KR20170030062A - 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법 및 상기 마이크로기계 시계 부품 - Google Patents
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Abstract
마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법 및 상기 마이크로기계 시계 부품
발명은 실리콘 기재 기판 (1) 으로부터 시작하는 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법에 관련되며, 방법은,
a) 실리콘 기재 기판 (1) 을 제공하는 단계, 및 b) 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면의 적어도 일부 표면 상에 적어도 10 μm 깊이, 바람직하게 적어도 50 μm 깊이, 더욱 바람직하게 적어도 100 μm 깊이의 기공들을 형성하는 단계를 순서대로 포함하고, 상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있다.
발명은 또한, 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하는 마이크로기계 시계 부품에 관련되며, 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면의 적어도 일부 표면 상에, 적어도 10 μm 깊이, 바람직하게 적어도 50 μm 깊이, 더욱 바람직하게 적어도 100 μm 깊이의 기공들 (2) 을 갖고, 상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 설계된다.
발명은 실리콘 기재 기판 (1) 으로부터 시작하는 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법에 관련되며, 방법은,
a) 실리콘 기재 기판 (1) 을 제공하는 단계, 및 b) 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면의 적어도 일부 표면 상에 적어도 10 μm 깊이, 바람직하게 적어도 50 μm 깊이, 더욱 바람직하게 적어도 100 μm 깊이의 기공들을 형성하는 단계를 순서대로 포함하고, 상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있다.
발명은 또한, 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하는 마이크로기계 시계 부품에 관련되며, 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면의 적어도 일부 표면 상에, 적어도 10 μm 깊이, 바람직하게 적어도 50 μm 깊이, 더욱 바람직하게 적어도 100 μm 깊이의 기공들 (2) 을 갖고, 상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 설계된다.
Description
본 발명은 실리콘 기재 마이크로기계 시계 부품들을 제작하기 위한 방법에 관한 것이다. 발명은 또한, 특히 그러한 프로세스에 의해 획득될 수 있는, 실리콘 기재의 보강된 마이크로기계 시계 부품에 관한 것이다.
실리콘은 마이크로기계 시계 부품들, 특히 머시닝되었던 실리콘 기재 기판에 접속된 상태를 유지하는 부품들의 제조에 있어서 점점 더 많이 사용되고 있는 재료이다.
금속들 또는 합금들에 관하여, 이들은 마이크로기계 시계 부품들, 예컨대 기어 휠들 (toothed wheels), 또는 컴포넌트들을 제조하기 위한 표준으로서 사용된다. 그것은 매우 경량의 매우 경질인 재료이며, 따라서 이 재료는 훨씬 더 감소된 관성을 갖고 결과적으로 그 효율을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 마찬가지로 실리콘은, 복합 또는 단일 주조 부품들을 제작하는 것을 가능하게 한다.
실리콘의 특성을 개선하거나 변경하기 위해서, 실리콘 상부에 적절한 재료의 층을 성막하는 것이 알려져 있다. 따라서, 그 마찰공학적 특성들을 개선하기 위해서, 예를 들어 박막 기상 증착 (CVD/PVD) 의 방법에 의해 실리콘 상에 다이아몬드가 성막된다.
하지만, 이 방법들은 성막된 층의 두께가 몇 마이크론을 초과할 때 너무 느려지게 되는 것을 입증할 수 있는 성막 레이트를 갖는다. 사실상, CVD 머신들에서의 성막 레이트들은, 예를 들어 통상적으로 대략 10 나노미터/분이고, 이 기법은 일반적으로 몇 마이크론 보다 더 큰 층의 제조를 위해 사용되지 않는다.
따라서, 실리콘 상에 적절한 재료의 두꺼운 층들의 급속 성막을 달성하는 것을 가능하게 하는 실리콘 기재 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법을 제안하는 것이 필요하다.
또한, 예를 들어, 실리콘 기재 기판은 다이얼들을 제작하기 위해 사용될 수 있다.
워치들 또는 다른 시계 부품의 다이얼들은 정보를 부여하거나 다이얼을 강조하는 것을 가능하게 하는 표기들 (inscription) 또는 장식 표면들을 포함한다. 이 장식들은 통상적으로 다양한 조각 (engraving) 기법들에 의해 제작된다.
다이얼이 실리콘 기재 상에 제작될 때, 구현하기에 용이한 그러한 표기들 또는 장식 표면들을 제작하기 위한 새로운 기법들을 제안하는 것이 필요하다.
또한, 시계 제작에 있어서 표준으로서 많이 사용되고 있는 다른 재료들 처럼, 실리콘 기재로부터 제작된 시계 부품들은 윤활식이어야 한다.
