EP3317730A1 - Spiral spring and method for producing same - Google Patents

Spiral spring and method for producing same

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EP3317730A1
EP3317730A1 EP16747909.6A EP16747909A EP3317730A1 EP 3317730 A1 EP3317730 A1 EP 3317730A1 EP 16747909 A EP16747909 A EP 16747909A EP 3317730 A1 EP3317730 A1 EP 3317730A1
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EP
European Patent Office
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layer
sides
short
rectilinear
core
Prior art date
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Application number
EP16747909.6A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Männicke
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Damasko Uhrenmanufaktur KG
Original Assignee
Damasko Uhrenmanufaktur KG
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Publication date
Application filed by Damasko Uhrenmanufaktur KG filed Critical Damasko Uhrenmanufaktur KG
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Publication of EP3317730A1 publication Critical patent/EP3317730A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/024Covers or coatings therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • F16F1/10Spiral springs with turns lying substantially in plane surfaces
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
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    • G04B17/04Oscillators acting by spring tension
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    • GPHYSICS
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    • G04B17/20Compensation of mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/22Compensation of mechanisms for stabilising frequency for the effect of variations of temperature
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    • F16F2226/04Assembly or fixing methods; methods to form or fashion parts

Definitions

  • the present invention relates to a coil spring with at least one turn.
  • the spiral spring consists of a solid core of a silicon material.
  • the core comprises two long, parallel and rectilinear sides and two short parallel and rectilinear sides.
  • the invention relates to a method for producing a spiral spring for mechanical movements.
  • the invention relates to a mechanical movement, which has incorporated the coil spring according to the invention.
  • the balance comprises a vibrating body, which is mounted pivotably about an axis of rotation by means of a balance shaft. Further, a spiral or balance spring is provided which forms the oscillatory and clocking system together with the mass of the oscillating body.
  • coil springs In the manufacture of coil springs tolerances can not be excluded. This applies to a greater extent to coil springs made of silicon, which are provided on their surfaces or outer surfaces to achieve the necessary strength and / or temperature independence with a uniform coating of silicon dioxide. As a rule, this coating takes place by thermal oxidation.
  • EP 1 422 436 A1 discloses a method for producing spiral springs for the oscillatory system of mechanical clocks made of monocrystalline silicon.
  • the silicon core of the coil spring is completely encased in silicon dioxide.
  • European Patent Application EP 2 284 628 A2 discloses a resonator (coil spring) thermally compensated and having a monocrystalline core Owns silicon.
  • the thermal oxidation of the coil spring is formed according to an embodiment such that at least one outer surface of the oscillating region of the core is provided with a coating and at least one other surface is provided with no coating.
  • the oscillating region of the core is provided with a coating on at least two adjoining outer surfaces, these coatings each differing in their thickness.
  • European Patent Application EP 2 589 568 A1 discloses a micromechanical part comprising a core of a semiconductor material and a coating of an electrically insulating material, such as e.g. Diamond or silicon dioxide.
  • the coating is formed on a surface of the core.
  • the core has an inner layer and an outer layer, wherein the electrical conductivity of the outer layer is greater than that of the inner layer.
  • Swiss patent application CH 699 780 A2 discloses a spring consisting of a silicon rod with an outer surface.
  • the silicon rod has one
  • International Patent Application PCT / IB2015 / 054783 relates to a coil spring and a method of manufacturing a coil spring.
  • the coil spring is provided with a coil spring attachment portion and an adjoining oscillation portion having at least one turn.
  • the core of the spiral spring is made of silicon. At least two long side surfaces of the core connect at least two short side surfaces together. In at least one upper side surface and along one turn of the oscillation region, at least one depression is formed in a second partial region in the SiO 2 layer, the depth of which extends at least as far as the silicon core.
  • International patent application WO 2014/203086 A1 discloses a vibrating system for mechanical movements, a coil spring and a method for producing a spiral spring.
  • the spiral spring is provided with a spiral spring attachment portion, an adjoining oscillation area with at least one turn and a stabilization area adjoining the oscillation area.
  • a core of silicon has a substantially constant cross-section over the length of the vibration region prior to thermal oxidation. After the thermal oxidation, the spiral spring has at least a first partial region with a first height and at least one second partial region with a second height in the vibration region. The first height is greater than the second height.
  • the object of the invention is to provide a coil spring which shows a permanently excellent vibration behavior, is distortion-free in the plane of the coil spring and has a stability against spring breaks.
  • the coil spring is also reproducible in terms of vibration behavior, without neglecting the required temperature compensation.
  • Another object of the invention is to provide a method for producing a spiral spring for mechanical movements, which is simple and reliable to perform and from which a spiral spring with a permanently excellent vibration behavior results, which also has the required temperature compensation and is distortion-free in the plane of the coil spring and has a stability against spring breaks.
  • the at least one turn of the spiral spring comprises at least one turn, which consists of a solid core of a silicon material.
  • the core has two long parallel and rectilinear sides and two short parallel and rectilinear sides.
  • a thermal expansion coefficient compensation layer Preferably, the layer is a S1O2 layer.
  • a further embodiment of the spiral spring is that the upper short and rectilinear side and the two opposite long sides of a layer, preferably a S1O2 - layer, are enclosed.
  • Another possible embodiment of the spiral spring is that it comprises at least one turn, which consists of a solid core of a silicon material.
  • the core itself includes, among other things, essentially two long, parallel and rectilinear sides and two short, parallel and rectilinear sides.
  • the upper, short and rectilinear side is connected on both sides via a respective continuously differentiable upper section with the opposite long sides.
  • the opposite long and rectilinear sides, the respectively continuously differentiable upper portions connecting the upper short and rectilinear sides on both sides to the opposite long and rectilinear sides, and the upper short and rectilinear sides are covered by an S1O2 layer (20).
  • the lower, short and rectilinear side is also connected to the opposite, long and rectilinear sides on each side by a continuously differentiable lower section.
  • the core is covered by an S1O2 layer at least at the opposite, long and rectilinear sides and at least partially at the respective continuously differentiable upper portion and the respective continuously differentiable lower portion.
  • the spiral spring could be designed such that the two continuously differentiable upper sections differ from the continuously differentiable lower sections.
  • the short lower side and the short upper side are provided with an SiO 2 layer, so that the core is surrounded by an SiO 2 layer.
  • the thickness and / or shape of the S1O2 layer differ on the lower short side and the upper short side.
  • the thickness of the SiO 2 layer may be between 2pm and 5pm.
  • the coil spring itself includes a coil spring attachment portion, a coil spring end portion, and at least one intermediate coil spring ring portion that includes the plurality of coils of the coil spring.
  • the coil spring can be installed in a mechanical clock.
  • the core of the coil spring may consist of amorphous silicon, partially amorphous silicon, polysilicon, a monocrystalline silicon structure or a silicon sintered material.
  • the spiral spring preferably consists of a polycrystalline silicon material.
  • the polycrystalline silicon material can be produced in various ways. CVD deposition or epitaxial deposition of the polycrystalline silicon takes place, for example, in the form that the starting material thus obtained forms a thin layer or wafer whose thickness is then equal to or substantially equal to the thickness corresponding to the height of the spiral springs to be produced , Also, a CVD deposition for producing polycrystalline silicon is conceivable. In this case, first wafers or thin layers are obtained, from which then produced the coil springs become.
  • the inventive method for producing a spiral spring made of a silicon material is configured according to a possible embodiment by the following steps:
  • the carrier may be in the form of a wafer; Applying a silicon material to the carrier, wherein the silicon material forms a core of at least one turn of the spiral spring;
  • the layer of oxide grows on the side surfaces defined and exposed by the long sides and on the side surface of the coil spring defined and exposed by the top, short and rectilinear sides.
  • the core of the at least one turn of the spiral spring is formed. This results in two long, parallel and rectilinear sides and two short parallel and rectilinear sides.
  • the upper, short and rectilinear side is connected on both sides via a respective continuously differentiable upper section with the opposite long sides.
  • the core of the at least one turn of the spiral spring is formed.
  • the upper, short and rectilinear side is connected on both sides via a respective continuously differentiable upper section with the opposite long sides.
  • a lower, short and rectilinear side is connected on both sides via a respective continuously differentiable lower section with the opposite long sides.
  • the etching of the at least one turn of the spiral spring is designed such that an undercut is formed in the region of the lower side of the core.
  • the undercut is formed such that at least the continuously differentiable lower portion, connecting the opposite long sides on either side to the lower short and rectilinear sides, is spaced from the carrier.
  • a further possibility of the configuration of the etching process is that a separating layer is provided between the carrier and the silicon material for the core of the at least one turn of the spiral spring.
  • the etching of the at least one turn of the spiral spring is carried out such that in the region of the lower, short and rectilinear side of the core, an undercut is formed at least in the separating layer.
  • the back etching at least the continuously differentiable lower portion, which connects the opposite long sides on both sides to the lower, short and rectilinear sides, is spaced from the carrier.
  • the parameters of the etching process can be adjusted such that etched below an original level of the support. This means that material of the carrier is removed in certain areas.
  • a layer of a material for compensating the coefficient of thermal expansion of the silicon material of the core of the windings is applied to the boundary surfaces of the at least one winding exposed by means of the etching process.
  • the material for compensating for the coefficient of thermal expansion is the same material as that of the separation layer.
  • the material of the layer for compensating the thermal expansion coefficient of the silicon material is a Si0 2 layer. The Si0 2 layer is formed by thermal oxidation of the silicon material of the core.
  • the “active vibration region” of the spiral spring extends from the inner end of the active vibration region adjoining the coil spring attachment portion of the spiral spring to the outer spring support point or spiral spring end section.
  • a coil spring having a coil spring attachment portion, a coil spring end portion and at least one intermediate spiral spring ring portion having at least one turn.
  • the spiral spring ring portion has a plurality of turns.
  • the coil spring has a solid and polygonal core of silicon material with at least two long sides and at least two short sides. Two opposite long sides together with an upper short side carry an S1O 2 layer.
  • the core has at the respective transitions of the upper, short side to the long sides an upper rounding or a continuously differentiable upper section. Further, the core has formed at the respective transitions of the lower short side to the long side a lower rounding and a continuously differentiable lower portion, respectively.
  • the upper rounding and lower rounding are also covered by the S1O 2 layer.
  • the coil spring according to the invention has the advantage that it has the required mechanical stability for trouble-free vibration behavior, the necessary temperature compensation and freedom from distortion.
  • the bearings of the coil spring are protected with the inventive and reduced in weight coil spring, which in turn has a positive effect on the accuracy of the clock and an extension of the service intervals.
  • the core of the coil spring is rectangular and thus has two long sides and two short sides, which form two long side surfaces at least over the length of the vibration region by two long sides and two short side surfaces through the two short sides.
  • the core thus has two opposite long side surfaces and two opposite short side surfaces.
  • the spiral spring can also be provided on the lower short side with an SiO 2 layer.
  • the S1O2 layer may have a smaller thickness on the lower side than the S102 layer on the upper short side or on the two long, parallel sides.
  • the S1O2 layer is deposited on the lower short side in a second stage of thermal oxidation.
  • the duration of the thermal oxidation of the lower short side is selected such that an S 1O 2 layer with a smaller thickness grows than the thickness of the S 1O 2 layer on the two side surfaces and the upper side surface.
  • the thickness of the S1O2 layer on the lower side surface formed by the lower short side is less than less than 2000 nm.
  • the thickness is preferably in the range of 750 nm to 500 nm.
  • the core of the spiral spring is preferably made of polysilicon.
  • upper fillets are formed at the respective transitions of the upper short side to the long sides
  • lower fillets are formed at the respective transitions of the lower short side to the long sides.
  • a separating layer may be applied to the carrier on the carrier prior to the application of the material forming the core of the spiral spring on the carrier.
  • the material for the core of the coil spring may be provided with a release layer.
  • the wafer with the material for the turns of the coil spring and the separating layer is z. B. gebonded to the carrier. The coil springs produced and exposed by the etching process are still connected to the material layer.
  • the material layer with the coil springs can be at least partially removed from the carrier or from the carrier with the separating layer by mechanical and / or chemical processes.
  • the carrier or carrier and the separating layer can be removed in a region which is smaller than the diameter of the carrier. This has the advantage that there is still sufficient material to handle at the edge for handling.
  • the separating layer which is preferably likewise an SiO.sub.2 layer, is removed in the free regions by an etching process. After the subsequent removal of the support obtained cores of the spiral springs, which carry on the lower side of the separation layer of S1O2.
  • thermal oxidation can be performed on the upper short side and the opposite lower short side if it does not have a coating.
  • the duration of the thermal oxidation is dimensioned such that the thickness (about 2000 nm) applied thereby of the oxide layer is smaller than the thickness of the oxide layer on the side surfaces and the upper side surface of the spiral spring.
  • the duration of the thermal oxidation is less than 1.5 hours, and more preferably the duration of the thermal oxidation is less than 1 hour.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a section along a plane receiving the axis of the balance-wave shaft through the oscillating system of the movement according to FIG. 1;
  • FIG. Fig. 3 by way of example a perspective side view of the exempted
  • Fig. 4 is a perspective view of the coil spring in conjunction with the
  • FIG. 5 is a view of the cross section through a turn of the spiral, a
  • Core of a silicon material possesses
  • Fig. 6A - 6D is a schematic representation of the flow of a possible
  • FIG. 1 Turns of a spiral spring; a schematic representation of the partial cross section of the coil spring in the upper region of the coil spring after the thermal oxidation; a schematic enlarged view of a cross section in which the individual turns of the coil spring have been exposed by etching of the surrounding silicon material; an enlarged view of a cross section in which the individual exposed turns of the coil spring, which were treated with a thermal oxidation, are still connected to the carrier; a schematic enlarged view of a cross section of the winding of the coil spring, which is surrounded due to the thermal oxidation with an oxide layer and the carrier is removed; a schematic enlarged view of a cross section of another embodiment in which the individual turns of the coil spring have been exposed by etching from the surrounding silicon material; an enlarged view of a cross section of the embodiment of Figure 13, in which the individual exposed turns of the coil spring, which were treated with a thermal oxidation, are still connected to the carrier.
  • FIG. 20 is a schematic representation of the turns, wherein the exposed portions of the side surfaces have again been subjected to thermal oxidation.
  • the oscillating system 1 comprises a vibrating body in the form of a flywheel 2, a balance shaft 3 and a coil spring 4.
  • the flywheel 2 consists of an outer circular ring section 2.1, which is connected via a plurality of spokes 2.2 with a hub section 2.3.
  • the hub portion 2.3 has a deviating from the circular, central through hole, in which an associated shaft portion 3 'of the balance shaft 3 is added, the concentric outer side makes a positive connection with the hub portion 2.3 of the flywheel 2.
  • the flywheel 2 is rotatably connected to the balance shaft 3.
  • several inertia 2.4 are attached at the center of rotation of the flywheel 2 facing inside of the outer annulus section 2.1.
  • the balance-wheel shaft 3 also has an upper and lower free end 3.1, 3.2, which taper in a pointed manner and are received for the rotatable mounting of the balance-wheel shaft 3 about its axis UA in correspondingly formed upper and lower bearing units.
  • an upper bearing unit is shown by way of example.
  • the axis UA of the balance shaft 3 is thus at the same time the axis of rotation of the flywheel 2 and the axis of the coil spring 4th
  • the coil spring 4 consists of a preferably annular, inner coil spring attachment section 4.1 and an outer spiral spring end section 4.2. In between there are several spiral spring ring sections 4.3, which extend in a plane perpendicular and preferably concentric to the axis of the coil spring 4, which coincides with the axis UA of the balance shaft 3.
  • the preferably annular, inner coil spring mounting portion 4.1 is rotatably connected to the balance shaft 3, preferably glued and / or by positive engagement.
  • the balance-wheel shaft 3 has a shaft section 3 "designed to receive the inner spiral-spring fastening section 4.1, which shaft section 3" is arranged above the shaft section 3 receiving the flywheel 2.
  • the holding assembly 5 is provided for adjusting the center of the coil spring 4.
  • the holding arrangement 5 comprises at least one holding arm 6 and a holding element 7, which is fastened slidably in the region of the outer free end of the holding arm 6 along the longitudinal axis LHA of the holding arm 6.
  • the retaining arm 6 has an inner retaining arm end 6.1 and an outer retaining arm end 6.2, the inner retaining arm end 6.1 forming an open circular ring and an elongated guide recess 6.3 being provided in the region of the outer retaining arm end 6.2.
  • the elongated guide recess 6.3 is provided for the variable attachment of the holding element 7 on the support arm 6.
  • the inner retaining arm 6.1 is about unspecified holding means which can accommodate the upper and lower bearing units for rotatably supporting the balance shaft 3, rotatably attached, in such a way that the open circular ring of the inner retaining arm 6.1 surrounds the axis UA of the balance shaft 3 concentric ,
  • the holding element 7 has a substantially cylindrical, elongate base body 7.1 with an upper and lower end face 7.1 1, 7.12 and a longitudinal axis LHE, which has an open to the upper end 7.1 1 blind hole 7.2 with an internal thread for receiving a screw. 8 having.
  • the screw 8 which is guided by the elongated guide recess 6.3 of the support arm 6, the holding element 7 is firmly screwed to the support arm 6, in such a way that the longitudinal axis LHA of the support arm 6 and the longitudinal axis LHE of the support member 7 are perpendicular to each other.
  • a plane receiving the longitudinal axis LHE of the main body 7.1 divides the guide recess 7.3 approximately into two opposite, equal halves of the fork-shaped lower free end of the holding element 7.
  • the oscillation area LA form the spiral spring ring sections 4.3 of the spiral spring 4, which form the multiple turns of the spiral spring.
  • the spiral spring ring portions 4.3 extend from an inner end 13 of the coil spring attachment portion 4.1 to a stabilization area LS and form the oscillation area LA.
  • the embodiment of the stabilization region LS shown here represents one of several possible embodiments and should not be construed as limiting the invention.
  • FIG. 5 shows a cross section 17 through a turn 9 of the spiral spring 4.
