CN112045907A - 钟表部件的制造 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钟表部件的制造，以及一种通过光刻法制造树脂多层模具的方法，所述树脂多层模具用于制造钟表部件且包括设有入口的腔体，该方法包括用于生产模具的至少两个树脂层的以下子步骤：生产第一树脂层的子步骤，所述第一树脂层包括朝向模具的入口方向的第一贯通开口或敞开开口，以界定模具腔体的第一体积；生产包括刚性膜的第二树脂层的子步骤，所述第二层包括第二贯通开口，以界定模具腔体的第二体积，所述第二层中的第二贯通开口至少部分地叠置在第一层的第一贯通开口或敞开开口上，并且所述第二树脂层部分地覆盖第一树脂层中的同一第一贯通开口或敞开开口。上述方法的优点是使得能够将多级钟表部件整体地、完全一致地和均质地形成。

Description

钟表部件的制造
技术领域
本发明涉及一种制造钟表部件的方法。它还涉及一种制造模具的方法，其旨在用于所述制造钟表部件的方法。它同样还涉及这样的模具。
背景技术
2005年发行号第104号的《DGC通信》(DGC Mitteilungen No.104,2005)提到使用LIGA技术(光刻电铸注塑：卡尔斯鲁厄核研究所的W.Ehrfeld发明的技术，德国(LIthographie Galvanik Abformung:technology invented by W.Ehrfeld of theKarlsruhe Nuclear Research Centre,Germany))用于高精度钟表金属零件(例如用于擒纵叉或擒纵轮)的制造。这一方法包括通过同步加速器专门产生的高能X射线束照射的X射线敏感树脂模具成形，该方法在装备方面可能是不利的。
A.B.弗雷泽等人，《微机电系统期刊》，2，2，1993年6月(A.B.Frazier et al.,Journal of Microelectromechanical systems,2,2,June 1993)，描述了通过在基于聚酰亚胺的光敏树脂(光致抗蚀剂)模具中金属电镀来制造金属结构，该模具通过使用被称为LIGA-UV的技术制备，该技术与上文提到的LIGA技术类似，但是使用紫外线辐照树脂替代X射线照射。
专利申请EP2004881和EP2405301描述了例如使用这种技术来制造复杂的金属钟表部件，特别是多级(multilevel)钟表部件的方案。
这些现有方案使钟表部件的制造具有良好的界定(definition)。但是，这些现有方法通常需要或多或少的繁琐的精加工步骤，这些精加工步骤使制造过程复杂化，特别是在部件的几何形状复杂的情况下。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于制造钟表部件的改进方案。
更具体地，本发明的一个目的是能够制造复杂几何形状的钟表部件，如小齿轮轴(shaft pinion)，从而能够在所有功能表面上，特别是在小齿轮的功能表面上，实现足够的界定，尤其是足够的表面状态，以使其有效地发挥其功能。“小齿轮的功能表面”尤其是指参与小齿轮的传动功能的表面。它可以是齿的表面，例如齿的下表面或上表面。“小齿轮”是指具有传动功能的任何带齿部件。
为此，本发明涉及一种通过光刻法制造树脂多层模具的方法，该树脂多层模具用于制造钟表部件且包括设有入口的腔体，该方法包括用于生产模具的至少两个树脂层的以下子步骤：
·生产第一树脂层的子步骤，所述第一树脂层包括朝向模具的腔体的入口方向的第一贯通开口或敞开开口，以界定模具腔体的第一体积；
·生产包括刚性膜的第二树脂层的子步骤，所述第二层包括第二贯通开口，以界定模具腔体的第二体积，所述第二层中的第二贯通开口至少部分地叠置在第一层的第一贯通开口或敞开开口上，并且所述第二树脂层部分地覆盖第一树脂层中的同一第一贯通开口或敞开开口。
本发明还涉及一种制造钟表部件的方法，该方法包括：第一步骤，通过上述制造方法来制造模具；以及第二步骤，至少部分填充前一步骤中制造的模具的腔体，特别是填充所述模具的所述腔体的第一体积和第二体积的步骤，从而制造钟表部件的全部或一部分。
本发明还涉及一种树脂多层模具，其通过光刻法制造，包括具有入口的腔体，并用于制造钟表部件，所述树脂多层模具包括：
·第一树脂层，其包括朝向模具的腔体的入口方向的第一贯通开口或敞开开口，以界定模具腔体的第一体积；
·第二树脂层，包括刚性膜，第二层包括第二贯通开口，以界定模具腔体的第二体积，该第二层中的第二贯通开口至少部分地叠置在第一层的第一贯通开口或敞开开口上，并且所述第二树脂层部分地覆盖第一树脂层中的同一第一贯通开口或敞开开口。
本发明更具体地由权利要求书限定。
附图说明
将参考附图在非限制性地给出的特定实施方式的以下描述中详细公开本发明的这些目的、特征和优点，其中：
图1至图7示意性地表示根据本发明的第一实施方式的方法的不同步骤，所述方法用于通过光刻法制造用于制造钟表部件的树脂多层模具。
图8和图9示出根据本发明的第一实施方式的方法，所述方法用于使用根据图1至图7制造的模具来制造钟表部件。
图10通过实例具体地表示通过根据本发明的第一实施例的制造方法制造的钟表部件。
图11至图17示意性地表示根据本发明的第二实施方式的方法的不同步骤，所述方法用于通过光刻法制造用于制造钟表部件的树脂多层模具。
图18至图20示出根据本发明的第二实施方式的方法，所述方法用于使用根据图11至图17制造的模具来制造钟表部件。
图21表示根据本发明第二实施方式的变型制造模具的细节的俯视图。
图22通过实例具体地表示使用根据本发明的第二实施方式的制造方法制造的钟表部件。
图23通过实例表示使用根据本发明的第二实施方式的变型的制造方法制造的钟表部件的截面。
具体实施方式
本发明首先基于第一步，该第一步包括用于制造多层模具的特别有利的方法，该多层模具随后在第二步骤中能够制造钟表部件。