예를 들어, 낮은 접촉 압력의 경우, 마찰의 낮은 계수를 촉진하는 매우 유동적인 윤활유 (lubricant) 를 사용하는 것이 알려져 있다. 하지만, 이러한 타입의 윤활유는, 윤활유 막의 파열때문에, 특히 더 높은 접촉 압력 동안, 그 효과가 약해지는 단점이 있다. 위의 윤활 기법들은, 표면 상에 성막된 폴리머 브러시들의 형성 및 폴리머 브러시들과 친화력을 갖는 그들의 윤활유 함유에 기초하여, 스트레스의 넓은 범위에 대해 크게 마찰을 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 매우 유연성의 폴리머 브러시들은 이들이 윤활유로 함침될 때 다시 바르게 되며, 이로써 윤활유로 채운 스폰지의 유형을 형성한다. 마찰 조건들에 따라, 큰 접촉 압력 동안, 섬유들은 쉽게 압축되고 접촉 내부로 윤활유를 복원할 수 있다. 이것의 결과는 마찰의 계수에 있어서 그리고 마모에 있어서 실질적인 드롭을 야기하는 더 두꺼운 윤활유 막의 형성이다. 하지만, 긴 지속기간의 스트레스 동안, 이 폴리머 브러시들은 퇴화 (표면의 마모, 스크래칭) 에 이르게 되며, 이는 폴리머 브러시 코팅이 더 이상 그 기능을 보장할 수 없게 한다.
따라서, 시계 부품을 포함하는 시계 이동의 유지 서비스들의 빈도를 감소시키기 위해서, 윤활될 시계 부품의 표면 상에, 윤활유의 충분한 양을 함유시키는 것을 가능하게 하는 실리콘 기재 마이크로기계 시계 부품을 윤활시키기 위한 새로운 방법을 제안하는 것이 필요하다.
또한, 사실상 스트레스의 넓은 범위에서, 그리고 이러한 시계 부품을 포함하는 클록 이동의 신뢰성, 효율성 및 결과의 전력 예비를 증가시키도록 마찰의 계수에 있어서 그리고 마모에서의 현저한 감소를 허용하는 윤활 조건들을 생성하는 것을 가능하게 하는 실리콘 기재 마이크로기계 시계 부품을 윤활시키기 위한 새로운 방법을 제안하는 것이 필요하다.
이를 위해서, 본 발명은, 실리콘 기재 기판으로부터 시작하는 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법과 관련되며, 방법은,
a) 실리콘 기재 기판을 제공하는 단계;
b) 상기 실리콘 기재 기판의 표면의 적어도 일부의 표면 상에 적어도 10μm, 바람직하게 적어도 50μm, 더욱 바람직하게 적어도 100μm 의 깊이로 기공들을 형성하는 단계를 순서대로 포함하고, 상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있다.
발명에 따른 방법은, 기판의 표면 상의 기공들의 선행 형성 덕분에 마이크로기계 시계 부품들에 사용되는 실리콘 기재 기판의 다양한 특성들을 개선하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 또한 위에서 정의된 바와 같은 방법에 의해 획득될 수 있는 마이크로기계 시계 부품에 관련된다.
본 발명은 또한, 실리콘 기재 기판을 포함하는 마이크로기계 시계 부품에 관련되며, 상기 실리콘 기재 기판의 표면의 적어도 일부의 표면 상에, 적어도 10μm, 바람직하게 적어도 50μm, 더욱 바람직하게 적어도 100μm 의 깊이의 기공들을 갖고, 상기 기공들은 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 (open out) 설계된다.
제 1 실시형태에 따라, 기공들은 기공들의 깊이와 적어도 동등한 두께의, 다이아몬드, 다이아몬드형 탄소 (DLC), 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 세라믹스, 폴리머들 및 이들의 혼합물들로부터 선택된 재료의 층으로 완전히 충전된다. 상기 재료의 표면층은 재료로 충전된 기공들의 표면 상에 그리고 실리콘 기재 기판의 표면 상에 제공될 수 있다.
또 다른 실시형태에 따라, 기공들 (2) 은 장식 표면을 형성하기 위해서 설계될 수 있고, 상기 장식 표면은 SiO2, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, VO2 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 투명 산화물층 및/또는 금속화층을 포함하는 코팅으로 커버된다.
다른 실시형태에 따라, 기공들은 마찰제를 포함할 수 있다. 시계 부품은 또한, 기공들 사이에 실리콘 기재 섬유들을 포함할 수 있고, 실리콘 기재 섬유들은 마찰제에 대해 적어도 하나의 습윤제로 커버된 벽들을 포함하고, 실리콘 기재 섬유들은 마찰제로 함침된다. 실리콘 기재 섬유들은 또한 적어도 하나의 폴리머 브러시로 커버된 벽들을 포함하고, 실리콘 기재 섬유들 및 폴리머 브러시는 마찰제로 함침된다.
또 다른 실시형태에 따라, 기공들은, 기공들을 포함하지 않고 마찰제가 도포되는 실리콘 기재 기판의 적어도 일 구역에 대해 에필람 (epilame) 효과를 갖는 적어도 하나의 초수소산 구역을 형성하기 위해서 실리콘 기재 기판 상에 제공될 수 있다.
본 발명의 목적들, 이점들 및 피처들은 단지 한정이 아닌 예시로서만 주어지고 첨부 도면들에 의해 도시되는, 발명의 몇몇 실시형태들의 다음의 상세한 설명에서 더 명백하게 나타날 것이다.
