TWI724012B - 製造微機械時計部件的方法及所述微機械時計部件 - Google Patents

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Abstract

本發明關於從以矽為主之基板(1)製造微機械時計部件的方法，該方法依序包含以下步驟：a)提供以矽為主之基板(1)，b)在所述以矽為主之基板(1)的表面之至少一部分的表面上形成深度為至少10μm、較佳為至少50μm、更佳為至少100μm的孔(2)，所述孔係經設計以開放於該微機械時計部件之外表面。
本發明也關於包含以矽為主之基板(1)的微機械時計部件，其在所述以矽為主之基板(1)的表面之至少一部分的表面上具有深度為至少10μm、較佳為至少50μm、更佳為至少100μm的孔(2)，所述孔係經設計以開放於該微機械時計部件之外表面。

Description

製造微機械時計部件的方法及所述微機械時計部件
本發明關於製造以矽為主之微機械時計部件的方法。本發明也關於尤其是能由此方法獲得的以矽為主之強化的微機械時計部件。
矽為愈來愈常用於製造微機械時計部件之材料，尤其是保持連接於彼等已在其上機械加工的以矽為主之基板的部件。
相對於用作製造微機械時計部件(諸如齒輪、或擒縱器(escapement)之組件)的標準之金屬或合金，矽具有眾多優點。其係重量非常輕之非常堅硬材料，因此使其可能具有非常低之慣量(inertia)，因而改善效率。矽也使得能製造複合(complex)或單塊(monobloc)部件。
為了改善或修改矽的性質，已知在矽上沉積一層適當材料。因此，為了改善其磨潤性質(tribological property)，係將金剛石沉積在矽上，例如藉由薄膜氣相 沉積(thin-film vapour phase deposition)(CVD/PVD)法。
然而，當沉積層之厚度超過數微米時，證實該等方法之沉積速率太低。事實上，CVD機械中之沉積速率例如通常約為十奈米/分鐘，該技術一般不用於製造大於數微米的層。
因此，必須提出可達成於矽上快速沉積厚層之適當材料的製造以矽為主之微機械時計部件的方法。
此外，以矽為主之基板可用以製造刻度盤(dial)。
錶或其他時計部件之刻度盤包含能提供資訊或突顯刻度盤之銘刻(inscription)或裝飾表面。此等裝飾典型地係藉由各種不同雕刻技術製造。
當刻度盤製造於矽基底上時，必須提出容易實施的新技術以製造此等銘刻或裝飾表面。
此外，如同鐘錶製造更常用的其他材料，必須潤滑從以矽為主之基板製造的時計部件。
已知使用例如在低接觸壓力情況下促進低摩擦係數之非常流體的(fluid)潤滑劑。然而，此類型潤滑劑具有特別是在較高接觸壓力期間因潤滑劑膜破裂而效果降低的缺點。已知基於形成沉積於表面之聚合物刷且以與該聚合物刷具有親和性之潤滑劑浸漬的超潤滑技術(supra-lubrication technique)，使得可大幅降低廣泛壓力範圍的摩擦。該等極為可撓(flexible)之聚合物刷(polymer brush)於彼等以潤滑劑浸漬時再次伸直(straighten out)，因而形成某種充滿潤滑劑的海綿。根據摩擦條件(friction condition)，在大接觸壓力期間，纖維可容易壓縮且使潤滑劑回復至接觸。此結果係形成較厚潤滑劑膜，其造成摩擦係數及磨損大幅下降。然而，在長時期之壓力下，此等聚合物刷最終劣化(磨損、表面刮傷)，使得聚合物刷塗層不再能確保其功能。
因此，必須提出用來潤滑以矽為主之微機械時計部件的新方法，其使得能在待潤滑的時計部件表面上含有足量潤滑劑，以減少含所述時計部件之時計機芯(timepiece movement)的維修頻率。
也必須提出用來潤滑以矽為主之微機械時計部件的新方法，其使得可實際上在廣泛範圍之壓力下產生能顯著降低磨損及摩擦係數的潤滑條件，以增加可靠度、效率，及因而增加含此時計部件之鐘錶機芯的功率餘裕(power reserve)。
