KR20180061110A - 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법 및 상기 마이크로기계 시계 부품 - Google Patents

마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법 및 상기 마이크로기계 시계 부품 Download PDF

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Abstract

마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법 및 상기 마이크로기계 시계 부품.
발명은 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하는 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법과 관련된다. 발명에 따라, 상기 방법은, 형성될 상기 장식 표면에 대응하는 실리콘 기재 기판 (1) 의 구역 상부의 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면 상에 기공들 (2) 을 형성하는 적어도 하나의 단계 a) 를 포함하고, 상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 설계된다.
발명은 또한, 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하고, 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 적어도 일 구역 상부에, 실리콘 기재 기판 (1) 의 상기 구역에 형성되고, 상기 구역 상부에 장식 표면을 형성하기 위해 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있는 기공들 (2) 을 갖는 마이크로기계 시계 부품과 관련된다.

Description

마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법 및 상기 마이크로기계 시계 부품{METHOD OF FORMING A DECORATIVE SURFACE ON A MICROMECHANICAL TIMEPIECE PART AND SAID MICROMECHANICAL TIMEPIECE PART}
본 발명은 실리콘 기재 기판을 포함하는 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 제작하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 또한, 특히 그러한 프로세스에 의해 획득될 수 있는 그러한 장식 표면을 포함하는 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.
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 상이한 조각 (engraving) 기법들에 의해 제작된다.
다이얼이 실리콘 기재로 제작될 때, 구현하기에 용이한 그러한 표기들 또는 장식 표면들을 제작하기 위한 새로운 기법들을 제안하는 것이 필요하다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은 실리콘 기재 기판을 포함하는 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하기 위한 방법과 관련된다.
발명에 따라, 상기 방법은, 형성될 장식 표면들에 대응하는 실리콘 기재 기판의 구역 상부의 상기 실리콘 기재 기판의 표면 상에 기공들을 형성하는 적어도 하나의 단계 a) 를 포함하고, 상기 기공은 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 (open out) 설계된다.
본 발명은 또한, 위에서 기재된 방법에 의해 획득될 수 있는 마이크로기계 시계 부품과 관련된다.
본 발명은 또한, 실리콘 기재 기판 및 상기 실리콘 기재 기판의 적어도 하나의 구역 상부에 기공들을 포함하는 마이크로기계 시계 부품과 관련되며, 기공들은 실리콘 기재 기판의 상기 구역에 형성되고, 상기 구역 상부에 장식 표면을 형성하기 위해서 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있다.
발명에 따른 방법은, 마이크로기계 시계 상부에, 장식적이고 흑색에 근접하는 매우 어두운 컬러의 다공질 실리콘 표면을 제작하는 것을 가능하게 한다. 다공질 실리콘 상부에 도포된 금속화 코팅은 간섭 컬러들의 장식 표면을 획득하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 목적들, 이점들 및 피처들은 단지 한정이 아닌 예시로서만 주어지고 첨부 도면들에 의해 도시되는, 발명의 적어도 하나의 실시형태의 다음의 상세한 설명에서 더 명백하게 나타날 것이다.
- 도 1 및 도 2 는 발명에 따른 방법을 제조하는 단계들을 개략적으로 도시한다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 발명에 따른 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하는 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법은, 형성될 장식 표면에 대응하는 실리콘 기재 기판 (1) 의 구역 상부에 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면으로부터 시작하는 기공들을 형성하는 단계 a) 를 포함한다. 기공들 (2) 은 사용자에 대해 가시적인 표면을 형성하기 위해서 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에 열려있도록 설계된다. 실리콘 기재 기판 (1) 은 형성될 마이크로기계 시계 부품의 기능으로서 선택된다. 제조될 마이크로기계 시계 부품의 기능으로서 실리콘 기재 기판의 최종 형상은 발명의 방법의 구현 전 또는 후에 주어진다. 본 발명에 있어서, 표현 ≪ 실리콘 기재 기판들 ≫ 은 기판에서의 실리콘의 층 및 실리콘으로 제조된 기판의 양자를 기술한다. 바람직하게, 실리콘 기재 기판 (1) 은 실리콘 웨이퍼 또는 SOI 웨이퍼 (실리콘 온 절연체) 이다.
이롭게, 이러한 단계 a) 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 위해서 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, 어택 (attack) 은 HF/HNO3/H2O 용액으로 일어나며, HF : HNO3 비는 50 - 500 : 1 이다. 이 방법은 욕에서의 전기 공급을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 그러한 방법은 당업자에게 알려져 있으며 여기에서 상세한 정보를 필요로 하지 않는다.
바람직하게, 단계 a) 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) 은 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 웨이퍼들과 함께 사용하기에 특히 적합하다.
당업자는 실리콘 기재 기판에 형성된 기공들이 적절한 기하학적 구조 및 사이즈를 갖기 위해서 구현되어야 하는 상술한 방법들의 파라미터들을 알고 있다.
특히, 기공들을 동화시킬 때, 시계 부품의 평면에서, 원형 단면의 구멍들에 의해, 상기 기공들은 바람직하게 10 nm 와 1,000 nm 사이의 직경을 가질 수 있다. 이롭게, 기공들은 100 nm 초과, 바람직하게 100 nm 와 10 μm 사이, 더욱 바람직하게 100 nm 와 3 μm 사이의 깊이를 가질 수 있다.
기공들의 적절한 기하학적 구조 및 사이즈는, 특히 가시 범위에서 광 흡수의 매우 높은 파워를 갖고, 반사방지성인 다공질 실리콘의 구역을 획득하는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 실질적으로 흑색인 매우 어두운 컬러를 갖는 구역이 획득된다. 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, 전체 표면적인 표면의 79 % 미만이도록 형성된다. 획득되는 컬러 구역은 마이크로기계 시계 부품 상부에 장식 표면으로서 사용된다. 장식 표면에 의해, 예를 들어, 숫자들 또는 임의의 다른 장식과 같은, 디자인, 모티프 (motif) 또는 표기가 의도된다.
발명에 따른 방법은, 단계 a) 후에, 단계 a) 에 따라 획득되는 다공질 실리콘으로 제조되는 장식 표면 상부에 적어도 하나의 코팅을 성막하는 것으로 이루어지는 제 2 단계 b) 를 선택적으로 포함할 수 있다.
이롭게, 단계 b) 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 b) 에서 성막된 코팅은 또한, SiO2, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, VO2 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 산화물들 중 하나와 같은 투명 산화물 코팅을 포함할 수 있다. 금속화층 또는 산화물층은 그 자신 상에 사용될 수 있고, 예를 들어 다공질 Si 상부에 직접 성막될 수도 있으며, 또는 2 개의 층들이 결합될 수 있으며, 이로서 산화물층이 금속화층을 커버한다. 산화물층의 두께는 바람직하게 100 nm 와 2,000 nm 사이이다.
다공질 실리콘으로 이루어진 장식 표면 상부에 금속화층으로 그리고 투명 산화물층으로 코팅하는 것은 간섭 컬러들을 갖는 장식 표면을 획득하는 것을 가능하게 한다.
발명에 따른 방법은, 다이얼들과 같은 실리콘 기재 시계 부품들의 제조를 위해 이롭게 구현될 수 있다.
본 발명은 또한, 상술한 바와 같은 방법에 의해 획득될 수 있는 마이크로기계 시계 부품과 관련된다.
특히, 본 발명은 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하고, 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 적어도 하나의 구역 상부에, 기공들 (2) 을 갖는 마이크로기계 시계 부품과 관련되고, 기공들 (2) 은 실리콘 기재 기판 (1) 의 상기 구역에 형성되고 상술한 바와 같이, 매우 어두운 컬러의 상기 구역 상부에 장식 표면을 형성하기 위해서 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있다.
또 다른 실시형태에 따라, 다공질 실리콘의 장식 표면은 Cr, Ti, Ag, Pt, Cu, Ni, Pd, Rh 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 엘리먼트들 중 적어도 하나에 기초하는 금속화층을 포함하는 코팅으로 커버된다.
또 다른 실시형태에 따라, 다공질 실리콘의 장식 표면은 SiO2, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, VO2 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 투명 산화물을 포함하는 코팅으로 커버된다.
이롭게, 다공질 실리콘의 장식 표면은 투명 산화물층으로 커버된 금속화층을 포함하는 코팅으로 커버된다. 이것은 간섭 컬러들을 갖는 장식 표면을 형성하는 것을 가능하게 한다.

