EP1760557B1 - Pièce d'horlogerie comportant un cadran en matériau semi-conducteur - Google Patents

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EP1760557B1
EP1760557B1 EP05108136A EP05108136A EP1760557B1 EP 1760557 B1 EP1760557 B1 EP 1760557B1 EP 05108136 A EP05108136 A EP 05108136A EP 05108136 A EP05108136 A EP 05108136A EP 1760557 B1 EP1760557 B1 EP 1760557B1
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EP
European Patent Office
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dial
main body
timepiece
etched
control circuit
Prior art date
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Active
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EP05108136A
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German (de)
English (en)
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EP1760557A1 (fr
Inventor
Pierre-André Meister
André Zanetta
Emmanuel Fleury
Fabien Blondeau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ETA Manufacture Horlogere Suisse SA
Original Assignee
ETA Manufacture Horlogere Suisse SA
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Publication date
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Priority to AT05108136T priority patent/ATE448511T1/de
Priority to DE602005017620T priority patent/DE602005017620D1/de
Priority to SG200605814-3A priority patent/SG131020A1/en
Priority to TW095131809A priority patent/TW200734840A/zh
Priority to JP2006234669A priority patent/JP4842737B2/ja
Priority to CNB2006101514031A priority patent/CN100454181C/zh
Priority to US11/470,288 priority patent/US7663979B2/en
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Priority to HK07103778.5A priority patent/HK1097056A1/xx
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/06—Dials
    • G04B19/12—Selection of materials for dials or graduations markings
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G17/00—Structural details; Housings

Definitions

  • the invention relates to a dial made of semiconductor material and an electronic timepiece equipped with such a dial.
  • an electronic timepiece such as a wristwatch has a housing that contains an electronic circuit controlling display means for displaying information on a dial.
  • the dial is made in the form of a trim plate having, on the side of its display face, ornamental elements, indexes, and / or inscriptions representing for example the hour numbers.
  • the dial may also include a window associated with a liquid crystal display connected to the electronic circuit.
  • the dial is most often made of plastic material or metal.
  • the electronic control circuit is generally arranged on a printed circuit board (PCB) and includes electronic components such as a control unit, conductive tracks, and a reference oscillator which serves as a time base.
  • the oscillator comprises a resonator, for example quartz.
  • Some watches lack PCBs.
  • the electronic components are then mounted directly on the bottom of the housing.
  • the conductive tracks are made, for example, in the form of metal blades fixed in the housing.
  • dials made of a crystalline material such as silicon.
  • the dial has an upper layer, for example silicon dioxide, which is permeable to light and capable of forming colored interference.
  • ornamental patterns or indexes can be made on the upper face of the dial, from an opaque material, by printing or by vapor deposition.
  • US 6067277 describes a watch having an analog display and a dial which is also a solar cell.
  • a portion of the cell is formed by a plate of semiconductor material.
  • the invention aims to remedy these drawbacks.
  • the present invention proposes an electronic timepiece as defined in claim 1.
  • An advantage of the invention is that it facilitates the integration of micro- or nano-structures in the timepiece. Indeed, more and more micro electromechanical systems (Micro ElectroMechanical Systems) made by etching in a silicon plate. Thanks to the silicon dial and the integrated circuit which it is provided with, it is possible to arrange electromechanical microsystems directly in the dial and to control them, for example, by means of the integrated circuit.
  • micro electromechanical systems Micro ElectroMechanical Systems
  • the timepiece 10 is constituted here by a watch 10 which comprises a housing 12, for example of cylindrical shape.
  • the housing 12 is formed by a bottom wall 14 extending generally in a transverse plane, by a peripheral axial wall 16, and by a glass of upper protection 18 which closes the housing 12 on the side of the upper display face 20 of the watch 10.
  • the housing 12 contains an electronic control circuit 22 which drives a display device 24.
  • the display device 24 is of the analog type. It comprises indicator hands 26 which extend over a dial 28 and which are rotated about the axis A1 of the housing 12 by an electrically driven drive device 30.