现在将描述根据一个实施方式制造模具的第一步骤E1的各个子步骤。
图1所示的第一子步骤E10包括使衬底20可用。该衬底可以由金属晶片组成，所述金属晶片特别是由诸如不锈钢的合金，或由硅，或由玻璃，或由金属，或由陶瓷制成。该衬底可以同样包括通过精加工生产的结构。它根据本领域技术人员已知的规则来制备，特别用于进行脱脂、清洁以及在适用的情况下的对其钝化和/或活化。该衬底有利地是平面的。可替代地，它可以包括根据现有技术的教导的图案，特别是机械加工的图案，和/或腔体和/或其他结构。衬底优选地设有标记，使得其可以在各个步骤中非常精确地定位。衬底20由导电材料例如不锈钢制成。可替代地，也可以使用半导体材料衬底(例如硅)或者甚至电绝缘体(例如陶瓷)。
如图1所示，导电层21任选地例如通过热蒸发沉积在衬底20上。该导电层21特别地旨在在执行步骤E2的过程中起电极的作用，所述电极用于开始电流沉积、电镀或电铸(electroforming)。以已知的方式，该起始导电层21可以包括铬、镍或钛的子层，该子层覆盖有金或铜的层，并且因此可以采取多层结构的形式。
前述衬底充当制造模具的支撑物，现在将对其进行详细描述。为了简化描述，我们将使用形容词“纵向”来指定平行于衬底平面的方向之一，而形容词“竖直”来指定垂直于衬底平面的方向之一。通过在竖直方向上堆叠多个纵向层来构造模具。类似地，我们将使用形容词“上”来指定相对于竖直方向在衬底侧的“下”区域或表面上叠置的区域或表面。
在图2所示的第二子步骤E11中，衬底20，特别是任选的导电层21，被第一光敏树脂31的第一层C10覆盖至限定的高度，该限定的高度对应于或基本上对应于待制造的钟表部件1的部分C1的高度，如将在下文中参考图10详细描述的。该树脂根据本领域技术人员已知的规则沉积，例如通过旋涂沉积。
第一树脂31是适合于光刻法的光敏树脂。该树脂可以是负性或正性的。在第一种情况下，它被设计成使用显影剂和辐照作用变得不溶或难以溶解(即，曝光区域抗蚀显影)，而在第二种情况下，它被设计成使用显影剂和辐照作用变得可溶，而未曝光于辐照的部分仍然不溶或难以溶解。在第二子步骤E11的有利的变型实施方式中，所使用的树脂31是“SU-8”型，其是通过UV辐照的作用而聚合的负性光敏树脂，例如Microchem SU-8-100树脂。
可替代地，第一树脂31可以采用干树脂膜的形式，该干树脂膜被施用到衬底20上，特别是施用到任选的导电层21上，从而界定第一光敏树脂31的第一层C10。该干膜特别是通过层压方法进行施用。该干树脂膜可以例如是来自DJ Microlaminates公司的SUEX或ADEX膜或来自Tokyo Ohka Kogyo公司的TMMF S2000膜。这三种膜是负性干树脂膜。
然后在树脂层31上执行图3所示的第三光刻子步骤E12。后者包括通过包括开口和不透明区域的第一掩模41使第一树脂31的第一层C10曝光于光辐照或光。该掩模限定了要产生的图案，以产生与该第一层的高度相对应的钟表部件的部分。在此，用于辐照或曝光树脂31的发光辐照是紫外线。然而，可以设想使用X射线、电子束(然后使用表达电子束光刻)或适合于所用树脂的任何类型的辐照。辐照垂直于掩模所延伸的平面，从而仅辐照与掩模中形成的开口成一直线的树脂区域。因此，这些区域由竖直或基本竖直的壁，即垂直于或基本垂直于衬底20的平面的壁界定。可替代地，可以使用透射率变化掩模以形成所述区域的非竖直的或倾斜的壁。
该子步骤E12任选地之后是树脂31的热交联处理的步骤。
然后执行图3所示的第四显影子步骤E13。因此，在所示的实例中，局部溶解第一树脂31的第一层C10以在树脂中形成第一开口111。“敞开开口”是指在外部沿模具的腔体11的入口110的方向敞开的开口，如将在下文中解释的。此外，这种开口在与模具的腔体11的入口110相反的方向上具有底部。可替代地，第一层C10可以自然地包括多个开口。在树脂31为负性的该实例的情况下，显影包括使用适合于树脂31的方法，例如通过用化学产品溶解它或通过等离子体方法，来消除未曝光的树脂区域。在可以替代地使用正性光敏树脂的情况下，在显影过程中例如通过化学方法消除了曝光区域，而未曝光区域保留在衬底上。溶解之后，衬底20或任选的导电层21将在已经去除第一树脂31的位置处曝光。
因此，第一树脂31的其余部分形成模具10的第一层C10，如将在下文中解释的，其包括由第一开口111形成的第一体积。该开口的底部由衬底20界定，或者在适当情况下由导电层21界定。
图4所示的第五子步骤E14包括用第二树脂32的第二层C20覆盖第一树脂31的第一层C10。
该第二树脂32具有采取干膜形式的特定特征，该干膜被施用到第一层C10，以界定第二光敏树脂32的第二层C20，所述第二光敏树脂32的第二层C20的高度对应于或基本对应于待制造的钟表部件的第二层C2的高度，如将参考图10详细描述的。该干膜特别是通过层压进行施用。
由于其刚性，使用这种膜有利地使得第二树脂32能够精确地定位在第一树脂的第一层中的第一开口111的顶部上，特别是在竖直方向上。这种膜有利地是自支撑的，也就是说，仅通过其刚度就可以保证其几何形状的完整性。换句话说，这种膜是刚性的。根据该实施方式，这种膜的弹性模量在20℃下更特别地为2至5Gpa(包括两端值)。因此，使用这种膜有利地使得能够形成第二树脂32的第二层C20，在第五子步骤E14期间，其纵向表面不完全叠置在第一树脂31的第一层C10的纵向表面上。有利地，不完全叠置在第一树脂31的第一层C10的纵向表面上的这种纵向表面在其不受第一层支撑的部分中不会由于重力作用而变形，因此可以精确地定位，特别是在竖直方向上。
树脂膜可以是例如DJ Microlaminates公司的SUEX或ADEX膜或Tokyo Ohka Kogyo公司的TMMF S2000膜。该膜的厚度可以为100μm至1mm(包括两端值)。