為此目的，本發明關於從以矽為主之基板(silicon-based substrate)製造微機械時計部件(micromechanical timepiece part)的方法，該方法依序包含以下步驟：a)提供以矽為主之基板，b)在所述以矽為主之基板的表面之至少一部分的表面上形成深度為至少10μm、較佳為至少50μm、更佳為至少100μm的孔，所述孔係經設計以開放於該微機械時 計部件之外表面。
歸功於在基板表面上先形成孔，根據本發明之方法能改善用於微機械時計部件中之以矽為主之基板的各種性質。
本發明也關於能藉由如前文定義之方法而獲得的微機械時計部件。
本發明也關於包含以矽為主之基板的微機械時計部件，其在所述以矽為主之基板的表面之至少一部分的表面上具有深度為至少10μm、較佳為至少50μm、更佳為至少100μm的孔，所述孔係經設計以開放於該微機械時計部件之外表面。
根據第一實施態樣，孔可以厚度至少等於該孔之深度的選自金剛石、類金剛石碳(diamond-like carbon)(DLC)、氧化矽、氮化矽、陶瓷、聚合物及其混合物的材料之層完全填充。在該以矽為主之基板的表面上及在經該材料填充之孔的表面上可提供所述材料之表層(surface layer)。
根據另一實施態樣，孔可經設計以形成裝飾表面(decorative surface)，所述裝飾表面係以包含金屬化層(metallisation layer)及/或透明氧化物層(選自包括SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、VO2之群組)之塗層所覆蓋。
根據另一實施態樣，孔可包含磨潤劑(tribological agent)。時計部件亦可在該等孔之間包含以矽為主之纖 維(silicon-based fibre)，該以矽為主之纖維包含以供磨潤劑用之至少一濕潤劑(moistening agent)覆蓋的壁，該以矽為主之纖維係以磨潤劑浸漬。該以矽為主之纖維也可包含以至少一聚合物刷覆蓋的壁，該以矽為主之纖維及該聚合物刷係以磨潤劑浸漬。
根據另一實施態樣，可於以矽為主之基板上提供孔以形成相對於該以矽為主之基板之不包含孔的至少一區而言具有藝白藍效果(epilame effect)之至少一超疏水區(super-hydrophobic zone)，且其上施加有磨潤劑。
1:以矽為主之基板
2‧‧‧孔
3‧‧‧柱
3'‧‧‧纖維
4‧‧‧表層
5‧‧‧磨潤劑
6‧‧‧濕潤劑
h0/h1‧‧‧厚度
8‧‧‧聚合物刷
本發明之目的、優點及特徵在下文本發明各實施態樣的詳細說明中將更清楚，其僅以非限制性實例提供及以所附圖式說明；其中：- 圖1至3圖示說明根據本發明之製造方法的步驟，- 圖4至6圖示說明根據本發明之製造方法的另一實施態樣之步驟，及- 圖7至9圖示說明根據本發明之製造方法的另一實施態樣之步驟。
根據本發明從以矽為主之基板開始的製造微機械時計部件之方法依序包含以下步驟：a)提供以矽為主之基板， b)從所述以矽為主之基板的表面之至少一部分的表面上開始形成深度為至少10μm、較佳為至少50μm、更佳為至少100μm的孔，所述孔係經設計以開放於該微機械時計部件之外表面。
以矽為主之基板係根據欲形成之微機械時計部件而加以選擇。根據欲製造之微機械時計部件而定的以矽為主之基板的最終形式係在本發明方法實施之前或之後給定。在本發明中，表達用語<<以矽為主之基板>>係指基板中的矽層及由矽製成之基板二者。較佳地，如圖1所示，以矽為主之基板1為矽晶圓或SOI晶圓(絕緣體上矽(Silicon-on-Insulator))。孔可形成於與基板之平面平行的表面上以及於與基板之平面垂直之表面上。
有利地，步驟b)可藉由選自包括電化學蝕刻(electrochemical etching)之方法、<<染色蝕刻(Stain-etch)>>型方法、及<<MAC蝕刻(MAC-Etch)>>型方法之群組的方法達成。
