TWI474138B - 單體調整構件及其製造方法 - Google Patents

Description

單體調整構件及其製造方法

本發明有關一調整構件及製造該調整構件之方法，且更特別地是有關一加彈簧的平衡輪型調整構件。

一時計之調整構件大致上包括一慣性輪、稱為一平衡輪，及一稱為游絲發條之共振器。關於該時計之工作品質，這些部分具有一決定性之角色。更確切地是，它們調整該機件、亦即它們控制該機件之頻率。

該平衡輪及該游絲發條事實上係不同的，這使得其製造該調整構件變得非常地複雜，該製造包括該平衡輪及該游絲發條與該二部分之共振組件的製造。

如此，該平衡輪及該游絲發條之每一個已用不同材料製成，特別地是，為了限制溫度變化之影響，但沒有解決關於共振組件之困難。

本發明之一目的係藉由提出一單體調整構件克服所有或部分上述缺點，該單體調整構件對於溫度變化保持不敏感，且係經由一使組裝困難性減到最少之製造方法所獲得。

本發明如此有關一單體調整構件，其包括一與在矽基材料層中製成之游絲配合的平衡輪，且包括一同軸地安裝在內樁上之游絲發條，該內樁包括一由該游絲發條突出之延伸部分，且該延伸部分係於第二層矽基材料中製成，其特徵為該游絲內樁之延伸部分係緊固至該平衡輪。

根據本發明之另一有利特色：一該平衡輪具有一伸過該內樁之內徑的孔洞，以便在其中承納一平衡輪柱；一該平衡輪柱係緊固至該平衡輪；一該平衡輪柱係藉由被驅動抵靠著該孔洞中所製成之金屬塗層而緊固至該平衡輪；一該內樁之內徑的區段係大於該平衡輪中之孔洞的區段，以防止該平衡輪柱及該內樁的內徑間之推入配合接觸；-該平衡輪之輪緣係連續的，且包括一可改變該平衡輪之慣性矩的調節裝置；-該輪緣係藉由至少一支臂連接至該平衡輪之輪轂，該支臂係細長的，以在萬一任何衝擊被傳送至該平衡輪時，允許該支臂軸向及/或徑向地變形；一該調節裝置包括在該平衡輪的輪緣上製成之凹部，以便可調整該平衡輪之慣性；-該等凹部包括一比該平衡輪之輪緣遠較大密度的材料，以便增加該平衡輪之慣性；-該調節裝置包括凸塊，該等凸塊在該平衡輪之輪柱上製成，且包括比該輪緣遠較大密度之材料，以便增加該平衡輪之慣性；-該平衡輪係在矽基材料之第三層中製成；-該遠較大密度之材料係以有缺口的圓環之形式分佈在該輪緣上，該圓環包括一系列在規則之間隔隔開的外樁，以補償該材料之任何熱膨脹；-該游絲發條之內層線圈具有一克羅斯曼型曲線’以改善該游絲發條之同心擴展；-該游絲發條包括至少一二氧化矽基部分，以使該游絲發條更具機械抗性，且調整其熱彈性係數。

更大致上，本發明亦有關一時計，其特徵為該時計包括一根據該等前述變體之任一項的單體調整構件。

最後，本發明有關單體調整構件之製造方法，包括以下步驟：a)提供一基板，該基板包括矽基材料的一頂層及一底層；b)於該頂層中選擇性地蝕刻至少一孔腔，以界定該構件的內樁之第一部分的圖案，及一由矽基材料所製成之平衡輪的第一部分；c)將矽基材料的一額外層接合至該基板之被蝕刻頂層；d)選擇性地蝕刻該額外層中之至少一孔腔，以連續該內樁與該平衡輪之該等第一部分的圖案，且界定該構件之由矽基材料所製成的游絲發條之圖案；其特徵為該製造方法另包括以下步驟：e)選擇性地蝕刻該底層中之至少一孔腔，以界定該構件之由矽基材料所製成的平衡輪之最後部分；f)由該基板釋放該調整構件，其提供一越過三層矽基材料之構件。

按照本發明之其他有利的特色：-在步驟d)之後，施行步驟g)：氧化該構件之由矽基材料所製成的第二部分，以便調整其熱彈性係數，且亦造成該第二部分更具機械抗性；-於之前步驟e)，施行步驟h)：在該底層上選擇性地沈積至少一金屬層，以界定該構件之至少一金屬部分及/或用於承納一在其中被驅動之軸柱的第二金屬部分之圖案；-步驟h)包括步驟i)：至少局部地在該底層之表面上方藉由連續之金屬層增長該沈積，以便形成一用於增加由矽基材料所製成的平衡輪之質量的金屬部分、及/或用於承納一在其中被驅動之軸柱的第二金屬部分；-步驟h)包括步驟j)：選擇性地蝕刻該底層中之至少一孔腔，用於承納該至少一金屬部分；及步驟k)：至少局部地在該至少一孔腔中藉由連續之金屬層增長該沈積，以便形成一用於增加由矽基材料所製成的平衡輪之質量的金屬部分、及/或一軸柱將在其中被驅動之第二金屬部分；一步驟h)包括該最後步驟i)：拋光該金屬沈積；-數個構件被製成在允許批次製造之相同基板上。

