CN103376728A

CN103376728A - 固定由晶体硅制成的两个部件的方法

Info

Publication number: CN103376728A
Application number: CN2013101371127A
Authority: CN
Inventors: P·卡森; A·科斯塔蒂诺夫; D·马利特; N·卡拉帕提斯
Original assignee: Nivarox Far SA
Current assignee: Nivarox Far SA
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-10-30
Also published as: CH706424B1; CH706424A2

Abstract

本发明涉及一种用于固定两个晶体硅部件（3，7，17）的方法，所述方法包括如下的步骤：a）形成包括至少一个凹部（25）的第一部件（3）；b）形成包括至少一个突出部分（14）的第二部件（17）；c）将所述至少一个突出部分（14）组装在所述至少一个凹部（25）中；根据本发明，所述方法还包括如下的最终步骤：d）氧化所述组件以减小所述部件（3，7，17）之间的任何间隙，从而使所述部件相对于彼此固定不动。本发明涉及微机械部件的领域。

Description

固定由晶体硅制成的两个部件的方法

技术领域

本发明涉及一种固定由晶体硅制成的两个部件的方法，以及更具体地，涉及一种用于形成微机械部件的这种类型的方法。

背景技术

已知形成由硅制成的微机械部件。当前，为了将硅部件彼此固定还不可能放弃粘合。然而，粘合操作需要极其细致的工作以保证适当的定位，这将使得成本偏高。

发明内容

本发明的一个目的是通过提出如下的一种固定硅部件的方法来克服前述缺陷的一部分或全部：该方法不需要粘合步骤但是却可以保证部件之间的适当定位。

本发明因此涉及一种用于固定两个晶体硅部件的方法，所述方法包括如下的步骤：

a）形成包括至少一个凹部的第一部件；

b）形成包括至少一个突出部分的第二部件；

c）将所述至少一个突出部分组装在所述至少一个凹部中；

其特征在于，所述方法包括如下的最终步骤：

d）氧化所述组件以减小部件之间的任何间隙，从而使所述部件相对于彼此固定不动。

可选地，本发明涉及一种用于固定两个晶体硅部件的方法，所述方法包括如下的步骤：

a）形成分别包括至少一个第一凹部和至少一个第二凹部的第一部件和第二部件；

b）形成包括至少一个第一突出部分和至少一个第二突出部分的中间晶体硅部件；

c）将所述至少一个第一突出部分组装在所述至少一个第一凹部中，并将所述至少一个第二突出部分组装在所述至少一个第二凹部中；

其特征在于，所述方法包括如下的最终步骤：

d）氧化所述组件以减小所述部件之间的间隙，从而使所述部件相对于彼此固定不动。

因此可以清楚地看出，与使用粘合的固定方法相比，任何间隙以对于各个部件而言相同的方式逐渐减小，从而改善了由部件的很差的最终定位而引起的废品率问题。

根据本发明的其他有利特征：

-所述晶体硅部件中的至少一个包括弹性变形装置，以便将在步骤c）期间形成的组件保持在一起；

-借助于至少一个材料桥接件（bridge of material）使所述第一和第二部件与定位装置一体地形成；

-所述定位装置包括与所述第一部件成一体的第一框架和与所述第二部件成一体的第二框架，在步骤c）的组装操作期间，通过使用放置装置将各个框架彼此对齐；

-所述放置装置包括至少一个附接元件，所述附接元件与各个框架中的至少一个腔体配合；

-所述放置装置包括弹性部以保持在步骤c）期间实现的对齐；

-所述定位装置由晶体硅元件制成；

-步骤d）形成在0.5μm至6μm之间的外部二氧化硅层。

此外，本发明涉及一种钟表，其特征在于，所述钟表包括使用根据前述变型中任一项的方法而固定的至少两个部件。

附图说明

参考附图，从下面作为非限制性说明给出的描述中，可以清楚看到其他特征和优点，其中：

-图1是当硅基底经受氧化处理时硅基底的空间膨胀的示意图；

-图2是使用根据本发明的方法固定的示例性微机械部件的视图；

-图3至图6是当硅部件经受氧化处理时硅部件的示意图；

-图7是使用根据本发明的方法固定的微机械部件的示例的图。

具体实施方式

图1示出当经受热氧化时，脱氧的晶体硅（Si）基底的空间膨胀E的示意图。在自然状态下，晶体硅被地球大气氧化，自然地包括若干纳米的二氧化硅层。

因此，如图1的左侧所示，一旦去掉天然氧化层之后，对晶体硅（Si）基底进行热氧化处理，即，在氧化气氛中并加热。在氧化之后，如图1的右侧所示，可以观察到基底的晶体硅（Si）部分转化和替换为外层二氧化硅（SiO₂），该外层二氧化硅的尺寸为膨胀E，即，包括二氧化硅（SiO₂）层并具有剩下的未转化的晶体硅（Si）的基底比氧化之前的体积更大。