然后执行由图5所示的光刻处理第二树脂32的第二层的第六子步骤E15。后者包括通过包括开口和不透明区域的第二掩模42使第二树脂32的第二层曝光于光辐照或光。该掩模限定了将被复制的图案，以制造钟表部件的另一部分C2，如将在下文中参考图10详细描述的。
该子步骤E15任选地之后是第二树脂32的热交联处理的步骤。
然后执行图5所示的第七显影子步骤E16。在第二树脂32为负性的所示的示例中，显影包括使用适合于树脂32的方法，例如通过用化学产品溶解它或通过等离子体方法，来消除未曝光的第二树脂区域。
根据该实施方式所示的实例，在溶解之后，在模具的第二层C20中，在已除去树脂的位置处形成第二贯通开口112。该第二贯通开口112至少部分地叠置在第一开口111上。“贯通开口”是指在竖直方向上完全穿过其形成的层的开口。换句话说，这种开口特别是在模具10的腔体11的入口110的方向上敞开，如将在下文中详细描述的那样，朝着第一开口111敞开。这种开口没有底部。
因此，树脂的剩余部分形成第二层C20，在第二开口112中形成模具10的腔体11的第二体积，与由第一开口111形成的第一体积互补。
所得的几何形状具有特定的特征，一方面，穿过第二层C20的第二开口112叠置在从第一层C10向外敞开的第一开口111上，形成了连续体积的未来模具的腔体，另一方面，第二树脂层C20部分地覆盖从第一树脂层向外敞开的同一第一开口111。换句话说，第二层C20在第二开口112的高度处的轮廓投射在由第一开口111形成的轮廓的竖直高度内。第二树脂32的干膜具有足够的刚度以支撑该部分定位在第一开口111的高度处的间隙上方。
在所描述的实施方式中，两个叠置的开口111、112居中，特别是同轴。第二开口112的表面截面小于第一开口111的截面。当然，根据替代实施方式，两个开口111、112可以至少部分地叠置而不居中。
根据该第一实施方式的用于制造模具的方法包括图6所示的第八子步骤E17，该步骤包括用第三树脂33的顶层C30覆盖第二树脂32的第二层C20。
该第三树脂33可以采取干膜的形式，该干膜特别是通过层压施用到第二层C20上，以界定光敏的第三树脂33的第三层C30，所述第三树脂33的第三层C30高度对应于或基本对应于待制造的钟表部件的部分C3的高度，如将参考图10详细描述的。可替代地，可以根据本领域技术人员已知的规则，例如通过旋涂，将第三树脂33沉积到所需的高度。
然后进行第三树脂33的第三层的光刻处理的图7所示的第九子步骤E18。它包括通过具有开口和不透明区域的第三掩模43使树脂层33曝光于光辐照或光。在所选择的实例中，该掩模限定了待复制的图案，以制造与该第三层的高度相对应的钟表部件的部分。
该子步骤E18任选地之后是第三树脂33的热交联处理的步骤。
然后执行也如图7所示的第十显影子步骤E19。在树脂33为负性的该实施方式的实例的情况下，显影包括使用适合于树脂33的方法，例如通过用化学产品溶解它或通过等离子体方法，来消除未曝光的树脂区域。
树脂的其余部分因此形成模具的第三层C30，根据选择的实例，第三层C30包括第三贯通开口113，所述第三贯通开口113至少部分地叠置在前两个开口111、112上。该第三开口形成模具的腔体的第三体积。
因此，三个开口111、112、113至少部分地叠置以形成腔体11。步骤E10至E19导致多层树脂模具10包括具有入口110的腔体11。该腔体11的体积对应于分别对应于三层C10、C20、C30的三个开口111、112、113的三个体积。该腔体11的全部或一部分旨在在下文所述的第二步骤E2期间被填充。
本发明还涉及一种使用根据制造模具的方法预先形成的模具制造钟表部件的方法，该制造模具的方法形成了根据本发明的用于制造钟表部件的方法的第一步骤E1。
然后，用于制造钟表部件的方法包括第二步骤E2，其子步骤将在下文中详细描述。
第一子步骤E20包括通过电镀、电铸或电流沉积用金属12填充模具10的腔体的全部或一部分。
导电层21或衬底20直接充当开始子步骤E20的阴极。该子步骤使用例如LIGA方法和金属或金属合金12，例如镍(Ni)或镍-磷(NiP)。可以有利地采用诸如专利申请WO2017102661中描述的合金。该金属或金属合金12通过形成在第三层C30的第三开口113的上表面上的腔体11的入口110在模具10的腔体11的全部或一部分中沉积。
如图8所示，该子步骤E20优选地延伸直到填充模具10的腔体11的全部高度，所述模具10的优点是能够使一种金属或金属合金由模具10的腔体11的开口111、112、113形成的三个体积中整体地生长。因此，与专利申请EP2004881和EP2405301的制造方法产生的部件不同，使用模具10形成的钟表部件由生长金属或金属合金的单个且唯一的步骤产生。此外，钟表部件在其功能表面上具有受控的界定，特别是表面状态，该表面状态对应于模具10的腔体11的所有或某些表面的表面状态。
此外，所得钟表部件的高度优选与对应于模具10的三层C10、C20、C30的堆叠的高度相同。
该子步骤E20可以任选地包括通过同时对金属层和模具10进行机械抛光来精加工至一定厚度以获得表面状态令人满意的理想的平面和水平上表面。
然后，该方法包括子步骤E21，该子步骤E21例如通过将衬底的层21分层而将金属材料12及其模具10与衬底20分离。
最后的子步骤E22最终使得能够例如通过化学侵蚀或借助于等离子体将通过在模具10的腔体11中的沉积金属而形成的钟表部件1与形成模具10的一种或多种树脂相分离。因此，这释放了钟表部件1，如图9所示。
图10中更详细地示出了根据上述第一实施方式的一个实例而获得的钟表部件1。该钟表部件1是小齿轮轴，并且包括分别在如上描述的模具10的腔体11的在三个开口111、112、113中分别模制的三个部分C1、C2、C3。两个端部C1、C3是同轴布置的直径相同、高度相同的相似圆柱体。中间区域C2形成小齿轮，该小齿轮被整合到由部分C1、C3的圆柱体形成的轴中。该中间区域C2内接在通过延伸部分C1、C3界定的圆柱体中。该中间区域C2形成钟表部件1的小齿轮，并且在制造阶段由模具10的第二层C20中的第二开口112形成的第二体积界定，因此该第二体积具有与待制造的小齿轮，特别是要形成的齿相对应的几何形状。而且，该中间部分C2的截面面积小于部分C1、C3的截面面积。