本發明有關一方法，其大致上標以1，用於製造一時計機件用之調整構件41、41'、及41"。如圖1至9所說明，方法1包括用於形成至少一型式之單體構件(51'''、41、41'、41")的連續步驟，其可為完全地由矽基材料所形成。

參考圖1及9，該第一步驟100在於取得一絕緣體上的矽(SOI)之基板3。基板3包括每一層由矽基材料所形成之頂層5及底層7。一由二氧化矽(SiO₂ )所形成之中介層9可延伸於頂層5及底層7之間。

較佳地是，於此步驟100中，選擇基板3，使得底層7之高度匹配該最後調整構件41、41'、41"的一部分之高度。再者，底層7之厚度必需足以支承藉由方法1所造成之施力。此厚度可為譬如包括於300及400微米之間。

較佳地是，頂層5被用作相對底層7之間隔機構。因此，頂層5之高度將按照調整構件41、41'、41"之組構被設計。視該組構而定，頂層5之厚度可如此譬如於10及200微米之間變動。

於第二步驟101中，在圖2中所視，孔腔10、11、12、13、14及15被選擇性地蝕刻於矽基材料之頂層5中，譬如藉由DRIE(深反應式離子蝕刻)製程。這些孔腔10、11、12、13、14及15較佳地是形成二圖案17、19，該等圖案界定該調整構件41、41'、41"之矽部分的內部及外部輪廓。

於圖2中所說明之範例中，圖案17及19係大約同軸向及具有一圓形區段之圓柱形，且圖案17比圖案19具有一較大直徑。然而，根據方法1有利地是，頂層5上之蝕刻關於圖案17及19之幾何形狀留下完全之自由度。如此，圖案17及19係不須為圓形，但可為譬如橢圓的及/或具有一非圓形之內徑。

較佳地是留下材料18之橋接件，以於製造期間將調整構件41、41'、41"固持至基板3。於圖2中所說明之範例中，有材料18之四個橋接件，其分別保留在連續式孔腔12、13、14及15的每一個之間，且分佈在圖案17的周邊上之園的一弧形中。

於圖3所示之第三步驟102中，矽基材料的一額外層21係加至基板3。較佳地是，額外層21係藉著矽熔化接合(SFB)緊固至頂層5。如此，步驟102藉由以很高之黏著程度結合圖案17及19之頂面至額外層21之底面有利地蓋住頂層5。額外層21可譬如具有於100及150微米間之厚度。

於圖4所示之第四步驟103中，孔腔20、22及24係譬如藉由類似於步驟101之DRIE製程選擇性地蝕刻於額外矽層21中。這些孔腔20、22及24形成三個圖案23、25及27，該等圖案界定該調整構件41、41'、41"之矽部分的內部及外部輪廓。

於圖4中所說明之範例中，圖案23及25係大約同軸向及具有一圓形區段之圓柱形，且圖案27係大約螺旋形。然而，有利地是根據方法1，額外層21上之蝕刻允許用於圖案23、25及27之幾何形狀的完全自由度。如此，特別地是，圖案23及25係不須為圓形，但可譬如為橢圓的或具有一非圓形之內徑。同樣真實的是內徑10及24不須為圓形，但可譬如為多邊形，其將於旋轉中以匹配形狀之軸柱49改善應力之傳送。最後，每一直徑10、24之形狀可為不是完全相同的。

較佳地是，在額外層21中所製成之圖案23係類似形狀，且大約與頂層5中所製成之圖案19垂直。這意指分別形成圖案19及23之內徑的孔腔10及24彼此相通，且實質上係互相重疊。於圖10至15中所說明之範例中，圖案23及19形成調整構件41、41'、41"之內樁55、55'、55"，該內樁相對於層5及21在高度方向地延伸越過該頂部。

較佳地是，在額外層21中所製成之圖案25係類似形狀，且大約與頂層5中所製成之圖案17垂直。於所說明之範例中，圖案25及17形成調整構件41、41'、41"之平衡輪43、43'、43"的輪緣47、47'、47"的一部分，其在高度方向中相對於層5及21延伸。然而，將注意的是於圖4中所說明之範例中，材料18之橋接件係不被複製，且額外層21中之孔腔22形成一連續之圓環，不像於圖4中之該層下邊打開的孔腔12、13、14及15。

較佳地是，圖案23及27被同時地蝕刻，且於額外層21中形成一單體部分。於圖10至15中所說明之範例中，圖案23及27形成該游絲發條53、53'、53"及調整構件41、41'、41"的內樁55、55'、55"之頂部部分。其亦可被看出圖4中所說明之圖案27的外部曲線係打開的。與由通過圖案19所達成之底層7分離結合，此後面之特色意指該外部曲線能使用一指標組件被釘住至該內樁。

然而，有利地是根據方法1，至於圖案27之幾何形狀，額外層21上之蝕刻允許完全之自由度。如此，特別地是，圖案27不可具有一打開之外部曲線，但譬如在該外部曲線的端部上具有一凸出部分，其能被用作一附接點，亦即不需要一指標組件。圖案27亦可具有一包括克羅斯曼曲線之內層線圈，用於改善其同心擴展，如於歐洲專利第1612627號中所解釋，其以引用的方式併入本文中。