- 도 1 내지 도 3 은 발명에 따른 제조 방법의 단계들을 개략적으로 도시한다.
- 도 4 내지 도 6 은 발명에 다른 제조 방법의 다른 실시형태의 단계들을 개략적으로 도시한다.
- 도 7 내지 도 9 는 발명에 따른 제조 방법의 다른 실시형태의 단계들을 개략적으로 도시한다.
- 도 1 내지 도 3 은 발명에 따른 제조 방법의 단계들을 개략적으로 도시한다.
- 도 4 내지 도 6 은 발명에 다른 제조 방법의 다른 실시형태의 단계들을 개략적으로 도시한다.
- 도 7 내지 도 9 는 발명에 따른 제조 방법의 다른 실시형태의 단계들을 개략적으로 도시한다.
발명에 따른 실리콘 기재 기판으로부터 시작하는 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법은,
a) 실리콘 기재 기판을 제공하는 단계;
b) 적어도 10μm, 바람직하게 적어도 50μm, 더욱 바람직하게 적어도 100μm 의 깊이의, 상기 실리콘 기재 기판의 표면의 적어도 일부의 표면으로부터 시작하는 기공들을 형성하는 단계를 순서대로 포함하고, 상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있다.
실리콘 기재 기판은 형성될 마이크로기계 시계 부품의 기능으로서 선택된다. 제조될 마이크로기계 시계 부품의 기능으로서 실리콘 기재 기판의 최종 형성은 발명의 방법의 구현 전 또는 후에 주어진다. 본 발명에 있어서, 표현 ≪ 실리콘 기재 기판들 ≫ 은 기판에서의 실리콘층 및 실리콘으로 제조된 기판의 양자를 지칭한다. 바람직하게, 도 1 에 도시된 바와 같이, 실리콘 기재 기판 (1) 은 실리콘 웨이퍼 또는 SOI 웨이퍼 (실리콘 온 절연체) 이다. 기공들은 기판의 평면에 평행한 표면 및 기판의 평면에 수직인 표면의 양자 모두 상에 형성될 수 있다.
이롭게, 이 단계 b) 는 전기화학적 식각에 의한 방법, ≪ 스테인-식각 ≫ 타입의 방법 및 ≪ MAC-식각 ≫ 타입의 방법을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법에 의해 달성될 수 있다.
전기화학적 식각에 의한 방법은 전기화학적 양극산화처리에 의한 방법일 수 있다. 그 구현은 1 내지 10 % 의 농도로 에탄올과 혼합된 또는 수용액에 플루오르화 수소산을 함유하는 전기화학적 욕의 사용을 필요로 한다. 실리콘의 식각을 야기하는 전기화학적 조건들을 생성하기 위해 전류 및 전극들이 필요하다. 전기화학적 조건들에 따르면, 다양한 타입의 기공들이 획득될 수 있다. 그러한 방법은 당업자에게 알려져 있으며 여기에서 상세한 정보를 필요로 하지 않는다.
≪ 스테인-식각 ≫ 타입의 방법은, 다공질 실리콘의 형성을 직접 유발하는 실리콘의 습윤 식각에 기초한다. 통상적으로, 식각은 HF/HNO3/H2O 용액으로 일어나며, HF : HNO3 의 비는 50 - 500 : 1 이다. 이 방법은 욕에서의 임의의 전기 공급을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 그러한 방법은 당업자에게 알려져 있으며 여기에서 상세한 정보를 필요로 하지 않는다.
바람직하게, 단계 b) 는 ≪ MAC-식각 ≫ 타입의 방법에 의해 달성된다. 이 방법은 국부적 화학 식각 반응들을 촉진시키기 위해서 귀금속들의 입자들의 사용에 기초한다. 통상적으로, 귀금속 (금, 은, 백금) 의 매우 얇은 층 (10 - 50 nm) 이 랜덤 방식으로 또는 리프트 오프, 식각, 레이저 등에 의해 성막되고 구조화된다. 바람직하게, 귀금속은 금이다. 특히, 이롭게는 HF/H2O2 혼합물의 용액에서 금의 입자들이 사용될 수 있다. 입자들의 사이즈는 5 와 1,000 nm 사이일 수 있다. 구조화하는 것은 금의 리소그라피, 식각 또는 리프트 오프에 의해 획득될 수 있다. 또 다른 옵션은 매우 미세한, 비폐쇄 층 (non-closed layer)(5 - 30 nm) 의 증발 또는 캐소드 펄버리세이션 (cathodic pulverisation)(스퍼터링) 이다. 금의 섬 형성에 기여하기 위해 열적 처리가 가능할 것이다.