  • the cross section 17 is substantially constant over the entire length of the turns 9 of the oscillation region LA.
  • the turns 9 of a coil spring 4, which is produced for installation in the oscillating system 1 of a clock, consists of a core 16 of silicon material.
  • the silicon material may, for example, consist of polycrystalline silicon, sintered silicon, or a monocrystalline silicon structure, etc.
  • the layer of material completely surrounds the core 16. It is obvious to a person skilled in the art that embodiments are also possible in which only side surfaces of the turns 9 of the spring are provided with the material for temperature compensation.
  • the layer 20 is formed by thermally oxidizing the core 16.
  • the formed layer 20 is an S1O 2 coating with a thickness D between 2pm to 5pm.
  • the cross section 17 has a height H and a width B.
  • the cross section 17 is formed such that opposite long and straight sides 22 have a length L1 which is smaller than the height H.
  • the lower short and rectilinear side 24u and the upper short and straight side 24 0 have a length L2 which is smaller than the width of the cross section 17.
  • the core 16 is in the cross section 17 further designed such that the upper short and rectilinear side 24 0 on each side over a continuously differentiable upper portion 15 0th is connected to the opposite long sides 22.
  • the lower short and rectilinear side 24u may be connected to the opposite long and rectilinear sides 22 of the core 16 on either side via a respective continuously differentiable lower portion 15u.
  • FIGS. 6A to 6D schematically show the sequence of a method for producing a micromechanical component, in particular a spiral spring 4 with its windings 9.
  • a carrier 30 is provided on which the silicon material 32 can be applied in a layer thickness substantially the height of the core 16 of the coil spring 4 corresponds.
  • a separating layer 31 is provided in this embodiment.
  • the release layer 31 can be applied to the carrier 30.
  • the silicon material 32 is applied to the release layer 31.
  • the separation layer 31 is applied to the silicon material 32.
  • a wafer of the silicon material 32 with the separation layer 31 is bonded to the carrier 30, for example.
  • the release layer is S1O2.
  • the deposition of silicon material 32 may be accomplished by a variety of prior art techniques known to those skilled in the art.
  • a layer 33 is applied to the free surface of the silicon material 32 for the micromechanical component or spiral spring 4, which prevents the growth of an oxide during the thermal oxidation.
  • this layer 33 z. B. a silicon nitride layer.
  • the component or the windings 9 of the coil spring 4 are exposed by etching.
  • a thermal oxidation is carried out, wherein an S1O2 - layer 20 is formed on the exposed surfaces of the component or the windings 9 of the coil spring 4.
  • the detachment or separation of the layer of the silicon material 32, which contains the micromechanical components or the spiral springs 4, takes place from the carrier 30.
  • the micromechanical components or the spiral springs 4 are still connected to the layer of the silicon material 32 for the micromechanical component
  • the coil springs 4 are connected.
  • the detachment or separation of the layer of the silicon material 32 from the carrier 30 can take place by means of chemical, mechanical or chemical-mechanical processes.
  • Figures 7A to 7D show a schematic representation of another embodiment of the procedure of the method for producing the turns 9 of a coil spring 4.
  • a release layer 31 is provided between the carrier 30 and the layer of silicon material 32.
  • the release layer 31 between the support 30 and the layer of the silicon material 32 can be dispensed with.
  • the layer of the silicon material 32 can thus be applied directly to the carrier 30.
  • a separating layer 31 this is made of S1O2.
  • no thermal oxidation inhibiting material is applied to the layer of silicon material 32 for the coil spring.
  • a first stage of the thermal oxidation takes place.
  • the layer of the silicon material 32, which comprises the coil springs 4 is still connected to the carrier 30.
  • an S1O2 layer 20 is washed on the side surfaces defined by the long and rectilinear sides 22 (not shown here) and on the upper side surface of the core 16 of the spiral spring defined by the upper short and rectilinear side 24 0 ,
  • the carrier 30 and here also the separating layer 31 are removed mechanically and / or chemically.
  • a mechanical removal can be done eg by grinding.
  • an SiO 2 layer 20 can then also be applied to the lower side surface of the core 16 of the spiral spring 4. It is possible that the S1O2 layer 20 on the lower side surface of the core 16 has a smaller thickness than the S1O2 layer 20 on the remaining side surfaces of the core 16 of the coils 9 of the coil spring.
  • FIGS. 8A-8C show embodiments of the formation of the cross section 17 of the turns 9 of a spiral spring 4.
  • the two opposite long sides 22 carry an S1O2 layer 20 at least over the length of the oscillation area LA.
  • the core 16 has at least the upper short side 24 0 at the respective transitions to the long sides 22 formed the continuously differentiable upper portion 15 0 described in Fig. 5, which is also covered by the S1O2 - layer 20.
  • the S1O2 layer 20 on the upper short side 24 0 projects beyond the level of the core 16.
  • On the surface of the turns 9 which is more definite by the upper short side 24 0 there is no oxide layer present, that portion of the turns 9 was masked.
  • FIG. 8B shows a further embodiment of the formation of the cross section 17 of the turns 9 of a spiral spring 4, wherein the core 16 carries a mask 34 (preferably silicon nitride) on the upper short side 24 0 .
  • This embodiment of the upper edge regions of the spiral spring 4 extends at least along the vibration region.
  • an oxide in the form of a bird's beak grows between the thermal oxidation inhibiting mask 34 and the core 16 material.
  • the masking 34 thus bulges.
  • the mask may be at least partially removed along the oscillation range in the embodiment of the upper edge regions of the spiral spring 4.
  • Figure 8C shows a still further embodiment of the formation of the cross section 17 of the turns 9 of the coil spring.
  • the S1O2 layer 20 on the upper short side 24 0 is removed down to the core 16.
  • the mask 34 described in Figure 8B so that the core 16 is exposed.
  • the masking 34 and an upper part of the SiO 2 layer 20 are removed by the mechanical grinding process.
  • the surface 35 of the windings 9 is also possible for the surface 35 of the windings 9 to be produced by etching with hydrofluoric acid (HF). This embodiment of the upper edge regions of the spiral spring extends at least along the oscillation region.
  • HF hydrofluoric acid
  • FIG. 9 illustrates an embodiment of the configuration of the cross section 17 of the turns 9 of the oscillation area of the spiral spring 4.
  • the core 16 of silicon material carries a mask 34 on the side surface of the turns 9 defined by the short side 24 0.
  • the effect of the mask 34 is the thermal oxidation of the silicon material of the core 16 and the growth of the SiO 2 layer 20 in the region of the masking 34 proceeds differently and thus results in a different formation of the SiO 2 layer 20.
  • the mask 34 is a diffusion barrier for oxygen.
  • the mask 34 may consist of silicon nitride. At the side surfaces 22 of the core 16 is not covered by the mask 16 and thus freely accessible to oxygen.
  • an S1O2 layer 20 grows on the side surfaces 22, the so-called "bird's beaks" 42 on both sides in the region of the continuously differentiable upper portion 15 forming 0 , which extend below the mask 34.
  • the mask 34 is consumed at the edges by the thermal oxidation.
  • Figure 10 is a schematic enlarged view of a cross section of the coils 9 of the coil spring exposed from the surrounding silicon material (not shown) by an etching process and still connected to the carrier 30.
  • the carrier 30 is provided with a release layer 31.
  • This separating layer preferably consists of S1O 2 , the same material that grows on the core 16 of the windings 9 during the thermal oxidation.
  • the windings 9 are connected to the carrier 30 via the lower, short and rectilinear sides 24u via the remaining separating layer 31.
  • the etching process of the windings 9 is designed in this embodiment such that between each two adjacent turns 9 is etched below an original level 52 of the carrier 30. Likewise, during the etching process, undercuts 53 are formed in the release layer 31. Also, the continuously differentiable upper portions 15o and the continuously differentiable lower portions 15u of the core 16 of the windings 9 are formed by the etching process.
  • FIG 11 shows the situation in which the windings 9 were subjected to thermal oxidation for a predetermined period of time after the etching process. Due to the thermal oxidation, an SiO 2 layer 20 is formed on the freely accessible side surfaces of the core 16 of the windings 9. Likewise, there is a thermal oxidation of the carrier 30 and the deposition of a layer 55 at those points 54 of the carrier 30, which were exposed during the etching process. During the thermal oxidation, a portion of the silicon material of the core 16 in S1O 2 is converted. The core 16 of each turn 9 is now completely of an S1O 2 - Layer 20 surrounded. In the region of the lower, short and straight side 24u each winding 9 is connected via a S1O 2 - bridge 25 connected with the carrier 30th
  • FIG. 12 shows the final processing step for producing a spiral 4 with a plurality of turns 9.
  • the carrier 30 was completely removed (chemically and / or mechanically).
  • the core 16 of the turns 9, which make up the spiral 4 (not shown here) is completely surrounded by an S1O 2 layer 20 in this embodiment.
  • its upper cross-sectional shape 17 0 in the region of the upper, short and rectilinear side 24 0 differs from the lower cross-sectional shape 17 u in the region of the lower, short and rectilinear side 24 u.
  • the difference in the upper cross-sectional shape 17 0 between the lower cross-sectional shape 17 u shown in the drawing is to be understood only as an example and should not be construed as a limitation of the invention.
  • the extent of the difference between the upper cross-sectional shape 17 0 and the lower cross-sectional shape 17 u can be influenced.
  • Figure 13 is a schematic enlarged view of another embodiment of the cross-section of the coils 9 of the coil spring exposed by the surrounding silicon material (not shown) by an etching process and still connected to the carrier 30.
  • the carrier 30 is provided with a release layer 31.
  • This separating layer preferably consists of S1O 2 , the same material that grows on the core 16 of the windings 9 during the thermal oxidation.
  • the turns 9 of the spiral spring 4 formed by the etching process etched an etching height 50 and an etching width 51. By etching the soap surfaces or the long sides 22 of the turns 9 of the coil spring 4 are exposed.
  • the upper, short and rectilinear sides 24 0 and the lower, short and rectilinear sides 24u of the turns 9 are formed.
  • the windings 9 are connected to the carrier 30 via the lower, short and rectilinear sides 24u via the separating layer 31.
  • the separation layer 31 may be made of the same material as the layer 20 for the compensation of the thermal Expansion coefficient is applied to at least one side surface of the turns 9 of the coil spring.
  • FIG 14 shows the situation in which the windings 9 after the etching process were subjected to thermal oxidation for a predetermined period of time.
  • an S1O 2 layer 20 is formed on the freely accessible side surfaces of the core 16 of the windings 9, for example.
  • a portion of the silicon material of the core 16 in S1O 2 is converted.
  • the core 16 of each winding 9 is now surrounded by an S1O 2 layer 20 on the freely accessible side surfaces.
  • each turn 9 is still connected to the carrier 30.
  • FIG. 15 shows the final processing step for producing a spiral 4 with a plurality of turns 9.
  • the carrier 30 and also the separating layer were completely removed in this embodiment (chemically and / or mechanically).
  • the core 16 of the turns 9, which make up the spiral 4 (not shown here) in this embodiment is surrounded by an S1O 2 layer 20 at the side surfaces defined by the long sides 22 and by the upper, short and rectilinear sides 24 0 , At the side surface defined by the lower, short and rectilinear side 24u, there is no S1O 2 layer 20 since the separating layer has also been removed.
  • an oxide layer 20 can also be applied to the lower, short and rectilinear side 24u.
  • FIG. 16 describes the structure of a carrier 100, which in this embodiment is provided with a separating layer 101. On the separating layer 101, a material layer 102 for the core 16 of the turns 9 of the coil spring 4 is applied. As already mentioned, this is only one of several possible embodiments of the invention and should therefore not be construed as limiting.
  • the turns 9 of the spiral spring 4 having an etching width 105 and an etching height 107 are etched in the material layer 102. By etching the soap surfaces 1 10 and side walls of the turns 9 of the coil spring 4 are exposed.
  • the separation layer 101 can serve as a stop layer for the etching process of the windings 9.
  • the upper side surface 1 1 1 is formed.
  • Figure 18 shows the situation in which the windings 9 have been subjected to thermal oxidation for a predetermined period of time after the etching process.
  • an SiO 2 layer 20 is formed on the two freely accessible side surfaces 11 and the freely accessible upper side surface 11 1 1.
  • part of the silicon material of the core 9 is converted to S1O2.
  • the original etching width 105 of each winding 9 of the core is thereby reduced to a smaller oxidation width 106 of the core 16 of the winding 9.
  • the original etching height 107 of a winding 9 is reduced to the oxidation level 108 by the thermal oxidation.
  • the core 9 can form 9R roundings. Consequently, the one S1O2 layer 20 also forms fillets 20R.
  • FIG. 19 the next step of a further method according to the invention for producing a spiral spring 4 is shown graphically.
  • the S1O2 layer 20 of Figure 18 is removed.
  • the removal of the SiO.sub.2 layer 20 takes place by methods which are well known to a person skilled in the art.
  • the S1O2 layer 20 is removed, at least part of the separating layer 101 is also removed.
  • windings 9 are obtained for the spiral spring which have the oxidation width 106 and the oxidation height 108 as dimensions.
  • at least a portion of the lower side surface 1 12 can be exposed and thus accessible.
  • the removal of the separating layer 101 is adjusted such that the lower side surface 12 of the turn is connected to the carrier 100 via a web 15 of the separating layer 101.
  • FIG 20 the final processing step of the turns 9 is shown.
  • the carrier 100 on which a plurality of spirals are formed with their windings 9, is subjected to a renewed thermal oxidation. Because the Side surfaces 1 10, the upper side surface 1 1 1 and at least a portion of the lower side surface 1 12 are freely accessible, is formed on this by the thermal oxidation of a S1O2 - layer 20.
  • part of the silicon material of the core of the turns 9 is also converted into S1O2 during this thermal oxidation. This results in a core of the winding 9 of silicon material (eg polysilicon), which has a width 120 and a height 130 which is smaller than the oxidation width 106 and the oxidation height 108.
  • silicon material eg polysilicon
  • the webs 1 15 keep the coil springs still on the carrier 100th To release the coil springs, the carrier 100 is removed by conventional methods.
  • the bars 1 15 can stop or be completely removed.
  • the reoxidation has the advantage that the width 120 and the height 130 of the turns 9 of the coil spring can be set exactly. Thus, it is possible to adjust the mechanical properties of the coil spring in a desired manner.
  • the manufacturing methods described herein have the advantage that spiral springs of silicon material (e.g., polysilicon) can be fabricated without distortion. Furthermore, the coil springs thus produced have a permanently excellent vibration behavior and have a stability and resilience against spring breaks. In addition, the spiral spring is also reproducible in terms of vibration behavior, without neglecting the required temperature compensation. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to a spiral spring (4) and to a method for producing the spiral spring (4). The spiral spring (4) has at least one winding (9), which consists of a solid core (16) composed of a silicon material (32). The core (16) comprises two long parallel and straight sides (22) and two short parallel and straight sides (24O, 24U). At least the opposite long sides (22) of the core (16) are covered by a SiO2 layer (20). In the method, the windings (9) are etched from the silicon material such that the core (16) of the at least one winding (9) of the spiral spring (4) is formed and comprises two long parallel and straight sides (22) and two short parallel and straight sides (24O, 24U).

Description

Spiralfeder und Verfahren zu deren Herstellung  Spiral spring and method for its production
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiralfeder mit mindestens einer Windung. Die Spiralfeder besteht aus einem massiven Kern aus einem Siliziummaterial. Der Kern umfasst zwei lange, parallele und geradlinige Seiten und zwei kurze parallele und geradlinige Seiten. The present invention relates to a coil spring with at least one turn. The spiral spring consists of a solid core of a silicon material. The core comprises two long, parallel and rectilinear sides and two short parallel and rectilinear sides.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder für mechanische Uhrwerke. Furthermore, the invention relates to a method for producing a spiral spring for mechanical movements.
Ebenso betrifft die Erfindung ein mechanisches Uhrwerk, das die erfindungsgemäße Spiralfeder eingebaut hat. Likewise, the invention relates to a mechanical movement, which has incorporated the coil spring according to the invention.
Stand der Technik State of the art
Schwingsysteme für mechanische Uhrwerke, insbesondere für Armbanduhren, werden in der Fachwelt auch als Unruh bezeichnet. Die Unruh umfasst einen Schwingkörper, welcher mittels einer Unruhwelle schwenkbar um eine Drehachse gelagert ist. Ferner ist eine Spiral- bzw. Unruhfeder vorgesehen, die zusammen mit der Masse des Schwingkörpers das schwingungsfähige und taktgebende System bildet. Oscillating systems for mechanical movements, especially for watches, are referred to in the art as a balance. The balance comprises a vibrating body, which is mounted pivotably about an axis of rotation by means of a balance shaft. Further, a spiral or balance spring is provided which forms the oscillatory and clocking system together with the mass of the oscillating body.
Bei der Herstellung der Spiralfedern sind Toleranzen nicht auszuschließen. Dies gilt in verstärktem Maße für Spiralfedern aus Silizium, die an ihren Oberflächen bzw. Außenflächen zur Erzielung der notwendigen Festigkeit und/oder Temperaturunabhängigkeit mit einer einheitlichen Beschichtung aus Siliziumdioxid versehen werden. In der Regel erfolgt diese Beschichtung durch thermische Oxidation. In the manufacture of coil springs tolerances can not be excluded. This applies to a greater extent to coil springs made of silicon, which are provided on their surfaces or outer surfaces to achieve the necessary strength and / or temperature independence with a uniform coating of silicon dioxide. As a rule, this coating takes place by thermal oxidation.
Aus der EP 1 422 436 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Spiralfedern für das Schwingsystem von mechanischen Uhren aus einkristallinem Silizium bekannt. Der Silizium-Kern der Spiralfeder ist dabei vollkommen mit Siliziumdioxid ummantelt. EP 1 422 436 A1 discloses a method for producing spiral springs for the oscillatory system of mechanical clocks made of monocrystalline silicon. The silicon core of the coil spring is completely encased in silicon dioxide.