  • the driving device 30 comprises, for example, at least one clock-type electric motor and transmission means making it possible to obtain the required reduction ratio for driving each needle 26.
  • the analog display means 24 may be combined with a liquid crystal display.
  • the electronic control circuit 22 is arranged partly on the lower face 31 of a printed circuit board 32 mounted in the housing 12, under the dial 28.
  • Electronic components are arranged on the printed circuit board 32, in particular a control unit 36 and a time base circuit constituted by a reference oscillator 34.
  • Electrical conductive tracks 38 arranged on the printed circuit board 32 connect the components to each other.
  • the control unit 36 may consist, for example, of a microcontroller or a logic circuit.
  • the driver 30 is mounted here on the underside 31 of the printed circuit board 32 and its drive shaft 40 extends upwardly through a first opening 42 in the printed circuit board 32 and is through a second opening 44 arranged in the dial 28.
  • the power supply is provided by a battery 46 arranged between the printed circuit board 32 and the bottom wall 14 of the housing 12.
  • external control means cooperating with the control unit 36, such as pushbuttons or a crown, may be provided to enable a user to control the display means 24 and perform for example the delivery on time.
  • the dial 28 comprises a main body 48, here in the form of a circular plate, which is made of semiconductor material.
  • this semiconductor material is made of silicon.
  • the main body 48 can thus be made from a silicon wafer such as those used in microelectronics to produce integrated circuits.
  • the electronic control circuit 22 comprises at least one integrated circuit element 36 which is etched in the main body 48 of the dial 28, using known methods for manufacturing integrated circuits on silicon.
  • the integrated circuit element is constituted by the control unit 36 which is etched in the lower face 50 of the dial 28.
  • the electronic control circuit 22 is provided with electrical connection means 52 which connect the connection pads 54 of the control unit 36 to conductive tracks 38 of the printed circuit board 32.
  • these electrical connection means 52 are contact bosses 56, for example made of conductive anisotropic adhesive, which are arranged on the connection pads 54 and which are in electrical contact with conductive tracks 58 carried by the upper face 60 of the printed circuit board 32.
  • These conductive tracks 58 are electrically connected to the conductive tracks 38 carried by the lower face 31 of the printed circuit board 32 by means of metallized holes 60 passing through said plate 32 from one side to the other.
  • the electrical connection means 52 can be made differently, for example with metal strips, or with a "Zebra" type connector comprising an elastomer strip provided with parallel conductive wires. .
  • the dial 28 has on its upper face 62 indexes 64 which are made in relief, for example by crystallographic growth.
  • Said top face 62 may also include a coating, for example of metal type, to protect and / or decorate the dial 28, and include patterns in relief in the form of machined microstructures to obtain an optical effect similar to that obtained with guilloché dials.
  • the indexes and the relief patterns can also be made by depositing material on the dial 28.
  • the electronic control circuit 22 may comprise other electronic components such as sensors, a liquid crystal display module, an antenna for a watch 10 and / or a radio transmitter / receiver, a coil, units data storage (memories) ...
  • the dial 28 may comprise several identical control units 36 engraved in its lower face 50.
  • a control unit 36 is deficient, it suffices to connect the control circuit 22 to another unit of control. 36 control in working order.
  • the dial 28 may also include several control units 36 of different types, which makes it possible to use the same dial 28 for different types of watches 10. Thus, when the watch 10 is assembled, it is sufficient to connect the circuit control 22 to the control unit 36 adapted to the type of watch being assembled.
  • FIG. 3 there is shown a second embodiment of the watch 10 according to the invention comprising a drive device 30 in which the electric motor 66 is made in the form of an electromechanical microsystem by etching in a silicon wafer.
  • Such a type of motor 66 is described and shown, for example, in the document WO 2004/081695 .
  • the motor is made by etching in a silicon layer. It comprises a toothed drive wheel and actuating fingers which cooperate with the teeth of the wheel to cause its rotation. Each actuating finger is integral in displacement of a moving comb which moves relative to a fixed comb according to a voltage applied to the fixed comb.