上述用于制造钟表部件1的方法的第一优点是使得能够将多级钟表部件1整体地、完全一致地和均质地形成。在该方式中，它是在单个电铸步骤中形成的，这与基于不同的电流沉积物的现有技术方法或逐层分别进行的连续电铸步骤形成的现有技术方法相反，这会生成不均匀的多层结构，所述不均匀的多层结构在完成的钟表部件的各层之间的连接处包括薄弱区。另一方面，应注意的是，钟表部件1的由中间部分C2形成的功能部分具有由模具10的腔体11的一个或多个表面在树脂侧壁上完美地界定并同样在其上下纵向表面上也完美界定的轮廓，因为它们由部件的部分C1、C3本身精确地界定，它们本身由模具10的腔体11的一个或多个表面精确地界定。因此，不需要在离开模具后对钟表部件1进行最后的返工以改善部分C2的功能部分的界定，特别是表面状态。因此，该方法使得能够以简化的方式获得可靠的钟表部件。
注意，已经基于在模具10的腔体11中的电流沉积来描述钟表部件。可替代地，钟表部件可以由某些其他材料制成，例如金属基质或聚合物基质复合材料。此外，该钟表部件可以通过除了电流沉积以外的填充模具的腔体的任何方法来形成。
本发明自然不限于上述第一实施方式。根据第二实施方式，该方法可以包括在通过与上述类似的方法生产的模具的腔体的至少一部分中添加插入件的步骤，随后是通过以与第一实施方式类似的方式填充模具的腔体的一部分来制造钟表部件的一部分，使得不仅能够制造所述钟表部件1的一部分，而且能够将其固定到插入件，从而形成由插入件和由固定至插入件的部分(该部分紧扣插入件)组成的最终的钟表部件的步骤。这种插入件有利地由与钟表部件的部分不同的材料制成，所述钟表部件的部分通过填充模具的腔体的一部分而产生。
现在将更详细地描述该第二实施方式。
根据该第二实施方式，本发明还首先基于通过光刻法制造树脂多层模具的方法，该方法构成根据第二实施方式的制造钟表部件的方法的第一步骤E1'。
图11所示的两个第一子步骤，一方面包括预固定衬底的子步骤E100'，另一方面包括生产树脂31'的下层C10'的子步骤E101'。这两个子步骤类似于第一实施方式的两个前两个子步骤E10、E11，并且将不再描述。注意，在所示的方式中，衬底20'不包括任选的中间层21。
该方法然后包括图12所示的两个子步骤E102'，E103'，它们同样对应于第一实施方式的两个子步骤E12、E13，并且将不再描述。在上述子步骤之后，在内层C10'中形成底部敞开的开口114'，其将形成较小体积的未来模具的腔体。
该方法包括对树脂31'的下层C10'的上表面进行金属化的第五子步骤E104'，如图13所示。该子步骤更具体地包括在执行稍后将描述的第二步骤E2'时沉积导电层21'，’其尤其旨在充当用于开始电流沉积、电镀或电铸的电极。以已知的方式，该起始导电层21'可以包括铬、镍或钛的子层，该子层覆盖有金或铜的层，并且因此可以采取多层结构的形式。该导电层21'不仅覆盖该下层C10'的表面，而且还可以覆盖开口114'的底部，也就是说，在所示的实例中衬底20'的表面，或者甚至是开口114'的侧面。
该方法包括图14所示的第六子步骤E105'，该步骤包括在导电层21'上将第一光敏树脂32'的第一层C20'形成为所需的高度。
该第一树脂32'可以采取干膜的形式，该干膜特别是通过层压施用到导电层21'上。该树脂膜可以是例如来自DJ Microlaminates公司的SUEX或ADEX膜或来自Tokyo OhkaKogyo公司的TMMF S2000膜。这三种膜是负性树脂膜。可替代地，根据本领域技术人员已知的规则，例如通过旋涂，将第一树脂32'沉积到所需的高度。可替代地，第一树脂32'是“SU-8”型，其是通过UV辐照的作用而聚合的负性光敏树脂，例如Microchem SU-8-100树脂。
然后，该方法包括图15所示的两个子步骤E106'、E107'，它们基本上对应于第一实施方式的两个子步骤E18、E19。这使得能够在第一层C20'中形成第一贯通开口111'，’其将形成模具10'的腔体11'的第一体积，与下方开口114'形成的体积互补。
然后，该方法包括第九子步骤E108'，该步骤包括用第二树脂33'的第二层C30'覆盖第一树脂32'的第一层C20'，如图16所示。
该第二树脂33'的特征是采取干膜的形式，该干膜特别通过层压施用到第二层C20'上，从而界定预定义高度的第二光敏树脂33'的第二层C30'。由于其刚性，使用这种膜有利地使得第二树脂33'能够精确地定位在第一层C20'中形成的第一开口111'上，特别是在竖直方向上，如将在下文中详细解释的那样。这种膜有利地是自支撑的，也就是说，仅通过其刚度就可以保证其几何形状的完整性。换句话说，这种膜是刚性的。这种膜的弹性模量在20℃下有利且更特别地为2至5Gpa(包括两端值)。膜的厚度可以为100μm至1mm(包括两端值)。
然后，该方法包括图17所示的两个子步骤E109'、E110'，这些子步骤以与第一实施方式的两个子步骤E15、E16类似的方式使第二贯通开口112'能够形成在第二层C30'中。它形成了模具10'的腔体11'的第二体积。
最后，三个开口114'、111'、112'分别形成与模具10'的腔体11'的体积相对应的三个体积。换句话说，它们至少部分地叠置以形成腔体11'。
如在第一实施方式中，所得到的几何形状具有特定的特征，一方面，第二层C30'中的第二贯通开口112'叠置在第一层C20'中的第一贯通开口111'上，另一方面，树脂第二层C30'部分地覆盖第一层树脂中的相同的第一贯通开口111'。换句话说，第二层C30'在第二开口112'的高度处的轮廓投射在由第一开口111'形成的轮廓的竖直高度内。第二树脂33'具有足够的刚度以支撑该部分定位在第一开口111'的高度处的间隙上方。