Die europäische Patentanmeldung EP 2 284 628 A2 offenbart einen Resonator (Spiralfeder), der thermisch kompensiert ist und einen Kern aus monokristallinem Silizium besitzt. Die thermische Oxidation der Spiralfeder ist gemäß einer Ausführungsform derart ausgebildet, dass mindestens eine Außenfläche des Schwingbereichs des Kerns mit einer Beschichtung versehen ist und mindestens eine andere Fläche mit keiner Beschichtung versehen ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schwingbereich des Kerns an mindestens zwei angrenzenden Außenflächen mit einer Beschichtung versehen, wobei sich diese Beschichtungen jeweils in deren Dicke unterscheiden. European Patent Application EP 2 284 628 A2 discloses a resonator (coil spring) thermally compensated and having a monocrystalline core Owns silicon. The thermal oxidation of the coil spring is formed according to an embodiment such that at least one outer surface of the oscillating region of the core is provided with a coating and at least one other surface is provided with no coating. According to a further embodiment, the oscillating region of the core is provided with a coating on at least two adjoining outer surfaces, these coatings each differing in their thickness.
Die europäische Patentanmeldung EP 2 589 568 A1 offenbart ein mikromechanisches Teil, das einen Kern aus einem Halbleitermaterial und einer Beschichtung aus einem elektrisch-isolierenden Material, wie z.B. Diamant oder Siliziumdioxid, umfasst. Die Beschichtung ist auf einer Oberfläche des Kerns ausgebildet. Der Kern weist eine innere Schicht und eine äußere Schicht auf, wobei die elektrische Leitfähigkeit der Außenschicht größer als die der inneren Schicht ist. European Patent Application EP 2 589 568 A1 discloses a micromechanical part comprising a core of a semiconductor material and a coating of an electrically insulating material, such as e.g. Diamond or silicon dioxide. The coating is formed on a surface of the core. The core has an inner layer and an outer layer, wherein the electrical conductivity of the outer layer is greater than that of the inner layer.
Die schweizerische Patentanmeldung CH 699 780 A2 offenbart eine Feder, die aus einem Siliziumstab mit einer Außenfläche besteht. Der Siliziumstab hat einen Swiss patent application CH 699 780 A2 discloses a spring consisting of a silicon rod with an outer surface. The silicon rod has one
Elastizitätsmodul und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es ist ein Material vorgesehen, das teilweise den Wärmekoeffizienten kompensiert, wobei das Material Invar, Elinvar, Kovar oder Siliziumdioxid ist. Das Material ist in Form einer Abdeckung auf den Siliziumstab aufgebracht. Die internationale Patentanmeldung WO 201 1/7072960 A1 offenbart einen thermisch kompensierten Resonator. Der Körper des Resonators hat einen Kern aus Silizium- Material. Der Körper oder Kern trägt zumindest eine erste und eine zweite Beschichtung, die so ausgewählt sind, dass die Wärmeausdehnung im Wesentlichen null ist. Das US-Patent US 8,562,206 offenbart eine Spiralfeder. In jeder Windung der Spiralfeder ist eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen, die sich durch die Spirale der Feder erstrecken. Die internationale Patentanmeldung PCT/IB2015/054783 betrifft eine Spiralfeder und ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder. Die Spiralfeder ist mit einem Spiralfederbefestigungsabschnitt und einem daran anschließenden Schwingungsbereich versehen, der mindestens eine Windung besitzt. Der Kern der Spiralfeder ist aus Silizium. Mindestens zwei lange Seitenflächen des Kerns verbinden mindestens zwei kurze Seitenflächen miteinander. In mindestens einer oberen Seitenfläche und entlang einer Windung des Schwingungsbereichs ist mindestens eine Vertiefung in einem zweiten Teilbereich in der S1O2 - Schicht ausgebildet, deren Tiefe zumindest bis auf den Kern aus Silizium reicht. Die internationale Patentanmeldung WO 2014/203086 A1 offenbart ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke, eine Spiralfeder und ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder. Die Spiralfeder ist mit einem Spiralfederbefestigungsabschnitt, einem daran anschließenden Schwingungsbereich mit mindestens einer Windung und einem an den Schwingungsbereich anschließenden Stabilisierungsbereich versehen. Ein Kern aus Silizium besitzt über die Länge des Schwingungsbereichs vor dem thermischen Oxidieren im Wesentlichen einen konstanten Querschnitt. Nach dem thermischen Oxidieren weist die Spiralfeder im Schwingungsbereich mindestens einen ersten Teilbereich mit einer ersten Höhe und mindestens einen zweiten Teilbereich mit einer zweiten Höhe auf. Dabei ist die erste Höhe größer, als die zweite Höhe. Young's modulus and a thermal expansion coefficient. A material is provided which partially compensates for the thermal coefficient, the material being Invar, Elinvar, Kovar or silica. The material is applied in the form of a cover on the silicon rod. International Patent Application WO 201 1/7072960 A1 discloses a thermally compensated resonator. The body of the resonator has a core of silicon material. The body or core carries at least a first and a second coating selected so that the thermal expansion is substantially zero. US Patent US 8,562,206 discloses a coil spring. In each turn of the coil spring a plurality of openings is provided which extend through the spiral of the spring. International Patent Application PCT / IB2015 / 054783 relates to a coil spring and a method of manufacturing a coil spring. The coil spring is provided with a coil spring attachment portion and an adjoining oscillation portion having at least one turn. The core of the spiral spring is made of silicon. At least two long side surfaces of the core connect at least two short side surfaces together. In at least one upper side surface and along one turn of the oscillation region, at least one depression is formed in a second partial region in the SiO 2 layer, the depth of which extends at least as far as the silicon core. International patent application WO 2014/203086 A1 discloses a vibrating system for mechanical movements, a coil spring and a method for producing a spiral spring. The spiral spring is provided with a spiral spring attachment portion, an adjoining oscillation area with at least one turn and a stabilization area adjoining the oscillation area. A core of silicon has a substantially constant cross-section over the length of the vibration region prior to thermal oxidation. After the thermal oxidation, the spiral spring has at least a first partial region with a first height and at least one second partial region with a second height in the vibration region. The first height is greater than the second height.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist, eine Spiralfeder bereitzustellen, die ein dauerhaft ausgezeichnetes Schwingungsverhalten zeigt, verzugsfrei in der Ebene der Spiralfeder ist und eine Stabilität gegen Federbrüche besitzt. Hinzu kommt, dass die Spiralfeder auch reproduzierbar hinsichtlich des Schwingungsverhaltens ist, ohne dabei die erforderliche Temperaturkompensation zu vernachlässigen. The object of the invention is to provide a coil spring which shows a permanently excellent vibration behavior, is distortion-free in the plane of the coil spring and has a stability against spring breaks. In addition, the coil spring is also reproducible in terms of vibration behavior, without neglecting the required temperature compensation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spiralfeder gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder für mechanische Uhrwerke bereitzustellen, das einfach und zuverlässig durchzuführen ist und woraus eine Spiralfeder mit einem dauerhaft ausgezeichneten Schwingungsverhalten resultiert, die ebenfalls die erforderliche Temperaturkompensation aufweist und verzugsfrei in der Ebene der Spiralfeder ist und eine Stabilität gegen Federbrüche besitzt. This object is achieved by a coil spring according to claim 1. Another object of the invention is to provide a method for producing a spiral spring for mechanical movements, which is simple and reliable to perform and from which a spiral spring with a permanently excellent vibration behavior results, which also has the required temperature compensation and is distortion-free in the plane of the coil spring and has a stability against spring breaks.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder für mechanische Uhrwerke gemäß Patentanspruch 10 gelöst. This object is achieved by a method for producing a coil spring for mechanical movements according to claim 10.
Eine mögliche Ausführungsform der Spiralfeder ist, dass die mindestens eine Windung der Spiralfeder mindestens eine Windung umfasst, die aus einem massiven Kern aus einem Siliziummaterial besteht. Der Kern hat zwei lange parallele und geradlinige Seiten und zwei kurze parallele und geradlinige Seiten. Zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind zumindest die geradlinigen gegenüberliegenden langen Seiten des Kerns von einer Schicht zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bedeckt. Vorzugsweise ist die Schicht eine S1O2 - Schicht. A possible embodiment of the spiral spring is that the at least one turn of the spiral spring comprises at least one turn, which consists of a solid core of a silicon material. The core has two long parallel and rectilinear sides and two short parallel and rectilinear sides. To compensate for the coefficient of thermal expansion, at least the straight opposite long sides of the core are covered by a thermal expansion coefficient compensation layer. Preferably, the layer is a S1O2 layer.
Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Spiralfeder ist, dass die die obere kurze und geradlinige Seite und die beiden gegenüberliegenden langen Seiten von einer Schicht, vorzugsweise einer S1O2 - Schicht, umschlossen sind. Eine weitere mögliche Ausführungsform der Spiralfeder ist, dass diese mindestens eine Windung umfasst, die aus einem massiven Kern aus einem Siliziummaterial besteht. Der Kern selbst umfasst unter anderem im Wesentlichen zwei lange, parallele und geradlinige Seiten und zwei kurze, parallele und geradlinige Seiten. Dabei ist die obere, kurze und geradlinige Seite beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt mit den gegenüberliegenden langen Seiten verbunden. Die gegenüberliegenden langen und geradlinigen Seiten, die jeweils stetig differenzierbaren oberen Abschnitte, die die obere kurze und geradlinige Seite beidseits mit den gegenüberliegenden langen und geradlinigen Seiten verbinden, und die obere kurze und geradlinige Seite sind von einer S1O2 - Schicht (20) bedeckt. Auch die untere, kurze und geradlinige Seite ist beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren unteren Abschnitt mit den gegenüberliegenden, langen und geradlinigen Seiten verbunden. Der Kern ist zumindest an den gegenüberliegenden, langen und geradlinigen Seiten und zumindest teilweise an dem jeweiligen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt und dem jeweiligen stetig differenzierbaren unteren Abschnitt von einer S1O2 - Schicht bedeckt. A further embodiment of the spiral spring is that the upper short and rectilinear side and the two opposite long sides of a layer, preferably a S1O2 - layer, are enclosed. Another possible embodiment of the spiral spring is that it comprises at least one turn, which consists of a solid core of a silicon material. The core itself includes, among other things, essentially two long, parallel and rectilinear sides and two short, parallel and rectilinear sides. In this case, the upper, short and rectilinear side is connected on both sides via a respective continuously differentiable upper section with the opposite long sides. The opposite long and rectilinear sides, the respectively continuously differentiable upper portions connecting the upper short and rectilinear sides on both sides to the opposite long and rectilinear sides, and the upper short and rectilinear sides are covered by an S1O2 layer (20). The lower, short and rectilinear side is also connected to the opposite, long and rectilinear sides on each side by a continuously differentiable lower section. The core is covered by an S1O2 layer at least at the opposite, long and rectilinear sides and at least partially at the respective continuously differentiable upper portion and the respective continuously differentiable lower portion.
Die Spiralfeder könnte derart gestaltet sein, dass sich die beiden stetig differenzierbaren oberen Abschnitte von den stetig differenzierbaren unteren Abschnitten unterscheiden. Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Spiralfeder ist die kurze untere Seite und die kurze obere Seite mit einer S1O2 - Schicht versehen, so dass der Kern von einer S1O2 - Schicht umgeben ist. Die Dicke und/oder Form der S1O2 - Schicht unterscheiden sich dabei an der unteren kurzen Seite und der oberen kurzen Seite. Die Dicke der Si02-Schicht kann zwischen 2pm und 5pm betragen. Die Spiralfeder selbst umfasst einen Spiralfederbefestigungsabschnitt, einen Spiralfederendabschnitt und mindestens einen dazwischenliegenden Spiralfederringabschnitt, der die mehreren Windungen der Spiralfeder umfasst. Die Spiralfeder kann in einer mechanischen Uhr eingebaut werden. The spiral spring could be designed such that the two continuously differentiable upper sections differ from the continuously differentiable lower sections. According to one possible embodiment of the spiral spring, the short lower side and the short upper side are provided with an SiO 2 layer, so that the core is surrounded by an SiO 2 layer. The thickness and / or shape of the S1O2 layer differ on the lower short side and the upper short side. The thickness of the SiO 2 layer may be between 2pm and 5pm. The coil spring itself includes a coil spring attachment portion, a coil spring end portion, and at least one intermediate coil spring ring portion that includes the plurality of coils of the coil spring. The coil spring can be installed in a mechanical clock.
Der Kern der Spiralfeder kann aus amorphem Silizium, teilweise amorphem Silizium, Polysilizium, einem monokristallinem Siliziumgefüge oder aus einem Silizium Sintermaterial bestehen. Bevorzugt besteht die Spiralfeder aus einem polykristallinen Siliziummaterial. Das polykristalline Siliziummaterial kann auf verschiedene Weisen produziert werden. Eine CVD-Abscheidung oder ein Epitaxie-Abscheiden des polykristallinem Siliziums erfolgt beispielsweise in der Form, dass das hierdurch erhaltene Ausgangsmaterial eine dünne Schicht oder einen Wafer bildet, dessen Dicke dann gleich oder im Wesentlichen gleich derjenigen Dicke ist, die der Höhe der herzustellenden Spiralfedern entspricht. Auch ist eine CVD-Abscheidung zum Erzeugen von polykristallinem Silizium vorstellbar. Hierbei werden zunächst Wafer oder dünne Schichten gewonnen, aus denen dann die Spiralfedern hergestellt werden. Ebenso erhält man mit dem PVT-Verfahren (Physical Vapour Transport (PVT)) durch Sublimation polykristallines Silizium. Das polykristalline Silizium bildet sich durch Sublimation von Silizium oder Siliziumcarbid auf der Sperrschicht mit der Dicke aus, die dann gleich oder im Wesentlichen gleich derjenigen Dicke ist, die die herzustellende Spiralfeder haben soll. Ein Gießen von polykristallinem Silizium ist ebenfalls möglich. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von polykristallinem Silizium ist das Siemens-Verfahren. Aus dem damit hergestellten Silizium werden Wafer geschnitten und ggf. auch die erforderliche Dicke geläppt, die dann im Wesentlichen der Höhe der herzustellenden Spiralfedern entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder aus einem Siliziummaterial ist gemäß einer möglichen Ausführungsform durch die folgenden Schritte ausgestaltet: The core of the coil spring may consist of amorphous silicon, partially amorphous silicon, polysilicon, a monocrystalline silicon structure or a silicon sintered material. The spiral spring preferably consists of a polycrystalline silicon material. The polycrystalline silicon material can be produced in various ways. CVD deposition or epitaxial deposition of the polycrystalline silicon takes place, for example, in the form that the starting material thus obtained forms a thin layer or wafer whose thickness is then equal to or substantially equal to the thickness corresponding to the height of the spiral springs to be produced , Also, a CVD deposition for producing polycrystalline silicon is conceivable. In this case, first wafers or thin layers are obtained, from which then produced the coil springs become. Likewise obtained by the PVT process (Physical Vapor Transport (PVT)) by sublimation polycrystalline silicon. The polycrystalline silicon is formed by sublimation of silicon or silicon carbide on the barrier layer with the thickness which is then equal to or substantially equal to the thickness that is to have to be produced coil spring. Casting polycrystalline silicon is also possible. Another possibility for the production of polycrystalline silicon is the Siemens process. Wafers are cut from the silicon produced thereby and, if necessary, the required thickness is also lapped, which then substantially corresponds to the height of the spiral springs to be produced. The inventive method for producing a spiral spring made of a silicon material is configured according to a possible embodiment by the following steps:
Bereitstellen eines Trägers, wobei der Träger die Form eines Wafers haben kann; · Aufbringen eines Siliziummaterials auf den Träger, wobei das Siliziummaterial einen Kern mindestens einer Windung der Spiralfeder bildet; Providing a carrier, wherein the carrier may be in the form of a wafer; Applying a silicon material to the carrier, wherein the silicon material forms a core of at least one turn of the spiral spring;
Ätzen der mindestens einen Windung der Spiralfeder, so dass der Kern der mindestens einen Windung der Spiralfeder ausgeformt wird, der zwei lange, parallele und geradlinige Seiten und zwei kurze parallele und geradlinige Seiten umfasst; · Ausführen einer thermischen Oxidation, wobei eine Schicht eines Oxids zumindest auf die durch die langen Seiten definierten und freigelegten Seitenflächen der Spiralfeder aufwächst; und Etching the at least one turn of the coil spring so as to form the core of the at least one turn of the coil spring comprising two long, parallel and rectilinear sides and two short parallel and rectilinear sides; · Performing a thermal oxidation, wherein a layer of an oxide at least on the long sides defined and exposed side surfaces of the coil spring grows; and
Entfernen des Trägers von dem Siliziummaterial. Removing the carrier from the silicon material.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens, wächst beim Ausführen der thermischen Oxidation die Schicht des Oxids auf die durch die langen Seiten definierten und freigelegten Seitenflächen und auf die durch die obere, kurze und geradlinige Seite definierte und freigelegte Seitenfläche der Spiralfeder auf. Bei einer möglichen Ausführungsform des Ätzprozesses der mindestens einen Windung der Spiralfeder wird der Kern der mindestens einen Windung der Spiralfeder ausgeformt. Dabei entstehen zwei lange, parallele und geradlinige Seiten und zwei kurze parallele und geradlinige Seiten. Dabei ist die obere, kurze und geradlinige Seite beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt mit den gegenüberliegenden langen Seiten verbunden. According to a possible embodiment of the method, in carrying out the thermal oxidation, the layer of oxide grows on the side surfaces defined and exposed by the long sides and on the side surface of the coil spring defined and exposed by the top, short and rectilinear sides. In one possible embodiment of the etching process of the at least one turn of the spiral spring, the core of the at least one turn of the spiral spring is formed. This results in two long, parallel and rectilinear sides and two short parallel and rectilinear sides. In this case, the upper, short and rectilinear side is connected on both sides via a respective continuously differentiable upper section with the opposite long sides.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Ätzprozesses der mindestens einen Windung der Spiralfeder wird der Kern der mindestens einen Windung der Spiralfeder ausgeformt. Dabei entstehen zwei lange, parallele und geradlinige Seiten und zwei kurze parallele und geradlinige Seiten. Dabei ist die obere, kurze und geradlinige Seite beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt mit den gegenüberliegenden langen Seiten verbunden. Ebenso ist eine untere, kurze und geradlinige Seite beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren unteren Abschnitt mit den gegenüberliegenden langen Seiten verbunden. In a further embodiment of the etching process of the at least one turn of the spiral spring, the core of the at least one turn of the spiral spring is formed. This results in two long, parallel and rectilinear sides and two short parallel and rectilinear sides. In this case, the upper, short and rectilinear side is connected on both sides via a respective continuously differentiable upper section with the opposite long sides. Similarly, a lower, short and rectilinear side is connected on both sides via a respective continuously differentiable lower section with the opposite long sides.