  • S.O.I. motor 66 a technique for manufacturing the so-called S.O.I. motor 66 is used.
  • Silicon-On-Insulator such as that described with reference to Figures 7A-7D in the document mentioned above, and which allows to easily detach the moving parts of the silicon substrate that carries them.
  • the motor 66 has the form of an attached component which is fixed on the underside 50 of the dial 28, for example by gluing or welding.
  • the drive wheel (not shown) of the motor 66 meshes with a timer train 68 which is attached adjacent to the underside of the dial 28 and which drives the needles 26 at a suitable gear ratio.
  • the underside 50 of the dial 28 comprises conductive tracks 70 for connecting the motor 66 to associated contact bumps 72 arranged on the lower face 50 of the dial 28.
  • this electrical connection could be made in a different manner, for example by means of conducting son according to the technique known as "wire bonding" which is already implemented for integrated circuits.
  • the contact bumps 72 associated with the motor 66 come into electrical contact with conductive tracks 58 arranged facing each other, on the upper face 60 of the printed circuit board 32, so as to allow the electrical connection of the motor 66 with the other components of the control circuit 22.
  • the conductive tracks 58 arranged on the lower face 50 of the dial 28 can also make it possible to directly connect the motor 66 to the control unit 36.
  • This second embodiment has the advantage of being more compact in height. In addition, it allows to integrate several components in the dial 28.
  • all the electronic components of the control circuit 22, as well as the motor 66 of the drive device 30, are formed directly by etching in the main body 48 of the dial 28.
  • these components are made in the face lower 50 of the dial 28 but they could be made similarly in the upper face 62 of the dial 28.
  • the manufacturing technique used is the technique S.O.I. so that the main body 48 of the dial 28 comprises, from top to bottom, an upper layer 74 of silicon forming a substrate, for example 350 microns thick, an intermediate layer 76 of silicon oxide (SiO2) insulating and a lower layer 78 of silicon, for example 15 to 75 microns thick.
  • the control unit 36, the oscillator 34, and the motor 66 are formed in the lower layer 78.
  • Conductive tracks 80 are also formed in the lower layer 78 to electrically connect the components to each other.
  • the motor 66 can be made according to the teachings of the document WO 2004/081695 cited previously.
  • the oscillator 34 can be produced according to the teachings of the document WO 2001/33711 , which describes and represents a silicon oscillator intended to be produced on the same substrate as the integrated circuit forming the control unit 36 of the watch 10.
  • the oscillator 34 thus has the shape of a micro- or nano-structure electromechanical which is etched in the main body 48 of the dial 28 and which is electrically connected to the control circuit 22.
  • the watch 10 is here devoid of a printed circuit board, since the whole of the control circuit 22 is arranged in the dial 28.
  • the timer train 68 is here arranged in a housing 82 which is adjacent to the motor 66 and which is arranged in the lower layer 78 of the dial 28, to allow the timer train 68 to be rotated by the motor 66.
  • An intermediate electrical connection element such as a metal contact blade 84 can be fixed on the lower surface 50 of the dial 28 to connect the battery 46 to the control circuit 22.
  • An intermediate electrical connection element such as a metal contact blade 84 can be fixed on the lower surface 50 of the dial 28 to connect the battery 46 to the control circuit 22.
  • This embodiment has the advantage of being particularly compact in thickness. In addition, it eliminates the printed circuit board and its disadvantages.
  • the manufacture of the control circuit 22 is facilitated since there is no longer a step of assembling / mounting the electronic components, these being made directly in the dial 28 by etching.
  • the engraving techniques used in microelectronics make it possible to produce a large number of components simultaneously (“batch processing"), which minimizes manufacturing costs.

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Description

  • L'invention concerne un cadran réalisé en matériau semi-conducteur et une pièce d'horlogerie électronique équipée d'un tel cadran.