電化學蝕刻之方法可為藉由電化學陽極化(electrochemical anodisation)之方法。其實施需要使用含有氫氟酸於水溶液中或與乙醇混合為濃度係1至10%的電化學浴。電流及電極必須產生造成矽之蝕刻的電化學條件。根據該電化學條件，可獲得各種類型之孔。此方法為熟習本領域之人士已知，於此不需詳細資訊。
<<染色蝕刻>>型方法係基於矽之濕式蝕刻(moist etching)，其直接導致形成多孔的矽(porous silicon)。 通常，蝕刻係以HF：HNO3之比為50至500：1的HF/HNO3/H2O溶液進行。該方法具有該浴中不需要任何電力供應(electrical supply)的優點。此方法為熟習本領域之人士已知，於此不需詳細資訊。
較佳地，步驟b)係藉由<<MAC蝕刻>>型方法達成。該方法係基於使用貴金屬之粒子以催化局部化學蝕刻反應。通常，沉積非常薄(10至50nm)之貴金屬(金、銀、鉑)層，及以無規方式(random manner)或藉由剝離(lift-off)、蝕刻、雷射等結構化(structure)。較佳的，貴金屬為金。更特別的是，可有利地在HF/H2O2混合物之溶液中使用金粒子。粒度(size of the particle)可為介於5與1,000nm之間。結構化(structuring)可藉由金之微影術(lithography)、蝕刻或剝離而獲得。另一選項係蒸鍍(evaporation)或陰極粉碎(cathodic pulverisation)(濺鍍(sputtering))非常細微之非封閉式層(5至30nm)。熱處理將有助於形成金之小突起(islet)。
當具有貴金屬層的矽浸入HF/H2O2混合物之水溶液中時，貴金屬局部催化矽之溶解(dissolution)。此蝕刻溶液通常可包含介於4ml：1ml：8ml(48% HF：30% H2O2：H2O)與4ml：1ml：40ml(48% HF：30% H2O2：H2O)之間。矽之溶解較佳係在金屬下方產生，後者於是逐步穿入該矽內。根據基本上受矽晶體之定向(orientation)、表面沉積(surface disposition)、摻雜(doping)及浴之化 學組成(chemistry)影響的傳播模式(propagation mode)，該反應可持續相當大的深度(>100μm)。<<MAC蝕刻>>型方法具有浴中不需要電力供應同時能在矽中形成非常大深度(<100μm)的孔之優點。因此，特別適用於通常用以製造時計組件的作為基板之SOI晶圓。
熟習本領域之人士已知待實施之上述方法的參數係要使得在以矽為主之基板中形成的孔具有適當幾何形狀(geometry)及大小。
特別是，孔可有利地具有介於1與200之間的縱橫因數(aspect factor)(深度：直徑之比)。
較佳地，孔可有利地具有大於200μm之深度，更佳為大於300μm之深度。
如圖2所示，於以矽為主之基板1中形成達特定深度的孔2係使得在孔2之間形成達相同深度的以矽為主之柱(silicon-based pillar)3。較佳地，當將以矽為主之柱視為具有圓形截面時，孔2係形成為使得以矽為主之柱3的投影面(projected surface)為小於總視表面(apparent total surface)的79%，以免令以矽為主之柱相觸。
根據本發明之方法的第一實施態樣，參照圖1至3，使用以矽為主之多孔基板以產生遠大於初始表面(initial surface)的實際基板表面(actual substrate surface)，因而大幅增加適用材料的視沉積速率(apparent deposition rate)。
根據此第一實施態樣，根據本發明之方法係於步驟 b)之後包含由以下所組成的步驟c)：以選自金剛石、類金剛石碳(DLC)、氧化矽、氮化矽、陶瓷、聚合物及其混合物的材料完全填充於步驟b)期間形成於以矽為主之基板1中的孔2，以在孔中形成厚度至少等於孔之深度的所述材料之層。
