JP4842737B2 - 半導体材料製の文字板を有する時計と半導体材料製の文字板 - Google Patents

Description

本発明は、半導体材料製の文字板と、この文字板を搭載した電子時計に関する。

腕時計のような電子時計は、文字板上に情報を表示する表示手段を制御する電子回路を有するケースを有する。文字板は、プレート（板）の形態で形成され、その表示面側には、装飾要素、指針および／または時間を表す数字を有する。この文字板は、電子回路に接続された液晶スクリーン用のウインドウ（窓）を有するものもある。表示板は、通常プラスチック材料製または金属製である。

電子制御回路は、プリント回路基板（printed circuit board (PCB)）上に配置され、電子要素を有する。電子要素の一例は、例えば制御ユニット、導電性パス、時間ベースとして機能する基準発振器である。この発振器は、例えば水晶製共振器を有する。

ある種の時計は、ＰＣＢを具備しない。この場合、電子要素は、ケースの裏カバー上に直接搭載される。導電性パスは、例えばケースに固定された金属製ストリップの形態で形成される。

上記の時計構造は、完全には満足できるものではない。その理由は、多数回の組み立て作業が、特に電子部品をＰＣＢ上またはケースのバック・カバーのいずれかに搭載する時には、必要である。さらに、ケース内に電子要素を搭載するのに必要なスペースの要件は、時計をよりコンパクトに、特に薄くしようとする時には、好ましくない。

文字板が、結晶材料、例えばシリコンから形成された時計がある。特許文献１は、シリコン製の装飾用時計部品を開示する。文字板は、例えば二酸化シリコン製の上部層を有する。この上部層は、光を透過し、その表面に色つきのインターフェアレンス（干渉）を形成する。さらに、装飾用のデザインまたは指針は、文字板の上部表面に、不透明材料によるプリント（印刷）あるいは気相堆積により形成される。
米国特許第４，５９９，２５１号明細書 国際公開第２００４／０８１６９５号 国際公開第２００１／０３３７１１号

この種の文字板は、美的観点においては利点を有するが、時計の全体構造は変わらず、依然として同じ欠点がある。

本発明の目的は、上記の欠点を解決することである。

本発明によれば、文字板を収納し、アナログ形式の表示装置を駆動する制御回路を含むケースを有する電子時計において、前記表示装置は、駆動装置により回転駆動される指針を有し、前記文字板は、半導体材料製のプレート形状の本体を有し、前記制御回路は、制御ユニットと時間基準回路とを有し、前記制御回路は、文字板の本体にエッチングして形成された集積回路要素を有することを特徴とする電子時計。

本発明の他の利点は、時計内にマイクロ構造あるいはナノ構造の集積を容易にすることである。マイクロ電子機械システム（micro electromechaincal system）が、シリコンプレート上にエッチングで形成されるが、ますます利用されている。シリコン製の文字板とそこに搭載される集積回路により、マイクロ電子機械システムを文字板内に直接配置でき、それらを、例えば集積回路手段により制御することができる。

本発明の他の特徴によれば、制御ユニットは、文字板の本体に直接エッチングして形成される集積回路要素である。時間基準回路は、文字板の本体に直接エッチングして形成される。駆動装置をさらに有し、駆動装置は、文字板の本体にエッチングして形成され、前記制御回路に電気的に接続される。駆動装置は、電子モータを有し、電子モータは、半導体材料製のプレートに直接エッチングして形成されたマイクロ電子機械システムを形成する。駆動装置は、電子モータを有し、電子モータは、半導体材料製のプレートにエッチングして形成されたマイクロ電子機械システムを形成し、文字板に搭載される。文字板の本体は、シリコン製である。文字板の本体の上面は、文字板の表示表面を形成し、上面は、少なくとも部分的にコーティング層でコーティングされている。文字板の本体の上面は、文字板の表示表面を形成し、上面は、前記文字板の本体にエッチングで形成された隆起部を有する。プリント回路基板をさらに有し、プリント回路基板は、前記文字板の下に配置され、前記制御回路の一部を搭載し、前記文字板の本体にエッチングで形成された集積回路要素は、前記プリント回路基板の導電性パスに、電気的接続手段により電気的に接続され、電気的接続手段は、前記文字板の底面とプリント回路基板との間に挿入される。制御回路は、前記文字板の本体に直接エッチングして形成される。

図１、２は、本発明の第１実施例の電子時計１０を示す。電子時計１０は、環状のケース１２を有する。

以下の説明において、ケース１２の軸Ａ１を垂直方向とする。

ケース１２は、横方向に延びる底壁１４と、軸方向円周壁１６と、上部保護ガラス１８とから形成される。上部保護ガラス１８が、電子時計１０の上部表示面２０の側でケース１２を封止する。