在此第四步驟103之後，清楚的是在額外層21中所蝕刻之圖案23及27係僅只在圖案19之上方藉由圖案23之底部以很高之黏著程度連接，該圖案19被蝕刻在頂層5中(圖案19本身係以很高之黏著程度連接至底層7)。圖案23及27係如此不再與額外層21直接接觸。同樣地，圖案25係不再與額外層21直接接觸，而是僅只以很高之黏著程度連接至在頂層5中蝕刻之圖案17。

較佳地是，如在圖9中之虛線所示，方法1能包括第五步驟104，其在於氧化至少圖案27、亦即調整構件41、41'、41''之游絲發條53、53'、53''，以便造成該游絲發條更具機械抗性及調整其熱彈性係數。此氧化步驟係於歐洲專利第1422436號中所解釋，其以引用的方式併入本文中。

在此階段、亦即在步驟103或104之後，其清楚的是方法1有利地生產僅只游絲51'''，如在圖16所視。更確切地是，藉由選擇頂層5之高度，方法1的優點之一係其能設計成適於內樁55、55'、55"、55'''的圖案19之高度，該內樁直接地由游絲發條53、53'、53"、53'''突出。

當此在圖16所視之產品51'''係想要的時，方法1可如此僅只藉由在該中介步驟形成材料之橋接件被停止在步驟103或104。材料之這些橋接件能於步驟101期間被形成在圖案19上、或於步驟103期間在譬如該最後線圈之端部形成於圖案27上。方法1之倒數第二步驟能接著在於移去底層7、譬如藉由化學蝕刻及/或機械式機構。最後，於步驟106中，藉此獲得之游絲發條51'''被釋放。

有利地是根據本發明，如果一調整構件41、41'、41"係較佳的，在第四步驟103之後或較佳地是在第五步驟104之後，方法1能包括三具體實施例A、B及C，如在圖9所說明。然而，三具體實施例A、B及C之每一個以相同之最後步驟106終止，其在於由基板3釋放所製成之調整構件41、41'、41"。

有利地是，釋放步驟106可僅只藉由施加充分之應力至調整構件41、41'、41"以打破材料18之橋接件所達成。此應力可譬如藉由一操作員被手動地產生或藉由機器加工所產生。

根據具體實施例A，於圖5所示第六步驟105中，孔腔26、28、29、30、31及32係譬如藉由一與步驟101及103類似之DRIE製程選擇性地蝕刻於矽基材料之底層7中。這些孔腔26、28、29、30、31及32形成一圖案34，其界定該調整構件41之矽部分的內部及外部輪廓。

於圖5所說明之範例中，圖案34係大約具有四支臂40、42、44、46之邊緣形。然而，有利地是根據方法1，底層7中之蝕刻關於圖案34之幾何形狀留下完全之自由度。如此，特別地是，可為與不同該邊緣的支臂之數目及幾何形狀係不須為圓形的、但譬如為橢圓的。再者，該等支臂40、42、44、46可為類似的，以便如果任何衝擊被傳送至該調整構件，允許它們軸向及/或徑向地變形。

較佳地是，在底層7中所製成之圖案34的一部分係類似形狀，且大約與分別於頂層5及額外層21中所製成之圖案17及25垂直。於圖5所說明之範例中，圖案34與圖案17及25形成調整構件41之平衡輪43，其輪緣47如此在高度方向相對於所有層5、7及21延伸。

再者，較佳地是，圖案34之孔腔26係大約於孔腔10及24之延伸部份，該等孔腔形成圖案19及23之內徑。於所說明之範例中，該系列孔腔24、10及26如此形成一可承納調整構件41的平衡輪柱49之內徑。最後，應注意的是材料18之橋接件係未在底層7中複製，且該孔腔28像孔腔22形成一連續之圓環，而不像在圖5中之該孔腔．下邊打開的孔腔12、13、14及15。

在此第六步驟105之後，其清楚的是在底層7中所蝕刻之圖案34係僅只以很高之黏著程度連接至在頂層5中被蝕刻之圖案17及19。圖案34係如此不再與底層7直接接觸。

在上面所說明的最後步驟106之後，第一具體實施例A如此產生單體調整構件41，其完全由矽基材料所形成，如在圖10及11所示。其如此清楚的是不再有任何組裝問題，因為組裝係於調整構件41之製造期間直接地施行。該調整構件包括一平衡輪43，其輪轂45係藉由四支臂40、42、44及46徑向地連接至輪緣47，且軸向地連接至游絲51，其包括一游絲發條53及內樁55。

如上面所說明，輪緣47係藉由底層7的圖案34之周邊圓環所形成，但亦藉由該個別之頂層5及額外層21的圖案17及25所形成。再者，內樁55係藉由額外層21之圖案23及頂層5的圖案19所形成。此圖案19較佳地是被用作該游絲51及游絲發條43間之間隔機構，以致譬如游絲發條53能使用一指標組件被釘住至該內樁。圖案19亦係有用的，藉由增加內樁55之高度用作游絲51用之導引機構。

然而，有利地是根據方法1，在額外層21上所進行之蝕刻允許關於游絲發條53之幾何形狀的完全自由度。如此，特別地是，游絲發條53可不具有一打開之外部曲線，但譬如在該外部曲線之端部具有一能被用作附接點之凸出部分，亦即不需要一指標組件。