Zur Ausbildung des stetig differenzierbaren unteren Abschnitts ist das Ätzen der mindestens einen Windung der Spiralfeder derart ausgeführt , dass im Bereich der unteren Seite des Kerns eine Hinterätzung ausgebildet wird. Die Hinterätzung ist derart ausgebildet, dass zumindest der stetig differenzierbare untere Abschnitt, der die gegenüberliegenden langen Seiten jeweils beidseits mit der unteren kurzen und geradlinigen Seite verbindet, vom Träger beabstandet ist. To form the continuously differentiable lower portion, the etching of the at least one turn of the spiral spring is designed such that an undercut is formed in the region of the lower side of the core. The undercut is formed such that at least the continuously differentiable lower portion, connecting the opposite long sides on either side to the lower short and rectilinear sides, is spaced from the carrier.
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung des Ätzprozesses ist, dass zwischen dem Träger und dem Siliziummaterial für den Kern der mindestens einen Windung der Spiralfeder eine Trennschicht vorgesehen ist. Das Ätzen der mindestens einen Windung der Spiralfeder wird derart ausgeführt, dass im Bereich der unteren, kurzen und geradlinigen Seite des Kerns eine Hinterätzung zumindest in der Trennschicht ausgebildet wird. Durch die Hinterätzung ist zumindest der stetig differenzierbare untere Abschnitt, der die gegenüberliegenden langen Seiten jeweils beidseits mit der unteren, kurzen und geradlinigen Seite verbindet, vom Träger beabstandet. Weitherhin können die Parameter des Ätzprozesses derart eingestellt werden, dass unterhalb eines ursprünglichen Niveaus des Trägers geätzt wird. Dies bedeutet, dass Material des Trägers in bestimmten Bereichen abgetragen wird. A further possibility of the configuration of the etching process is that a separating layer is provided between the carrier and the silicon material for the core of the at least one turn of the spiral spring. The etching of the at least one turn of the spiral spring is carried out such that in the region of the lower, short and rectilinear side of the core, an undercut is formed at least in the separating layer. By means of the back etching, at least the continuously differentiable lower portion, which connects the opposite long sides on both sides to the lower, short and rectilinear sides, is spaced from the carrier. Furthermore, the parameters of the etching process can be adjusted such that etched below an original level of the support. This means that material of the carrier is removed in certain areas.
Im Anschluss an den Ätzprozess wird eine Schicht aus einem Material zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Siliziummaterials des Kerns der Windungen auf die mittels des Ätzprozesses freigelegten Begrenzungsflächen der mindestens einen Windung aufgebracht. Bevorzugt ist das das Material zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten das gleiche Material, wie das der Trennschicht. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Material der Schicht zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Siliziummaterials eine Si02-Schicht. Die Si02-Schicht wird mittels thermischer Oxidation des Siliziummaterials des Kerns gebildet. Letztendlich erfolgt das Entfernen des Trägers, das mechanisch und/oder chemisch durchgeführt werden kann. Subsequent to the etching process, a layer of a material for compensating the coefficient of thermal expansion of the silicon material of the core of the windings is applied to the boundary surfaces of the at least one winding exposed by means of the etching process. Preferably, the material for compensating for the coefficient of thermal expansion is the same material as that of the separation layer. According to a particularly preferred embodiment, the material of the layer for compensating the thermal expansion coefficient of the silicon material is a Si0 2 layer. The Si0 2 layer is formed by thermal oxidation of the silicon material of the core. Finally, the removal of the carrier takes place, which can be carried out mechanically and / or chemically.
Der „aktive Schwingungsbereich" der Spiralfeder erstreckt sich von dem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt der Spiralfeder anschließenden inneren Ende des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt bzw. Spiralfederendabschnitt. The "active vibration region" of the spiral spring extends from the inner end of the active vibration region adjoining the coil spring attachment portion of the spiral spring to the outer spring support point or spiral spring end section.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Spiralfeder mit einem Spiralfederbefestigungsabschnitt, einem Spiralfederendabschnitt und mindestens einen dazwischenliegenden Spiralfederringabschnitt, der mindestens eine Windung besitzt. In der Regel hat der Spiralfederringabschnitt eine Vielzahl von Windungen. Die Spiralfeder hat einen massiven und polygonalen Kern aus einem Siliziummaterial mit mindestens zwei langen Seiten und mindestens zwei kurzen Seiten. Dabei tragen zwei gegenüberliegende lange Seiten zusammen mit einer oberen kurzen Seite eine S1O2 - Schicht. Der Kern hat an den jeweiligen Übergängen der oberen, kurzen Seite zu den langen Seiten eine obere Verrundung bzw. einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt. Ferner hat der Kern an den jeweiligen Übergängen der unteren kurzen Seite zu den langen Seiten eine untere Verrundung bzw. einen stetig differenzierbaren unteren Abschnitt ausgebildet. Die obere Verrundung und untere Verrundung sind ebenfalls von der S1O2 - Schicht bedeckt. Die erfindungsgemäße Spiralfeder hat den Vorteil, dass sie die für ein störungsfreies Schwingverhalten die erforderliche mechanische Stabilität, die nötige Temperaturkompensation und eine Verzugsfreiheit besitzt. Hinzu kommt, dass mit der erfindungsgemäßen und im Gewicht reduzierten Spiralfeder auch die Lager der Spiralfeder geschont werden, was sich wiederum positiv auf die Ganggenauigkeit der Uhr und eine Verlängerung der Serviceintervalle auswirkt. Another embodiment of the invention relates to a coil spring having a coil spring attachment portion, a coil spring end portion and at least one intermediate spiral spring ring portion having at least one turn. In general, the spiral spring ring portion has a plurality of turns. The coil spring has a solid and polygonal core of silicon material with at least two long sides and at least two short sides. Two opposite long sides together with an upper short side carry an S1O 2 layer. The core has at the respective transitions of the upper, short side to the long sides an upper rounding or a continuously differentiable upper section. Further, the core has formed at the respective transitions of the lower short side to the long side a lower rounding and a continuously differentiable lower portion, respectively. The upper rounding and lower rounding are also covered by the S1O 2 layer. The coil spring according to the invention has the advantage that it has the required mechanical stability for trouble-free vibration behavior, the necessary temperature compensation and freedom from distortion. In addition, the bearings of the coil spring are protected with the inventive and reduced in weight coil spring, which in turn has a positive effect on the accuracy of the clock and an extension of the service intervals.
In der Regel ist der Kern der Spiralfeder rechteckig und besitzt somit zwei lange Seiten und zwei kurze Seiten, die zumindest über die Länge des Schwingungsbereichs durch zwei lange Seiten zwei lange Seitenflächen und durch die zwei kurzen Seiten zwei kurze Seitenflächen ausbilden. Der Kern hat somit zwei gegenüberliegende lange Seitenflächen und zwei gegenüberliegende kurze Seitenflächen. In general, the core of the coil spring is rectangular and thus has two long sides and two short sides, which form two long side surfaces at least over the length of the vibration region by two long sides and two short side surfaces through the two short sides. The core thus has two opposite long side surfaces and two opposite short side surfaces.
Bei den ausgebildeten Verrundungen (stetig differenzierbare Abschnitte des Kerns) unterscheiden sich z.B. auch die Radien der oberen Verrundung und die Radien der unteren Verrundung. Gerade die Verrundungen an den Ecken des Kerns vermeiden mechanische Spannungsspitzen, was wiederum die Bruchgefahr der Spiralfeder verringert. In the case of the formed fillets (continuously differentiable sections of the core), e.g. also the radii of the upper rounding and the radii of the lower rounding. Just the fillets at the corners of the core avoid mechanical stress peaks, which in turn reduces the risk of breakage of the coil spring.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann die Spiralfeder auch an der unteren kurzen Seite mit einer S1O2 - Schicht versehen sein. Die S1O2 - Schicht kann an der unteren Seite eine geringere Dicke besitzen, als die S 1O2 - Schicht an der oberen kurzen Seite bzw. an den beiden langen, parallelen Seiten. Bei dieser Ausführungsform wird die S1O2 - Schicht an der unteren kurzen Seite in einer zweiten Stufe der thermischen Oxidation aufgebracht. Die Zeitdauer der thermischen Oxidation der unteren kurzen Seite wird derart gewählt, dass eine S 1O2 - Schicht mit einer geringeren Dicke aufwächst, als die Dicke der S 1O2 - Schicht auf den beiden Seitenflächen und der oberen Seitenfläche. Die Dicke der S1O2 - Schicht auf der durch die untere kurze Seite gebildeten unteren Seitenfläche beträgt weniger als weniger als 2000nm. Bevorzugt ist die Dicke im Bereich von 750nm bis 500nm. Bevorzugt ist der Kern der Spiralfeder aus Polysilizium. Bei der thermischen Oxidation des Kerns bilden sich an den jeweiligen Übergängen der oberen kurzen Seite zu den langen Seiten obere Verrundungen und an den jeweiligen Übergängen der unteren kurzen Seite zu den langen Seiten untere Verrundungen aus. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann auf dem Träger vor dem Aufbringen des den Kern der Spiralfeder bildenden Materials auf dem Träger eine Trennschicht aufgebracht werden. Ebenso kann das Material für den Kern der Spiralfeder mit einer Trennschicht versehen sein. Der Wafer mit dem Material für die Windungen der Spiralfeder und der Trennschicht wird z. B. an den Träger gebonded. Die durch den Ätzprozess hergestellten und freigelegten Spiralfedern sind noch mit der Materialschicht verbunden. Die Materialschicht mit den Spiralfedern kann vom Träger bzw. vom Träger mit der Trennschicht mit mechanischen und/oder chemischen Verfahren zumindest teilweise entfernt werden. Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann der Träger oder der Träger und die Trennschicht in einem Bereich entfernt werden, der kleiner ist, als der Durchmesser des Trägers. Dies hat den Vorteil, dass somit am Rand für die Handhabung noch ausreichend Material zum Handhaben zur Verfügung ist. According to a possible embodiment, the spiral spring can also be provided on the lower short side with an SiO 2 layer. The S1O2 layer may have a smaller thickness on the lower side than the S102 layer on the upper short side or on the two long, parallel sides. In this embodiment, the S1O2 layer is deposited on the lower short side in a second stage of thermal oxidation. The duration of the thermal oxidation of the lower short side is selected such that an S 1O 2 layer with a smaller thickness grows than the thickness of the S 1O 2 layer on the two side surfaces and the upper side surface. The thickness of the S1O2 layer on the lower side surface formed by the lower short side is less than less than 2000 nm. The thickness is preferably in the range of 750 nm to 500 nm. The core of the spiral spring is preferably made of polysilicon. In the thermal oxidation of the core, upper fillets are formed at the respective transitions of the upper short side to the long sides, and lower fillets are formed at the respective transitions of the lower short side to the long sides. According to one embodiment of the method, a separating layer may be applied to the carrier on the carrier prior to the application of the material forming the core of the spiral spring on the carrier. Likewise, the material for the core of the coil spring may be provided with a release layer. The wafer with the material for the turns of the coil spring and the separating layer is z. B. gebonded to the carrier. The coil springs produced and exposed by the etching process are still connected to the material layer. The material layer with the coil springs can be at least partially removed from the carrier or from the carrier with the separating layer by mechanical and / or chemical processes. According to a possible embodiment, the carrier or carrier and the separating layer can be removed in a region which is smaller than the diameter of the carrier. This has the advantage that there is still sufficient material to handle at the edge for handling.
Ebenso ist es mögliche, dass vor dem zumindest teilweisen Entfernen des Träger die Trennschicht, die bevorzugt ebenfalls eine S 1O2 - Schicht ist, in den freien Bereichen durch einen Ätzprozess abgetragen wird. Nach dem anschließenden Entfernen des Trägers erhält man freigelegte Kerne der Spiralfedern, die an der unteren Seite die Trennschicht aus S1O2 tragen. Likewise, it is possible that before the at least partial removal of the carrier, the separating layer, which is preferably likewise an SiO.sub.2 layer, is removed in the free regions by an etching process. After the subsequent removal of the support obtained cores of the spiral springs, which carry on the lower side of the separation layer of S1O2.
Nachdem der Träger oder der Träger und die Trennschicht entfernt worden sind, kann an der der oberen kurzen Seite und der gegenüberliegenden unteren, kurzen Seite, falls diese keine Beschichtung trägt, die weitere thermische Oxidation durchgeführt werden. Die Dauer der thermischen Oxidation ist dabei derart bemessen, dass die dadurch aufgebrachte Dicke (etwa 2000nm) der Oxid-Schicht kleiner ist, als die Dicke der Oxidschicht an den Seitenflächen und der oberen Seitenfläche der Spiralfeder. Bevorzugt ist die Dauer der thermischen Oxidation kleiner als 1 ,5 Stunden und besonders bevorzugt ist die Dauer der thermischen Oxidation kleiner als 1 Stunde. After the carrier or carrier and the release layer have been removed, further thermal oxidation can be performed on the upper short side and the opposite lower short side if it does not have a coating. The duration of the thermal oxidation is dimensioned such that the thickness (about 2000 nm) applied thereby of the oxide layer is smaller than the thickness of the oxide layer on the side surfaces and the upper side surface of the spiral spring. Preferably, the duration of the thermal oxidation is less than 1.5 hours, and more preferably the duration of the thermal oxidation is less than 1 hour.
Weitere vorteilhafte Aspekte, Details und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren. Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen: Fig. 1 beispielhaft eine perspektivische Ansicht eines Schwingsystems für Further advantageous aspects, details and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the figures. In the following, embodiments of the invention and their advantages with reference to the accompanying figures will be explained in more detail. The proportions in the figures do not always correspond to the actual size ratios, as some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for ease of illustration. 1 shows by way of example a perspective view of a vibration system for
Uhrwerke von mechanischen Uhren gemäß dem Stand der Technik;  Movements of mechanical watches according to the prior art;
Fig. 2 beispielhaft einen Schnitt entlang einer die Achse der Unruhwelle aufnehmenden Ebene durch das Schwingsystem des Uhrwerks gemäß Figur 1 ; Fig. 3 beispielhaft eine perspektivische Seitenansicht der freigestellten FIG. 2 shows, by way of example, a section along a plane receiving the axis of the balance-wave shaft through the oscillating system of the movement according to FIG. 1; FIG. Fig. 3 by way of example a perspective side view of the exempted
Komponenten des Schwingungssystems gemäß Figur 1 und 2 für ein Uhrwerk;  Components of the vibration system according to Figures 1 and 2 for a clockwork;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Spiralfeder in Verbindung mit der Fig. 4 is a perspective view of the coil spring in conjunction with the
Unruhwelle eines Uhrwerks; Fig. 5 eine Ansicht des Querschnitts durch eine Windung der Spirale, die einen  Balance wheel of a clockwork; Fig. 5 is a view of the cross section through a turn of the spiral, a
Kern aus einem Siliziummaterial besitzt;  Core of a silicon material possesses;
Fig. 6A - 6D eine schematische Darstellung des Ablaufs einer möglichen Fig. 6A - 6D is a schematic representation of the flow of a possible
Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Spiralfeder;  Embodiment of the method for producing a spiral spring;
Fig. 7A - 7D eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des 7A-7D is a schematic representation of another embodiment of the
Ablaufs des Verfahrens zur Herstellung einer Spiralfeder;  Procedure of the method for producing a spiral spring;
Fig. 8A - 8C eine mögliche Ausführungsform der Ausbildung des Querschnitts der 8A - 8C, a possible embodiment of the formation of the cross section of
Windungen einer Spiralfeder; eine schematische Darstellung des teilweisen Querschnitts der Spiralfeder im oberen Bereich der Spiralfeder nach der thermischen Oxidation; eine schematische vergrößerte Ansicht eines Querschnitts, bei dem die einzelnen Windungen der Spiralfeder durch Ätzen vom umgebenden Siliziummaterial freigelegt worden sind; eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts, bei dem die einzelnen freigelegten Windungen der Spiralfeder, die mit einer thermischen Oxidation behandelt wurden, noch mit dem Träger verbunden sind; eine schematische vergrößerte Ansicht eines Querschnitts der Windung der Spiralfeder, die aufgrund der thermischen Oxidation mit einer Oxid-Schicht umgeben und der Träger entfernt ist; eine schematische vergrößerte Ansicht eines Querschnitts einer anderen Ausführungsform, bei der die einzelnen Windungen der Spiralfeder durch Ätzen vom umgebenden Siliziummaterial freigelegt worden sind; eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts der Ausführungsform nach Fig. 13, bei dem die einzelnen freigelegten Windungen der Spiralfeder, die mit einer thermischen Oxidation behandelt wurden, noch mit dem Träger verbunden sind; eine schematische vergrößerte Ansicht eines Querschnitts der oxidierten Windung der Spiralfeder aus Figur 14, bei der der Träger entfernt ist; eine schematische vergrößerte Ansicht eines Trägers mit Trennschicht, auf der eine Schicht aus Siliziummaterial für den Kern der Windungen der Spiralfeder vorhanden ist; eine schematische vergrößerte Ansicht der Schicht aus Siliziummaterial; aus der die Windungen der Spiralfeder geätzt sind; eine schematische Darstellung, wobei die geätzten Windungen durch thermische Oxidation mit einer Oxidschicht versehen sind; eine schematische Darstellung des Trägers mit den Windungen, bei denen die Oxidschicht vollständig und die Trennschicht zumindest teilweise entfernt sind; und Fig. 20 eine schematische Darstellung der Windungen, wobei die freigelegten Bereiche der Seitenflächen erneut einer thermischen Oxidation unterzogen worden sind. Turns of a spiral spring; a schematic representation of the partial cross section of the coil spring in the upper region of the coil spring after the thermal oxidation; a schematic enlarged view of a cross section in which the individual turns of the coil spring have been exposed by etching of the surrounding silicon material; an enlarged view of a cross section in which the individual exposed turns of the coil spring, which were treated with a thermal oxidation, are still connected to the carrier; a schematic enlarged view of a cross section of the winding of the coil spring, which is surrounded due to the thermal oxidation with an oxide layer and the carrier is removed; a schematic enlarged view of a cross section of another embodiment in which the individual turns of the coil spring have been exposed by etching from the surrounding silicon material; an enlarged view of a cross section of the embodiment of Figure 13, in which the individual exposed turns of the coil spring, which were treated with a thermal oxidation, are still connected to the carrier. a schematic enlarged view of a cross section of the oxidized winding of the coil spring of Figure 14, in which the carrier is removed; a schematic enlarged view of a carrier with a separating layer, on which a layer of silicon material for the core of the turns of the coil spring is present; a schematic enlarged view of the layer of silicon material; from which the turns of the coil spring are etched; a schematic representation, wherein the etched windings are provided by thermal oxidation with an oxide layer; a schematic representation of the carrier with the windings, in which the oxide layer is completely removed and the separation layer at least partially; and Fig. 20 is a schematic representation of the turns, wherein the exposed portions of the side surfaces have again been subjected to thermal oxidation.
