CN100507765C - 制造用于表壳的陶瓷元件的方法及通过该方法获得的元件 - Google Patents

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Abstract

一种制造将被装配在表壳上的陶瓷元件的方法，所述陶瓷元件的可见表面具有构造特征，其中，可溶层(2)有选择地被沉积在所述可见表面上，所述可溶层的厚度至少等于所述构造特征的高度，通过物理汽相沉积(PVD)利用磁控管溅射在被有选择地涂敷的所述表面上真空沉积厚度至少为100nm的钛、钽、铬或钍型的第一粘结层(3)，随后，在与大气不相通的情况下，利用PVD沉积由金、铂、银、镍、钯、TiN、CrN、ZrN或其合金形成的第二层(4)，所述第二层的厚度至少为100nm，然后，所述可溶层(2)被溶解。

Description

制造用于表壳的陶瓷元件的方法及通过该方法获得的元件
技术领域
本发明涉及一种制造打算被装配在表壳中的陶瓷元件的方法，所述陶瓷元件的可见表面包括构造特征，并且还涉及通过该方法获得的陶瓷元件。
背景技术
在DE 2 533 524和EP 0 230 853中已经提出了一种方法，用于将金属化的层沉积在陶瓷衬底上，该方法是先沉积厚度至少为100nm的CuO或钛的第一层，随后沉积铜、银、金或镍的第二层。由炉子通过以获得两个层之间的粘接。在铜和CuO的情况下，炉子的温度必须在CuO共晶点和铜的熔点之间，即在1068摄氏度和1078摄氏度之间，这个温度与感光树脂或光致抗蚀剂的使用完全不相容，从而该方法不允许为了后续的电铸操作而使掩模保留。
假定这些方法不允许感光材料的使用，尤其是在广泛用于制造电子元件的技术中的使用，则它们不能用于活性生长诸如数字等构造特征，因为这样的掩模不能承受住用于结合各层的炉处理的温度。
在CH 636 238中提出了一种方法，用于在非导电材料制成的表零件上形成符号，其中，诸如铬层等金属层真空沉积在表零件上，该金属层被光致抗蚀剂覆盖，在光致抗蚀剂层中已经形成了与符号形状对应的孔，诸如金、镍、铑、Va等第二金属层通过形成在光致抗蚀剂层中的孔、用电化学方法沉积在第一金属层上。接着，抗蚀剂被溶解，然后第一金属层被化学蚀刻，直到再次显露出衬底。
这种方法的主要缺点在于，用于去除第一层的化学蚀刻使得第二层发生腐蚀。并且，利用真空蒸发沉积第一层的技术不能实现充分的粘接以在诸如表框(watch bezel)等表壳零件上形成构造特征。这是因为，上述文件中提出的符号在表壳上的形成被表玻璃保护，而对于表框不是这样，所述表框构成表壳的大部分露出部分。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服上述缺点。
出于此目的，本发明的主题首先是如权利要求1所述的用于制造将被装配在表壳上的陶瓷元件的方法，所述陶瓷元件的可见表面具有构造特征。接着，本发明的主题是如权利要求5所述的陶瓷元件。
本发明的主要优点是，它允许有选择地形成构造特征，而不会有任何形状限制，从而产生新颖的产品，提供了具有新颖美感的可能性，并且能够更新和改善表的外观，尤其是具有固定和旋转表框的表的外观。
根据本发明的方法能够实现凸起构造特征粘结到陶瓷元件表面上的优良粘接性，由于尤其是腕表表壳极多地暴露于各种外部碰击中，特别是被敲打，因此上述优良粘接性是极其重要的，尤其在构造特征为凸起构造特征的情况下。
有益的是，其上形成有构造特征的可见表面是截头圆锥表面或截头棱锥表面，从而需要特殊的掩模技术。
附图说明
通过参考附图而给出的以下描述，本发明的其他特殊方面和优点将变得显而易见，其中所述附图示意性地、以例子的方式示出了形成本发明主题的实施方法及其变更实施方式，并且示出了通过该方法所获得的陶瓷元件。
图1至4示出了根据本发明的、制造将被装配在表壳上的陶瓷元件(剖视图示出)的方法中的各个阶段。
图5和6示出了凸起构造特征的一个实施例。
图7示出了用于在陶瓷元件的表面上获得构造特征的变更方式。
图8是根据本发明的用于表框的陶瓷环的局部剖视图。
具体实施方式
图1示出了由ZrO2、Al2O3或两者的混合物制成的经烧结的衬底1，它的一个表面上沉积有光敏聚合物或光致抗蚀剂层2，用于形成共形(conformal)层从而有选择地沉积构造特征。该层2的厚度依赖于根据构造特征是表面构造特征还是凸起构造特征而用于形成所述构造特征的实施方法。
掩模涂敷在所述RISTON
Figure C200410081906D0005112937QIETU
