CN100454181C - 包括由半导体材料制造的表盘的计时器和用于该计时器的表盘 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种包括壳体(12)的电子计时器(10)，该壳体(12)安装有表盘(28)，并包括驱动显示装置(24)的电子控制电路(22)，其中表盘(28)包括由半导体材料制造的板形的主体(48)，控制电路(22)包括至少一个控制单元(36)和时基电路(34)，其特征在于，控制电路(22)包括至少一个蚀刻在表盘(28)的主体(48)中的集成电路元件(34，36)。本发明还提出了一种适合于所述计时器(10)的表盘(28)。

Description

包括由半导体材料制造的表盘的计时器和用于该计时器的表盘

技术领域

本发明涉及由半导体材料制造的表盘和安装有该表盘的电子计时器。

背景技术

通常，诸如手表的电子计时器包括一个壳体，其包含控制显示装置以在表盘上显示信息的电子电路。表盘被制成板的形式，在其显示面一侧具有装饰性元件、指针和/或代表例如小时数的标记。表盘还可以包括一个与连接到电子电路的液晶显示屏相关的窗口。表盘通常由塑料材料或金属制成。

电子控制电路通常被设置在印刷电路板(PCB)上，其包括电子元件，如控制单元、导电通路和用作时基的参考振荡器。该振荡器包括谐振器，例如石英谐振器。

一些钟表没有PCB。那么，电子元件被直接安装在壳体的后盖上。导电通路例如被制成固定在壳体上的金属条的形式。

刚才已经描述的钟表结构并不是完全令人满意的，因为它们需要大量的装配操作，特别对于在PCB上或在壳体的后盖上安装每个电子元件。而且，当希望手表更紧凑时，特别是在厚度上，这些电子元件在壳体中的空间要求是有困难的。

也存在由诸如硅的结晶材料制成的钟表表盘。因此，美国专利No.4599251公开和显示了由硅制造的装饰性钟表。该表盘包括例如二氧化硅的顶层，其是轻微可渗透的，并允许在其表面形成有色干涉。进一步地，通过印刷或蒸汽阶段沉积，装饰性的设计或指针可以在表盘的顶面用不透明材料制成。

这种类型的表盘具有美观的优点，但是钟表的总体结构没有改变，仍然存在相同的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点。

因此，本发明提出一种电子计时器，包括壳体，所述壳体安装有表盘，并包括驱动模拟显示装置的电子控制电路，所述模拟显示装置包括通过驱动装置驱动旋转的指针，其中，所述表盘包括由半导体材料制造的板形的主体；所述控制电路包括至少一个控制单元和时基电路；其特征在于，所述控制电路包括至少一个被蚀刻在所述表盘的主体内的集成电路元件。

本发明的一个优点是它方便了微型结构或毫微型结构集成到计时器中。确实，通过在硅板上蚀刻而制造的微型机电系统被日益地使用。由于硅表盘及其具有的集成电路，可以直接在表盘中布置微型机电系统，并例如通过集成电路控制它们。根据本发明的其它特征：

-控制单元是直接蚀刻在表盘的主体中的集成电路元件；

-时基电路被直接蚀刻在表盘的主体中；

-微型机电系统被蚀刻在表盘的主体中，并电连接到控制电路；

-驱动装置包括电动机，其形成蚀刻在由半导体材料制造的板中并由表盘支撑的微型机电系统；

-驱动装置包括电动机，其形成直接蚀刻在表盘的主体中的微型机电系统；

-表盘的主体由硅制造；

-由于表盘的主体的顶面形成表盘的显示面，因此所述顶面至少部分地涂有涂层；

-由于表盘的主体的顶面形成表盘的显示面，因此所述顶面包括蚀刻在表盘的主体中的凸起的设计；

-计时器包括设置在表盘下面并支撑控制电路的一部分的印刷电路板；蚀刻在表盘的主体中的集成电路元件通过在表盘的底面和印刷电路板之间插入的电连接装置电连接到印刷电路板的导电通路；

-控制电路组件被蚀刻在表盘的主体中。

附图说明

在阅读了以下参考附图对非限制性实施例的详细说明后，本发明的其它特征和优点将会更清楚，其中：

图1是示意性地示出根据本发明的第一个实施例的钟表的轴向截面示意图，其中硅表盘包括集成电路；

图2是图1中的集成电路与钟表的印刷电路板的连接的放大显示的详细的轴向截面图；

图3是与图1类似的图，其示意性地示出了根据第二个实施例的钟表，其中驱动钟表的指针的装置包括由硅制造并附着在表盘上的电动机；

图4是与图1类似的图，其示意性地示出了根据第三个实施例的钟表，其中钟表的控制电路元件组件直接形成在硅表盘中。

具体实施方式

在下面的描述中，相似或相同的元件将用相同的标记指明。

图1至图2示出了根据本发明的第一个实施例制造的电子计时器10。在此，计时器10由包括例如圆柱形状的壳体12的钟表10构成。

在下面的描述中，以非限制的方式使用沿着壳体12的轴A1的垂直定向。

壳体12由通常沿横向平面伸展的底壁14、外围轴向壁16和顶部保护晶体18构成，该晶体18在钟表10的顶部显示面20一侧封闭壳体12。

壳体12包括驱动显示装置24的电子控制电路22。

根据所示的实施例，显示装置24是模拟类型的。它包括在表盘28上伸展的指针26，指针26由电控制的驱动装置30驱动围绕壳体12的轴A1旋转。驱动装置30包括例如至少一个电子钟表类型的电动机和用于获取驱动每一个指针26所需的齿轮减速的传输装置。