귀금속의 층을 갖는 실리콘이 HF/H2O2 혼합물의 수용액에 침지될 때, 귀금속은 실리콘의 융해를 국부적으로 촉진시킨다. 이 식각 용액은 통상적으로 4 ml : 1 ml : 8 ml (48 % HF : 30 % H2O2 : H2O) 와 4 ml : 1 ml : 40 ml (48 % HF : 30 % H2O2 : H2O) 사이를 포함할 수 있다. 실리콘의 융해는 금속 하에서 바람직하게 생성되고, 그 후 금속이 점진적으로 실리콘 내부로 관통한다. 이 반응은 실리콘 촉매의 배향, 표면 배치, 욕의 도핑 및 케미스트리에 의해 본질적으로 영향을 받는 전파 모드들에 따라 큰 깊이 (> 100 μm) 에 걸쳐서 계속될 수 있다. ≪ MAC-식각 ≫ 타입의 방법은 실리콘에서 매우 큰 깊이 (> 100 μm) 의 기공들의 형성을 허용하면서 욕에서의 전기 공급을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 따라서, 이것은 일반적으로 시계 컴포넌트들의 제조를 위해 사용되는 기판으로서 SOI 웨이퍼들에 대해 사용하기에 특히 적합하다.
당업자는 실리콘 기재 기판에 형성된 기공들이 적절한 기하학적 구조 및 사이즈를 갖기 위해서 구현되어야 하는 상술한 방법들의 파라미터들을 알고 있다.
특히, 기공들은 1 과 200 사이의 어스팩트 팩터 (깊이 : 직경 비) 를 갖는 것이 이로울 수 있다.
바람직하게, 기공들은 200μm 초과, 더욱 바람직하게 300μm 초과의 깊이를 갖는 것이 이로울 수 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 소정 깊이에 걸친 실리콘 기재 기판 (10) 에서의 기공들 (2) 의 형성은, 기공들 (2) 사이에, 동일한 깊이에 걸친 실리콘 기재 필러들 (3) 의 형성을 야기한다. 바람직하게, 실리콘 기재 필러들이 원형 단면을 갖는 것으로 고려할 때, 기공들 (2) 은, 실리콘 기재 필러들 (3) 의 돌출된 표면이, 닿고 있는 실리콘 기재 필러들을 갖지 않도록 하기 위해서, 표면적인 전체 표면의 79 % 미만이도록 형성된다.
발명의 방법의 제 1 실시형태에 따라, 도 1 내지 도 3 을 참조하면, 실리콘 기재 다공질 기판이 초기 기판 보다 훨씬 더 큰 실제 기판 표면을 생성하기 위해서 그리고 결과적으로 적절한 재료의 표면적인 성막 레이트를 크게 증가시키기 위해서 사용된다.
제 1 실시형태에 따라, 발명에 따른 방법은, 단계 b) 후에, 다이아몬드, 다이아몬드형 탄소 (DLC), 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 세라믹스, 폴리머들 및 이들의 혼합물들로부터 선택된 재료로, 기공들의 깊이와 적어도 동등한 두께의 상기 재료의 층을 기공들에 형성하기 위해서, 단계 b) 동안 실리콘 기재 기판 (1) 에 형성된 기공들 (2) 을 완전히 충전하는 것으로 이루어지는 단계 c) 를 포함한다.
따라서, 발명에 따른 방법은 실리콘 기재 기판의 표면에, 유사하지만 다공질은 아닌 기판의 평면 표면 상의 성막에 대해 빠르며 크게 감소된 시간에 적절한 재료의 두꺼운 층을 제조하는 것을 가능하게 한다.
이 단계 c) 는, 기공들에 성막된 재료가 상기 기공들의 벽들과 직접 접촉하도록, 임의의 중간 단계 없이 단계 b) 후에 바로 실행된다.
바람직하게, 단계 c) 는 박막 성막의 방법들, 예컨대 화학 기상 증착 (CVC), 물리 기상 증착 (PVD), 얇은 원자층 증착 (ALD) 및 열적 산화의 방법들을 포함하는 그룹으로부터 선택된 방법에 의해 달성된다. 이 방법들은 당업자에게 알려져 있으며 여기에서 상세한 정보를 필요로 하지 않는다. 하지만, 단계 c) 가 PVD 성막에 의해 달성될 때, 실리콘 기재 기판에서의 기공들의 어스팩트 팩터는 바람직하게 4 : 1 이하임이 특정될 수 있다. 단계 c) 가 CVD 또는 MOCVD (금속 유기 화학 기상 증착) 성막에 의해 달성될 때, 실리콘 기재 기판에서의 기공들의 어스팩트 팩터는 바람직하게 50 : 1 이하이다. 또한, PVD 에 의한 성막에 대해, 성막 레이트는 바람직하게 0.1 과 5 nm/s 사이일 것이다. CVD 또는 MOCVD 에 의한 성막에 대하여, 성막 레이트는 바람직하게 0.01 과 10 nm/s 사이일 것이다. ALD 에 의한 성막에 대하여, 성막 레이트는 예를 들어 0.01 nm/s 일 것이다. 또한, 열적 산화는 실리콘 기판에서의 실리콘의 비율을 감소시키는데 특히 이로우며, 실리콘은 층 두께의 대략 50 % 레이트의 성장으로 소비된다. 따라서, 당업자는 시간의 매우 짧은 간격으로 SiO2 의 매우 두꺼운 층의 형성을 유발하는, SiO2 에 의한 실리콘의 100 % 대체를 허용하기 위해서 실리콘 기판에 형성될 필요가 있는 기공들을 디멘션할 수 있다.