在所描述的实施方式中，两个叠置的开口111'，112'居中，特别是同轴。第二开口112'的截面面积小于第一开口111'的截面面积。当然，在替代实施方式中，两个开口111'、112'可以至少部分地叠置而不居中。
步骤E100'至E110'的结果是多层树脂模具10'，其包括具有入口110'的腔体11'。该腔体11'的体积与分别对应于三层C10'、C20'、C30'中的三个开口114'、111'、112'的三个体积对应。
本发明还涉及一种使用根据用于制造模具的方法如上形成的模具来制造钟表部件的方法，该制造模具的方法形成了根据本发明的制造钟表部件的方法的第二实施方式的方法的第一步骤E1'。
根据该第二实施方式，用于制造钟表部件的方法包括中间步骤E3'，该中间步骤E3'是将元件或插入件插入模具的腔体的一部分中，随后是第二步骤E2'，该第二步骤E2'是与第一实施方式的第二步骤E2类似的填充模具的腔体的部分。现在将在下文中详细描述这些制造步骤的子步骤。
如图18所示，根据所示的第二实施方式，元件1b'的部分(在该实例中为轴)穿过模具10'的三个开口112'、111'、114'而插入。有鉴于此，模具10'的下层C10'的下开口114'的截面的形式优选与元件1b'的插入部分的截面的形式基本上等效，特别地具有直径基本上等于元件1b'的插入部分的截面的直径。该插入的轴部分优选地被驱动到该下开口114'中，从而以较小的间隙将轴装配在模具10'的腔体11'中，同时根据规定的装配误差，轴的轴线A1b'垂直于基板20'的平面。通过将轴驱动到“SU-8”类型的树脂31'的下层中的这种插入，有利地使轴在其余的过程中都能被牢固地保持住。
在该实施方式中，轴1b'的插入部分的直径还等于轴1b'的接收部分10b'的直径，’其旨在接收随后待制造的部分1a'，这将在后面详细描述。当然，轴的这两个部分可以具有不同的直径和/或形状。
而且，在该实施方式中，驱动轴直到该轴抵靠衬底20'，特别是抵靠在步骤E104'期间创建的衬底20'上的金属层21'。可替代地，衬底20'可以在下开口114'下方具有开口，该开口被设置为允许轴部分穿过，特别是引导轴的部分穿过，特别是轴的枢轴。
在该实施方式中，在中间步骤E3'之前，预先对在该方法中形成插入件的元件1b'进行整体加工。换句话说，当在中间步骤E3'中将元件组装到模具10'中时，该元件具有完成状态。可替代地，当在中间步骤E3'期间元件组装到模具10'的腔体11'的一部分中并且在第二步骤E2'之后完成时，该元件可以具有中间状态。
另外，第二层C30'中的第二开口112'也具有基本对应于元件1b'的直径的形状。一旦该元件1b'已经被设置在模具10'的腔体11'的一部分中，则被设置在下开口114'和上开口112'(即第二开口)之间的第一开口111'实际上是封闭的，在此忽略在元件1b'与这两个开口114'、112'之间界定的相应间隙。更确切地说，第一开口111'在其竖直侧壁上由第一层C20'封闭，在其中央竖直壁上由元件1b'封闭，在其纵向下表面由下层C10'(更确切地说，沉积在该下层C10'上的金属化层21')的纵向上表面封闭，并且在其纵向上表面由第二层C30'的纵向下表面封闭。
该方法的第二步骤E2'的目的是使用模具10'形成钟表部件1'的一部分1a'，该钟表部件1'在图22中更具体地表示。为此，模具10'的腔体11'的体积的一部分，特别是由第一开口111'界定的第一体积的一部分，也就是说，未被元件1b'占据的腔体11'的体积，以类似于第一实施方式的第二步骤E2的方式用材料填充。
钟表部件的一部分1a'可由金属或金属合金制成。可替代地，该部分1a'可以由复合材料制成，例如具有金属或聚合物基体的复合材料。
根据该实施方式，第二填充步骤E2'包括以下子步骤。
图19所示的第一子步骤E20'包括通过电沉积、电铸或电流沉积将金属材料沉积在模具10'的腔体的一部分中，从而沉积在元件1b'周围。电沉积或电铸的，尤其是各向同性地电沉积或电铸的所得金属部分具有内应力，使得该部分完美地支持并紧握元件1b'，从而能够将钟表部件1'的未来部分1a'保持在元件1b'上。注意，在该实例中，将要填充的模具10'的腔体11'的体积的部分限制为由第一开口111'界定的体积的部分，其余的体积被插入元件1b'占据。
在该子步骤中，导电层21'充当用于开始沉积的阴极。该步骤例如使用LIGA工艺和金属或金属合金，例如镍(Ni)或镍-磷(NiP)。可以有利地采用诸如专利申请WO2017102661中描述的合金。
如在第一实施方式的情况中所提到的，该子步骤E20'具有能够使钟表部件1'的一部分1a'由金属或金属合金整体生长的优点。而且，该金属形成在由第一层C20'完美地界定的高度上。由于由第一开口111'形成的模具的腔体的一部分在其包括下表面和上表面的所有表面上都被完美地界定，所以部分1a'形成了包括其纵向表面上的优良的最终表面状态。特别地，有趣的是强调金属或金属合金相对于第二树脂的第二层C30'的生长使得能够获得部分1a'的上表面的优异的表面状态。因此，在第一开口111'的部分上第二层C30'的存在产生了钟表部件1'的一部分1a'，其功能表面被完美地控制和加工，而与任何机械返工无关。
然而，子步骤E20'可任选地包括在元件1b'与形成该部分1a'的金属之间的接合处的精加工步骤。该精加工步骤例如可以借助于激光，尤其是飞秒激光来执行。
最后，为了获得图20所示的结果，该方法包括子步骤E21'、E22'的钟表部件1'的分离，类似于第一实施方式的步骤E21、E22，例如通过化学侵蚀或借助于等离子体进行。
在图21所示的第二开口112'的高度处的第二层C30'的图案330'可以有利地具有弹性结构331'。这种构造有利地使得元件1b'能够居中并垂直于衬底20'，特别是垂直于其中打算放置部分1a'的树脂31'的下层C10'。