較佳地是，調整構件41能經過孔腔24、10及26承納一平衡輪柱49。有利地是，根據本發明，當調整構件41係呈單體時，其係不需要將平衡輪柱49緊固至內樁55及平衡輪43，但僅只緊固至這些二構件之一。

較佳地是，於步驟105期間，平衡輪柱49係譬如使用矽基輪轂45中所蝕刻之韌性機構48緊固至平衡輪43之內徑26。這些韌性機構48可譬如採取那些在歐洲專利第1655642號的圖10A至10E中所揭示者、或那些在歐洲專利第1584994號的圖1、3及5中所揭示者之形式，該等專利係以引用的方式併入本文中。再者，於一較佳方式中，孔腔24及10之各區段比孔腔26具有較大之尺寸，以便防止平衡輪柱49與內樁55將推入配合接觸。

其如此清楚的是該游絲51之力量係僅只藉由內樁55加至平衡輪43，且反之亦然，因為它們係全部三個形成為單體。平衡輪柱49因此僅只經由平衡輪43之輪轂45承接來自調整構件41之力量。

根據第二具體實施例B，在步驟103或104之後，方法1包括圖6所示之第六步驟107，在於施行一LIGA製程(來自德語“rontgenLlthographie、Galvanoformung&Abformung”)。此製程包括使用一光致結構樹脂，用於在呈特別形狀之基板3的底層7上電鍍一金屬的一系列步驟。因該LIGA製程係熟知的，其將不在此更詳細地敘述。較佳地是，所沈積之金屬可為譬如金或鎳或這些金屬之合金。

於圖6所說明之範例中，步驟107可在於沈積一有缺口的圓環61及/或一圓柱體63。於圖6所說明之範例中，圓環61具有大約呈一圓之弧形的一系列外樁65，且其被用於增加該未來之平衡輪43'的質量。其實，矽的優點之一係其對溫度變化之不敏感性。然而，其具有低密度之缺點。本發明之第一特色如此在於使用藉由電鍍所獲得之金屬增加平衡輪43'之質量，以便增加該將來平衡輪43'之慣性。然而，為了保持矽之優點，沈積在底層7上之金屬包括在每一個外樁65間之空間，其可補償圓環61之任何熱膨脹。

於圖6所說明之範例中，圓柱體63係用於承納一有利地在其中驅動之平衡輪柱49。其實，矽之另一缺點係其具有很小之彈性及塑性區，這意指其係很脆的。如此，本發明之另一特色在於緊繫平衡輪柱49不抵靠著平衡輪43之矽基材料，但在金屬圓柱體63之內徑67上，於步驟107期間電鍍。有利地是，根據方法1，藉由電鍍所獲得之圓柱體63允許關於其幾何形狀之完全自由度。如此，特別地是，該內徑67係不須為圓形的，但譬如為多邊形，其將於旋轉中以匹配形狀之軸柱49改善應力之傳送。

在類似於圖5所示步驟105之第七步驟108中，孔腔係譬如藉由DRIE方法選擇性地蝕刻於矽基材料之底層7中。這些孔腔形成一類似於具體實施例A之圖案34的平衡輪圖案。如圖12及13之範例所示，所獲得之圖案可為具有四支臂40'、42'、44'、46'之大約邊緣形。然而，有利地是根據方法1，關於圖案34之幾何形狀，在底層7上方之蝕刻允許完全之自由度。如此，特別地是，該等支臂之數目及幾何形狀可為不同，且該邊緣係不須圓形的，但可為譬如橢圓的。再者，支臂40'、42'、44'、46'可為較細長的，以在萬一任何衝擊被傳送至該調整構件時，允許該等支臂軸向及/或徑向之變形。

較佳地是，底層7中所製成之平衡輪圖案的一部分係類似形狀，且大約與於步驟101及103期間分別製成於頂層5及額外層21中之圖案17及25垂直。於圖12及13所說明之範例中，該平衡輪圖案與圖案17及25及金屬部分61及/或63形成調整構件41'之平衡輪43'，其輪緣47'如此相對於金屬部分61及/或63之所有層5、7及21在高度方向地延伸。

再者，較佳地是，如於具體實施例A中，該等連續之孔腔接著形成一可承納調整構件41'的平衡輪柱49之內徑。最後，將注意的是材料18之橋接件亦可不在底層7中被複製。

在此第七步驟108之後，清楚的是在底層7中蝕刻之平衡輪圖案係僅只以很高之黏著程度連接至底層5之圖案17及19，該等圖案17及19係於步驟101期間蝕刻。該平衡輪圖案係如此不再與底層7直接接觸。

在上面所說明的最後步驟106之後，該第二具體實施例B如此產生一由矽基材料所形成之單體、調整構件41'，並具有一或二金屬部分61、63，如圖12及13所視。既然組裝係於調整構件41'之製造期間直接地進行，其如此清楚的是不再有任何組裝問題。該調整構件41'包括一平衡輪43'，其輪轂45'係藉由四支臂40'、42'、44'及46'徑向地連接至輪緣47'，且軸向地連接至包括游絲發條53'及內樁55'之游絲51'。