이롭게, 발명에 따른 방법은, 단계 c) 후에, 재료로 충전된 기공들 (2) 의 그리고 기판 (1) 의 표면 상에 상기 재료의 표면 층 (4) 을 형성하는 단계 d) 를 포함한다. 특히, 이 표면 층 (4) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 두께 (h0) 의 상기 재료의 완료층 (4) 을 형성하기 위해서 기공들 (2) 을 재료로 완전히 충전할 뿐만 아니라 또한 그 후 재료로 충전된 기공들 (2) 상부 및 필러들 (3) 상부에도 상기 재료를 성막하도록 단계 c) 에 따라 재료의 성막을 연장시키는 것에 의해 획득될 수 있다. 이로써 필러들 (3), 재료로 충전된 기공들 (2) 및 완료층 (4) 을 포함하는 두께 (h1) 의 복합층이 획득된다. 따라서, 예를 들어 대략 10 % 의 비 hO/h1 가 있을 수 있다.
이로써, 발명에 따른 방법은 성막된 실리콘/재료에 기초하는 두꺼운 복합층, 또는 모든 실리콘이 대체되었을 때 성막된 재료의 두꺼운 층도 포함하는 마이크로기계 시계 부품을 획득하는 것을 가능하게 한다.
단계 b) 동안 기판의 표면으로부터 시작하는 기공들의 형성은 기공들 없이 초기 표면 보다 훨씬 더 큰 실제 표면을 생성하기 위해서 큰 파상 (corrugation) 을 생성하는 것을 가능하게 한다. 당업자는 실리콘의 표면에서 평면 표면 상부의 성막에 대해 크게 감소된 시간에서 두꺼운 층을 제조하기 위해서, 기공들의 기하학적 구조 및 또한 기공들에서의 재료의 성막 시간을 선택할 수 있다. 특히, 당업자는,
- 재료의 성막 동안 기공들의 완전한 충전을 획득하고,
- 가스들의 플로우를 용이하게 하고,
- 성막된 재료의 층과 실리콘 기공들 사이의 체적의 원하는 비를 획득하도록, 기공들의 기하학적 구조 및 사이즈를 선택할 수 있다. 필요하다면, 예를 들어 90 % 초과의 다공성을 갖는 다공질 실리콘을 제조하는 것이 가능하다.
예를 들어, CVD 및 PVD 와 같은 소정의 성막 방법들에 대하여, 성막 레이트는 기공들의 저부에서 더 느려지게 되는 경향이 있다. 그 후 , 가스들의 플로우와 연관된 이러한 현상을 보상하기 위해서 원뿔형 기공들 (깊이에서 보다 표면에서 더 넓음) 을 제공하는 것이 가능하다.
따라서, 기공들에서의 충분한 가스 공급에 의해, 발명에 따른 방법은 표면층 (4) 에 대응하는 두께 (h0) 의 재료의 완료층을 획득하는데 필요한 것과 근접한 성막 시간에서 두께 (h1) 로 성막되는, 실리콘/재료 복합층을 획득하는 것을 가능하게 한다.
발명에 따른 방법은 CVD 에 의한 다이아몬드의 두꺼운 층들을 형성하는 것에 의해, 탈진기 휠 및 팰릿들과 같은, 실리콘 기재 탈진기의 컴포넌트들의 제조를 위해 이롭게 구현될 수 있다.
발명에 따른 방법은 또한, SiO2 의 성막을 위해 열적 산화에 의한 방법이 사용되는 경우, 거의 고체인 SiO2 의 두꺼운 층들을 형성하는 것에 의해, 실리콘 기재 탈진기의 컴포넌트들의 제조를 위해 구현될 수 있다.
발명에 따른 방법은 또한, 다공질 실리콘으로 이루어진 구역들의 구조화와 결합하는 것에 의해, 실리콘에서의 깊이의 큰 두께를 갖는 국부적 층들을 빠르게 생성하기 위해서 구현될 수 있다.
발명의 방법의 제 2 실시형태에 따라, 기공들 (2) 은 제조될 장식 표면에 대응하는 실리콘 기재 기판 (1) 의 일 구역 상에 단계 b) 에 따라 형성된다. 따라서, 다공질 실리콘 기재 기판은 마이크로기계 시계 부품 상부에, 흑색에 접근하는 매우 어두운 컬러의 장식의 다공질 실리콘 표면을 생성하기 위해 사용된다. 기공들은 사용자에 대해 가시적인 표면을 형성하기 위해서 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 설계된다.
당업자는 실리콘 기재 기판에 형성된 기공들이 광의 흡수를 위해 매우 고용량, 특히 가시성 범위를 갖고, 반사방지성인 다공질 실리콘 구역을 획득하기에 적합한 기하학적 구조 및 사이즈를 갖기 위해서 구현될 상술한 방법들의 파라미터들을 알고 있다.