根据本发明的可选择的实施例(未示出)，模拟显示装置24可以与液晶显示器相结合。

电子控制电路22被部分地设置在安装在壳体12中的印刷电路板32的底面31上，表盘28以下。电子元件被设置在印刷电路板32上，特别是控制单元36和由参考振荡器34构成的时基电路。设置在印刷电路板32上的导电通路38将各元件彼此连接。

控制单元36可以例如由微控制器或逻辑电路构成。

在此，驱动装置30安装在印刷电路板32的底面31上，其驱动转轴40向上延伸穿过设置在印刷电路板32中的第一个孔42和设置在表盘28中的第二个孔44。

位于印刷电路板32和壳体12的底壁14之间的电池46提供电力供给。

当然，可以提供与控制单元36协作的外部控制装置(未示出)，例如，按钮或表冠，以使得用户能够控制显示装置24，例如设置时间。

表盘28包括由半导体材料制造的圆盘形主体48，优选地，该半导体材料由硅构成。因此，主体48可以由诸如在微电子中用于制造集成电路的硅晶片制成。

根据本发明的教导，电子控制电路22包括至少一个集成电路元件36，其使用已知的用于在硅上制作集成电路的方法被蚀刻在表盘28的主体48中。

根据所示的实施例，被蚀刻在表盘28的底面50中的控制单元36构成集成电路元件。

如图2详细示出的，电子控制电路22装备有电连接装置52，其连接控制单元36的连接头54到印刷电路板32的导电通路38。根据在此所示的实施例，这些电连接装置52是例如由导电各向异性的粘合剂基(adhesivebase)制成的接触台56，其被设置在连接头54上，并且与由印刷电路板32的顶面60支撑的导电通路58电接触。这些导电通路58通过正好穿过所述板32的镀金属孔60电连接到由印刷电路板32的底面31支撑的导电通路38。

根据可选的实施例(未示出)，电连接装置52可以用不同的形式制作，例如，用金属条或包括含有平行导电线的弹性条的“斑马”型连接器。

优选地，表盘28包括在其顶面上例如通过结晶生长凸起的指数64。所述顶面62也可包括例如金属类型的涂层，用于保护和/或装饰表盘28；并可包括采用机械微型结构形式的凸起的设计，以获得与用扭索饰(guilloche)表盘获得的相似的光学效果。指数和凸起的设计也可以通过在表盘28上沉积(deposit)材料来获得。

当然，电子控制电路22可以包括其它电子元件，如传感器、液晶显示模块、钟表10和/或无线发射器/接收器的天线、线圈、数据存储单元(存储器)等。

有利地，表盘28可以包括几个相同的蚀刻在其底面50中的控制单元36。因此，如果一个控制单元36故障，则控制电路22可以仅被连接到另一个处于工作状态的控制单元36。

表盘28还可以包括几个不同类型的控制单元36，其使得同一个表盘28能够被用于不同类型的钟表10。这样，当钟表10被装配时，控制电路22可以仅被连接到适合被装配的钟表类型的控制单元36。

现在，主要考虑与第一个实施例的不同之处而对本发明的其它实施例进行描述。

图3示出了根据本发明的钟表10的第二个实施例，其包括驱动装置30，其中电动机66被制成蚀刻在硅板上的微型机电系统的形式。

这种类型的电动机66在例如PCT专利号为2004/081695中描述和示出，该专利在此作为参考并入。在该专利中，电动机通过在硅层中蚀刻而制成。它包括驱动齿轮以及与轮齿协作以使齿轮旋转的驱动爪(actuatingfinger)。每个驱动爪在运动中与根据施加于固定刷的电压而相对固定刷移动的移动刷固定。

优选地，S.O.I(硅绝缘体)制造技术被用于电动机66，如在前面提到的专利中参考图7A到7D描述的，这使得移动部分能够容易地与支撑其的硅基底相分离。

根据第二个实施例，电动机66具有附加元件的形式，该附加元件例如通过键合或焊接紧固于表盘28的底面50。电动机66的驱动轮(未示出)与走针机构68啮合，该走针机构68邻接地紧固在表盘28的底面上，并且根据合适的减速比驱动指针26。表盘28的底面50包括用于连接电动机66到相关的设置在表盘28的底面50上的接触台72的导电通路70。当然，该电连接可以通过不同的方式实现，例如利用已经对集成电路实现的引线键合技术通过导电引线实现。