如上面所說明，輪緣47'係藉由底層7之平衡輪圖案的周邊圓環所形成，且亦藉由頂層5及額外層21之圖案25及17、及可能由金屬部分61所形成。再者，內樁55'係藉由額外層21之圖案23及頂層5的圖案19所形成。此圖案19較佳地是用作游絲51'及平衡輪43'間之間隔機構，以致游絲發條53'可使用一指標組件被釘住至該內樁。圖案19亦為有用的，藉由增加內樁55'之高度當作游絲51'用之導引機構。

然而，有利地是根據方法1，關於游絲發條53'之幾何形狀，額外層21上之蝕刻留下完全之自由度。如此，特別地是，游絲發條53'可能不具有一打開之外部曲線，但能譬如在該外部曲線之能被用作一固定式附接點的端部上具有一凸出部分，亦即不需要一指標組件。

較佳地是，調整構件41'係能夠於其內徑中承納一平衡輪柱49。有利地，根據本發明，因調整構件41'係呈單體，其係不需要將平衡輪柱49緊固至內樁55'及至平衡輪43'，但僅只緊固至這些二構件之一。

於圖12及13所說明之範例中，平衡輪柱49較佳地是被緊固至金屬部分63之內徑67，譬如藉由在其中驅動。再者，較佳地是，孔腔24及10之各區段具有比金屬部分63之內徑67較大的尺寸，以防止平衡輪柱49將與內樁55'推入配合接觸。

因此，其清楚的是游絲51'之應力僅只藉由內樁55'加至該平衡輪43'，且反之亦然，因為所有三者係形成在單體中。平衡輪柱49如此較佳地是僅只經由平衡輪43'的輪轂45'之金屬部分63承接來自調整構件41'之力量。

再者，既然一金屬部分61已被沈積，平衡輪43'之慣性被有利地放大。更確切地是，因一金屬之密度係遠大於矽之密度，平衡輪43'之質量係如其慣性順便地增加。

根據第三具體實施例C，在步驟103或104之後，方法1包括圖7所示之第六步驟109，在於譬如藉由DRIE製程於矽基材料之底層7中選擇性地蝕刻孔腔60及/或62達一有限之深度。這些孔腔60、62形成能被用作至少一金屬部分用之容器的凹部。如於圖7所說明之範例中，所獲得之孔腔60及62可分別採取一圓環及圓盤之形式。然而，有利地是根據方法1，關於孔腔60及62之幾何形狀，底層7之蝕刻允許完全之自由度。

於第七步驟110中，如圖8所示，方法1包括施行一流電增生或LIGA製程，用於按照一特別之金屬形狀充填孔腔60及/或62。較佳地是，所沈積之金屬可為譬如金或鎳。

於圖8所說明之範例中，步驟110可在於沈積孔腔60中之一有缺口的圓環64及/或於孔腔62中之圓柱體66。再者，於圖8所說明之範例中，圓環64具有大約在一圓的弧形中之一系列外樁69，且其係有利地用於增加平衡輪43"之質量。如已經在上面所說明，該矽之缺點係其低密度。如此關於該具體實施例B，本發明的-特色在於使用電鍍金屬增加平衡輪43"之質量，以便顛倒該未來平衡輪43"之慣性。然而，為了保持矽之優點，沈積在底層7上之金屬包括於每一個外樁69間之空間，其能補償圓環64之任何熱膨脹。

於圖8所說明之範例中，圓柱體66被用於承納一有利地係在其中驅動之平衡輪柱49。其實，如已經在上面所說明，本發明之一有利特色在於緊繫平衡輪柱49，而不抵靠著該矽基材料，但在金屬圓柱體66之內徑70上，該金屬圓柱體66係於步驟110期間電鍍。有利地是根據方法1，該電鍍之圓柱體66允許關於其幾何形狀之完全自由度。如此，特別地是，該內徑70係不須為圓形，但譬如為多邊形，其能於旋轉中以匹配形狀之平衡輪柱49改善力量之傳送。

較佳地是，方法1能包括第八步驟111，在於拋光該(等)於步驟110期間所製成之金屬沈積64、66，以便使它們變平坦。

於第九步驟112中，類似於圖5所示步驟105或108，孔腔係譬如藉由DRIE製程被選擇性地蝕刻於矽基材料之底層7中。這些孔腔形成一類似於該第一具體實施例A的圖案34之平衡輪圖案。如於圖14及15之範例所示，所獲得之圖案可為大約具有四支臂40"、42"、44"、46"之邊緣形。然而，有利地是根據方法1，該底層7上之蝕刻關於圖案34之幾何形狀留下完全的自由度。如此，特別地是，支臂40"、42"、44"、46"之數目及幾何形狀可為不同的，且該邊緣係不須為圓形的，但譬如可為橢圓的。再者，該等支臂可為較細長的，以如果任何衝擊被傳送至該調整構件允許它們軸向及/或徑向地變形。

較佳地是，底層7中所製成之平衡輪圖案係與圖案17及25類似形狀，且大約與於步驟101及103期間分別製成於頂層5及額外層21中之圖案17及25垂直。於所說明之範例中，該平衡輪圖案與圖案17及25及金屬部分64及/或66形成調整構件41"之平衡輪43"，其輪緣47"如此延伸越過所有層5、7及21之頂部。