ケース１２は、電子制御回路２２を有し、この電子制御回路２２が表示装置２４を駆動する。

同図に示した実施例によれば、表示装置２４はアナログ形式である。表示装置２４は、指針２６を有する。この指針２６は、文字板２８の上方を延びて、ケース１２の軸Ａ１の周囲を電子制御駆動装置３０により回転駆動される。電子制御駆動装置３０は、例えば少なくとも１個の電子時計用のモータと、各指針２６を駆動するのに必要な減速ギア列を有する伝達機構とを有する。

本発明の他の実施例（図示せず）によれば、アナログ型の表示装置２４は、液晶表示と組み合わせることもできる。

電子制御回路２２は、ケース１２に搭載されたプリント回路基板３２の底面３１上で、文字板２８の下側に部分的に配置される。電子構成要素は、プリント回路基板３２上に、特に制御ユニット３６と基準発振器３４により形成される時間ベースの回路上に、配置される。導電性パス３８が、プリント回路基板３２上に配置され、これらの電子構成要素を互いに接続する。

制御ユニット３６は、マイクロコントローラあるいは論理回路により形成することもできる。

電子制御駆動装置３０は、プリント回路基板３２の底面３１上に搭載される。その駆動軸４０は、プリント回路基板３２に形成された第１開口４２と、文字板２８に形成された第２開口４４を貫通して、上方向に延びる。

バッテリ４６は、プリント回路基板３２とケース１２の底壁１４の間に配置され、電力を供給する。

制御ユニット３６と共働する外部制御手段（図示せず）、例えばプッシュ・ボタン、竜頭で、ユーザが表示装置２４を制御する（例えば時間を設定する）ことができる。

文字板２８は、環状プレートの形態の半導体材料製の本体４８を有する。好ましくは、半導体材料はシリコンである。文字板２８は、集積回路を形成するマイクロ電子部品で使用されるシリコン・ウェハから形成される。

本発明によれば、電子制御回路２２は、少なくとも１個の制御ユニット３６を有する。この制御ユニット３６は、文字板２８の本体４８にエッチングで形成される。この方法は、シリコン上に集積回路を形成するのに用いられる公知の方法である。

図示した実施例によれば、文字板２８の底面５０にエッチングで形成された制御ユニット３６が集積回路要素を構成する。

図２に詳細に示すように、電子制御回路２２は、電子接続手段５２を具備する。この電子接続手段５２は、制御ユニット３６の接続スタッド５４を、プリント回路基板３２の導電性パス３８に接続する。ここに示した実施例によれば、これらの電子接続手段５２は、接続バンプ５６であり、例えば、異方性導電接着剤ベースから形成される。この接続バンプ５６が、接続スタッド５４の上に配置され、プリント回路基板３２の上部面６０に配置された導電性パス５８と電気的に接触する。この導電性パス５８は、プリント回路基板３２の底面３１が具備する導電性パス３８と、プリント回路基板３２を貫通する金属貫通孔６１の手段により、電気的に接続される。

本発明の他の実施例（図示せず）によれば、電子接続手段５２は、別の方法で形成することもでき、例えば、金属製ストリップ、あるいは並列の導電性ワイヤを有するエラストマー製のストリップを有する「ゼブラ」型導電体で形成される。

文字板２８は、その上部表面に隆起表示部６４を有し、これは、結晶成長（crystallographic growth）法で形成される。この上面６２は、文字板２８を保護又は装飾する例えば金属製のコーティングを有し、機械加工したマイクロ構造形態の隆起形状を有し、組み紐飾りの文字板（guilloche dial）で得られるのと同様な光学的効果を得ることができる。これらのインデックスと隆起した設計は、文字板２８上に材料を体積することによっても、得られる。

電子制御回路２２は、他の電子部品、例えばセンサー、液晶表示モジュール、電子時計１０のアンテナ、無線送受信器、コイル、データ記憶ユニット（メモリ）等を有することもできる。

文字板２８は、底面５０の底部にエッチングで形成された複数個の同一の制御ユニット３６を有することも可能である。その場合、１つの制御ユニット３６が故障した場合、電子制御回路２２は、動作状態にある他の制御ユニット３６に接続することもできる。

文字板２８は、別の種類の制御ユニット３６を有することも可能である。これにより、同一の文字板２８を別の種類の電子時計１０に用いることができる。かくして、電子時計１０が組み立てられると、電子制御回路２２は、この種の時計の組み立てに適した制御ユニット３６に接続される。