 MM150型的光致抗蚀剂层2上，使得有选择地用UV光照射该层2，以便固化光致抗蚀剂层2的必须保留在衬底1上的那些部分。然后，根据光致抗蚀剂供应商的提示在0.85％ Na2CO3液体中对该层2进行显影，以便溶解该层2的未被照射部分，从而使衬底1的表面部分1a裸露出来。这些部分具有被选择用来形成构造特征的形状，如图2所示。该操作方法对应标准光刻处理。
应当指出的是，在所示例子中，以截面视图形式被图1至7示出的衬底1实际上对应根据本发明的陶瓷元件的一部分。该部分尤其对应由截面形状为矩形的圆环构成的陶瓷元件的径向切面。优选的是，该环具有截头圆锥形，以便可见表面1a相对于该环的旋转轴线倾斜。
出于这个原因，用于在聚合物层2中形成构造特征的掩模不是传统的掩模，而是已经经过热成形以便使其形状与陶瓷衬底的形状互补的聚合物掩模。以足够的压力将具有一定柔度的所述聚合物掩模涂敷在层2上，以便使它在整个面积上与所述层2相符。
一旦形成构造特征的所述操作被实施之后，有选择地被层2涂敷的衬底1被置于真空涂敷室中，在真空涂敷室中利用磁控管溅射通过PVD(物理汽相沉积)技术沉积第一粘结层3(图3)，这样与没有磁控管而利用PVD技术所获得的层相比，能够确保粘结层3的更大粘性。并且，由于磁控管溅射，在沉积操作中，衬底1的温度可以保持得较低，大大低于100摄氏度。得益于这种沉积技术的使用，能够将粘结层3沉积在有选择地涂有聚合物层2的衬底1上，并且能够为衬底1确保该粘结层3的优良粘性，而无需在易于破坏聚合物的温度下实施热处理。
仍然使沉积室中保持真空，使用金、银、铂、钯、TiN、CrN或镍型靶(target)利用磁控管溅射形成第二层4(图4)。该第二层的厚度大于500nm，并且优选在500nm和15um之间。
用于利用磁控管溅射实施真空沉积的设备包括：
带有涡轮分子泵系统和回旋叶片式泵的圆柱形不锈钢室；
圆盘传送带式衬底保持器，其具有垂直旋转轴线和垂直安置的衬底，并且能够在衬底保持器上实施偏置射频溅射；
两个垂直矩形磁控管阴极，被安装成相对于圆盘传送带的轴线以120度角朝向圆盘传送带；
两个阴极，即Ti99.99靶和Au99.99靶；
用于阴极的电源，其利用带有手动阻抗匹配器的射频(13.56兆赫兹)600W发电机；
通过质量流量计的气体原料(纯度：5.7—6.0)；以及
利用Penning测量计的压力监测，用于监测极限真空，以及通过电容测量计(绝对测量)监测工作压力。
利用20％异丙醇/80％去离子水混合物在超声波浴槽(bath)中对零件进行清洁5分钟，然后利用氮枪进行干燥。
通过将真空室置于抽至小于5×10-2Pa压力的真空下来剥去衬底。利用反向溅射在衬底表面上实施离子清洁操作：
— 在衬底保持器上的射频功率：>100W；
— 氩流速：>15cm3/min；
— 氧流速：>5cm3/min；
— 总压力：<5Pa；以及
— 持续时间：20—30分钟。
钛次层沉积条件如下：
—阴极上的射频功率：>150W；
— 氩流速：>5cm3/min；
— 氩压力：<5Pa；以及
— 层厚度：>100nm，优选>100nm和<1500nm。
仍然在室中保持真空，通过圆盘传送带的旋转，衬底被移向装备有Au99.99钯的小阴极。沉积条件如下：
— 阴极上的射频功率：>50W；
— 氩流速：>10cm3/min；
— 氩压力：<5Pa；以及
— 层厚度：至少>100nm，优选>500nm和<15um。
这样获得的衬底用钛粘结层完全涂敷，钛粘结层本身涂敷有金层，如图4所示。
在第二层4已经被沉积之后，衬底被从真空沉积室中取出，并且对两种溶液进行选择。
根据第一实施方法，利用与第二层4所用的相同的贵金属对有选择地涂敷有聚合物层2以及层3和4(图4)的衬底1进行电铸操作，在该例子中贵金属为金。本发明的整个优点在于，能够保持聚合物掩模完整以便在后续选择性电铸操作中使用。因此，通过电铸沉积具有所需厚度的附加层5。用于该种情况的金液具有高的金含量，并且允许以厚度至少为0.10mm的层进行电铸，优选厚度为十分之几毫米。用于电铸处理的操作条件是电铸液的供应商所指示的条件。处理的持续时间依赖于沉积层的厚度。沉积的生长率为大约10um/h。
根据图7所示的第二实施方法，在有选择地涂敷有层3和4的衬底已经移除之后，如先前进行的从图5所示的步骤过渡到图6所示的步骤一样，聚合物层2被溶解，其中，只有位于陶瓷衬底的没有覆盖溶解的聚合物层2的部分1a上的层3和4保持在衬底1上。在这种情况下，由于层3和4的厚度，构造特征实际上与衬底1的表面平齐。
作为变更方式，根据本发明的陶瓷元件可以不是截头圆锥环的形式，而是多边形框架的形式，其具有向该元件的中心轴线倾斜的表面，从而构成截棱锥。
图8示出了截头圆锥形陶瓷环1，其用于通过弹性变形而被装配到表框上。该环1设有根据图5所示实施例的凸起构造特征5。