Ausführliche Beschreibung der Zeich Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Identical reference numerals are used for the same or like elements of the invention. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und des technischen Umfelds, bei dem die Erfindung verwendet wird, wird im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Schwingsystem für mechanische Uhrwerke beschrieben. For a better understanding of the present invention and the technical environment in which the invention is used, in connection with the figures 1 to 3 a known from the prior art oscillating system for mechanical movements will be described.
Das Schwingsystem 1 umfasst einen Schwingkörper in Form eines Schwungrads 2, eine Unruhwelle 3 sowie eine Spiralfeder 4. Das Schwungrad 2 besteht aus einem äußeren Kreisringabschnitt 2.1 , der über mehrere Speichen 2.2 mit einem Nabenabschnitt 2.3 verbunden ist. Der Nabenabschnitt 2.3 weist eine von der Kreisform abweichende, zentrale Durchgangsbohrung auf, in welcher ein zugeordneter Wellenabschnitt 3' der Unruhwelle 3 aufgenommen ist, dessen konzentrische Außenseite einen Formschluss mit dem Nabenabschnitt 2.3 des Schwungrades 2 herstellt. Damit ist das Schwungrad 2 drehfest mit der Unruhwelle 3 verbunden. Darüber hinaus sind an der zum Drehzentrum des Schwungrades 2 weisenden Innenseite des äußeren Kreisringabschnitts 2.1 mehrere Schwungmassen 2.4 angebracht. The oscillating system 1 comprises a vibrating body in the form of a flywheel 2, a balance shaft 3 and a coil spring 4. The flywheel 2 consists of an outer circular ring section 2.1, which is connected via a plurality of spokes 2.2 with a hub section 2.3. The hub portion 2.3 has a deviating from the circular, central through hole, in which an associated shaft portion 3 'of the balance shaft 3 is added, the concentric outer side makes a positive connection with the hub portion 2.3 of the flywheel 2. Thus, the flywheel 2 is rotatably connected to the balance shaft 3. In addition, at the center of rotation of the flywheel 2 facing inside of the outer annulus section 2.1 several inertia 2.4 are attached.
Die Unruhwelle 3 weist ferner ein oberes und unteres freies Ende 3.1 , 3.2 auf, welche spitz zulaufen und zur drehbaren Lagerung der Unruhwelle 3 um deren Achse UA in entsprechend ausgebildeten oberen und unteren Lagereinheiten aufgenommen werden. In den Figuren 1 und 2 ist beispielhaft eine obere Lagereinheit dargestellt. Die Achse UA der Unruhwelle 3 ist damit zugleich auch die Drehachse des Schwungrades 2 und die Achse der Spiralfeder 4. Die Spiralfeder 4 besteht aus einem vorzugsweise ringförmigen, inneren Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 und einem äußeren Spiralfederendabschnitt 4.2. Dazwischen befinden sich mehrere Spiralfederringabschnitte 4.3, welche in einer Ebene senkrecht und vorzugsweise konzentrisch zur Achse der Spiralfeder 4 verlaufen, welche mit der Achse UA der Unruhwelle 3 übereinstimmt. The balance-wheel shaft 3 also has an upper and lower free end 3.1, 3.2, which taper in a pointed manner and are received for the rotatable mounting of the balance-wheel shaft 3 about its axis UA in correspondingly formed upper and lower bearing units. In FIGS. 1 and 2, an upper bearing unit is shown by way of example. The axis UA of the balance shaft 3 is thus at the same time the axis of rotation of the flywheel 2 and the axis of the coil spring 4th The coil spring 4 consists of a preferably annular, inner coil spring attachment section 4.1 and an outer spiral spring end section 4.2. In between there are several spiral spring ring sections 4.3, which extend in a plane perpendicular and preferably concentric to the axis of the coil spring 4, which coincides with the axis UA of the balance shaft 3.
Der vorzugsweise ringförmige, innere Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 ist mit der Unruhwelle 3 drehfest verbunden, und zwar vorzugsweise verklebt und/oder mittels Formschluss. Hierzu weist die Unruhwelle 3 einen zur Aufnahme des inneren Spiralfederbefestigungsabschnitts 4.1 ausgebildeten Wellenabschnitt 3" auf, der oberhalb des das Schwungrad 2 aufnehmenden Wellenabschnitts 3' angeordnet ist. The preferably annular, inner coil spring mounting portion 4.1 is rotatably connected to the balance shaft 3, preferably glued and / or by positive engagement. For this purpose, the balance-wheel shaft 3 has a shaft section 3 "designed to receive the inner spiral-spring fastening section 4.1, which shaft section 3" is arranged above the shaft section 3 receiving the flywheel 2.
Zur in Bezug auf die Unruhwelle 3 drehfesten Befestigung des äußeren Spiralfederendabschnitts 4.2 ist die Halteanordnung 5 zur Einstellung des Zentrums der Spiralfeder 4 vorgesehen. Die Halteanordnung 5 umfasst zumindest einen Haltearm 6 und ein Halteelement 7, welches im Bereich des äußeren freien Endes des Haltearms 6 entlang der Längsachse LHA des Haltearms 6 verschiebbar befestigt ist. For in relation to the balance shaft 3 non-rotatable attachment of the outer Spiralfederendabschnitts 4.2, the holding assembly 5 is provided for adjusting the center of the coil spring 4. The holding arrangement 5 comprises at least one holding arm 6 and a holding element 7, which is fastened slidably in the region of the outer free end of the holding arm 6 along the longitudinal axis LHA of the holding arm 6.
Der Haltearm 6 weist ein inneres Haltearmende 6.1 und ein äußeres Haltearmende 6.2 auf, wobei das innere Haltearmende 6.1 einen offenen Kreisring ausbildet und im Bereich des äußeren Haltearmendes 6.2 eine längliche Führungsausnehmung 6.3 vorgesehen ist. Die längliche Führungsausnehmung 6.3 ist zur variablen Befestigung des Halteelementes 7 am Haltearm 6 vorgesehen. Das innere Haltearmende 6.1 ist über nicht näher bezeichnete Haltemittel, welche auch die oberen und unteren Lagereinheiten zur drehbaren Lagerung der Unruhwelle 3 aufnehmen können, drehfest befestigt, und zwar derart, dass der offene Kreisring des inneren Haltearmendes 6.1 die Achse UA der Unruhwelle 3 konzentrisch umgibt. The retaining arm 6 has an inner retaining arm end 6.1 and an outer retaining arm end 6.2, the inner retaining arm end 6.1 forming an open circular ring and an elongated guide recess 6.3 being provided in the region of the outer retaining arm end 6.2. The elongated guide recess 6.3 is provided for the variable attachment of the holding element 7 on the support arm 6. The inner retaining arm 6.1 is about unspecified holding means which can accommodate the upper and lower bearing units for rotatably supporting the balance shaft 3, rotatably attached, in such a way that the open circular ring of the inner retaining arm 6.1 surrounds the axis UA of the balance shaft 3 concentric ,
Das Halteelement 7 weist einen im Wesentlichen zylinderförmigen, länglichen Grundkörper 7.1 mit einer oberen und unteren Stirnseite 7.1 1 , 7.12 und einer Längsachse LHE auf, welcher eine zur oberen Stirnseite 7.1 1 geöffnete Sacklochbohrung 7.2 mit einem Innengewinde zur Aufnahme einer Schraube 8 aufweist. Mittels der Schraube 8, welche durch die längliche Führungsausnehmung 6.3 des Haltearms 6 geführt wird, ist das Halteelement 7 fest mit dem Haltearm 6 verschraubbar, und zwar derart, dass die Längsachse LHA des Haltearms 6 und die Längsachse LHE des Halteelementes 7 senkrecht zueinander verlaufen. Auf der gegenüberliegenden unteren Stirnseite 7.12 des Grundkörpers 7.1 des Halteelementes 7 ist eine sich senkrecht zur Längsachse LHE des Grundkörpers 7.1 erstreckende und nach unten offene Führungsausnehmung 7.3 vorgesehen, die zur radial führenden Aufnahme des äußeren Spiralfederendabschnitts 4.2 ausgebildet ist. Eine die Längsachse LHE des Grundkörpers 7.1 aufnehmende Ebene teilt die Führungsausnehmung 7.3 näherungsweise in zwei gegenüberliegende, gleiche Hälften des gabelartig ausgebildeten unteren freien Endes des Halteelementes 7. The holding element 7 has a substantially cylindrical, elongate base body 7.1 with an upper and lower end face 7.1 1, 7.12 and a longitudinal axis LHE, which has an open to the upper end 7.1 1 blind hole 7.2 with an internal thread for receiving a screw. 8 having. By means of the screw 8, which is guided by the elongated guide recess 6.3 of the support arm 6, the holding element 7 is firmly screwed to the support arm 6, in such a way that the longitudinal axis LHA of the support arm 6 and the longitudinal axis LHE of the support member 7 are perpendicular to each other. On the opposite lower end face 7.12 of the main body 7.1 of the holding element 7 is a perpendicular to the longitudinal axis LHE of the body 7.1 extending and downwardly open guide recess 7.3 is provided, which is formed for radially leading receiving the outer Spiralfederendabschnitts 4.2. A plane receiving the longitudinal axis LHE of the main body 7.1 divides the guide recess 7.3 approximately into two opposite, equal halves of the fork-shaped lower free end of the holding element 7.
Im montierten Zustand ist damit mittels der Halteanordnung 5 der radiale Abstand A zwischen der Achse UA der Unruhwelle 3 und der Längsachse LHE des Halteelementes 7 und damit des äußeren Spiralfederendabschnitts 4.2 einstellbar. Durch eine entsprechende radiale zur Achse UA gerichtete Verschiebung des Halteelementes 7 und damit des äußeren Spiralfederendabschnitts 4.2 ist das Spiralfederzentrum justierbar, und zwar vorzugsweise derart, dass die Spiralfederringabschnitte 4.3 jeweils denselben Abstand zueinander aufweisen und konzentrisch um die Achse UA verlaufen. Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform der Spiralfeder 4, die mit ihrem Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 drehfest mit der Unruhwelle 3 verbunden ist. Den Schwingungsbereich LA bilden die Spiralfederringabschnitte 4.3 der Spiralfeder 4, die die mehreren Windungen der Spiralfeder bilden. Die Spiralfederringabschnitte 4.3 reichen von einem inneren Ende 13 des Spiralfederbefestigungsabschnitts 4.1 bis zu einem Stabilisierungsbereich LS und bilden den Schwingungsbereich LA. Die hier dargestellte Ausführungsform des Stabilisierungsbereichs LS stellt eine von mehreren möglichen Ausführungsformen dar und soll nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Figur 5 zeigt einen Querschnitt 17 durch eine Windung 9 der Spiralfeder 4. Der Querschnitt 17 ist über die gesamte Länge der Windungen 9 des Schwingungsbereichs LA im Wesentlichen konstant. Die Windungen 9 einer Spiralfeder 4, die für den Einbau in das Schwingsystem 1 einer Uhr produziert ist, besteht aus einem Kern 16 aus Siliziummaterial. Das Siliziummaterial kann z.B. aus polykristallinem Silizium, gesinterten Silizium, oder einem monokristallinen Siliziumgefüge, etc. bestehen. Zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist der Kern 16 mit einer Schicht aus einem Material zumindest teilweise umgeben. Bei der hier dargestellten Ausführungsform umschließt die Schicht des Materials den Kern 16 vollkommen. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass auch Ausführungsformen möglich sind, bei denen nur Seitenflächen der Windungen 9 der Feder mit dem Material zu Temperaturkompensation versehen sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schicht 20 durch thermisches Oxidieren der Kerns 16 erzeugt. Die gebildete Schicht 20 ist eine S1O2 - Beschichtung mit einer Dicke D zwischen 2pm bis 5pm. Der Querschnitt 17 besitzt eine Höhe H und eine Breite B. Dabei ist der Querschnitt 17 derart ausgebildet, dass gegenüberliegende lange und geradlinige Seiten 22 eine Länge L1 besitzen, die kleiner ist als die Höhe H. Die untere kurze und geradlinige Seite 24u und die obere kurze und geradlinige Seite 240 haben eine Länge L2 die kleiner ist als die Breite des Querschnitts 17. Der Kern 16 ist im Querschnitt 17 ferner derart gestaltet, dass die obere kurze und geradlinige Seite 240 beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt 150 mit den gegenüberliegenden langen Seiten 22 verbunden ist. Ebenso kann die untere kurze und geradlinige Seite 24u beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren unteren Abschnitt 15u mit den gegenüberliegenden langen und geradlinigen Seiten 22 des Kerns 16 verbunden sein. In the assembled state is thus by means of the holding assembly 5 of the radial distance A between the axis UA of the balance shaft 3 and the longitudinal axis LHE of the holding element 7 and thus of the outer Spiralfederendabschnitts 4.2 adjustable. By a corresponding radial to the axis UA directed displacement of the holding element 7 and thus the outer Spiralfederendabschnitts 4.2, the coil spring center is adjustable, and preferably such that the Spiralfederringabschnitte 4.3 each have the same distance from one another and extend concentrically about the axis UA. Figure 4 shows a perspective view of a possible embodiment of the coil spring 4, which is rotatably connected with its coil spring mounting portion 4.1 with the balance shaft 3. The oscillation area LA form the spiral spring ring sections 4.3 of the spiral spring 4, which form the multiple turns of the spiral spring. The spiral spring ring portions 4.3 extend from an inner end 13 of the coil spring attachment portion 4.1 to a stabilization area LS and form the oscillation area LA. The embodiment of the stabilization region LS shown here represents one of several possible embodiments and should not be construed as limiting the invention. FIG. 5 shows a cross section 17 through a turn 9 of the spiral spring 4. The cross section 17 is substantially constant over the entire length of the turns 9 of the oscillation region LA. The turns 9 of a coil spring 4, which is produced for installation in the oscillating system 1 of a clock, consists of a core 16 of silicon material. The silicon material may, for example, consist of polycrystalline silicon, sintered silicon, or a monocrystalline silicon structure, etc. To compensate for the thermal expansion coefficient of the core 16 is at least partially surrounded by a layer of a material. In the embodiment illustrated here, the layer of material completely surrounds the core 16. It is obvious to a person skilled in the art that embodiments are also possible in which only side surfaces of the turns 9 of the spring are provided with the material for temperature compensation. In a preferred embodiment, the layer 20 is formed by thermally oxidizing the core 16. The formed layer 20 is an S1O 2 coating with a thickness D between 2pm to 5pm. The cross section 17 has a height H and a width B. In this case, the cross section 17 is formed such that opposite long and straight sides 22 have a length L1 which is smaller than the height H. The lower short and rectilinear side 24u and the upper short and straight side 24 0 have a length L2 which is smaller than the width of the cross section 17. The core 16 is in the cross section 17 further designed such that the upper short and rectilinear side 24 0 on each side over a continuously differentiable upper portion 15 0th is connected to the opposite long sides 22. Likewise, the lower short and rectilinear side 24u may be connected to the opposite long and rectilinear sides 22 of the core 16 on either side via a respective continuously differentiable lower portion 15u.