Claims (10)

  1. 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하는 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은,
    형성될 상기 장식 표면에 대응하는 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 구역 상부의 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 표면 상에 기공들 (2) 을 형성하는 적어도 하나의 단계 a) 를 포함하고, 상기 기공들은 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있도록 (open out) 설계되는 것을 특징으로 하고,
    상기 기공들은 상기 시계 부품의 평면에서 원형 단면의 구멍들과 동화되며, 10 nm 와 1,000 nm 사이의 직경을 갖고, 100 nm 초과의 깊이를 갖는, 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 a) 후에, 상기 장식 표면 상에 적어도 하나의 코팅을 성막하는 단계 b) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅은 금속화층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅은 SiO2, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, VO2 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 투명 산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    단계 a) 는 전기화학적 식각에 의한 방법, ≪ 스테인-식각 ≫ 타입의 방법 및 ≪ MAC-식각 ≫ 타입의 방법을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법에 의해 달성되는, 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    단계 a) 는 ≪ MAC-식각 ≫ 타입의 방법에 의해 달성되는, 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 기재 기판 (1) 은 실리콘 웨이퍼 또는 SOI 웨이퍼 (실리콘 온 절연체) 인, 마이크로기계 시계 부품 상에 장식 표면을 형성하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 획득될 수 있는 마이크로기계 시계 부품.
  9. 실리콘 기재 기판 (1) 을 포함하는 마이크로기계 시계 부품으로서,
    상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 적어도 일 구역 상부에, 상기 실리콘 기재 기판 (1) 의 상기 구역에 형성되고 상기 구역 상부에 장식 표면을 형성하기 위해 상기 마이크로기계 시계 부품의 외부 표면에서 열려있는 기공들 (2) 을 갖고,
    상기 기공들은 상기 시계 부품의 평면에서 원형 단면의 구멍들과 동화되며, 10 nm 와 1,000 nm 사이의 직경을 갖고, 100 nm 초과의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 장식 표면은 SiO2, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, VO2 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 투명 산화물층 및/또는 금속화층을 포함하는 코팅에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 시계 부품.
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