本発明の他の実施例を第１実施例とは異なる点を主に考慮に入れながら説明する。

図３は、本発明の第２実施例の電子時計１０を示す。この電子時計１０は電子制御駆動装置３０を有する。電子モータ６６がシリコンプレート上にエッチングで形成されたマイクロ電子機械システムの形態で形成されている。

この種の電子モータ６６は、特許文献２に開示されている。この特許文献２においては、モータはシリコン層をエッチングして形成される。この種の電子モータ６６は、歯車駆動輪と駆動フィンガーとを有し、この駆動フィンガーが歯車と噛み合ってモータを回転させる。各駆動フィンガーは、可動コーム（mobile comb）に対し、動作可能に取り付けられ、この可動コームは、固定コーム（fixed comb）にかかる電圧の関数として、固定コームに対し、動く。

Ｓ．Ｏ．Ｉ．（silicon-on-insulator）製造技術を電子モータ６６に用いる。これに関しては、前掲の特許文献２の図７Ａ−７Ｄを参照して説明されているが、可動部品は、それらを搭載するシリコン製基板から、容易に取り外すことができる。

本発明の第２実施例によれば、電子モータ６６は、文字板２８の底面５０に、例えばボンディングあるいは溶接により取り付けられた構成要素の形態を採る。電子モータ６６用の駆動ホイール（図示せず）は、日の裏装置６８と噛み合う。この日の裏装置６８は、文字板２８の底面に隣接して固定され、適宜の減速比によって指針２６を駆動する。文字板２８の底面５０は、導電性パス７０を有する。この導電性パス７０が、電子モータ６６を文字板２８の底面５０上に配置された接続バンプ７２に接続する。この電気接続は、別の方法で、例えば導電性ワイヤ、ワイヤ・ボンディング技術でも、実現でき、これらは集積回路の製造に公知のものである。

図１、２で説明した制御ユニット３６の電気接続については、電子モータ６６に関与する接続バンプ７２は、プリント回路基板３２の上部面６０上に対向配置された導電性パス５８と電気的に接触して、これにより、電子モータ６６が電子制御回路２２の他の構成要素と電気的に接続できるようになる。文字板２８の底面５０上に配置された導電性パス５８は、電子モータ６６を制御ユニット３６に接続する。

本発明の第２実施例は、高さがよりコンパクトになるという利点があり、さらに、文字板２８上に複数個の構成部品を集積することも可能である。

図４の本発明の第３実施例によれば、電子制御回路２２の全ての電気部品と電子制御駆動装置３０の電子モータ６６は、文字板２８の本体４８にエッチングにより直接形成される。ここに示した実施例においては、これらの構成部品は、文字板２８の底面５０に形成されるが、それらは文字板２８の上面６２と類似の方法で形成することもできる。

ここで使用される製造技術は、Ｓ．Ｉ．Ｏ．技術であり、その結果、文字板２８の本体４８は、ここでは上から下に向かって、上部シリコン層７４と、中間絶縁（ＳｉＯ_２）層と、底部シリコン層７８とを含む。上部シリコン層７４は、３５０μｍ厚さの基板を形成し、底部シリコン層７８は、１５−７５μｍの厚さである。制御ユニット３６と基準発振器３４と電子モータ６６は、底部シリコン層７８に形成され、これらの構成部品は互いに電気的に接続される。

電子モータ６６は、特許文献２の教示に従って製造することができる。

基準発振器３４は、特許文献３の教示に従って製造することもできる。この特許文献３は、電子時計１０の制御ユニット３６を形成する集積回路と同一の基板上に形成されるシリコン製の発振器を示す。かくして、基準発振器３４は、マイクロまたはナノの電子機械構造体の形態を有し、文字板２８の本体４８にエッチングで形成され、電子制御回路２２に電気的に接続される。

電子時計１０は、この実施例ではプリント回路基板を有さないが、全ての電子制御回路２２は、文字板２８に配列されているからである。

日の裏装置６８は、ハウジング８２内に配置される。日の裏装置６８は、電子モータ６６に隣接して、文字板２８の底部シリコン層７８に配置され、これにより、日の裏装置６８は電子モータ６６より回転駆動される。

中間の電気接続要素、例えば金属製接触ストリップ８４は、文字板２８の底面５０に固定され、これによりバッテリ４６を電子制御回路２２に電気的接続する。

この実施例は、高さが特にコンパクトになる利点がある。さらにまた、プリント回路基板とそれに伴う欠点を省くこともできる。電子制御回路２２の製造は、電子構成部品を組み立て／搭載するステップがもはや必要ないために、容易となる。電子構成部品は、文字板２８内に直接エッチングで形成される。マイクロエレクトロニクスで使用されるエッチング技術により、バッチ処理が可能となり、これにより、製造コストを最小にすることができる。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。