Die Figuren 6A bis 6D zeigen schematisch den Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils, insbesondere einer Spiralfeder 4 mit deren Windungen 9. Es wird ein Träger 30 zur Verfügung gestellt, auf dem das Siliziummaterial 32 in einer Schichtdicke aufgebracht sein kann, die im Wesentlich der Höhe des Kerns 16 der Spiralfeder 4 entspricht. Zwischen dem Siliziummaterial 32 und dem Träger 30 ist bei dieser Ausführungsform eine Trennschicht 31 vorgesehen. Die Trennschicht 31 kann auf den Träger 30 aufgebracht werden. Anschließend wird dann das Siliziummaterial 32 auf der Trennschicht 31 aufgebracht. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Trennschicht 31 auf das Siliziummaterial 32 aufgebracht ist. Ein Wafer aus dem Siliziummaterial 32 mit der Trennschicht 31 wird z.B. mit dem Träger 30 gebonded. Bevorzugt ist die Trennschicht S1O2. Das Aufbringen bzw. das Ausbilden des Siliziummaterials 32 kann mit einer Vielzahl dem Fachmann bekannten Verfahren des Standes der Technik erfolgen. Schließlich wird eine Schicht 33 auf der freien Oberfläche des Siliziummaterials 32 für das mikromechanische Bauteil bzw. die Spiralfeder 4 aufgebracht, die das Aufwachsen eines Oxids bei der thermischen Oxidation verhindert. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens ist diese Schicht 33 z. B. eine Siliziumnitrid -Schicht. Das Bauteil bzw. die Windungen 9 der Spiralfeder 4 werden durch Ätzen freigelegt. Anschließend wird eine thermische Oxidation ausgeführt, wobei eine S1O2 - Schicht 20 auf die freigelegten Flächen des Bauteils bzw. der Windungen 9 der Spiralfeder 4 ausgebildet wird. Letztendlich erfolgt das Ablösen oder Trennen der Schicht aus dem Siliziummaterial 32, die die mikromechanischen Bauteile bzw. die Spiralfedern 4 enthält, vom Träger 30. Die mikromechanischen Bauteile bzw. die Spiralfedern 4 sind noch mit der Schicht aus dem Siliziummaterial 32 für das mikromechanische Bauteil bzw. die Spiralfedern 4 verbunden. Das Ablösen oder Trennen der Schicht aus dem Siliziummaterial 32 vom Träger 30 kann mittels chemischer, mechanischer oder chemisch-mechanischer Prozesse erfolgen. FIGS. 6A to 6D schematically show the sequence of a method for producing a micromechanical component, in particular a spiral spring 4 with its windings 9. A carrier 30 is provided on which the silicon material 32 can be applied in a layer thickness substantially the height of the core 16 of the coil spring 4 corresponds. Between the silicon material 32 and the carrier 30, a separating layer 31 is provided in this embodiment. The release layer 31 can be applied to the carrier 30. Subsequently, will then the silicon material 32 is applied to the release layer 31. Another possibility is that the separation layer 31 is applied to the silicon material 32. A wafer of the silicon material 32 with the separation layer 31 is bonded to the carrier 30, for example. Preferably, the release layer is S1O2. The deposition of silicon material 32 may be accomplished by a variety of prior art techniques known to those skilled in the art. Finally, a layer 33 is applied to the free surface of the silicon material 32 for the micromechanical component or spiral spring 4, which prevents the growth of an oxide during the thermal oxidation. In the embodiment of the method described here, this layer 33 z. B. a silicon nitride layer. The component or the windings 9 of the coil spring 4 are exposed by etching. Subsequently, a thermal oxidation is carried out, wherein an S1O2 - layer 20 is formed on the exposed surfaces of the component or the windings 9 of the coil spring 4. Finally, the detachment or separation of the layer of the silicon material 32, which contains the micromechanical components or the spiral springs 4, takes place from the carrier 30. The micromechanical components or the spiral springs 4 are still connected to the layer of the silicon material 32 for the micromechanical component The coil springs 4 are connected. The detachment or separation of the layer of the silicon material 32 from the carrier 30 can take place by means of chemical, mechanical or chemical-mechanical processes.
Die Figuren 7A bis 7D zeigen eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Ablaufs des Verfahrens zur Herstellung der Windungen 9 einer Spiralfeder 4. Obwohl sich die nachstehende Beschreibung auf die Herstellung einer Spiralfeder 4 bezieht, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Auch hier ist zwischen dem Träger 30 und der Schicht aus dem Siliziummaterial 32 eine Trennschicht 31 vorgesehen. Auf die Trennschicht 31 zwischen dem Träger 30 und der Schicht aus dem Siliziummaterial 32 kann verzichtet werden. Die Schicht aus dem Siliziummaterial 32 kann somit direkt auf den Träger 30 aufgebracht werden. Im Falle einer Trennschicht 31 ist diese aus S1O2. Ebenso wird bei dieser Ausführungsform auf die Schicht aus dem Siliziummaterial 32 für die Spiralfeder kein die thermische Oxidation behinderndes Material aufgebracht. Nach dem Ätzen bzw. dem Freilegen der Windungen 9 für die Spiralfeder 4 erfolgt eine erste Stufe der thermischen Oxidation. Die Schicht aus dem Siliziummaterial 32, das die Spiralfedern 4 umfasst, ist dabei immer noch mit dem Träger 30 verbunden. Bei der ersten Stufe der thermische Oxidation wäscht an den durch die langen und geradlinigen Seiten 22 definierten Seitenflächen (hier nicht dargestellt) und an der durch die obere kurze und geradlinige Seite 240 definierten oberen Seitenfläche des Kerns 16 der Spiralfeder eine S1O2 - Schicht 20 auf. Nach der ersten Stufe der thermischen Oxidation wird der Träger 30 und hier auch die Trennschicht 31 mechanisch und/oder chemisch abgetragen. Ein mechanischer Abtrag kann z.B. durch Schleifen erfolgen. Figures 7A to 7D show a schematic representation of another embodiment of the procedure of the method for producing the turns 9 of a coil spring 4. Although the following description refers to the manufacture of a coil spring 4, this should not be construed as a limitation of the invention. Again, a release layer 31 is provided between the carrier 30 and the layer of silicon material 32. The release layer 31 between the support 30 and the layer of the silicon material 32 can be dispensed with. The layer of the silicon material 32 can thus be applied directly to the carrier 30. In the case of a separating layer 31, this is made of S1O2. Also, in this embodiment, no thermal oxidation inhibiting material is applied to the layer of silicon material 32 for the coil spring. After etching or exposing the windings 9 for the spiral spring 4, a first stage of the thermal oxidation takes place. The layer of the silicon material 32, which comprises the coil springs 4, is still connected to the carrier 30. In the first stage of the thermal oxidation, an S1O2 layer 20 is washed on the side surfaces defined by the long and rectilinear sides 22 (not shown here) and on the upper side surface of the core 16 of the spiral spring defined by the upper short and rectilinear side 24 0 , After the first stage of the thermal oxidation, the carrier 30 and here also the separating layer 31 are removed mechanically and / or chemically. A mechanical removal can be done eg by grinding.
Nach dem Entfernen des Trägers 30 ist somit die durch die untere, kurze und geradlinige Seite 24u definierte untere Seitenfläche des Kerns 16 der Spiralfeder 4 freigelegt. In einer zweiten Stufe der thermischen Oxidation kann dann in einer Ausführungsform des Verfahrens auch auf der unteren Seitenfläche des Kerns 16 der Spiralfeder 4 eine S1O2 - Schicht 20 aufgebracht werden. Es ist möglich, dass die S1O2 - Schicht 20 an der unteren Seitenfläche des Kerns 16 eine geringere Dicke besitzt, als die S1O2 - Schicht 20 an den übrigen Seitenflächen des Kerns 16 der Windungen 9 der Spiralfeder. After removing the carrier 30 thus defined by the lower, short and rectilinear side 24u lower side surface of the core 16 of the coil spring 4 is exposed. In a second stage of the thermal oxidation, in one embodiment of the method, an SiO 2 layer 20 can then also be applied to the lower side surface of the core 16 of the spiral spring 4. It is possible that the S1O2 layer 20 on the lower side surface of the core 16 has a smaller thickness than the S1O2 layer 20 on the remaining side surfaces of the core 16 of the coils 9 of the coil spring.
Die Figuren 8A - 8C zeigen Ausführungsformen der Ausbildung des Querschnitts 17 der Windungen 9 einer Spiralfeder 4. Die zwei gegenüberliegenden langen Seiten 22 tragen zumindest über die Länge des Schwingungsbereichs LA eine S1O2 - Schicht 20. Der Kern 16 hat zumindest an der oberen kurzen Seite 240 an den jeweiligen Übergängen zu den langen Seiten 22 den in Fig. 5 beschriebenen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt 150 ausgebildet, der ebenfalls von der S1O2 - Schicht 20 bedeckt ist. Bei der in Figur 8A gezeigten Ausführungsform überragt die S1O2 - Schicht 20 an der oberen kurzen Seite 240 das Niveau des Kerns 16. Auf der durch die obere kurze Seite 240 definiteren Oberfläche der Windungen 9 ist keine Oxidschicht vorhanden, dass dieser Bereich der Windungen 9 maskiert war. Diese Ausgestaltung der oberen Randbereiche der Spiralfeder 4 erstreckt sich zumindest entlang des Schwingungsbereichs der Spiralfeder 4. Figur 8B zeigt eine weitere Ausführungsform der Ausbildung des Querschnitts 17 der Windungen 9 einer Spiralfeder 4, wobei der Kern 16 an der der oberen kurzen Seite 240 eine Maskierung 34 (bevorzugt Siliziumnitrid) trägt. Diese Ausgestaltung der oberen Randbereiche der Spiralfeder 4 erstreckt sich zumindest entlang des Schwingungsbereichs. Bei der thermischen Oxidation wächst zwischen der die thermische Oxidation behindernden Maskierung 34 und dem Material des Kerns 16 ein Oxid in Form eines Vogelschnabels. Es kommt somit zu einer Aufwölbung der Maskierung 34. Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann die Maske bei der Ausgestaltung der oberen Randbereiche der Spiralfeder 4 zumindest abschnittsweise entlang des Schwingungsbereichs entfernt sein. FIGS. 8A-8C show embodiments of the formation of the cross section 17 of the turns 9 of a spiral spring 4. The two opposite long sides 22 carry an S1O2 layer 20 at least over the length of the oscillation area LA. The core 16 has at least the upper short side 24 0 at the respective transitions to the long sides 22 formed the continuously differentiable upper portion 15 0 described in Fig. 5, which is also covered by the S1O2 - layer 20. In the embodiment shown in FIG. 8A, the S1O2 layer 20 on the upper short side 24 0 projects beyond the level of the core 16. On the surface of the turns 9 which is more definite by the upper short side 24 0 , there is no oxide layer present, that portion of the turns 9 was masked. This embodiment of the upper edge regions of the spiral spring 4 extends at least along the oscillation range of the spiral spring 4. FIG. 8B shows a further embodiment of the formation of the cross section 17 of the turns 9 of a spiral spring 4, wherein the core 16 carries a mask 34 (preferably silicon nitride) on the upper short side 24 0 . This embodiment of the upper edge regions of the spiral spring 4 extends at least along the vibration region. During thermal oxidation, an oxide in the form of a bird's beak grows between the thermal oxidation inhibiting mask 34 and the core 16 material. The masking 34 thus bulges. According to one possible embodiment, the mask may be at least partially removed along the oscillation range in the embodiment of the upper edge regions of the spiral spring 4.
Figur 8C zeigt eine noch weitere Ausführungsform der Ausbildung des Querschnitts 17 der Windungen 9 der Spiralfeder. Hier ist die S1O2 - Schicht 20 an der oberen kurzen Seite 240 bis hinunter auf den Kern 16 entfernt. Ebenso kann man die in Figur 8B beschriebene Maskierung 34 entfernen, so dass der Kern 16 freigelegt ist. Durch den mechanischen Schleifprozess wird die Maskierung 34 und ein oberer Teil der S1O2 - Schicht 20 abgetragen. Ebenso ist es möglich, dass die Oberfläche 35 der Windungen 9 durch ein Abätzen mit Flußsäure (HF) hergestellt wird Diese Ausgestaltung der oberen Randbereiche der Spiralfeder erstreckt sich zumindest entlang des Schwingungsbereichs. Figure 8C shows a still further embodiment of the formation of the cross section 17 of the turns 9 of the coil spring. Here, the S1O2 layer 20 on the upper short side 24 0 is removed down to the core 16. Likewise, one can remove the mask 34 described in Figure 8B so that the core 16 is exposed. The masking 34 and an upper part of the SiO 2 layer 20 are removed by the mechanical grinding process. It is also possible for the surface 35 of the windings 9 to be produced by etching with hydrofluoric acid (HF). This embodiment of the upper edge regions of the spiral spring extends at least along the oscillation region.
Die Figur 9 verdeutlicht eine Ausführungsform der Ausgestaltung des Querschnitts 17 der Windungen 9 des Schwingungsbereichs der Spiralfeder 4. Der Kern 16 aus Siliziummaterial trägt auf der durch die kurze Seite 240 definierten Seitenfläche der Windungen 9 eine Maskierung 34. Die Wirkung der Maskierung 34 ist, dass die thermische Oxidation des Siliziummaterials des Kerns 16 und das Aufwachsen der S1O2 - Schicht 20 im Bereich der Maskierung 34 anders abläuft und somit zu einer anderen Ausbildung der S1O2 - Schicht 20 führt. Die Maskierung 34 ist eine Diffusionssperre für Sauerstoff. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Maskierung 34 aus Siliziumnitrid bestehen. An den Seitenflächen 22 ist der Kern 16 nicht durch die Maskierung 16 bedeckt und somit für Sauerstoff ungehindert zugänglich. Aufgrund der thermischen Oxidation wächst eine S1O2 - Schicht 20 auf den Seitenflächen 22 auf, die beidseitig sogenannte„Vogelschnäbel" 42 im Bereich des stetig differenzierbaren oberen Abschnitts 150 ausbilden, die sich unter die Maskierung 34 erstrecken. Die Maskierung 34 wird an den Rändern durch die thermische Oxidation verbraucht. FIG. 9 illustrates an embodiment of the configuration of the cross section 17 of the turns 9 of the oscillation area of the spiral spring 4. The core 16 of silicon material carries a mask 34 on the side surface of the turns 9 defined by the short side 24 0. The effect of the mask 34 is the thermal oxidation of the silicon material of the core 16 and the growth of the SiO 2 layer 20 in the region of the masking 34 proceeds differently and thus results in a different formation of the SiO 2 layer 20. The mask 34 is a diffusion barrier for oxygen. In a preferred embodiment, the mask 34 may consist of silicon nitride. At the side surfaces 22 of the core 16 is not covered by the mask 16 and thus freely accessible to oxygen. Due to the thermal oxidation, an S1O2 layer 20 grows on the side surfaces 22, the so-called "bird's beaks" 42 on both sides in the region of the continuously differentiable upper portion 15 forming 0 , which extend below the mask 34. The mask 34 is consumed at the edges by the thermal oxidation.
Figur 10 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines Querschnitts der Windungen 9 der Spiralfeder, die von dem umgebenden Siliziummaterial (hier nicht dargestellt) durch einen Ätzprozess freigelegt und noch mit dem Träger 30 verbunden sind. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist der Träger 30 mit einer Trennschicht 31 versehen. Bevorzugt besteht diese Trennschicht aus S1O2, dem gleichen Material, das bei der thermischen Oxidation auf den Kern 16 der Windungen 9 aufwächst. Figure 10 is a schematic enlarged view of a cross section of the coils 9 of the coil spring exposed from the surrounding silicon material (not shown) by an etching process and still connected to the carrier 30. In the embodiment shown here, the carrier 30 is provided with a release layer 31. This separating layer preferably consists of S1O 2 , the same material that grows on the core 16 of the windings 9 during the thermal oxidation.
Die aus dem Siliziummaterial 32 (siehe Fig. 6A) durch den Ätzprozess gebildeten Windungen 9 der Spiralfeder 4 haben eine Ätzhöhe 50 und eine Ätzbreite 51 geätzt. Durch das Ätzen werden die Seifenflächen bzw. die langen Seiten 22 der Windungen 9 der Spiralfeder 4 freigelegt. Ebenso werden die oberen, kurzen und geradlinigen Seiten 240 und die unteren, kurzen und geradlinigen Seiten 24u der Windungen 9 gebildet. Die Windungen 9 sind über die unteren, kurzen und geradlinigen Seiten 24u über die verbleibende Trennschicht 31 mit dem Träger 30 verbunden. Der Ätzvorgang der Windungen 9 ist bei dieser Ausführungsform derart gestaltet, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Windungen 9 unterhalb eines ursprünglichen Niveaus 52 des Trägers 30 geätzt wird. Ebenso werden bei dem Ätzvorgang Hinterätzungen 53 in der Trennschicht 31 ausgebildet. Auch die stetig differenzierbaren oberen Abschnitte 15o und die stetig differenzierbaren unteren Abschnitte 15u des Kerns 16 der Windungen 9 werden durch den Ätzvorgang gebildet. The turns 9 of the coil spring 4 formed from the silicon material 32 (see FIG. 6A) by the etching process etched an etching height 50 and an etching width 51. By etching the soap surfaces or the long sides 22 of the turns 9 of the coil spring 4 are exposed. Likewise, the upper, short and rectilinear sides 24 0 and the lower, short and rectilinear sides 24u of the turns 9 are formed. The windings 9 are connected to the carrier 30 via the lower, short and rectilinear sides 24u via the remaining separating layer 31. The etching process of the windings 9 is designed in this embodiment such that between each two adjacent turns 9 is etched below an original level 52 of the carrier 30. Likewise, during the etching process, undercuts 53 are formed in the release layer 31. Also, the continuously differentiable upper portions 15o and the continuously differentiable lower portions 15u of the core 16 of the windings 9 are formed by the etching process.