특히, 시계 부품의 평면에서, 원형 단면의 구멍들과 기공들을 동화시킴으로써, 상기 기공들은 바람직하게 10 nm 와 1,000 nm 사이의 직경을 가질 수 있다.
획득된 컬러 구역은 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면으로서 사용된다. 장식 표면에 의해, 예를 들어 숫자 또는 임의의 다른 장식과 같은, 그림, 모티프 (motif) 또는 표기가 의도된다.
발명에 따른 방법은, 단계 b) 후에, 다공질 실리콘으로 제조되고 단계 b) 에 따라 획득되는 장식 표면 상에 적어도 하나의 코팅을 성막하는 것으로 이루어지는 제 2 단계 e) 를 선택적으로 포함할 수 있다.
이롭게, 단계 e) 에서 성막된 이 코팅은, Cr, Ti, Ag, Pt, Cu, Ni, Pd, Rh 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 엘리먼트들 중 적어도 하나에 기초하는 금속화층을 포함할 수 있다. 바람직하게, 금속화층은 50 nm 미만 두께의 미세층이다.
이롭게, 단계 e) 에서 성막된 코팅은 또한, SiO2, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, VO2 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 산화물들 중 하나와 같은 투명 산화물층을 포함할 수 있다. 금속화층 또는 산화물층은 단독으로 사용될 수 있고, 예를 들어 다공질 Si 상부에 직접 성막될 수도 있으며, 또는 2 개의 층들이 접속될 수 있으며, 그 후 산화물층이 금속화층을 커버한다. 산화물층의 두께는 바람직하게 100 nm 와 2,000 nm 사이이다.
다공질 실리콘으로 이루어진 장식 표면 상부에 금속화층 및 투명 산화물층의 코팅은 간섭 컬러들의 장식 표면을 획득하는 것을 가능하게 한다.
발명에 따른 방법은, 다이얼들과 같은 실리콘 기재 시계 부품들을 제조하기 위해 이롭게 구현될 수 있다.
발명의 방법의 또 다른 실시형태에 따라, 실리콘 기재 기판의 표면으로부터 시작하는 기공들의 형성은 소정 정도의 유연성을 갖고 변형에 의해 다양한 압력을 수용할 수 있는 다공질, 실리콘 기재 상부구조를 형성하는 것을 가능하게 한다. 또한, 이러한 타입의 구조는 내구성 방식으로 많은 예비의 윤활유를 함유시키는 것을 가능하게 하는 공동들을 갖는다.
또한, 폴리머 브러시들이 다공질, 실리콘 기재 상부구조 상에 성막되는 경우, 획득된 코팅은 윤활유로 충전되고, 이 폴리머 브러시들이 압축될 때 그것을 복원할 수 있다. 이 코팅은 또한 다공질 실리콘 기재 상부구조의 공동들 내부로의 윤활유의 침투를 보조한다.
이 실시형태에 따라, 기공들 (2) 은 마찰제에 의해 윤활될 구역에 대응하는 실리콘 기재 기판 (1) 의 구역 상부에 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면으로부터 시작하여 형성된다. 기공들은 기판의 평면에 수직인 표면 상부에, 즉 마찰을 받고 있는 마이크로 시계 부품의 측면들 상에 형성될 수 있지만, 또한 기판의 평면에 평행한 표면 상부에도 형성될 수 있다.
이 실시형태에 따라, 단계 b) 후에, 필러들 (3) 사이의 기공들 (2) 에, 마찰제를 성막하는 것으로 이루어지는 단계 (f) 가 제공된다. 마찰제는 윤활식이고, 예를 들어 수용액의 형태의 액체 또는 건식일 수 있다. 바람직하게, 상기 마찰제는 퍼플루오로카보네이티드 폴리머, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 또는 임의의 다른 적절한 마찰제 또는 윤활유이다.
제 1 실시형태에 따라, 마찰제는 단계 f) 에 따라 실리콘 기재 기판의 기공들 (2) 에 직접 성막된다. 이 단계 f) 는 CVD, iCVD, PECVD 와 같은, 박막 성막의 방법에 의해 달성될 수 있다. 마찰제를 폴리머화하기 위해서, 적절한 열적 처리가 대략 100 ℃ 내지 300 ℃ 에서 적용될 수 있다. 따라서, 마찰제의 많은 양들은, 실리콘 때문에 상대적으로 증가되는 표면의 표면적인 경도를 보존하면서, 실리콘 기재 기판의 표면에 근접하여 저장될 수 있다.
특히 이로운 방식으로, 단계 b) 에 따라 실리콘 기재 기판 (1) 에 기공들을 형성하는 방법의 파라미터들은, 기공들 (2) 사이에 형성된 필러들 (3) 이 실리콘 기재 섬유들 (3') 을 형성하도록 기공들 (2) 이 적절한 기하학적 구조 및 사이즈를 갖기 위해서 선택된다. 이 섬유들 (3') 은 5 와 100 사이의 어스팩트 팩터 (깊이 : 직경 비) 를 갖는다. 섬유들은 유연한 상부구조 (superstructure) 를 형성하고, 그 후 발명에 따른 방법의 단계 b) 에 따라, 기공들의 습윤화를 용이하게 하기 위해서 선택된 마찰제를 함유한다.
