souhaitée pour la deuxième couche de silicium Cs2 du composant 1. Dans une étape 65, le motif de composant(s) mécanique(s) 1 est gravé sur la deuxième couche de silicium Cs2 formé par le wafer de silicium Si2 et, dans une étape 66, le substrat Su1 et la couche d'isolant Ci1 sont retirés pour libérer le ou les composants mécaniques.

[0068] La figure 11 illustre un procédé de réalisation utilisant un seul wafer du type SOI dans laquelle le substrat Su1 est réalisé en silicium et forme la deuxième couche de silicium Cs2. La couche de séparation optionnelle Co1 est formée par une couche d'isolant Ci1 préférentiellement réalisée en oxyde de silicium. Une première étape 71 consiste à amincir le substrat Su1 jusqu'à atteindre la hauteur hs2 souhaitée pour la deuxième couche de silicium Cs2. Dans une étape 72, le motif d'un ou plusieurs composants mécaniques est gravé sur la couche de silicium Cs1. Une couche de structuration Cst est ensuite déposée sur le substrat aminci Su1 dans une étape 73 afin de rigidifier la structure puis le motif de composants mécaniques est gravé dans les couches d'isolant Ci1 et de substrat Su1 dans une étape 74. Dans une étape 75, la couche de structuration Cst est retirée pour libérer les composants mécaniques 1.

[0069] En variante, une couche externe de compensation thermique peut être réalisée dans une chambre d'oxydation du silicium formant ainsi une couche d'oxyde de silicium autour du composant 1.

[0070] La réalisation d'une troisième couche de silicium Cs3 peut être réalisée, par exemple, par le scellement d'un troisième wafer de type silicium sur isolant et par des étapes supplémentaires de gravure correspondantes.

Claims (13)

1. Composant pour un mouvement de montre mécanique, notamment pour l'échappement d'un mouvement d'horlogerie mécanique, au moins une partie du composant étant destinée à subir des frottements lors de la marche du mouvement, caractérisé en ce que le composant comprend: (i) une première couche de silicium (Cs1) découpée dans un premier plan cristallin du silicium ; (i) une deuxième couche de silicium (Cs2) découpée dans un deuxième plan cristallin du silicium ; et en ce que l'orientation du réseau cristallin de la première couche est décalée par rapport à l'orientation du réseau cristallin de la deuxième couche de sorte que le premier plan cristallin soit en déphasage par rapport au deuxième plan cristallin et/ou en ce que le premier plan cristallin est différent et non équivalent au deuxième plan cristallin.

2. Composant selon la revendication 1, comportant au moins une couche de séparation entre les première et deuxième couches de silicium (Cs1, Cs2).

3. Composant selon la revendication 2, au moins une dite couche de séparation étant constituée d'un matériau amorphe.

4. Composant selon l'une des revendications 2 et 3, au moins une dite couche de séparation étant constituée d'un matériau présentant un coefficient thermique du module d'Young de signe opposé à celui du silicium.

5. Composant selon la revendication 4, au moins une dite couche de séparation étant constituée de SiO2.

6. Composant selon l'une des revendications 2 à 5, l'épaisseur d'au moins une dite couche de séparation étant comprise entre 1 et 4 micromètres.

7. Composant selon l'une des revendications 1 à 6, le deuxième plan cristallin étant différent et non équivalent au premier plan cristallin.

8. Composant selon l'une des revendications 1 à 6, le deuxième plan cristallin étant identique ou équivalent au premier plan cristallin, et l'orientation du réseau cristallin de la première couche étant décalée par rapport à l'orientation du réseau cristallin de la deuxième couche de sorte que le premier plan cristallin soit en déphasage par rapport au deuxième plan cristallin.

9. Composant selon l'une des revendications 2 à 8, comprenante plus de deux couches de silicium séparées les unes des autres par des dites couches de séparation.

10. Composant selon l'une des revendications 2 à 9, comprenant plusieurs dites couches de séparation entre lesdites couches de silicium.

11. Composant selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant une couche externe constituée d'un matériau présentant un coefficient thermique du module d'Young de signe opposé à celui du silicium.

12. Composant selon l'une des revendications 1 à 10, constitué par une roue d'échappement, une ancre ou un composant de guidage élastique.

13. Procédé de fabrication d'un composant pour un mouvement de montre mécanique selon l'une des revendications 1 à 11, comportant la superposition de deux wafers de silicium de coupe cristalline différente et/ou d'orientation cristalline différente, l'orientation du réseau cristallin de la première couche étant décalée par rapport à l'orientation du réseau cristallin de la deuxième couche de sorte que le premier plan cristallin soit en déphasage par rapport au deuxième plan cristallin et/ou le premier plan cristallin étant différent et non équivalent au deuxième plan cristallin, et la structuration par gravure d'au moins un composant après la superposition.