Figur 11 zeigt die Situation, bei der die Windungen 9 nach dem Ätzvorgang einer thermischen Oxidation für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgesetzt waren. Durch die thermische Oxidation bildet sich auf den frei zugänglichen Seitenflächen des Kerns 16 der Windungen 9 eine S1O2 - Schicht 20 aus. Ebenso erfolgt eine thermische Oxidation des Trägers 30 und die Ablagerung einer Schicht 55 an denjenigen Stellen 54 des Trägers 30, die während des Ätzprozesses freigelegt wurden. Während der thermischen Oxidation wird ein Teil des Siliziummaterials des Kerns 16 in S1O2 umgewandelt. Der Kern 16 einer jeden Windung 9 ist nun vollkommen von einer S1O2 - Schicht 20 umgeben. Im Bereich der unteren, kurzen und geradlinigen Seite 24u ist jede Windung 9 über eine S1O2 - Brücke 25 mit dem Träger 30 verbunden. Figure 11 shows the situation in which the windings 9 were subjected to thermal oxidation for a predetermined period of time after the etching process. Due to the thermal oxidation, an SiO 2 layer 20 is formed on the freely accessible side surfaces of the core 16 of the windings 9. Likewise, there is a thermal oxidation of the carrier 30 and the deposition of a layer 55 at those points 54 of the carrier 30, which were exposed during the etching process. During the thermal oxidation, a portion of the silicon material of the core 16 in S1O 2 is converted. The core 16 of each turn 9 is now completely of an S1O 2 - Layer 20 surrounded. In the region of the lower, short and straight side 24u each winding 9 is connected via a S1O 2 - bridge 25 connected with the carrier 30th
In Figur 12 ist der abschließende Bearbeitungsschritt zur Herstellung einer Spirale 4 mit mehreren Windungen 9 dargestellt. Der Träger 30 wurde komplett abgetragen (chemisch und/oder mechanisch). Der Kern 16 der Windungen 9, die die Spirale 4 (hier nicht dargestellt) ausmachen, ist bei dieser Ausführungsform komplett mit einer S1O2 - Schicht 20 umgeben. Bei den Windungen 9, die gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens hergestellt worden sind, unterscheidet sich dessen obere Querschnittsform 170 im Bereich der oberen, kurzen und geradlinigen Seite 240 von dessen unteren Querschnittsform 17u im Bereich der unteren, kurzen und geradlinigen Seite 24u. Der zeichnerisch dargestellte Unterschied der oberen Querschnittsform 170 zwischen der unteren Querschnittsform 17u ist lediglich als Beispiel zu verstehen und soll nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. In Abhängigkeit von den Einstellparametern des Ätzprozesses und den Parametern der sich daran anschließenden thermischen Oxidation, kann das Ausmaß des Unterschieds zwischen der oberen Querschnittsform 170 und der unteren Querschnittsform 17u beeinflusst werden. FIG. 12 shows the final processing step for producing a spiral 4 with a plurality of turns 9. The carrier 30 was completely removed (chemically and / or mechanically). The core 16 of the turns 9, which make up the spiral 4 (not shown here), is completely surrounded by an S1O 2 layer 20 in this embodiment. In the windings 9 which have been produced according to this embodiment of the method, its upper cross-sectional shape 17 0 in the region of the upper, short and rectilinear side 24 0 differs from the lower cross-sectional shape 17 u in the region of the lower, short and rectilinear side 24 u. The difference in the upper cross-sectional shape 17 0 between the lower cross-sectional shape 17 u shown in the drawing is to be understood only as an example and should not be construed as a limitation of the invention. Depending on the setting parameters of the etching process and the parameters of the subsequent thermal oxidation, the extent of the difference between the upper cross-sectional shape 17 0 and the lower cross-sectional shape 17 u can be influenced.
Figur 13 ist eine schematische vergrößerte Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Querschnitts der Windungen 9 der Spiralfeder, die von dem umgebenden Siliziummaterial (hier nicht dargestellt) durch einen Atzprozess freigelegt und noch mit dem Träger 30 verbunden sind. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist der Träger 30 mit einer Trennschicht 31 versehen. Bevorzugt besteht diese Trennschicht aus S1O2, dem gleichen Material, das bei der thermischen Oxidation auf den Kern 16 der Windungen 9 aufwächst. Die durch den Atzprozess gebildeten Windungen 9 der Spiralfeder 4 haben eine Ätzhöhe 50 und eine Ätzbreite 51 geätzt. Durch das Ätzen werden die Seifenflächen bzw. die langen Seiten 22 der Windungen 9 der Spiralfeder 4 freigelegt. Ebenso werden die oberen, kurzen und geradlinigen Seiten 240 und die unteren, kurzen und geradlinigen Seiten 24u der Windungen 9 gebildet. Die Windungen 9 sind über die unteren, kurzen und geradlinigen Seiten 24u über die Trennschicht 31 mit dem Träger 30 verbunden. Die Trennschicht 31 kann aus dem gleichen Material bestehen, wie die Schicht 20 die zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf mindestens eine Seitenfläche der Windungen 9 der Spiralfeder aufgetragen ist. Figure 13 is a schematic enlarged view of another embodiment of the cross-section of the coils 9 of the coil spring exposed by the surrounding silicon material (not shown) by an etching process and still connected to the carrier 30. In the embodiment shown here, the carrier 30 is provided with a release layer 31. This separating layer preferably consists of S1O 2 , the same material that grows on the core 16 of the windings 9 during the thermal oxidation. The turns 9 of the spiral spring 4 formed by the etching process etched an etching height 50 and an etching width 51. By etching the soap surfaces or the long sides 22 of the turns 9 of the coil spring 4 are exposed. Likewise, the upper, short and rectilinear sides 24 0 and the lower, short and rectilinear sides 24u of the turns 9 are formed. The windings 9 are connected to the carrier 30 via the lower, short and rectilinear sides 24u via the separating layer 31. The separation layer 31 may be made of the same material as the layer 20 for the compensation of the thermal Expansion coefficient is applied to at least one side surface of the turns 9 of the coil spring.
Figur 14 zeigt die Situation, bei der die Windungen 9 nach dem Ätzvorgang einer thermischen Oxidation für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgesetzt waren. Durch die thermische Oxidation bildet sich auf den frei zugänglichen Seitenflächen des Kerns 16 der Windungen 9 z.B. eine S1O2 - Schicht 20 aus. Während der thermischen Oxidation wird ein Teil des Siliziummaterials des Kerns 16 in S1O2 umgewandelt. Der Kern 16 einer jeden Windung 9 ist nun an den frei zugänglichen Seitenflächen von einer S1O2 - Schicht 20 umgeben. Im Bereich der unteren, kurzen und geradlinigen Seite 24u ist jede Windung 9 noch mit dem Träger 30 verbunden. Figure 14 shows the situation in which the windings 9 after the etching process were subjected to thermal oxidation for a predetermined period of time. As a result of the thermal oxidation, an S1O 2 layer 20 is formed on the freely accessible side surfaces of the core 16 of the windings 9, for example. During the thermal oxidation, a portion of the silicon material of the core 16 in S1O 2 is converted. The core 16 of each winding 9 is now surrounded by an S1O 2 layer 20 on the freely accessible side surfaces. In the area of the lower, short and rectilinear side 24 u, each turn 9 is still connected to the carrier 30.
In Figur 15 ist der abschließende Bearbeitungsschritt zur Herstellung einer Spirale 4 mit mehreren Windungen 9 dargestellt. Der Träger 30 und auch die Trennschicht wurden bei dieser Ausführungsform komplett abgetragen (chemisch und/oder mechanisch). Der Kern 16 der Windungen 9, die die Spirale 4 (hier nicht dargestellt) ausmachen, ist bei dieser Ausführungsform an den durch die langen Seiten 22 und durch die obere, kurze und geradlinige Seite 240 definierten Seitenflächen mit einer S1O2 - Schicht 20 umgeben. An der durch die untere, kurze und geradlinige Seite 24u definierten Seitenfläche ist keine S1O2 - Schicht 20 vorhanden, da auch die Trennschicht abgetragen wurde. Ebenso kann in einem weiteren thermischen Oxidationsprozess auch an der unteren, kurzen und geradlinigen Seite 24u eine Oxid- Schicht 20 aufgebracht werden. FIG. 15 shows the final processing step for producing a spiral 4 with a plurality of turns 9. The carrier 30 and also the separating layer were completely removed in this embodiment (chemically and / or mechanically). The core 16 of the turns 9, which make up the spiral 4 (not shown here), in this embodiment is surrounded by an S1O 2 layer 20 at the side surfaces defined by the long sides 22 and by the upper, short and rectilinear sides 24 0 , At the side surface defined by the lower, short and rectilinear side 24u, there is no S1O 2 layer 20 since the separating layer has also been removed. Likewise, in an additional thermal oxidation process, an oxide layer 20 can also be applied to the lower, short and rectilinear side 24u.
In Figur 16 bis Figur 20 wird eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens beschrieben, mit dem die Breite der oxidierten Windungen 9 der Spiralfeder 4 genau eingestellt werden kann. Figur 16 beschreibt den Aufbau eines Trägers 100, der in dieser Ausführungsform mit einer Trennschicht 101 versehen ist. Auf der Trennschicht 101 wird eine Materialschicht 102 für den Kern 16 der Windungen 9 der Spiralfeder 4 aufgebracht. Wie bereits erwähnt, ist dies nur eine von mehreren möglichen Ausführungsformen der Erfindung und soll folglich nicht als Beschränkung aufgefasst werden. Bei der Darstellung der Figur 17 sind in der Materialschicht 102 die Windungen 9 der Spiralfeder 4 mit einer Ätzbreite 105 und einer Ätzhöhe 107 geätzt. Durch das Ätzen werden die Seifenflächen 1 10 bzw. Seitenwände der Windungen 9 der Spiralfeder 4 freigelegt. Die Trennschicht 101 kann als Stoppschicht für den Ätzvorgang der Windungen 9 dienen. Ebenso wird bei dem Ätzvorgang die obere Seitenfläche 1 1 1 ausgebildet. Figur 18 zeigt die Situation, bei der die Windungen 9 nach dem Ätzvorgang für eine vorbestimmte Zeitdauer einer thermischen Oxidation ausgesetzt worden sind. Durch die thermische Oxidation bildet sich auf den beiden frei zugänglichen Seitenflächen 1 10 und der frei zugänglichen oberen Seitenfläche 1 1 1 eine S1O2 - Schicht 20 aus. Während der thermischen Oxidation wird ein Teil des Siliziummaterials des Kerns 9 in S1O2 umgewandelt. Die ursprüngliche Ätzbreite 105 einer jeden Windung 9 des Kerns wird dadurch zu einer geringeren Oxidationsbreite 106 des Kerns 16 der Windung 9. Ebenso wird durch die thermische Oxidation die ursprüngliche Ätzhöhe 107 einer Windung 9 auf die Oxidationshöhe 108 reduziert. Durch den Ätzvorgang kann der Kern 9 Verrundungen 9R ausbilden. Folglich bildet auch die eine S1O2 - Schicht 20 Verrundungen 20R aus. In FIG. 16 to FIG. 20, a further embodiment of a method is described with which the width of the oxidized windings 9 of the spiral spring 4 can be set precisely. FIG. 16 describes the structure of a carrier 100, which in this embodiment is provided with a separating layer 101. On the separating layer 101, a material layer 102 for the core 16 of the turns 9 of the coil spring 4 is applied. As already mentioned, this is only one of several possible embodiments of the invention and should therefore not be construed as limiting. In the illustration of FIG. 17, the turns 9 of the spiral spring 4 having an etching width 105 and an etching height 107 are etched in the material layer 102. By etching the soap surfaces 1 10 and side walls of the turns 9 of the coil spring 4 are exposed. The separation layer 101 can serve as a stop layer for the etching process of the windings 9. Likewise, in the etching process, the upper side surface 1 1 1 is formed. Figure 18 shows the situation in which the windings 9 have been subjected to thermal oxidation for a predetermined period of time after the etching process. As a result of the thermal oxidation, an SiO 2 layer 20 is formed on the two freely accessible side surfaces 11 and the freely accessible upper side surface 11 1 1. During the thermal oxidation, part of the silicon material of the core 9 is converted to S1O2. The original etching width 105 of each winding 9 of the core is thereby reduced to a smaller oxidation width 106 of the core 16 of the winding 9. Likewise, the original etching height 107 of a winding 9 is reduced to the oxidation level 108 by the thermal oxidation. By the etching process, the core 9 can form 9R roundings. Consequently, the one S1O2 layer 20 also forms fillets 20R.
In Figur 19 ist der nächste Schritt eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spiralfeder 4 graphisch dargestellt. In dem Folgeschritt nach der thermischen Oxidation wird die S1O2 - Schicht 20 aus Figur18 entfernt. Das Entfernen der S 1O2 - Schicht 20 erfolgt mit Methoden, die einem Fachmann hinlänglich bekannt sind. Beim Entfernen der S1O2 - Schicht 20 wird auch zumindest ein Teil der Trennschicht 101 abgetragen. Als Resultat erhält man Windungen 9 für die Spiralfeder, die als Abmessung die Oxidationsbreite 106 und die Oxidationshöhe 108 besitzen. Ferner kann aufgrund des zumindest teilweisen Entfernens der Trennschicht 101 zumindest ein Teilbereich der unteren Seitenfläche 1 12 freigelegt werden und somit zugänglich sein. Das Entfernen der Trennschicht 101 ist dabei derart eingestellt, dass die untere Seitenfläche 1 12 der Windung über einen Steg 1 15 der Trennschicht 101 mit dem Träger 100 verbunden ist. In FIG. 19, the next step of a further method according to the invention for producing a spiral spring 4 is shown graphically. In the subsequent step after the thermal oxidation, the S1O2 layer 20 of Figure 18 is removed. The removal of the SiO.sub.2 layer 20 takes place by methods which are well known to a person skilled in the art. When the S1O2 layer 20 is removed, at least part of the separating layer 101 is also removed. As a result, windings 9 are obtained for the spiral spring which have the oxidation width 106 and the oxidation height 108 as dimensions. Furthermore, due to the at least partial removal of the separating layer 101, at least a portion of the lower side surface 1 12 can be exposed and thus accessible. The removal of the separating layer 101 is adjusted such that the lower side surface 12 of the turn is connected to the carrier 100 via a web 15 of the separating layer 101.
In Figur 20 ist der abschließende Bearbeitungsschritt der Windungen 9 dargestellt. Der Träger 100, auf dem eine Vielzahl von Spiralen mit ihren Windungen 9 ausgebildet sind, wird einer erneuten thermischen Oxidation unterzogen. Da die Seitenflächen 1 10, die obere Seitenfläche 1 1 1 und zumindest ein Teil der unteren Seitenfläche 1 12 frei zugänglich sind, wird auf diesen durch die thermische Oxidation eine S1O2 - Schicht 20 ausgebildet. Wie bereits in der Beschreibung zu Figur 18 erwähnt, wird auch bei dieser thermischen Oxidation ein Teil des Siliziummaterials des Kerns der Windungen 9 in S1O2 umgewandelt. Es resultiert somit ein Kern der Windung 9 aus Siliziummaterial (z.B. Polysilizium), der eine Breite 120 und eine Höhe 130 besitzt, die kleiner ist als die Oxidationsbreite 106 und die Oxidationshöhe 108. Die Stege 1 15 halten die Spiralfedern immer noch am Träger 100. Um die Spiralfedern zu lösen, wird der Träger 100 mit herkömmlichen Verfahren entfernt. Die Stege 1 15 können stehen bleiben oder auch komplett entfernt werden. Die erneute Oxidation hat den Vorteil, dass die Breite 120 und die Höhe 130 der Windungen 9 der Spiralfeder exakt eingestellt werden kann. Somit ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften der Spiralfeder auf gewünschte Weise einzustellen. In Figure 20, the final processing step of the turns 9 is shown. The carrier 100, on which a plurality of spirals are formed with their windings 9, is subjected to a renewed thermal oxidation. Because the Side surfaces 1 10, the upper side surface 1 1 1 and at least a portion of the lower side surface 1 12 are freely accessible, is formed on this by the thermal oxidation of a S1O2 - layer 20. As already mentioned in the description of FIG. 18, part of the silicon material of the core of the turns 9 is also converted into S1O2 during this thermal oxidation. This results in a core of the winding 9 of silicon material (eg polysilicon), which has a width 120 and a height 130 which is smaller than the oxidation width 106 and the oxidation height 108. The webs 1 15 keep the coil springs still on the carrier 100th To release the coil springs, the carrier 100 is removed by conventional methods. The bars 1 15 can stop or be completely removed. The reoxidation has the advantage that the width 120 and the height 130 of the turns 9 of the coil spring can be set exactly. Thus, it is possible to adjust the mechanical properties of the coil spring in a desired manner.
Die hier beschriebenen Herstellungsverfahren haben den Vorteil, dass Spiralfedern aus Siliziummaterial (z.B. Polysilizium) verzugsfrei hergestellt werden können. Ferner weisen die derart hergestellten Spiralfedern ein dauerhaft ausgezeichnetes Schwingungsverhalten auf und besitzen eine Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegen Federbrüche. Hinzu kommt, dass die Spiralfeder auch reproduzierbar hinsichtlich des Schwingungsverhaltens ist, ohne dass dabei die erforderliche Temperaturkompensation vernachlässigt wird. Bezugszeichenliste The manufacturing methods described herein have the advantage that spiral springs of silicon material (e.g., polysilicon) can be fabricated without distortion. Furthermore, the coil springs thus produced have a permanently excellent vibration behavior and have a stability and resilience against spring breaks. In addition, the spiral spring is also reproducible in terms of vibration behavior, without neglecting the required temperature compensation. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Schwingsystem 1 vibration system
2 Schwungrad 2 flywheel
2.1 Kreisringabschnitt 2.1 circular ring section
2.2 Speiche 2.3 Nabenabschnitt 2.2 spoke 2.3 hub section
2.4 Schwungmasse Unruhwelle 2.4 flywheel balance staff
Wellenabschnitt  shaft section
Wellenabschnitt shaft section
oberes freies Ende upper free end
unteres freies Ende lower free end
Spiralfeder spiral spring
Spiralfederbefestigungsabschnitt Coil spring mounting section
Spiralfederendabschnitt Spiralfederendabschnitt
Spiralfederringabschnitt  Spiral spring ring section
Halteanordnung holding assembly
Haltearm holding arm
inneres Haltearmende inner retaining arm
äußeres Haltearmende outer retaining arm
Führungsausnehmung  guide recess
Halteelement  retaining element
Grundkörper  body
Sacklochbohrung 7.3 Führungsausnehmung Blind hole 7.3 guide recess
7.1 1 obere Stirnseite  7.1 1 upper end side
7.12 untere Stirnseite  7.12 lower end
8 Schraube 8 screw
9 Windung 9 turn
9R Verrundung  9R rounding
13 inneres Ende  13 inner end
150 stetig differenzierbarer oberer Abschnitt15 0 continuously differentiable upper section
15u stetig differenzierbarer unterer Abschnitt 16 Kern 15u continuously differentiable lower section 16 core
17 Querschnitt  17 cross section
170 Querschnittsform  170 cross-sectional shape
17U Querschnittsform  17U cross-sectional shape
20 Schicht, SiO2 - Schicht 20 layer, SiO 2 layer
20R Verrundung 20R rounding
22 lange Seite  22 long side
240 obere, kurze und geradlinige Seite24 0 top, short and straight side
24u untere, kurze und geradlinige Seite 25 Brücke, Si02 - Brücke24u lower, short and straight side 25 bridge, Si0 2 bridge
30 Träger 30 carriers
31 Trennschicht  31 separating layer
32 Siliziummaterial 33 Schicht  32 silicon material 33 layer
34 Maskierung  34 masking
35 Oberfläche  35 surface
42 Vogelschnabel 42 bird's beak
50 Ätzhöhe 50 etching height
51 Ätzbreite 51 etching width
52 ursprüngliches Niveau 52 original level
53 Hinterätzung 53 undercut
54 freigelegte Stellen 54 vacancies
55 Schicht 55 shift
100 Träger 100 carriers
101 Trennschicht  101 separating layer
102 Materialschicht 105 Ätzbreite 106 Oxidationsbreite102 material layer 105 etching width 106 oxidation width
107 Ätzhöhe 107 etching height
108 Oxidationshöhe 108 oxidation level
1 10 Seifenflächen 1 10 soap surfaces
1 1 1 obere Seitenfläche 1 15 Steg  1 1 1 upper side surface 1 15 bridge
120 Breite  120 width
130 Höhe  130 height
A Abstand  A distance
B Breite  B width
H Höhe  H height
L1 Länge  L1 length
L2 Länge  L2 length
LA Schwingungsbereich LA vibration range
LS StabilisierungsbereichLS stabilization area
LHA Längsachse LHA longitudinal axis
LHE Längsachse  LHE longitudinal axis
UA Achse  UA axis

Claims

Patentansprüche claims
1 . Spiralfeder (4) mit mindestens einer Windung (9), die aus einem massiven Kern (16) aus einem Siliziummaterial (32) besteht, wobei der Kern (16) zwei lange, parallele und geradlinige Seiten (22) und zwei kurze parallele und geradlinige1 . Helical spring (4) having at least one turn (9) consisting of a solid core (16) of a silicon material (32), the core (16) having two long, parallel and rectilinear sides (22) and two short parallel and rectilinear
Seiten (240, 24u) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die gegenüberliegenden langen Seiten (22) des Kerns (16) von einer S1O2 - Schicht (20) bedeckt sind. Sides (24 0 , 24u), characterized in that at least the opposite long sides (22) of the core (16) are covered by an S1O2 layer (20).