  • Généralement, une pièce d'horlogerie électronique telle qu'une montre bracelet comporte un boîtier qui contient un circuit électronique commandant des moyens d'affichage pour afficher des informations sur un cadran. Le cadran est réalisé sous la forme d'une plaque d'habillage présentant, du côté de sa face d'affichage, des éléments d'ornementations, des indexes, et/ou des inscriptions représentant par exemple les chiffres des heures. Le cadran peut aussi comporter une fenêtre associée avec un écran à cristaux liquides connecté au circuit électronique. Le cadran est réalisé le plus souvent en matériau plastique ou en métal.
  • Le circuit électronique de commande est généralement agencé sur une plaque à circuits imprimés (PCB) et il comporte des composants électroniques tels qu'une unité de contrôle, des pistes conductrices, et un oscillateur de référence qui sert de base de temps. L'oscillateur comprend un résonateur, par exemple à quartz.
  • Certaines montres sont dépourvues de PCB. Les composants électroniques sont alors montés directement sur le fond du boîtier. Les pistes conductrices sont réalisées, par exemple, sous la forme de lames métalliques fixées dans le boîtier.
  • Les structures de montre qui viennent d'être décrites ne sont pas complètement satisfaisantes car elles nécessitent de nombreuses opérations d'assemblage, notamment pour monter chacun des composants électroniques soit sur le PCB, soit dans le fond du boîtier. De plus, l'encombrement de ces composants électroniques dans le boîtier est gênant lorsque l'on souhaite rendre la montre plus compacte, notamment en épaisseur.
  • Il existe aussi des cadrans de montre réalisés dans un matériau cristallin tel que le silicium. Ainsi, le document US 4 599 251 décrit et représente un article ornemental de montre en silicium. Le cadran comporte une couche supérieure, par exemple en dioxyde de silicium, qui est perméable à la lumière et apte à la formation d'interférences colorées. De plus, des motifs ornementaux ou des indexes peuvent être réalisés sur la face supérieure du cadran, à partir d'un matériau opaque, par impression ou par dépôt en phase vapeur.
  • US 6067277 décrit une montre ayant un affichage analogique et un cadran qui est également une cellule solaire. Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 3 et 4 de ce document, une partie de la cellule est formée par une plaque en matériau semi-conducteur.
  • Ces types de cadrans présentent un avantage esthétique mais la structure générale de la montre n'est pas modifiée et présente toujours les mêmes inconvénients.
  • L'invention vise à remédier à ces inconvénients.
  • Dans ce but, la présente invention propose une pièce d'horlogerie électronique telle que définie dans la revendication 1.
  • Un avantage de l'invention est qu'elle facilite l'intégration de micro- ou nano-structures dans la pièce d'horlogerie. En effet, on utilise de plus en plus de microsystèmes électromécaniques (Micro ElectroMechanical Systems) réalisés par gravure dans une plaque en silicium. Grâce au cadran en silicium et au circuit intégré dont il est pourvu, il est possible d'agencer des microsystèmes électromécaniques directement dans le cadran et de les piloter, par exemple, au moyen du circuit intégré.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • l'unité de contrôle est un élément de circuit intégré qui est gravé directement dans le corps principal du cadran;
    • le circuit base de temps est gravé directement dans le corps principal du cadran;
    • un microsystème électromécanique est gravé dans le corps principal du cadran et raccordé électriquement au circuit de commande;
    • le dispositif d'entraînement du dispositif d'affichage comporte un moteur électrique constituant un microsystème électromécanique réalisé par gravure dans une plaque en matériau semi-conducteur et porté par le cadran;
    • le corps principal du cadran est réalisé en silicium;
    • la face supérieure du corps principal du cadran constituant la face d'affichage du cadran, ladite face supérieure est au moins partiellement recouverte d'un revêtement;
    • la face supérieure du corps principal du cadran constituant la face d'affichage du cadran, ladite face supérieure comporte des motifs en relief gravés dans le corps principal du cadran;
    • la pièce d'horlogerie comporte une plaque à circuits imprimés qui est agencée sous le cadran et qui porte une partie du circuit de commande, et l'élément de circuit intégré qui est gravé dans le corps principal du cadran est raccordé électriquement à des pistes conductrices de la plaque à circuits imprimés par des moyens de raccordement électrique intercalés entre la face inférieure du cadran et la plaque à circuits imprimés;
    • l'ensemble du circuit de commande est gravé dans le corps principal du cadran;
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatifs et dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe axiale qui représente schématiquement une montre selon un premier mode de réalisation conforme aux enseignements de l'invention dans lequel le cadran en silicium comporte un circuit intégré;
    • la figure 2 est une vue de détail en coupe axiale qui représente de manière agrandie le raccordement du circuit intégré de la figure 1 à la plaque à circuits imprimés de la montre;
    • la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente schématiquement une montre selon un deuxième mode de réalisation dans lequel le dispositif d'entraînement des aiguilles de la montre comporte un moteur réalisé en silicium et rapporté sur le cadran;
    • la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente schématiquement une montre selon un troisième mode de réalisation dans lequel l'ensemble des composants du circuit de commande de la montre est formé directement dans le cadran en silicium.