因而，根據本發明之方法使得能以迅速且相對於在類似但非多孔之基板的平坦表面上沉積而言大幅縮減的時間在以矽為主之基板的表面中製造適用材料之厚層。
此步驟c)係在步驟b)之後直接進行，無任何中間步驟，因此沉積於孔中之材料與所述孔的壁直接接觸。
較佳地，步驟c)係藉由選自包括下列之群組的方法達成：薄膜沉積之方法，諸如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、薄原子層沉積(thin atomic layer deposition)(ALD)及熱氧化(thermal oxidation)等方法。該等方法為熟習本領域之人士已知，於此不需詳細資訊。然而，可指明當步驟c)係藉由PVD沉積達成時，以矽為主之基板中之孔的縱橫因數較佳係小於或等於4：1。當步驟c)係藉由CVD或MOVD沉積(金屬有機化學氣相沉積(metal organic chemical vapour deposition))達成時，以矽為主之基板中之孔的縱橫因數較佳係小於或等於50：1。此外，對於藉由PVD沉積，沉積速率較佳介於0.1與5nm/s之間。對於藉由CVD或MOCVD沉積，沉積速率較佳介於0.01與10nm/s之間。對於藉由ALD沉積，沉積速率將為例如0.01nm/s。此外，熱氧化特別有 利於減少矽基板中的矽比例，因生長而消耗的矽的比率為層厚度的大約50%。因而，熟習本領域之人士可訂定需要於矽基板中形成之孔的大小，以使100%該矽由SiO2置換，因而在非常短的時間內形成非常厚的SiO2層。
有利地，根據本發明之方法在步驟c)之後包含步驟d)：在基板1以及經材料填充之孔2的表面上形成所述材料之表層4。更具體地，此表層4之獲得係可藉由延長根據步驟c)之材料的沉積從而不僅以該材料完全填充孔2且接著也在經該材料填充之孔2上以及亦在柱3上沉積所述材料，以形成厚度h0之所述材料的完整層4，如圖3所示。如此獲得包含柱3、以材料填充之孔2及完整層4的厚度h1之複合層。因而，h0/h1比可為例如約10%。
因此，根據本發明之方法使能獲得包含基於沉積之矽/材料的厚複合層，或甚至是當所有矽均被置換時為沉積材料之厚層的微機械時計部件。
在步驟b)期間從基板表面開始形成孔係使得能產生非常大的波紋(corrugation)，以產生遠大於無孔之初始表面(initial surface)的實際表面(actual surface)。熟習本領域之人士可選擇孔的幾何形狀以及材料於孔中之沉積時間，以用相對於在平坦表面上之沉積而言大幅縮減的時間於矽表面中製造厚層。更具體地，熟習本領域之人士可選擇孔的幾何形狀及大小，以能：
- 在材料沉積期間獲致孔之完全填充(complete filling)，
- 促進氣體流動
- 獲得所希望的沉積材料層與矽孔之間的體積比。若必要，可例如製造孔隙度(porosity)大於90%之多孔矽。
例如，就特定沉積方法(諸如CVD及PVD)而言，在孔底部之沉積速率降至較低。於是可提供錐形孔(conical pore)(在表面係比於深處還寬)以補償此與氣體流動相關聯的現象。
因此，在孔中供應充足氣體，根據本發明之方法使得能獲得以接近獲得對應於表層4之厚度h0的完整材料層必要之沉積時間的沉積時間沉積之厚度h1的矽/材料複合層。
根據本發明之方法，藉由以CVD形成金剛石之厚層，可有利地實施用以製造以矽為主之擒縱器(escapement)的組件，諸如擒縱輪(escapement wheel)及托板(pallet)。
根據本發明之方法，藉由形成SiO2厚層(幾乎實心(solid)，若使用藉由熱氧化之方法沉積SiO2的話)，也可實施用以製造以矽為主之擒縱器的組件。
藉由與多孔矽所製成的區之結構化(structuring)組合，根據本發明之方法也可實施以在矽的深處迅速產生具有大厚度之局部層。