2. Spiralfeder (4) nach Anspruch 1 , wobei die obere kurze und geradlinige Seite (240) und die gegenüberliegenden langen Seiten (22) von einer S1O2 - SchichtA coil spring (4) according to claim 1, wherein the upper short and rectilinear sides (24 0 ) and the opposite long sides (22) of an S1O 2 layer
(20) umschlossen sind. (20) are enclosed.
3. Spiralfeder (4) nach Anspruch 1 , wobei die obere kurze und geradlinige Seite (240) beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt (150) mit den gegenüberliegenden langen Seiten (22) verbunden ist; und die gegenüberliegenden langen und geradlinigen Seiten (22), die jeweils stetig differenzierbaren oberen Abschnitte (150), die die obere kurze und geradlinige Seite (240) beidseits mit den gegenüberliegenden langen und geradlinigen Seiten (22) verbinden, und die obere kurze und geradlinige Seite (240) von einer Si02 - Schicht (20) bedeckt sind. 3. coil spring (4) according to claim 1, wherein the upper short and rectilinear side (24 0 ) on both sides via a continuously differentiable upper portion (15 0 ) with the opposite long sides (22) is connected; and the opposed long and rectilinear sides (22), each having continuously differentiable upper portions (15 0 ) connecting the upper short and rectilinear sides (24 0 ) on either side with the opposite long and rectilinear sides (22), and the upper short one and rectilinear side (24 0 ) are covered by a Si0 2 layer (20).
4. Spiralfeder (4) nach Anspruch 3, wobei die untere kurze und geradlinige Seiten (24u) von einer S1O2 - Schicht (20) bedeckt ist, die sich in der Dicke von der S1O2 - Schicht (20) an den gegenüberliegenden langen Seiten (22) und der S1O2 - Schicht (20) an der oberen, kurzen und geradlinigen Seite (240) unterscheidet. A coil spring (4) according to claim 3, wherein the lower short and rectilinear sides (24u) are covered by an S1O2 layer (20) which is thicker in thickness than the S1O2 layer (20) on the opposite long sides (24). 22) and the S1O2 layer (20) on the top, short and rectilinear sides (24 0 ).
5. Spiralfeder (4) nach Anspruch 1 , wobei die obere kurze und geradlinige Seite (240) beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt5. spiral spring (4) according to claim 1, wherein the upper short and rectilinear side (24 0 ) on both sides via in each case a continuously differentiable upper portion
(150) mit den gegenüberliegenden langen Seiten (22) verbunden ist; die untere kurze und geradlinige Seite (24u) beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren unteren Abschnitt (15u) mit den gegenüberliegenden langen und geradlinigen Seiten (22) verbunden ist und der Kern (16) zumindest an den gegenüberliegenden langen und geradlinigen Seiten (22) und an dem jeweiligen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt (15Q) und dem jeweiligen, stetig differenzierbaren unteren Abschnitt (15u) von einer S 1O2 - Schicht (20) bedeckt ist. (150) is connected to the opposite long sides (22); the lower short and rectilinear side (24u) is connected on both sides via a respective continuously differentiable lower portion (15u) to the opposite long and rectilinear sides (22) and the core (16) at least to the opposite long and rectilinear sides (22) and at the respective continuously differentiable upper section (15 Q ) and the respective, continuous differentiable lower portion (15u) of a S 1O2 - layer (20) is covered.
6. Spiralfeder (4) nach Anspruch 5, wobei sich die beiden stetig differenzierbaren oberen Abschnitte (15Q) von den unteren, stetig differenzierbaren Abschnitten6. coil spring (4) according to claim 5, wherein the two continuously differentiable upper portions (15 Q ) of the lower, continuously differentiable sections
(15u) unterscheiden. (15u) differ.
7. Spiralfeder (4) nach Anspruch 5, wobei die untere kurze Seite (24u) und die kurze obere Seite (240) mit einer S1O2 - Schicht (20) versehen ist, so dass der Kern (16) von einer S1O2 - Schicht (20) umgeben ist, wobei sich die Dicke und/oder Form der S1O2 - Schicht (20) an der unteren kurzen Seite (24u) und der oberen kurzen Seite (24Q) unterscheiden. The helical spring (4) of claim 5, wherein the lower short side (24u) and the short upper side (24 0 ) are provided with an S1O2 layer (20) such that the core (16) is of a S1O2 layer (20) is surrounded, with the thickness and / or shape of the S1O2 - layer (20) on the lower short side (24u) and the upper short side (24 Q) are different.
8. Spiralfeder (4) nach den vorangehenden Ansprüchen, wobei die Spiralfeder (4) einen Spiralfederbefestigungsabschnitt (4.1 ), einen Spiralfederendabschnitt (4.2) und mindestens einen dazwischenliegenden Spiralfederringabschnitt (4.3) umfasst. 8. coil spring (4) according to the preceding claims, wherein the coil spring (4) comprises a coil spring attachment portion (4.1), a Spirfederfederendabschnitt (4.2) and at least one intermediate spiral spring ring portion (4.3).
9. Mechanische Uhr mit einer Spiralfeder (4) nach den Ansprüche 1 bis 8. 9. Mechanical clock with a coil spring (4) according to claims 1 to 8.
10. Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder (4) aus einem Siliziummaterial, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: 10. A method for producing a spiral spring (4) made of a silicon material, characterized by the following steps:
• Bereitstellen eines Trägers (30); • providing a carrier (30);
Aufbringen eines Siliziummaterials (32) auf den Träger (30), wobei das Siliziummaterial (32) einen Kern (16) mindestens einer Windung (9) der Spiralfeder (4) bildet; Depositing a silicon material (32) on the support (30), the silicon material (32) forming a core (16) of at least one turn (9) of the coil spring (4);
• Ätzen der mindestens einen Windung (9) der Spiralfeder (4), so dass der Kern (16) der mindestens einen Windung (9) der Spiralfeder (4) ausgeformt wird, der zwei lange, parallele und geradlinige Seiten (22) und zwei kurze parallele und geradlinige Seiten (240, 24u) umfasst,; Etching the at least one turn (9) of the spiral spring (4) so that the core (16) of the at least one turn (9) of the spiral spring (4) is formed, comprising two long, parallel and rectilinear sides (22) and two includes short parallel and rectilinear sides (24 0 , 24u);
• Ausführen einer thermischen Oxidation, wobei eine Schicht (20) eines Oxids zumindest auf die durch die langen Seiten (22) definierten und freigelegten Seitenflächen der Spiralfeder aufwächst; und Performing a thermal oxidation wherein a layer (20) of oxide grows at least on the side faces of the coil spring defined and exposed by the long sides (22); and
• Entfernen des Trägers (30) von dem Siliziummaterial(32). Removing the carrier (30) from the silicon material (32).
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei beim Ausführen der thermischen Oxidation die Schicht (20) des Oxids auf die durch die langen Seiten (22) definierten und freigelegten Seitenflächen und die durch die obere, kurze und geradlinige Seite (240) definierte und freigelegte Seitenfläche der Spiralfeder aufwächst. 1 1. The method of claim 10 wherein, in performing the thermal oxidation, the layer (20) of oxide faces the exposed side surfaces defined by the long sides (22) and the side surface defined by the top, short and rectilinear sides (24 0 ) Spiral spring grows up.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die obere, kurze und geradlinige Seite (240) beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt (150) mit den gegenüberliegenden langen Seiten (22) verbunden ist und wobei beim Ausführen der thermischen Oxidation die Schicht (20) des Oxids auf die durch die langen Seiten (22), die stetig differenzierbaren oberen Abschnitte (150) und die obere, kurze und geradlinige Seite (240) definierten und freigelegten Seitenflächen aufwächst. 12. The method of claim 10, wherein the upper, short and rectilinear side (24 0 ) on both sides via a respective continuously differentiable upper portion (15 0 ) with the opposite long sides (22) is connected and wherein when performing the thermal oxidation, the layer (20) of the oxide grows on the side surfaces defined and exposed by the long sides (22), the continuously differentiable top portions (15 0 ) and the top, short and rectilinear sides (24 0 ).
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die obere, kurze und geradlinige Seite (240) beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren oberen Abschnitt (150) mit den gegenüberliegenden langen Seiten (22) verbunden ist und eine untere, kurze und geradlinige Seite (24u) beidseits über jeweils einen stetig differenzierbaren unteren Abschnitt (15u) mit den gegenüberliegenden langen Seiten (22) verbunden ist 13. The method of claim 10, wherein the upper, short and rectilinear side (24 0 ) on both sides via a respective continuously differentiable upper portion (15 0 ) with the opposite long sides (22) is connected and a lower, short and rectilinear side ( 24u) is connected on both sides via a respective continuously differentiable lower portion (15u) with the opposite long sides (22)
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ätzen der mindestens einen Windung (9) der Spiralfeder (4) derart ausgeführt wird, dass im Bereich der unteren Seite (24u) des Kerns (16) eine Hinterätzung (53) ausgebildet wird, so dass zumindest der stetig differenzierbare untere Abschnitt (15u), der die gegenüberliegenden langen Seiten (22) jeweils beidseits mit der unteren, kurzen und geradlinigen Seite (24u) verbindet, vom Träger (30) beabstandet ist. 14. The method of claim 13, wherein the etching of the at least one turn (9) of the coil spring (4) is carried out such that in the region of the lower side (24u) of the core (16) an undercut (53) is formed, so that at least the continuously differentiable lower portion (15u) connecting the opposite long sides (22) on both sides to the lower, short and rectilinear sides (24u) is spaced from the support (30).
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei zwischen dem Träger (30) und dem Siliziummaterial (32) für den Kern (16) der mindestens einen Windung (9) der Spiralfeder eine Trennschicht (31 ) vorgesehen ist und das Ätzen der mindestens einen Windung (9) der Spiralfeder (16) derart ausgeführt wird, dass im Bereich der unteren, kurzen und geradlinigen Seite (24u) des Kerns (16) eine Hinterätzung (53) zumindest in der Trennschicht (31 ) ausgebildet wird, so dass zumindest der stetig differenzierbare untere Abschnitt (15u), der die gegenüberliegenden langen Seiten (22) jeweils beidseits mit der unteren, kurzen und geradlinige Seite (24u) verbindet, vom Träger (30) beabstandet ist. 15. The method of claim 13, wherein between the carrier (30) and the silicon material (32) for the core (16) of the at least one turn (9) of the coil spring, a separating layer (31) is provided and the etching of at least one turn ( 9) of the spiral spring (16) is designed such that in the region of the lower, short and rectilinear side (24u) of the core (16) an undercut (53) is formed at least in the separating layer (31), so that at least the continuously differentiable lower portion (15u) connecting the opposite long sides (22) on either side with the lower, short and rectilinear sides (24u) is spaced from the support (30).
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ätzen der mindestens einen Windung (9) der Spiralfeder (16) derart ausgeführt wird, dass unterhalb eines ursprünglichen Niveaus (52) des Trägers (30) geätzt wird. The method of claim 15, wherein the etching of the at least one turn (9) of the coil spring (16) is performed to etch below an initial level (52) of the carrier (30).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei eine Schicht (20) aus einem Material zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Siliziummaterials des Kerns (16) der Windungen (9) auf die mittels des Ätzprozesses freigelegten Begrenzungsflächen der mindestens einen Windung (9) aufgebracht wird. 17. The method according to claim 10, wherein a layer (20) of a material for compensating the thermal expansion coefficient of the silicon material of the core (16) of the windings (9) is exposed to the boundary surfaces of the at least one winding (9) exposed by the etching process ) is applied.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Material zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten das gleiche Material, wie das der Trennschicht (31 ) ist. 18. The method according to claim 17, wherein the thermal expansion coefficient compensating material is the same material as that of the separating layer (31).
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei das Material der Schicht zur Kompensation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Siliziummaterials (32) eine Si02-Schicht ist, die mittels thermischer Oxidation des Siliziummaterials (32) des Kerns (16) gebildet wird. 19. The method of claim 17, wherein the material of the thermal expansion coefficient compensation layer of the silicon material is a SiO 2 layer formed by thermal oxidation of the silicon material of the core.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei das Entfernen des Trägers (30) mechanisch und/oder chemisch durchgeführt wird. 20. The method according to any one of claims 10 to 19, wherein the removal of the carrier (30) is carried out mechanically and / or chemically.
21 . Mechanische Uhr mit einer Spiralfeder (4), die nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 20 hergestellt ist. 21. A mechanical watch with a coil spring (4) made according to the method of any one of claims 10 to 20.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180088530A1 (en) * 2016-11-30 2018-03-29 Firehouse Horology Inc. Geometries for Hairsprings for Mechanical Watches Enabled By Nanofabrication
TWI774925B (en) 2018-03-01 2022-08-21 瑞士商Csem瑞士電子及微技術研發公司 Method for manufacturing a spiral spring
JP6908064B2 (en) * 2019-03-14 2021-07-21 セイコーエプソン株式会社 Watch parts, watch movements and watches
JP7238657B2 (en) * 2019-07-16 2023-03-14 セイコーエプソン株式会社 Watch parts, watch movements and watches
EP3839642A1 (en) 2019-12-20 2021-06-23 Patek Philippe SA Genève Method for manufacturing timepiece springs and etching mask for such a method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE307990T1 (en) 2002-11-25 2005-11-15 Suisse Electronique Microtech SPIRAL CLOCK MOVEMENT SPRING AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE602006004055D1 (en) * 2005-06-28 2009-01-15 Eta Sa Mft Horlogere Suisse REINFORCED MICROMECHANICAL PART
CH703445B1 (en) 2007-05-22 2012-01-31 Suisse Electronique Microtech Silicon micromechanical part e.g. toothed wheel, for movement of mechanical timepiece i.e. mechanical watch, has two secant surfaces connected with each other by junction, where junction is in form of round stop
DE102008029429A1 (en) 2007-10-18 2009-04-23 Konrad Damasko Method for producing mechanical functional elements for movements as well as functional element produced by this method
ATE501467T1 (en) * 2007-11-28 2011-03-15 Manuf Et Fabrique De Montres Et De Chronometres Ulysse Nardin Le Locle S A MECHANICAL OSCILLATOR WITH AN OPTIMIZED THERMOELASTIC COEFFICIENT
CH699780B1 (en) 2008-10-22 2014-02-14 Richemont Int Sa of self-compensating balance spring watch.
DE102008061182A1 (en) * 2008-12-04 2010-06-10 Konrad Damasko Manufacturing a microcomponent for mechanical clockwork of a wristwatch, comprises providing layer sequence consisting of carrier-, intermediate- and wearing layer, and cutting-off the microcomponent made of wearing layer by laser cutting
EP2284629A1 (en) * 2009-08-13 2011-02-16 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Thermocompensated mechanical resonator
EP2337221A1 (en) 2009-12-15 2011-06-22 The Swatch Group Research and Development Ltd. Resonator thermocompensated at least to the first and second orders
US8562206B2 (en) 2010-07-12 2013-10-22 Rolex S.A. Hairspring for timepiece hairspring-balance oscillator, and method of manufacture thereof
CH705724B9 (en) 2011-11-03 2016-05-13 Sigatec Sa micromechanical component, in particular for watches.
EP2597536A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-29 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Improved spiral spring and method for manufacturing said spiral spring
WO2014203086A1 (en) 2013-06-21 2014-12-24 Damasko Uhrenmanufaktur KG Oscillating system for mechanical clockwork mechanisms, spiral spring and method for production thereof
US20160297699A1 (en) 2013-10-18 2016-10-13 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Agriculture And Psychrophilic anaerobic digestion of ammonia-rich waste
HK1209578A2 (en) * 2015-02-17 2016-04-01 Master Dynamic Ltd Silicon hairspring

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