  • Dans la description qui suit, des éléments identiques ou similaires seront désignés par les mêmes références.
  • Sur les figures 1 à 2, on a représenté une pièce d'horlogerie 10 électronique réalisée selon un premier mode de réalisation conforme aux enseignements de l'invention. La pièce d'horlogerie 10 est constituée ici par une montre 10 qui comporte un boîtier 12, par exemple de forme cylindrique.
  • Dans la suite de la description, on utilisera à titre non limitatif une orientation verticale suivant l'axe A1 du boîtier 12.
  • Le boîtier 12 est formé par une paroi de fond 14 s'étendant globalement dans un plan transversal, par une paroi axiale périphérique 16, et par une glace de protection supérieure 18 qui vient fermer le boîtier 12 du côté de la face supérieure d'affichage 20 de la montre 10.
  • Le boîtier 12 contient un circuit électronique de commande 22 qui pilote un dispositif d'affichage 24.
  • Le dispositif d'affichage 24 est du type analogique. II comporte des aiguilles 26 indicatrices qui s'étendent au-dessus d'un cadran 28 et qui sont entraînées en rotation autour de l'axe A1 du boîtier 12 par un dispositif d'entraînement 30 à commande électrique. Le dispositif d'entraînement 30 comprend par exemple au moins un moteur électrique de type horloger et des moyens de transmission permettant d'obtenir la démultiplication requise pour l'entraînement de chaque aiguille 26.
  • Selon une variante de réalisation (non représentée) de l'invention, les moyens d'affichage 24 analogiques peuvent être combinés à un écran à cristaux liquides.
  • Le circuit électronique de commande 22 est agencé en partie sur la face inférieure 31 d'une plaque à circuits imprimés 32 montée dans le boîtier 12, sous le cadran 28. Des composants électroniques sont agencés sur la plaque à circuits imprimés 32, en particulier une unité de contrôle 36 et un circuit base de temps constitué par un oscillateur 34 de référence. Des pistes conductrices 38 électriques agencées sur la plaque à circuits imprimés 32 relient les composants entre eux.
  • L'unité de contrôle 36 peut être constituée, par exemple, par un microcontrôleur ou par un circuit logique.
  • Le dispositif d'entraînement 30 est monté ici sur la face inférieure 31 de la plaque à circuits imprimés 32 et son arbre d'entraînement 40 s'étend vers le haut à travers une première ouverture 42 aménagée dans la plaque à circuits imprimés 32 et à travers une seconde ouverture 44 aménagée dans le cadran 28.
  • L'alimentation en énergie électrique est fournie par une pile 46 agencée entre la plaque à circuits imprimés 32 et la paroi de fond 14 du boîtier 12.
  • Bien entendu, des moyens de commande externes (non représentés) coopérant avec l'unité de contrôle 36, tels que des boutons poussoir ou une couronne, peuvent être prévus pour permettre à un utilisateur de commander les moyens d'affichage 24 et effectuer par exemple la remise à l'heure.