本发明提出利用这种膨胀现象来替代粘合步骤和减小部件之间的任何间隙，以使得部件固定。如下所述，与使用粘合步骤的方法相比，根据本发明的方法以更有利的方式来固定硅部件。

有利地，本发明涉及一种固定两个晶体硅部件的方法。根据第一实施例，该固定方法直接在两个部件之间执行并且包括如下的步骤：

a）形成包括至少一个凹部的第一部件；

b）形成包括至少一个突出部分的第二部件；

c）将所述至少一个突出部分组装在所述至少一个凹部中；

其特征在于，所述方法包括如下的最终步骤：

d）氧化所述组件以减小部件之间的任何间隙，从而将所述部件相对于彼此固定。

当然，根据第二实施例，也可以使用中间部件间接地将两个晶体硅部件固定到彼此。可选地，本发明因此涉及一种固定两个晶体硅部件的方法，所述方法包括如下的步骤：

c）将所述至少一个第一突出部分组装在所述至少一个第一凹部中，将所述至少一个第二突出部分组装在所述至少一个第二凹部中；

其特征在于，所述方法包括如下的最终步骤：

d）氧化所述组件以减小所述部件之间的间隙，从而将所述部件相对于彼此固定。

该方法优选地使用包括凹凸部分的组件类型，以便对于各个部件以相同的方式减小任何间隙。事实上，根据留下的空隙和部件的尺寸，将调整氧化步骤d）的持续时间，即，例如通过改变步骤d）的持续时间来改变所形成的层的厚度。

作为示例，步骤d）可以形成厚度在0.5μm至6μm之间的外部二氧化硅层。作为比较，步骤d）因此可以在初始的脱氧晶体硅部件的厚度基础上形成在0.2μm至3μm之间的膨胀E。

将参考第二实施例对根据本发明的方法进行解释，该第二实施例包括以间接的方式（即，通过使用中间部件）来固定两个晶体硅部件。然而，第一实施例提供与以下在第二实施例的解释中列出的相同的效果和优点。

本发明旨在用于钟表的微机械构件的制造，该微机械构件是通过固定两个晶体硅部件而形成的。在以下的示例中，微机械构件是宝玑双层游丝（Breguet

overcoil）。然而，可以形成其他的构件（轮副、带齿的轮、瑞士杠杆、条夹板、底板、摆轮等）或者更概括地其他类型的构件，而不会失去本发明的优点。当然，也可以设想除了钟表之外的其他应用。

图2所示的示例示出了总体由附图标记1表示的带有提升的终端曲线的双层游丝。双层游丝1用于安装在钟表内以便与摆轮协作从而形成谐振器。该双层游丝包括细弹簧3、内桩5、终端曲线7和提升装置9。优选地，细弹簧3和内桩5形成单个部件以防止在它们的接口处的任何不精确性，这种不精确会破坏宝玑双层游丝1的延展对称性。

为了保证部件3、7和17的制造精度，同时也使得双层游丝1对磁场和对温度的改变基本不敏感，优选地使用晶体硅。事实上，晶体硅是可微机械加工的材料，即，能以小于1微米的精度加工的材料，例如，通过在由晶体硅制成的板上进行深反应离子刻蚀（“DRIE”）。

为了制作带有提升的终端曲线的双层游丝1（也称为宝玑双层游丝），使用提升装置9将细弹簧3的外线圈15固定到位于所述细弹簧上方的终端曲线7。如图7所示，提升装置9包括机械附接元件17以及形成在部件3、7中的凹部23、25，其中该机械附接元件17包括两个突出部分12、14。

附接元件17具有大致十字形状的主体。因此，除了两个大致竖直的突出部分12、14之外，附接元件17还包括另外两个水平的突出部分16、18，这四个突出部分相对于彼此以大致90°的角度分布。如上所述，两个部件（即，终端曲线7和细弹簧3-内桩5的组件）以及中间部件（即，附接元件17）优选地由晶体硅制成。

凹部23、25优选是分别形成在终端曲线7和细弹簧3的宽度增加的部分中的贯通凹部。在图2和图7所示的示例中，凹部23、25具有大致矩形的截面，以便组装两个竖直的突出部分12、14。此外，如图3和图4中更清晰示出的，使用在每个竖直突出部分12、14和其中一个水平突出部分16、18之间的肩部作为间隔件，其抵靠终端曲线7和细弹簧3的外线圈15。