另外地或可替代地，所选择的图案330'被有利地设计为在元件1b'与第二树脂33'的第二层C30'之间限定足够的间隙，以使得电解质在第二步骤E2'期间能够通过第一开口111'。该间隙表示由此构成模具的腔体11'的入口110'的间隙。可替代地或另外地，图案330'可以包括一个或多个孔332'以使电解质能够通过。因此，每个孔是模具的腔体11'的入口110'的部分。可替代地或另外地，模具10'可以包括一个或多个孔，这些孔设置在与图案330'的平面不同的平面中。这些孔中的每个也是模具的腔体11'的入口110'的一部分。
在上述子步骤E109'、E110'期间形成第二层C30'的图案330'，所述子步骤包括将树脂33'的第二层通过包括开口和不透明区域的第三掩模43'曝光于光辐照或光。因此，该掩模限定了待复制的图案330'，以允许电解质在第二步骤E2'期间通过第一开口111'。
当然，如图23所示，元件1b'可以特别地适合于优化部分1a'在元件1b'上的保持。例如，轴部分10b'可以包括开槽101b'，其设计成使小齿轮在轴上的转矩保持力最佳。在步骤E2'期间，金属例如被容纳在这些开槽101b'中。可替代地或另外地，轴部分10b'可以包括支承面102b'，该支承面102b'被设计成使小齿轮在轴上的轴向保持力最大。可替代地或另外地，轴部分10b'可以包括结构化表面，其目的是局部增加粗糙度，以便优化小齿轮在轴上的保持。
图22中更详细地示出了根据上述第二实施方式的实现方案的一个实例获得的钟表部件1'。该钟表部件1'是小齿轮轴。轴由上述插入件形成，并且小齿轮对应于围绕插入的轴的部分产生的部分1a'。因此，钟表部件1'有利地包括第一部分1a'，此处为小齿轮，其有利地由第一金属材料制成；以及第二部分，其对应于元件1b'，此处为轴，其由第二材料制成，该第二材料优选地是不导电的并且第一种材料不同。
在此，钟表部件1'的轴完全穿过小齿轮。轴可以例如由非导电材料制成，例如陶瓷，尤其是氧化锆，特别是3％氧化钇稳定的氧化锆、或单晶氧化铝、或氧化铝-氧化锆的组合。可替代地，钟表部件的轴可以由复合材料制成。
轴包括用于接收小齿轮的部分10b'，该小齿轮的一部分具有第一直径D10b'。有利地，轴还包括用于引导小齿轮轴1'的至少一个部分11b'，优选地是两个引导部分11b'，特别是两个枢轴11b'，其截面具有第二直径D11b'。第二直径D11b'优选小于或甚至远小于第一直径D10b'。
由于上述陶瓷的内在特性非常坚硬，因此在发生碰撞时不会标记轴的枢轴。在强烈冲击的情况下，这些枢轴将有利地不变形，这与钢枢轴不同，钢枢轴会弯曲并因此降低计时功能和/或钟表机芯的功能。此外，陶瓷具有另外的优点，即，当陶瓷受到磁场，特别是大于80kA/m(1000G)的磁场时，它对磁场特别不敏感，并且不影响其工作。
第一直径D10b'优选小于2mm，或甚至小于1mm，或甚至小于0.5mm，或甚至小于0.3mm，并且直径D10b'优选地大于0.1mm，或甚至大于0.2mm。
第二直径D11b'优选小于0.5mm，或甚至小于0.4mm，或甚至小于0.2mm，或甚至小于0.1mm，或甚至小于0.08mm，并且第二直径D11b'优选地大于0.03mm，甚至大于0.05mm。
更优选地，比率D10b'/D11b'为2至8，包括3至6。
可替代地，轴可以采取包括部分10b'的圆柱体的形式，以接收小齿轮并在第二步骤E2'之后被机械加工。特别地，引导部分11b'可以随后被机械加工。
当然，本发明不限于所描述的实施方式。例如，如部件1那样，部件1'的第一部分1a'可以包括设置在不同高度的多个部分。可替代地，部件1'的第二部分1b'可以采取插入件的形式，该插入件的高度小于或等于部分1a'的总高度，因此可以内接在第一部分1a'限定的体积之内。作为另一替代方式，部分1a'可以构成部件1'的整体。在后两种情况下，使用下层C10'不是强制性的。在所有这些情况下，部件1'的全部或一部分的至少一个功能表面由第二层C30'完美地界定，特别是在涉及其表面状态的情况下。
它可以有利地使得能够制造任何几何形状的钟表部件，并因此制造相关的模具。
最后，本发明基于一种通过光刻法制造树脂多层模具的用于制造钟表部件的方法，该方法包括用于制造模具的至少两个树脂层的以下子步骤：
○生产第一树脂层的子步骤，所述第一树脂层包括朝向模具的腔体的入口方向的第一贯通开口或敞开开口，以界定模具腔体的第一体积；
○生产包括刚性膜的第二树脂层的子步骤，所述第二层包括第二贯通开口，以界定模具腔体的第二体积，所述第二层中的第二贯通开口至少部分地叠置在第一层的第一贯通开口或敞开开口上，并且所述第二树脂层部分地覆盖第一树脂层中的同一第一贯通开口或敞开开口。
这种方法使得能够获得包括以下的模具：
○第一树脂层，其包括朝向模具的腔体的入口方向的第一贯通开口或敞开开口，以界定模具腔体的第一体积；
○第二树脂层，包括刚性膜，所述第二层包括第二贯通开口，以界定模具腔体的第二体积，该第二层中的第二贯通开口至少部分地叠置在第一层的第一贯通开口或敞开开口上，所述第二树脂层部分地覆盖第一树脂层中的同一第一贯通开口或敞开开口。
如上所述，第二层因此包括在第一下层中的开口的部分上方的部分。为此，它包括一种树脂，该树脂包括刚性膜，尽管具有这种特殊的构造，也能使其保持连续且稳定的形状，从而在悬于第一层中第一开口上方的第二层的自由端上施用力。为此，第二树脂层可包括涂覆包括干膜的树脂，特别是来自DJ Microlaminates公司的SUEX或ADEX膜或来自TokyoOhka Kogyo公司的TMMF S2000膜。自然地，可实现令人满意的刚性的任何其他树脂膜均可能是合适的。例如，这种树脂膜有利地具有以弹性模量为特征的刚度，该弹性模量在20℃下为2至5Gpa(包括两端值)。因此，这种膜有利地是自支撑的或刚性的，也就是说，仅通过其刚性就可以确保其几何完整性。另外，第二层有利地具有大于或等于100μm的厚度，有利地为100μm至1mm(包括两端值)。