  • Le cadran 28 comporte un corps principal 48, ici en forme de plaque circulaire, qui est réalisé en matériau semi-conducteur. De préférence, ce matériau semi-conducteur est constitué par du silicium. Le corps principal 48 peut ainsi être réalisé à partir d'un "wafer" en silicium tel que ceux qui sont utilisés en microélectronique pour réaliser des circuits intégrés.
  • Conformément aux enseignements de l'invention, le circuit électronique de commande 22 comporte au moins un élément de circuit intégré 36 qui est gravé dans le corps principal 48 du cadran 28, en utilisant des procédés connus de fabrication de circuits intégrés sur silicium.
  • Selon le mode de réalisation représenté, l'élément de circuit intégré est constitué par l'unité de contrôle 36 qui est gravée dans la face inférieure 50 du cadran 28.
  • Comme représenté en détail sur la figure 2, le circuit électronique de commande 22 est muni de moyens de raccordement électrique 52 qui relient les plots de connexion 54 de l'unité de contrôle 36 à des pistes conductrices 38 de la plaque à circuits imprimés 32. Selon le mode de réalisation représenté ici, ces moyens de raccordement électrique 52 sont des bossages de contact 56, par exemple réalisés à base de colle anisotrope conductrice, qui sont agencés sur les plots de connexion 54 et qui sont en contact électrique avec des pistes conductrices 58 portées par la face supérieure 60 de la plaque à circuits imprimés 32. Ces pistes conductrices 58 sont reliées électriquement aux pistes conductrices 38 portées par la face inférieure 31 de la plaque à circuits imprimés 32 au moyen de trous métallisés 60 traversant ladite plaque 32 de part en part.
  • Selon des variantes de réalisation (non représentées), les moyens de raccordement électrique 52 peuvent être réalisés de manière différente, par exemple avec des lames métalliques, ou avec un connecteur du type "Zebra" comportant une bande d'élastomère munie de fils conducteurs parallèles.
  • De préférence, le cadran 28 comporte sur sa face supérieure 62 des indexes 64 qui sont réalisés en relief, par exemple par croissance cristallographique. Ladite face supérieure 62 peut aussi comporter un revêtement, par exemple de type métallique, visant à protéger et/ou décorer le cadran 28, et comporter des motifs en relief sous la forme de microstructures usinées permettant d'obtenir un effet optique similaire à celui obtenu avec des cadrans guillochés. Les indexes et les motifs en relief peuvent aussi être réalisés par dépôt de matière sur le cadran 28.
  • Bien entendu, le circuit électronique de commande 22 peut comporter d'autres composants électroniques tels que des capteurs, un module d'affichage à cristaux liquides, une antenne pour une montre 10 et/ou un émetteur/récepteur radio, une bobine, des unités de stockage de données (mémoires)...
  • De manière avantageuse, le cadran 28 peut comporter plusieurs unités de contrôle 36 identiques gravées dans sa face inférieure 50. Ainsi, dans le cas où une unité de contrôle 36 est déficiente, il suffit de raccorder le circuit de commande 22 à une autre unité de contrôle 36 en état de fonctionner.
  • Le cadran 28 peut aussi comporter plusieurs unités de contrôle 36 de types différents, ce qui permet d'utiliser le même cadran 28 pour différents types de montres 10. Ainsi, lors de l'assemblage de la montre 10, il suffit de raccorder le circuit de commande 22 à l'unité de contrôle 36 adaptée au type de montre en cours d'assemblage.
  • On décrit maintenant d'autres modes de réalisation de l'invention en considérant principalement les différences par rapport au premier mode de réalisation.
  • Sur la figure 3, on a représenté un deuxième mode de réalisation de la montre 10 selon l'invention comportant un dispositif d'entraînement 30 dans lequel le moteur 66 électrique est réalisé sous la forme d'un microsystème électromécanique par gravure dans une plaque en silicium.
  • Un tel type de moteur 66 est décrit et représenté, par exemple, dans le document WO 2004/081695 . Dans ce document, le moteur est réalisé par gravure dans une couche de silicium. If comporte une roue d'entraînement dentée et des doigts d'actionnement qui coopèrent avec les dents de la roue pour provoquer sa rotation. Chaque doigt d'actionnement est solidaire en déplacement d'un peigne mobile qui se déplace par rapport à un peigne fixe en fonction d'une tension appliquée sur le peigne fixe.