因此，图3和图5分别以组件的纵向截面和横向截面示出了根据本发明的方法的步骤c）的示例性组件。示出了中间部件17的突出部分14，该突出部分14在氧化步骤d）之前被装配到第二部件3的外线圈15的凹部25中。可以看出，该组件不是摩擦紧配合，即，在待固定的部件之间留有空隙。

在氧化步骤d）之后，如图4和6所示，每个晶体硅部件的表面已经生长出了基本相同厚度的二氧化硅层，逐渐地减小了部件之间的空隙直到它们固定到彼此，即，直到在若干部件之间的每个接口处形成两个厚度的二氧化硅层，并且一个厚度在组件的其余部分之上。

在图7所示的变型中，晶体硅部件3、7、17中的至少一个包括弹性变形装置13、19，以便将步骤c）中形成的组件保持在一起，直到执行步骤d）。在图7的示例中，中间部件17在每个竖直突出部分12、14的两个表面上分别包括弯曲条带形式的弹性变形装置13、19。

为了进一步改善被固定的部件3、7、17的定位，有利地根据本发明，第一部件7和第二部件3可以经由至少一个材料桥接件20、22与定位装置2一体地形成。

优选地，定位装置2包括与第一部件7成一体的第一框架4和与第二部件3成一体的第二框架6，在步骤c）的组装操作期间，使用放置装置8将各个框架4、6相对于彼此对齐。放置装置8包括至少一个附接元件10，该附接元件10与各个框架4、6的至少一个腔体24、26配合。

以和部件3、7、17类似的方式，放置装置8也可以包括弹性部27、29，以便保持在步骤c）中实现的对齐，直到已经执行了步骤d）。因此，优选地，定位装置2的全部或一部分由晶体硅元件制成。

因此可以清楚地看出，借助于定位装置2，部件3、7、17的定位将更加精确并且对组件的位移运动更加不敏感。事实上，组件被桥接件20、22，框架4、6，附接元件10，腔体24、26和可能的弹性部27、29保持在一起。

当然，本发明不限于示出的示例，本领域技术人员可以设想多种变型和替代方案。特别地，可以仅一个部件由晶体硅制成，并且由该部件单独地补偿两个部件之间的空隙。

Claims

1.一种用于固定两个晶体硅部件（3，7，17）的方法，所述方法包括如下的步骤：

a）形成包括至少一个凹部（23，25）的第一部件（3，7）；

b）形成包括至少一个突出部分（14）的第二部件（17）；

c）将所述至少一个突出部分（14）组装在所述至少一个凹部（23，25）中；

其特征在于，所述方法包括如下的最终步骤：

d）氧化组件以减小所述部件（3，7，17）之间的任何间隙，从而使所述部件相对于彼此固定不动。

2.一种用于固定两个晶体硅部件（3，7）的方法，所述方法包括如下的步骤：

a）形成分别包括至少一个第一凹部（25）和至少一个第二凹部（23）的第一部件（3）和第二部件（7）；

b）形成包括至少一个第一突出部分（14）和至少一个第二突出部分（12）的中间晶体硅部件（17）；

c）将所述至少一个第一突出部分（14）组装在所述至少一个第一凹部（25）中，并且将所述至少一个第二突出部分（12）组装在所述至少一个第二凹部（23）中；

其特征在于，所述方法包括如下的最终步骤：

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述晶体硅部件（3，7，17）中的至少一个包括弹性变形装置（13，19），以便将在步骤c）中形成的组件保持在一起。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一和第二部件（3，7，17）经由至少一个材料桥接件（20，22）与定位装置（2）一体地形成。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述定位装置（2）包括与所述第一部件成一体的第一框架（4）和与所述第二部件成一体的第二框架（6），在步骤c）的组装操作期间，使用放置装置（8）将各个框架（4、6）相对于彼此对齐。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述放置装置（8）包括至少一个附接元件（10），所述附接元件（10）与各个框架（4、6）的至少一个腔体（24、26）配合。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述放置装置（8）包括弹性部（27、29），以便保持在步骤c）中实现的对齐。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述定位装置（2）由基于晶体硅的元件制成。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤d）形成厚度在0.5μm至6μm之间的外部二氧化硅层。

10.一种钟表，其特征在于，所述钟表包括通过根据权利要求1或2的方法固定的至少两个部件（3，7，17）。