本発明の第１実施例により、シリコン製の文字板が集積回路を有する時計の断面図。 図１の集積回路を時計のプリント回路基板に接続する状態を表す軸方向拡大断面図。 本発明の第２実施例により、時計の指針を駆動する装置が、シリコン製のモータを有し、文字板に取り付けられた状態を表す図１に類似する図。 本発明の第３実施例により、時計の制御回路構成要素組立体が、シリコン製文字板上に直接形成された状態を表す、図１に類似する図。

符号の説明

１０ 電子時計
１２ ケース
１４ 底壁
１６ 軸方向円周壁
１８ 上部保護ガラス
２０ 上部表示面
２２ 電子制御回路
２４ 表示装置
２６ 指針
２８ 文字板
３０ 電子制御駆動装置
３１ 底面
３２ プリント回路基板
３４ 基準発振器
３６ 制御ユニット
３８ 導電性パス
４０ 駆動軸
４２ 第１開口
４４ 第２開口
４６ バッテリ
４８ 本体
５０ 底面
５２ 電子接続手段
５４ 接続スタッド
５６ 接続バンプ
５８ 導電性パス
６０ 金属貫通孔
６２ 上面
６４ 隆起表示部
６６ 電子モータ
６８ 日の裏装置
７０ 導電性パス
７２ 接続バンプ
７４ 上部シリコン層
７８ 底部シリコン層
８０ 導線性パス
８２ ハウジング
８４ 金属製接触ストリップ

Claims (11)

1. 文字板（２８）を収納し、アナログ形式の表示装置（２４）を駆動する制御回路（２２）を含むケース（１２）を有する電子時計（１０）において、
   前記表示装置（２４）は、駆動装置（３０）により回転駆動される指針（２６）を有し、
   前記文字板（２８）は、半導体材料製のプレート形状の本体（４８）を有し、
   前記制御回路（２２）は、制御ユニット（３６）と時間基準回路（３４）とを有し、
   前記制御回路（２２）は、文字板（２８）の本体（４８）にエッチングして形成される集積回路要素（３４、３６）を有する
   ことを特徴とする電子時計。
2. 前記制御ユニット（３６）は、文字板（２８）の本体（４８）に直接エッチングして形成される集積回路要素である
   ことを特徴とする請求項１記載の電子時計。
3. 前記時間基準回路（３４）は、文字板（２８）の本体（４８）に直接エッチングして形成される
   ことを特徴とする請求項１または２記載の電子時計。
4. 駆動装置（３０）をさらに有し、
   前記電子制御駆動装置（３０）は、文字板（２８）の本体（４８）にエッチングして形成され、前記制御回路（２２）に電気的に接続される
   ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の電子時計。
5. 前記駆動装置（３０）は、電子モータ（６６）を有し、
   前記電子モータ（６６）は、半導体材料製のプレートに直接エッチングして形成されるマイクロ電子機械システムを形成する
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の電子時計。
6. 前記駆動装置（３０）は、電子モータ（６６）を有し、
   前記電子モータ（６６）は、半導体材料製のプレートにエッチングして形成されるマイクロ電子機械システムを形成し、文字板（２８）に搭載される
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の電子時計。
7. 前記文字板（２８）の本体（４８）は、シリコン製である
   ことを特徴とする請求項１−６のいずれかに１記載の電子時計。
8. 前記文字板（２８）の本体（４８）の上面（６２）は、文字板（２８）の表示表面を形成し、
   前記上面（６２）は、少なくとも部分的にコーティング層でコーティングされている
   ことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載の電子時計。
9. 前記文字板（２８）の本体（４８）の上面（６２）は、文字板（２８）の表示表面を形成し、
   前記上面（６２）は、前記文字板（２８）の本体（４８）にエッチングして形成される隆起部を有する
   ことを特徴とする請求項１−８のいずれかに記載の電子時計。
10. プリント回路基板（３２）をさらに有し、
    前記プリント回路基板（３２）は、前記文字板（２８）の下に配置され、前記制御回路（２２）の一部を搭載し、
    前記文字板（２８）の本体（４８）にエッチングして形成される集積回路要素（３６）は、前記プリント回路基板（３２）の導電性パス（５８）に、電気的接続手段（５６）により電気的に接続され、
    前記電気的接続手段（５６）は、前記文字板（２８）の底面（５０）とプリント回路基板（３２）との間に挿入される
    ことを特徴とする請求項１−９のいずれかに記載の電子時計。
11. 前記制御回路（２２）は、前記文字板（２８）の本体（４８）に直接エッチングして形成される
    ことを特徴とする請求項１−９のいずれかに記載の電子時計。

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