如上所述，其他层的各种其他树脂可以与第二层的该树脂相同或不同。
自然地，本发明并不具体涉及由一个或多个开口形成的设计。因此后者可以是圆柱形或任何其他形状。而且，每层可以有一个或多个开口。因此，模具可以包括多个腔体。开口的几何形状由待制造的钟表部件决定。最后，如上所述，模具包括至少两个叠置的层，并且可以具有三层或更多层。因此，它可以包括如上所述的多组两层，其中多个树脂层包括与上述第二层相似的刚性膜。
本发明还涉及一种用于制造钟表部件的方法，该方法包括：第一步骤，根据上述制造方法制造模具；和第二步骤，用插入件和/或填充材料至少部分填充在先前步骤中制造的模具的腔体，特别是填充所述模具的所述腔体的第一体积和第二体积，以便制造钟表部件的全部或一部分。
第二填充步骤可以包括通过模具的腔体的入口将电解质插入，并且填充模具的至少两个相应层的至少两个开口，使得电铸的钟表部件的全部或一部分以这种方式在所述模具的所述腔体中一件式的一体形式(整体式)，而没有不同层的叠置。
在所有情况下，模具的第二开口至少部分地叠置在第一层中的第一贯通开口或敞开开口上，以形成与模具腔体的体积相对应的连续体积，并且第二树脂层部分覆盖第一层中的相同的第一贯通开口或开口。
通过根据本发明的模具的这种特殊结构，其中，制造模具的第一步骤包括制造朝向模具的入口的方向的贯通开口或敞开开口并且被另一层覆盖的模具的层。通过第二填充步骤获得的钟表部件的全部或一部分的下和/或上纵向功能表面具有由模具的腔体的相应表面的边界完美限定的形状，尤其是表面状态。因此，钟表部件在离开模具腔体时立即有利地具有非常好的表面状态。
此外，本发明的方法有利地使得能够制造包括齿的钟表轴。更有利地，该轴包括由小齿轮夹持的非金属部分，其上功能表面和下功能表面由模具的腔体的树脂表面完美地界定，并且其表面状态由模具腔体的树脂表面的表面状态完美地控制。
自然地，上述用于制造钟表部件的方法不限于制造齿轴，并且可以用于制造钟表部件，作为非限制性的示例性实例，例如具有凸轮的轴、枢轴锚(即锚及其枢轴销)、枢轴天平(即天平及其枢轴)。

Claims (15)

1.一种通过光刻法制造树脂多层模具(10；10')的方法，所述树脂多层模具用于制造钟表部件且包括设有入口(110；110')的腔体(11；11')，所述方法包括用于生产所述模具(10；10')的至少两个树脂层(C10、C20；C20'、C30')的以下子步骤：
○生产第一树脂层(C10；C20')的子步骤(E11、E12、E13；E105'、E106'、E107')，所述第一树脂层包括朝向所述模具的腔体(11；11')的入口(110；110')方向的第一贯通开口或敞开开口(111；111')，以界定所述模具(10；10')的腔体(11；11')的第一体积；
○生产包括刚性膜的第二树脂层(C20；C30')的子步骤(E14，E15，E16；E108'，E109'，E110')，所述第二层包括第二贯通开口(112；112')，以限定所述模具(10；10')的腔体(11；11')的第二体积，第二层中的第二贯通开口(112；112')至少部分地叠置在第一层的第一贯通开口或敞开开口(111；111')上，并且所述第二树脂层部分地覆盖所述第一树脂层中的同一第一贯通开口或敞开开口(111；111')。
2.根据前一项权利要求所述的制造模具的方法，其中，生产所述第二树脂层的子步骤(E14，E15，E16；E108'，E109'，E110')包括施用包括干膜的树脂，和/或所述包括刚性膜的第二树脂层具有2Gpa至5Gpa的弹性模量和/或大于或等于100μm的厚度，和/或是自支撑的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的制造模具的方法，包括：
○生产第一树脂层(C10；C20')的子步骤，包括：
-沉积(E11；E105')第一光敏树脂；
-通过掩模使所述第一光敏树脂曝光(E12；E106')，并使所述树脂显影(E13；E107')，以形成模具(10；10')，所述模具(10；10')包括朝向所述模具的腔体(11；11')的入口(110；110')方向的第一贯通开口或敞开开口(111；111')，以界定模具的腔体(11；11')的第一体积；
○生产第二树脂层(C20；C30')的子步骤，包括：
-沉积(E14；E108')包括干膜的第二光敏树脂，所述干膜被施用，特别是层压到第一树脂上；
-通过掩模使所述第二光敏树脂曝光(E15；E109')，并使所述树脂显影(E16；E110')，以形成包括所述第二贯通开口(112；112')的模具(10；10')的腔体(11；11')。
4.根据前述权利要求中任一项所述的制造模具的方法，其中，所述第二树脂层(C20；C30')中的第二贯通开口(112；112')在所述第一树脂层(C10；C20')中的第一贯通开口或敞开开口(111；111')上居中。
5.一种用于制造钟表部件(1；1')的方法，包括：第一步骤(E1；E1')，通过根据前述权利要求中的任一项所述的制造方法来制造模具(10；10')；以及第二步骤(E2；E2')，至少部分填充前一步骤中制造的模具的腔体，特别是填充所述模具的所述腔体的第一体积和第二体积，从而制造所述钟表部件的全部或一部分。
6.根据前述权利要求所述的制造钟表部件的方法，其中，所述第二填充步骤(E2；E2')包括通过电解，特别是通过电铸来填充所述模具(10；10')的腔体(11；11')的全部或一部分，包括使电解质循环通过所述模具的所述腔体的入口(110；110')。