실리콘 기재 섬유들을 포함하는 기판은 발명의 방법의 이 실시형태의 2 개의 다른 실시형태들에 따라 사용될 수 있다.
특히, 도 4 내지 도 6 를 참조하면, 제 2 실시형태에 따라, 단계 b) 에 따라, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 섬유들 (3') 의 형태로 기공들 (2) 사이에 필러들 (3) 을 형성하기 위해서, 실리콘 기재 기판 (1) 에 기공들 (2) 을 제작하는 것이 제공된다. 이에 따라, 단계 b) 와 단계 f) 사이에, 실리콘 기재 섬유들 (3') 의 벽들 상에 마찰제에 대해 적어도 하나의 습윤제 (6) 를 성막하는 단계 g) 가 제공된다. 습윤제 (6) 는 마찰제의 습윤화 및 침투를 용이하게 위해서 선택된다. 이것은 실리콘 기재 섬유들 (3') 의 벽들을 기능화하기 위해 매우 얇은 층 (수 나노미터) 을 형성하기 위해서 도포된다. 그 후, 섬유들 (3') 은 단계 f) 에 따라 마찰제 (5) 로 함침되고, 마찰제 (5) 는 기공들 (2) 의 습윤화를 용이하게 하기 위해서 선택된다.
도 7 내지 도 9 을 참조하면, 제 3 실시형태에 따라, 단계 b) 에 따라, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 섬유들 (3') 의 형태로 필러들 (3) 을 기공들 (2) 사이에 형성하기 위해서, 실리콘 기재 기판 (1) 에 기공들 (2) 을 제작하는 것이 제공된다. 이에 따라, 단계 b) 와 단계 f) 사이에, 실리콘 기재 섬유들 (3') 의 벽들 상에 적어도 하나의 폴리머 브러시 (8) 를 성막하는 단계 h) 가 제공된다. 그러한 폴리머 브러시 (8) 는 예를 들어 공보들 WO 2012/152512 및 WO 2014/009059 에 기재되어 있다. 폴리머 브러시들은 기계적으로 내성이 큰 실리콘 기재 섬유들에 의해 폴리머 섬유들이 보호되도록 실리콘 기재 섬유들보다 더 작은 길이의 섬유들을 갖는다. 그 후 실리콘 기재 섬유들 (3') 및 폴리머 브러시들 (8) 은, 단계 f) 에 따라 마찰제 (5) 로 함침되며, 이 마찰제 (5) 는 습윤화를 용이하게 하기 위해 선택된다.
이 방법 실시형태는, 폴리머 브러시들을 사용하는 경우, 신뢰성을 증가시키면서 마찰 조건들의 넓은 범위에 걸쳐 위의 윤활 거동을 유지하는 것을 가능하게 하는, 기계적 벤딩의 제어된 기하학적 구조들 및 특성들로 실리콘 기재 기판의 재료에 직접 섬유들을 제조하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 발명에 따른 방법은 위의 윤활에서 보통 사용되는 폴리머 브러시들의 기계적 내성의 결핍을 보상하는 것을 가능하게 한다. 실리콘 기재 섬유들의 형성된 구조는 스트레스의 함수로서 접촉 내부로 윤활유의 충분한 양을 복원할 수 있는 윤활유 저장소를 구성한다.
실리콘 기재 섬유들의 그리고 기공들의 기하학적 구조는 의도된 마찰 조건들 및 마찰 오브젝티브들의 함수로서 최적화될 수 있다. 실리콘 기재 기판을 구조화하는 것은 범위가 실리콘 기재 섬유들에서 스펀지층을 형성하는 개방 및 무질서 기공들까지 이를 수 있다.
발명에 따른 방법의 다른 실시형태에 따라, 기공들 (2) 은 기공들을 포함하지 않고 마찰제가 도포되는 실리콘 기재 기판의 적어도 일 구역에 대해 에필람 효과를 갖는 적어도 하나의 초수소산 구역을 형성하기 위해서 실리콘 기재 기판 (1) 상에 형성된다. 이 효과는 국부화된 기능화에 의해 보강될 수 있다.