  • De préférence on met en oeuvre une technique de fabrication du moteur 66 dite S.O.I. ("Silicon-On-Insulator"), telle que celle qui est décrite en référence aux figures 7A à 7D dans le document mentionné ci-dessus, et qui permet de détacher facilement les pièces mobiles du substrat en silicium qui les porte.
  • Selon le deuxième mode de réalisation, le moteur 66 a la forme d'un composant rapporté qui est fixé sur la face inférieure 50 du cadran 28, par exemple par collage ou par soudage. La roue d'entraînement (non représentée) du moteur 66 engrène avec un rouage de minuterie 68 qui est fixé de manière adjacente sur la face inférieure du cadran 28 et qui permet l'entraînement des aiguilles 26 selon un rapport de démultiplication approprié. La face inférieure 50 du cadran 28 comporte des pistes conductrices 70 permettant le raccordement du moteur 66 à des bosses de contact 72 associées agencées sur la face inférieure 50 du cadran 28. Bien entendu, ce raccordement électrique pourrait être réalisé de manière différente, par exemple au moyen de fils conducteurs selon la technique dite de "wire bonding" qui est déjà mise en oeuvre pour des circuits intégrés.
  • Comme pour le raccordement électrique de l'unité de contrôle 36 décrit en relation avec les figures 1 et 2, les bosses de contact 72 associées au moteur 66 viennent en contact électrique avec des pistes conductrices 58 disposées en vis-à-vis, sur la face supérieure 60 de la plaque à circuits imprimés 32, de manière à permettre le raccordement électrique du moteur 66 avec les autres composants du circuit de commande 22. Les pistes conductrices 58 agencées sur la face inférieure 50 du cadran 28 peuvent aussi permettre de raccorder directement le moteur 66 à l'unité de contrôle 36.
  • Ce deuxième mode de réalisation présente l'avantage d'être plus compact en hauteur. De plus, il permet d'intégrer plusieurs composants dans le cadran 28.
  • Selon un troisième mode de réalisation, qui est représenté sur la figure 4, tous les composants électroniques du circuit de commande 22, ainsi que le moteur 66 du dispositif d'entraînement 30, sont formés directement par gravure dans le corps principal 48 du cadran 28. Dans l'exemple représenté, ces composants sont réalisés dans la face inférieure 50 du cadran 28 mais ils pourraient être réalisés de manière similaire dans la face supérieure 62 du cadran 28.
  • La technique de fabrication mise en oeuvre est la technique S.O.I. de sorte que le corps principal 48 du cadran 28 comporte, ici du haut vers le bas, une couche supérieure 74 de silicium formant substrat, par exemple de 350 micromètres d'épaisseur, une couche intermédiaire 76 d'oxyde de silicium (SiO2) isolant, et une couche inférieure 78 de silicium, par exemple de 15 à 75 micromètres d'épaisseur. L'unité de contrôle 36, l'oscillateur 34, et le moteur 66 sont formés dans la couche inférieure 78. Des pistes conductrices 80 sont aussi formées dans la couche inférieure 78 pour raccorder électriquement les composants entre eux.
  • Le moteur 66 peut être réalisé selon les enseignements du document WO 2004/081695 cité précédemment.
  • L'oscillateur 34 peut être réalisé selon les enseignements du document WO 2001/33711 , qui décrit et représente un oscillateur en silicium prévu pour être réalisé sur le même substrat que le circuit intégré formant l'unité de contrôle 36 de la montre 10. L'oscillateur 34 a ainsi la forme d'une micro- ou nano- structure électromécanique qui est gravée dans le corps principal 48 du cadran 28 et qui est liée électriquement au circuit de commande 22.
  • Avantageusement, la montre 10 est ici dépourvue de plaque à circuits imprimés, puisque l'ensemble du circuit de commande 22 est agencé dans le cadran 28.