再者，較佳地是，如於具體實施例A及B中，該連續孔腔如此形成一可承納調整構件41"的平衡輪柱49之內徑。最後，其應注意的是材料18之橋接件係不再於底層7中複製。

在此第九步驟112之後，其清楚的是在底層7中所蝕刻之平衡輪圖案係僅只以很高之黏著程度連接至於步驟101期間蝕刻的頂層5之圖案17及19。該平衡輪圖案係如此不再與底層7直接接觸。

在上面所說明的最後步驟106之後，獲得一由矽基材料所形成而具有一或二金屬部分64、66之單體、調整構件41"，如在圖14及15所視。其如此清楚的是不再有任何組裝問題，因為組裝係於調整構件41"之製造期間直接地施行。該調整構件包括一平衡輪43"，其輪轂45"係藉由四支臂40"、42"、44"及46"徑向地連接至輪緣47"，且軸向地連接至游絲51"，其包括一游絲發條53"及內樁55"。

如上面所說明，輪緣47"係藉由底層7之平衡輪圖案的周邊圓環所形成，但亦藉由該個別之頂層及底層5及21的圖案25及17、與可能地由金屬部分64所形成。再者，內樁55"係藉由額外層21之圖案23及頂層5的圖案19所形成。較佳地是，此圖案19被用作游絲51"及平衡輪43"間之間隔機構，以致譬如游絲發條53"能使用一指標組件被釘住至該內樁。圖案19係亦有用的，藉由增加內樁55"之高度用作游絲51"用之導引機構。

然而，有利地是根據方法1，關於游絲發條53"之幾何形狀，額外層21上之蝕刻留下完全之自由度。如此，特別地是，游絲發條53"可能不具有一打開之外部曲線，但能譬如在該外部曲線之能被用作一固定式附接點的端部上具有一凸出部分，亦即不需要一指標組件。

較佳地是，調整構件41'係能夠於其內徑中承納一平衡輪柱49。有利地，根據本發明，因調整構件41"係呈單體，其係不需要將平衡輪柱49緊固至內樁55"及至平衡輪43"，但僅只緊固至這些二構件之一。

於圖14及15所說明之範例中，平衡輪柱49較佳地是被緊固至金屬部分66之內徑70，譬如藉由在其中驅動。再者，較佳地是，孔腔24及10之各區段具有比金屬部分66之內徑70較大的尺寸，以防止平衡輪柱49將與內樁55"推入配合接觸。

因此，其清楚的是游絲51"之應力僅只藉由內樁55"加至該平衡輪43"，且反之亦然，因為所有三者係形成在單體中。平衡輪柱49如此較佳地是僅只經由平衡輪43"的輪轂45"之金屬部分63承接來自調整構件41"之力量。

再者，既然一金屬部分64已被沈積，平衡輪43"之慣性被有利地放大。更確切地是，因一金屬之密度係遠大於矽之密度，平衡輪43"之質量係如其慣性順便地增加。

根據該三具體實施例A、B及C，應了解該最後調整構件41、41'及41"係如此於結構化之前、亦即於蝕刻及/或藉由電鍍改變之前被組裝。這有利地是使藉由一游絲發條與一游絲之目前組裝所產生之漂移減到最少。

亦應注意的是該深反應式離子蝕刻之非常好的結構精確性減少游絲發條53、53'、53"、53'''之每一個的開始半徑、亦即其內樁55、55'、55"、55'''之外徑，這允許內樁55、55'、55"、55'''之內徑及外徑被縮小化。

有利地是，根據本發明，其亦清楚的是在相同之基板3上製成數個調整構件41、41'及、41"係可能的，其允許批次產生。

當然，本發明係不限於所說明之範例，但係能夠有對於那些熟諳此技藝者將為清楚之各種變體及修改。特別地是，於步驟101及103期間蝕刻於層5及21中之圖案17及25可不被限制至一平坦表面之狀態，但能於該等步驟期間整合至少一裝飾品，用於至少裝飾輪緣47、47'、47"之各面的至少一面，這對於骨架式時計可為有用的。

其係亦可能顛倒具體實施例B及C中之電鍍金屬部分63、66，亦即模式B之突出部分63可被模式C之整合部分66所取代或反之亦然(其僅只需要方法1之最小修改、或甚至用於整合在該輪轂中之部分66，以由底層7突出)。

按照類似推論，顛倒具體實施例B及C中所電鍍之金屬部分61、64係亦可能的，亦即模式B之突出部分61可被模式C之整合部分64所取代或反之亦然、或整合於該輪緣中之部分64能由底層7突出。

再者，於釋放步驟106之後，方法1亦可有利地提供一修改調整構件41、41'、41"的頻率之步驟。此步驟能接著在於譬如藉由雷射蝕刻可改變該調整構件的操作頻率之凹部68。譬如於圖10及11所說明，這些凹部68能譬如被製成在屬於輪緣47、47'、47"之圖案34的周邊壁面之一上及/或在該等電鍍金屬部分61、64之一上。反之，慣性塊調整結構亦可被擬想，用於增加慣性及調整頻率。