Claims (32)
- 실리콘 기재 기판 (1) 으로부터 시작하는 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
a) 실리콘 기재 기판 (1) 을 제공하는 단계;
b) 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면의 적어도 일부 표면 상에 적어도 10 μm 깊이의 기공들 (2) 을 형성하는 단계를 순서대로 포함하고,
상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 (open out) 설계되는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 의 깊이는 적어도 50 μm 인, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 의 깊이는 적어도 100 μm 인, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 b) 후에, 다이아몬드, 다이아몬드형 탄소 (DLC), 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 세라믹스, 폴리머들 및 이들의 혼합물들로부터 선택된 재료로, 상기 기공들 (2) 에서, 상기 기공들 (2) 의 깊이와 적어도 동등한 두께의 상기 재료의 층을 형성하기 위해서, 상기 기공들 (2) 을 완전히 충전하는 것으로 이루어지는 단계 c) 를 포함하는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
단계 c) 후에, 상기 재료로 충전된 상기 기공들 (2) 및 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면 상에 상기 재료의 표면층 (4) 을 형성하는 단계 d) 를 포함하는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은 장식 표면에 대응하는 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 구역 상부에 형성되는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 6 항에 있어서,
단계 b) 후에, 상기 장식 표면 상부에 적어도 하나의 코팅을 성막하는 단계 e) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 7 항에 있어서,
커버하는 것은 금속화층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 코팅은 SiO2, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, VO2 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 투명 산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 b) 후에, 상기 기공들 (2) 에 마찰제 (5) 을 성막하는 것으로 이루어지는 단계 f) 를 포함하고, 상기 기공들 (2) 은 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 윤활될 표면의 적어도 일부 표면 상에 형성되는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은 5 와 100 사이의 어스팩트 팩터 (깊이 : 직경 비) 를 갖는 실리콘 기재 섬유들 (3') 을 상기 기공들 사이에 형성하기 위해서 설계되는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
단계 b) 와 단계 f) 사이에, 실리콘 기재 섬유들 (3') 의 벽들 상에 마찰제 (5) 에 대해 적어도 하나의 습윤제 (6) 를 성막하는 단계 g) 를 포함하는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
단계 b) 와 단계 f) 사이에, 실리콘 기재 섬유들 (3') 의 벽들 상에 적어도 하나의 폴리머 브러시 (8) 를 성막하는 단계 h) 를 포함하는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 마찰제 (5) 는 퍼플루오로카보네이티드 폴리머인, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은, 기공들을 포함하지 않고 마찰제가 도포되는 상기 실리콘 기재 기판의 적어도 일 구역에 대해 에필람 (epilame) 효과를 갖는 적어도 하나의 초수소산 구역을 형성하기 위해서 상기 실리콘 기재 기판 (1) 상에 형성되는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 b) 는 전기화학적 식각에 의한 방법, ≪ 스테인-식각 ≫ 타입의 방법 및 ≪ MAC-식각 ≫ 타입의 방법을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법에 의해 달성되는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 16 항에 있어서,
단계 b) 는 ≪ MAC-식각 ≫ 타입의 방법에 의해 달성되는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기공들은 1 과 200 사이의 어스팩트 팩터 (깊이 : 직경 비) 를 갖는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은 200 μm 초과의 깊이를 갖는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은 300 μm 초과의 깊이를 갖는, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 기재 기판 (1) 은 실리콘 웨이퍼 또는 SOI 웨이퍼 (실리콘 온 절연체) 인, 마이크로기계 시계 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 21 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 획득될 수 있는 마이크로기계 시계 부품.
- 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하는 마이크로기계 시계 부품으로서,
상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면의 적어도 일부 표면 상에, 적어도 10 μm 의 깊이의 기공들 (2) 을 갖고,
상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 설계되는, 마이크로기계 시계 부품. - 제 23 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 의 깊이는 적어도 50 μm 인, 마이크로기계 시계 부품. - 제 24 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 의 깊이는 적어도 100 μm 인, 마이크로기계 시계 부품. - 제 23 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은 상기 기공들 (2) 의 깊이와 적어도 동등한 두께의, 다이아몬드, 다이아몬드형 탄소 (DLC), 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 세라믹스, 폴리머들 및 이들의 혼합물들로부터 선택된 재료의 층으로 완전히 충전되는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품. - 제 26 항에 있어서,
상기 재료로 충전된 상기 기공들 (2) 및 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면 상에 상기 재료의 표면층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품. - 제 23 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은 장식 표면을 형성하기 위해서 설계되고, 상기 장식 표면은 SiO2, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, VO2 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 투명 산화물층 및/또는 금속화층을 포함하는 코팅으로 커버되는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품. - 제 23 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은 마찰제 (5) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품. - 제 29 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 사이에 실리콘 기재 섬유들 (3') 을 포함하고, 상기 실리콘 기재 섬유들 (3') 은 상기 마찰제 (5) 에 대해 적어도 하나의 습윤제 (6) 로 커버된 벽들을 포함하며, 상기 실리콘 기재 섬유들 (3') 은 상기 마찰제 (5) 로 함침되는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품. - 제 29 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 사이에 실리콘 기재 섬유들 (3') 을 포함하고, 상기 실리콘 기재 섬유들 (3') 은 적어도 하나의 폴리머 브러시 (8) 에 의해 커버되는 벽들을 포함하며, 상기 실리콘 기재 섬유들 (3') 및 상기 폴리머 브러시 (8) 는 상기 마찰제 (5) 로 함침되는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품. - 제 23 항에 있어서,
상기 기공들 (2) 은 기공들을 포함하지 않고 마찰제가 도포되는 상기 실리콘 기재 기판의 적어도 일 구역에 대해 에필람 효과를 갖는 적어도 하나의 초수소산 구역을 형성하기 위해서 상기 실리콘 기재 기판 (1) 상에 설계되는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품.
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