7.根据前述权利要求所述的制造钟表部件的方法，其中，所述第二填充步骤包括通过模具的腔体的入口将电解质插入，并且填充所述模具的两个相应层的至少两个开口，使得电铸的钟表部件的全部或一部分以这种方式在所述模具的所述腔体中一体成形，而没有不同层的叠置。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的制造钟表部件的方法，其中，制造模具(10；10')的第一步骤(E1；E1')包括生产包括朝向所述模具的腔体(11；11')的入口(110；110')方向的贯通开口或敞开开口(111；111')的模具并部分地被另一层(C20；C30')覆盖的层，所述层的朝向所述模具的腔体(11；11')的入口(110；110')方向的贯通开口或敞开开口(111；111')形成所述模具的腔体的第一体积，以限定待制造的钟表部件的全部或一部分，使得由所述第二填充步骤(E2；E2')生产的钟表部件的全部或部分的下功能表面和/或上功能表面具有由所述模具的腔体的表面的界限完美地界定的形状，特别是相应的表面状态。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的制造钟表部件的方法，所述钟表部件包括在所述模具的至少一层(C10'；C30')中的、具有与待插入的元件(1b')对应的形式的开口(114'，112')，并且所述方法包括中间步骤(E3')，将元件特别是轴插入在所述开口中，以便在所述第二填充步骤(E2')期间保持所述元件，使得第二填充步骤(E2')能够在所述模具的腔体的一部分中生产所述钟表部件的一部分(1a')，其围绕插入模具的腔体的一部分的所述元件(1b')，特别是包括中间步骤(E3')，将元件(1b')特别是轴插入所述第二树脂层(C30')的第二贯通开口(112')中并且插入所述模具的第一树脂层(C20')的第一贯通开口或敞开开口(111')。
10.根据前一项权利要求所述的制造钟表部件的方法，其中，用于制造模具(10')的所述第一步骤(E1')包括：生产包括下开口(114')的下层(C10')；包括在所述下层(C10')的下开口(114')上居中的第二上开口(112')的第二上层(C30')；以及在所述下层(C10')与所述第二上层(C30')之间的第一中间层(C20')，所述第一中间层(C20')包括在所述下层和所述第二上层中的开口(114'，112')上居中的第一中间贯通开口(111')，所述第一中间层(C20')的第一中间贯通开口(111')的截面面积大于所述下层和所述第二上层中的开口(114'，112')的截面面积，所述第一中间贯通开口(111')形成所述钟表部件(1')的一部分(1a')的模具(10')的腔体部分(11')，并且其中，第二填充步骤(E2')在所述模具(10')的腔体(11')的一部分中使得能够制造钟表部件(1')，所述钟表部件(1')包括围绕插入所述模具中的所述元件(1b')的所述钟表部件(1')的一部分(1a')。
11.根据前一项权利要求所述的制造钟表部件的方法，包括用金属层(21')涂覆所述模具的下层(C10')的步骤，并且其中第二填充步骤(E2')包括通过电铸来填充在所述模具(10')的腔体(11')的一部分。
12.根据权利要求10或11所述的制造钟表部件的方法，所述钟表部件包括在所述模具(10')的上层(C30')中的、具有与待插入的元件(1b')基本对应的形式的开口(112')，以引导和/或保持待插入的元件，所述上层(C30')适配于：
-在所述第二填充步骤(E2')期间弹性地保持所述元件，所述开口(112')包括形成弹性结构(331')的图案(330')；和/或
-通过形成包括在所述模具(10')的上层(C30')中作为所述模具的腔体(11；11')的入口(110；110')的一部分的至少一个孔(332')的结构的图案(330')，和/或通过在插入的元件的水平上界定间隙的结构，能够使所述材料通过来填充所述模具的腔体，尤其是当所述第二步骤(E2')包括电铸步骤时，能够使电解质通过。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的制造钟表部件的方法，其中，插入的元件(1b')是基本上圆柱形的轴，使得所述第二填充步骤(E2')使小齿轮能够围绕所述轴，并且所述轴的上功能表面和下功能表面，特别是所述轴的表面状态在第二填充步骤(E2')期间被模具的树脂表面完美地界定，从而形成作为包括齿的钟表轴的钟表部件。
14.根据前一项权利要求所述的制造钟表部件的方法，其中，插入的元件(1b')是基本上圆柱形的陶瓷轴，并且所述小齿轮由金属制成，所述轴包括：在小齿轮的高度上的至少一个支承面(102b')，以使所述小齿轮在轴上的轴向保持力最大化；和/或至少一个开槽(101b')，以使所述小齿轮在所述轴上的扭矩保持力和/或粗糙度差异最大化，以有利于所述小齿轮与所述轴的连接。
15.一种树脂多层模具(10；10')，其通过光刻法制造，包括具有入口(110；110')的腔体(11；11')，并用于制造钟表部件(1；1')，所述树脂多层模具包括：
○第一树脂层(C10；C20')，其包括朝向所述模具的腔体(11；11')的入口(110；110')方向的第一贯通开口或敞开开口(111；111')，以界定所述模具的腔体的第一体积；
○第二树脂层(C20；C30')，其包括刚性膜，所述第二层包括第二贯通开口(112；112')，以界定所述模具的腔体的第二体积，第二层(C20；C30')中的第二贯通开口(112；112')至少部分地叠置在第一层(C10；C20')的第一贯通开口或敞开开口(111；111')上，并且所述第二树脂层(C20；C30')部分地覆盖所述第一树脂层(C10；C20')中的同一第一贯通开口或敞开开口(111；111')。
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