  • Le rouage de minuterie 68 est agencé ici dans un logement 82 qui est adjacent au moteur 66 et qui est aménagé dans la couche inférieure 78 du cadran 28, pour permettre au rouage de minuterie 68 d'être entraîné en rotation par le moteur 66.
  • Un élément intermédiaire de raccordement électrique tel qu'une lame métallique 84 de contact peut être fixée sur la face inférieure 50 du cadran 28 pour raccorder la pile 46 au circuit de commande 22.
  • Un élément intermédiaire de raccordement électrique tel qu'une lame métallique 84 de contact peut être fixée sur la face inférieure 50 du cadran 28 pour raccorder la pile 46 au circuit de commande 22.
  • Ce mode de réalisation présente l'avantage d'être particulièrement compact en épaisseur. De plus, il permet de se passer de la plaque à circuits imprimés et de ses inconvénients. La fabrication du circuit de commande 22 est facilitée puisqu'il n'y a plus d'étape d'assemblage/montage des composants électroniques, ceux-ci étant réalisés directement dans le cadran 28 par gravure. Les techniques de gravure utilisées en microélectronique permettent de réaliser un grand nombre de composants simultanément ("batch processing"), ce qui minimise les coûts de fabrication.

Claims (11)

  1. Pièce d'horlogerie (10) électronique comportant un boîtier (12) qui est muni d'un cadran (28) et qui contient un circuit électronique de commande (22) pilotant un dispositif d'affichage (24) analogique comprenant des aiguilles (26) qui sont entraînées en rotation au moyen d'un dispositif d'entraînement (30), le cadran (28) comportant un corps principal (48) en forme de plaque qui est réalisé en matériau semi-conducteur, le circuit de commande (22) comportant au moins une unité de contrôle (36) et un circuit base de temps (34), caractérisée en ce que le circuit de commande (22) comporte au moins un élément de circuit intégré (34, 36) qui est gravé dans le corps principal (48) du cadran (28).
  2. Pièce d'horlogerie (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'unité de contrôle (36) est un élément de circuit intégré qui est gravé directement dans le corps principal (48) du cadran (28).
  3. Pièce d'horlogerie (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit base de temps (34) est gravé directement dans le corps principal (48) du cadran (28).
  4. Pièce d'horlogerie (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un microsystème électromécanique (30) est gravé dans le corps principal (48) du cadran (28) et raccordé électriquement au circuit de commande (22).
  5. Pièce d'horlogerie (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (30) comporte un moteur (66) électrique constituant un microsystème électromécanique réalisé par gravure dans une plaque en matériau semi-conducteur et porté par le cadran (28).
  6. Pièce d'horlogerie (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (30) comporte un moteur (66) électrique constituant un microsystème électromécanique réalisé par gravure directement dans la corps principal (48) du cadran (28).
  7. Pièce d'horlogerie (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps principal (48) du cadran (28) est réalisé en silicium.
  8. Pièce d'horlogerie (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la face supérieure (62) du corps principal (48) du cadran (28) constitue la face d'affichage du cadran (28), caractérisée en ce que ladite face supérieure (62) est au moins partiellement recouverte d'un revêtement.
  9. Pièce d'horlogerie (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la face supérieure (62) du corps principal (48) du cadran (28) constitue la face d'affichage du cadran (28), caractérisée en ce que, ladite face supérieure (62) comporte des motifs en relief gravés dans le corps principal (48) du cadran (28).
  10. Pièce d'horlogerie (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque à circuits imprimés (32) qui est agencée sous le cadran (28) et qui porte une partie du circuit de commande (22), et en ce que l'élément de circuit intégré (36) qui est gravé dans le corps principal (48) du cadran (28) est raccordé électriquement à des pistes conductrices (58) de la plaque à circuits imprimés (32) par des moyens de raccordement électrique (56) intercalés entre la face inférieure (50) du cadran (28) et la plaque à circuits imprimés (32).
  11. Pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'ensemble du circuit de commande (22) est gravé dans le corps principal (48) du cadran (28).
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