一傳導性層亦可沈積在調整構件41、41'、41"的至少一部分上方，以防止等時振盪問題。此層可為歐洲專利第1 837 722號中所揭示之型式，其以引用的方式併入本文中。

最後，亦可於步驟107及步驟108之間施行一像步驟111之拋光步驟。製成藉由具體實施例B及C所獲得之型式的金屬沈積63、66之步驟亦可被擬想，其不在該平衡輪上，但如果僅只游絲51'''被製成，其在額外層21上，以致一輪柱可被驅動，不抵靠著內樁55"之內徑的矽基材料，但抵靠著該金屬沈積。

1．．．方法

3．．．基板

5．．．頂層

7．．．底層

9．．．中介層

10．．．孔腔

11．．．孔腔

12．．．孔腔

13．．．孔腔

14．．．孔腔

15．．．孔腔

17．．．圖案

18．．．材料

19．．．圖案

20．．．孔腔

21．．．額外層

22．．．孔腔

23．．．圖案

24．．．孔腔

25．．．圖案

26．．．孔腔

27．．．圖案

28．．．孔腔

29．．．孔腔

30．．．孔腔

31．．．孔腔

32．．．孔腔

34．．．圖案

40．．．支臂

40'．．．支臂

40"．．．支臂

41．．．調整構件

41'．．．調整構件

41"．．．調整構件

42．．．支臂

42'．．．支臂

42"．．．支臂

43．．．平衡輪

43'．．．平衡輪

43"．．．平衡輪

44．．．支臂

44'．．．支臂

44"．．．支臂

45．．．輪轂

45'．．．輪轂

45"．．．輪轂

46．．．支臂

46'．．．支臂

46"．．．支臂

47．．．輪緣

47'．．．輪緣

47"．．．輪緣

48．．．韌性機構

49．．．軸柱

51．．．游絲

51'．．．游絲

51''．．．游絲

51'''．．．單體構件

53．．．游絲發條

53'．．．游絲發條

53''．．．游絲發條

53'''．．．游絲發條

55．．．內樁

55'．．．內樁

55''．．．內樁

55'''．．．內樁

60．．．孔腔

61．．．圓環

62．．．孔腔

63．．．圓柱體

64．．．圓環

65．．．外樁

66．．．圓柱體

67．．．內徑

68．．．凹部

69．．．外樁

70．．．內徑

其他特色及優點將由以下敘述清楚地顯現，該敘述係經由非限制之說明所給與，並參考所附圖面，其中：-圖1至5顯示根據本發明之製造方法的數個連續視圖；-圖6至8顯示另外的具體實施例之連續步驟的視圖；-圖9顯示根據本發明的方法之流程圖；-圖10及11係根據第一具體實施例之單體調整構件的透視圖；-圖12及13係根據第二具體實施例之單體調整構件的透視圖；-圖14及15係根據第三具體實施例之單體調整構件的透視圖；-圖16係根據本發明的單體游絲之透視圖。

17．．．圖案

25．．．圖案

40'．．．支臂

41'．．．調整構件

42'．．．支臂

43'．．．平衡輪

44'．．．支臂

46'．．．支臂

47'．．．輪緣

49．．．軸柱

51'．．．游絲

55'．．．內樁

61．．．圓環

63．．．圓柱體

Claims (24)