Claims (9)

1.一种制造将被装配在表壳上的陶瓷元件的方法，所述陶瓷元件的可见表面具有构造特征，其中，可溶层(2)有选择地被沉积在所述可见表面上，所述可溶层的厚度至少等于所述构造特征的高度，通过物理汽相沉积利用磁控管溅射在被有选择地涂敷的所述表面上真空沉积厚度至少为100nm的钛、钽、铬或钍型的第一粘结层(3)，随后，在不与大气相通的情况下，利用物理汽相沉积由金、铂、银、镍、钯、TiN、CrN、ZrN或其合金形成的第二层(4)，所述第二层的厚度至少为100nm，然后，所述可溶层(2)被溶解。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述可溶层(2)被溶解之前，利用电铸沉积贵金属或贵金属合金附加层(5)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，形成由光致抗蚀剂构成的所述可溶层(2)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过热成形制成的热塑性聚合物掩模被涂在所述可溶层(2)上。
5.根据权利要求1所述的方法制造而成的陶瓷元件，其中，所述陶瓷元件的可见表面具有构造特征，这些构造特征通过以下方式形成：通过厚度至少为100nm的钛、钽、铬或钍的第一粘结层(3)固定至该表面，所述第一粘结层(3)被至少一个第二层(4)覆盖，所述第二层(4)由金、银、CrN、镍、铂、TiN、ZrN、钯或其合金形成，厚度至少为100nm。
6.根据权利要求5所述的陶瓷元件，其中，所述陶瓷元件的形状为圆形，形成所述可见表面的面是截头圆锥形状。
7.根据权利要求5所述的陶瓷元件，其中，所述陶瓷元件的形状为多边形框架形状，形成所述可见表面的面是截头棱锥形状。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的陶瓷元件，其中，所述陶瓷是ZrO2、Al2O3或两者的混合物。
9.根据权利要求8所述的陶瓷元件，其中，进一步包括在所述第二层(4)上电铸厚度至少为0.10毫米的附加层(5)来形成所述构造特征，所述附加层由与所述第二层(4)相同的金属或合金制成。
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