关于参考图1和图2描述的控制单元36的电连接，与电动机66相关的接触台72与在印刷电路板32的顶面60上相对设置的导电通路58电接触，以允许电动机66电连接到控制电路22的其它元件。设置在表盘28的底面50上的导电通路58也可以直接将电动机66连接到控制单元36。

该第二个实施例具有在高度方面更紧凑的优点。而且，它能够使若干元件被集成在表盘28中。

根据第三个实施例，如图4所示，控制电路22的所有电子元件以及驱动装置30的电动机66直接通过在表盘28的主体48中蚀刻而形成。在所示的例子中，这些元件在表盘28的底面50上制造，但是它们也可以采用类似的方式在表盘28的顶面62上制造。

所实施的制造技术是S.I.O技术，使得表盘28的主体48从上到下包括形成基底的顶部硅层74，例如350微米厚；中间绝缘氧化硅(SiO₂)层以及底部硅层78，例如15到75微米厚。控制单元36、振荡器34和电动机66在底层78中形成以将元件彼此电连接。

电动机66可以根据前述的PCT专利2004/081695的教导制造。

振荡器34可以根据PCT专利2001/33711的教导制造，该专利在此作为参考并入，其描述和显示了一种硅振荡器，其在与构成钟表10的控制单元36的集成电路相同的基底上制造。振荡器34因此具有微型或毫微型机电结构，其蚀刻在表盘28的主体48中，并且电连接到控制电路22。

有利地，这里的钟表10没有印刷电路板，因为控制电路22全部被设置在表盘28上。

走针机构68被设置在与电动机66邻接并且设置在表盘28的底层78中的外壳82内，以使得走针机构68能够被电动机66驱动旋转。

诸如金属接触条84的中间电连接元件可以固定于表盘28的底面50，以连接电池46和控制电路22。

本实施例具有在厚度上特别紧凑的优点。而且，它能够省略印刷电路板，并且没有相关的缺点。方便了控制电路22的制造，因为不再有装配/安装电子元件的步骤，这些电子元件可以直接蚀刻在表盘28上。用于微电子的蚀刻技术允许批量处理，这将制造成本减小到最少。

Claims (11)

1.一种电子计时器(10)，包括壳体(12)，所述壳体(12)安装有表盘(28)并包括驱动模拟显示装置(24)的电子控制电路(22)，所述模拟显示装置(24)包括通过驱动装置(30)驱动旋转的指针(26)；其中，所述表盘(28)包括由半导体材料制造的板形的主体(48)，所述控制电路(22)包括至少一个控制单元(36)和时基电路(34)，其特征在于，所述至少一个控制单元(36)和所述时基电路(34)中的至少一个被蚀刻在所述表盘(28)的主体(48)中。

2.根据权利要求1所述的计时器(10)，其特征在于，所述控制单元(36)是直接蚀刻在所述表盘(28)的主体(48)中的集成电路元件。

3.根据权利要求1所述的计时器(10)，其特征在于，所述时基电路(34)直接蚀刻在所述表盘(28)的主体(48)中。

4.根据权利要求1所述的计时器(10)，其特征在于，所述驱动装置(30)被蚀刻在所述表盘(28)的主体(48)中，并与控制电路(22)电连接。

5.根据权利要求1所述的计时器(10)，其特征在于，所述驱动装置(30)包括电动机(66)，其构成蚀刻在半导体材料的板中并由所述表盘(28)支撑的微型机电系统。

6.根据权利要求1所述的计时器(10)，其特征在于，所述驱动装置(30)包括电动机(66)，其构成直接蚀刻在所述表盘(28)的主体(48)中的微型机电系统。

7.根据权利要求1所述的计时器(10)，其特征在于，所述表盘(28)的主体(48)由硅制成。

8.根据权利要求1所述的计时器(10)，其中，所述表盘(28)的主体(48)的顶面(62)构成所述表盘(28)的显示面，其特征在于，所述顶面(62)至少部分地涂有涂层。

9.根据权利要求1所述的计时器(10)，其中，所述表盘(28)的主体(48)的顶面(62)构成所述表盘(28)的显示面，其特征在于，所述顶面(62)包括蚀刻在表盘(28)的主体(48)中的凸起的设计。

10.根据权利要求1所述的计时器(10)，其特征在于，还包括设置在所述表盘(28)下并支撑所述控制电路(22)的一部分的印刷电路板(32)；蚀刻在所述表盘(28)的主体(48)中的控制单元(36)通过在所述表盘(28)的底面(50)和所述印刷电路板(32)之间插入的电连接装置(56)电连接到所述印刷电路板(32)的导电通路(58)。

11.根据权利要求1所述的计时器(10)，其特征在于，整个控制电路(22)被蚀刻在所述表盘(28)的主体(48)中。

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