1. 一種單體調整構件(41、41'、41")，包括一與在矽基材料(21)層中製成之游絲(51、51'、51")配合的平衡輪(43、43'、43")，且包括一同軸地安裝在內樁上之游絲發條(53、53'、53")，其特徵為該內樁(55、55'、55")包括一由該游絲發條突出之延伸部分(19)，且該延伸部分係於第二層矽基材料(5)中製成及被緊固至該平衡輪(43、43'、43")。
2. 如申請專利範圍第1項之單體調整構件，其中該平衡輪(43、43'、43")包括一伸過該內樁(55、55'、55")之內徑(24、10)的孔洞(26)，以便承納一平衡輪柱(49)。
3. 如申請專利範圍第2項之單體調整構件，其中該平衡輪柱(49)係緊固至該平衡輪(43、43'、43")。
4. 如申請專利範圍第3項之單體調整構件，其中該平衡輪柱(49)係藉由被驅動抵靠著該孔洞中所製成之金屬塗層(63、66)而緊固至該平衡輪(43"、43')。
5. 如申請專利範圍第2項之單體調整構件，其中該內樁(55、55'、55")之內徑(24、10)的區段係大於該平衡輪(43、43'、43")之孔洞(26、63、66)的區段，以防止該平衡輪柱(49)及該內樁(55、55'、55")的內徑(24、10)間之推入配合接觸。
6. 如申請專利範圍第1項之單體調整構件，其中該平衡輪(43、43'、43")之輪緣(47、47'、47")係連續的，且包括一可改變該平衡輪之慣性矩的調節裝置(61、64、68)。
7. 如申請專利範圍第6項之單體調整構件，其中該輪緣(47、47'、47")係藉由至少一支臂(40、42、44、46、40'、42'、44'、46'、40"、42"、44"、46")連接至該平衡輪(43、43'、43")之輪轂(45、45'、45')，該支臂係細長的，以在萬一任何衝擊被傳送至該平衡輪(43、43'、43")時，允許該支臂軸向及/或徑向之變形。
8. 如申請專利範圍第6項之單體調整構件，其中該調節裝置包括在該平衡輪(43、43")的輪緣(47、47")上製成之凹部(60、68)，以便調整該平衡輪之慣性。
9. 如申請專利範圍第8項之單體調整構件，其中該等凹部(60)包括一比該平衡輪(43")之輪緣(47")較大密度的材料，以便增加該平衡輪之慣性。
10. 如申請專利範圍第6項之單體調整構件，其中該調節裝置包括凸塊(61)，該等凸塊在該平衡輪(43")之輪緣(47")上製成，且包括比該輪緣(47')較大密度之材料，以便增加該平衡輪之慣性。
11. 如申請專利範圍第9項之單體調整構件，其中該較大密度之材料係以有缺口的圓環(61、64)之形式分佈在該輪緣(47'、47")上，該圓環包括一系列以規則之間隔隔開的外樁(65、69)，以補償該材料之任何熱膨脹。
12. 如申請專利範圍第1項之單體調整構件，其中該平衡輪(43、43'、43")係在矽基材料之第三層(7)中製成。
13. 如申請專利範圍第1項之單體調整構件，其中該游絲發條(53、53'、53")之內層線圈具有一克羅斯曼 (Grossmann)曲線，以改善該游絲發條之同心擴展。
14. 如申請專利範圍第1項之單體調整構件，其中該游絲發條(53、53'、53")具有至少一二氧化矽基部分，以使該游絲發條更具機械抗性，且調整其熱彈性係數。
15. 一種時計，其特徵為該時計包括一根據申請專利範圍第1至14項之任一項的單體調整構件(41、41'、41")。
16. 一種單體調整構件(41、41'、41")之製造方法(1)，包括以下步驟：a)提供(100)一基板(3)，該基板包括矽基材料的一頂層(5)及一底層(7)，b)於該頂層(5)中選擇性地蝕刻(101)至少一孔腔(10、11)，以界定該構件的內樁(55、55'、55")之第一部分(19)的圖案，及一由矽基材料所製成之平衡輪(43、43'、43")的第一部分(17)，其特徵為該製造方法另包括以下步驟：c)將矽基材料的一額外層(21)接合(102)至該基板(3)之被蝕刻頂層(5)，d)選擇性地蝕刻(103)該額外層(21)中之至少一孔腔(20、24)，以連續該平衡輪(43、43'、43")與該內樁(55、55'、55")之該等第一部分的圖案(19、23)，且界定該構件之由矽基材料所製成的游絲發條(53、53'、53")之圖案(27)，e)選擇性地蝕刻(105、108、112)該底層(7)中之至少 一孔腔(26、28、29、30、31、32)，以界定該構件之由矽基材料所製成的平衡輪(43、43'、43")之最後部分(34)，及f)由該基板(3)釋放該調整構件(41、41'、41")。
17. 如申請專利範圍第16項的單體調整構件之製造方法，其中在步驟d)之後，其另包括以下步驟：g)氧化該構件之由矽基材料所製成的游絲發條(53、53'、53")，以便調整其熱彈性係數，且亦造成該游絲發條更具機械抗性。
18. 如申請專利範圍第16項的單體調整構件之製造方法，其中在步驟e)之前，其另包括以下步驟：h)在該底層(7)上選擇性地沈積(107、110)至少一金屬層(61、63、64、66)，以界定該構件之至少一金屬部分的圖案。
19. 如申請專利範圍第18項的單體調整構件之製造方法，其中該步驟h)包括以下步驟：i)至少局部地在該底層(7)之表面上方藉由連續之金屬層增長(107)該沈積，以便形成一金屬部分(61)，用於增加由矽基材料所製成的平衡輪(43')之質量。
20. 如申請專利範圍第18項的單體調整構件之製造方法，其中該步驟h)包括以下階段：i)至少局部地在該底層(7)之表面上方藉由連續之金屬層增長(107)該沈積，以便形成第二金屬部分(63)，用於承納一在其中被驅動之軸柱(49)。
21. 如申請專利範圍第18項的單體調整構件之製造方 法，其該步驟h)包括以下階段：j)選擇性地蝕刻(109)該底層(7)中之至少一孔腔(60)，用於承納該至少一金屬部分；k)至少局部地在該至少一孔腔中藉由連續之金屬層增長(110)該沈積，以便形成一金屬部分(64)，用於增加由矽基材料所製成的平衡輪(43")之質量。
22. 如申請專利範圍第18項的單體調整構件之製造方法，其中該步驟h)包括以下階段：j')選擇性地蝕刻(109)該底層(7)中之至少一孔腔(62)，用於承納該至少一金屬部分；k')至少局部地在該至少一孔腔中藉由連續之金屬層增長(110)該沈積，以便形成一第二金屬部分(63)，用於承納一在其中被驅動之軸柱(49)。
23. 如申請專利範圍第18項的單體調整構件之製造方法，其中該步驟h)之後為以下步驟：l)拋光(111)該金屬沈積(61、63、64、66)。
24. 如申請專利範圍第16至23項之任一項的單體調整構件之製造方法，其中數個調整構件(41、41'、41")被製成在相同之基板(3)上。