根據本發明方法之第二實施態樣，孔2係根據步驟b)在對應於欲產生之裝飾表面的以矽為主之基板1的一 區上形成。因此多孔的以矽為主之基板係用以在微機械時計部件上產生非常深色、接近黑色的裝飾性多孔矽表面(decorative porous silicon surface)。孔2係經設計以開放於該微機械時計部件之外表面以形成使用者可見的表面。
熟習本領域之人士知曉待實施之上述方法的參數係要使得在以矽為主之基板中形成的孔具有適當幾何形狀及大小，以獲得具有極高吸光(尤其是可見範圍)能力且為抗反射(anti-reflective)的多孔矽區。
特別是，藉由使時計部件之平面中的孔同樣成為圓形截面之小孔(orifice)，所述孔可較佳具有介於10nm與1,000nm之間的直徑。
使用所獲得之彩色區作為微機械時計部件上的裝飾表面。藉由裝飾表面而想要例如圖形(drawing)、花紋圖案(motif)或銘刻(inscription)諸如數字，或任何其他裝飾。
根據本發明之方法可視需要地在步驟b)之後包含步驟e)，其包括：於多孔矽所製成且根據步驟b)獲得的裝飾表面(decorative surface)上沉積至少一塗層(coating)。
有利地，於步驟e)沉積之塗層可包含以選自包括Cr、Ti、Ag、Pt、Cu、Ni、Pd、Rh的群組之元素的至少一者為主之金屬化層(metallisation layer)。較佳地，金屬化層為厚度小於50nm之細層(fine layer)。
有利地，於步驟e)中沉積之塗層也可包含透明氧化物層，諸如選自包括SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、VO2、或其混合物之群組的氧化物之一者。金屬化層或氧化物層可單獨使用且可例如直接沉積於多孔Si上，或可將兩層連接，該氧化物層於是覆蓋該金屬化層。氧化物層之厚度較佳係介於100nm與2,000nm之間。
在由多孔矽製成之裝飾表面上的金屬化層及透明氧化物層之塗層使得能獲得干擾色(interferential colour)的裝飾表面。
根據本發明之方法可有利地實施以製造以矽為主之時計部件(silicon-based timepiece part)，諸如刻度盤(dial)。
根據本發明方法之另一實施態樣，從以矽為主之基板的表面開始形成孔使得能形成多孔的以矽為主之超結構(superstructure)，該超結構具有特定程度可撓性(flexibility)及能藉由變形(deforming)而適應各種不同壓力條件。此外，該類結構具有凹穴(cavity)，這使其能以持久(durable)方式含有大潤滑劑儲備量(reserve of lubricant)。
此外，在聚合物刷沉積於多孔的以矽為主之超結構上的情況下，所獲得之塗層能以潤滑劑填充以及使之回復(當此等聚合物刷被壓縮時)。該塗層也有助於潤滑劑透入多孔的以矽為主之超結構的凹穴中。
根據該實施態樣，孔2係從所述以矽為主之基板1之 表面、於在該以矽為主之基板1中對應於待藉由磨潤劑潤滑之區的區上形成。孔較佳可形成於與基板之平面垂直的表面上，即，於會受摩擦的微機械時計部件之側上，但也可形成於與基板之平面平行的表面上。
根據該實施態樣，在步驟b)之後提供步驟f)，其包括於孔2中(在柱3之間)沉積磨潤劑(tribological agent)。磨潤劑為潤滑劑且可為液態，例如呈水溶液形式，或為乾燥的。較佳地，所述磨潤劑為全氟碳酸化聚合物(perfluorocarbonated polymer)，諸如聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)(PTFE)，或任何其他適用的磨潤劑或潤滑劑。
根據第一實施態樣，根據步驟f)，磨潤劑係直接沉積於以矽為主之基板的孔2中。步驟f)可藉由薄膜沉積之方法諸如CVD、iCVD、PECVD達成。可應用適用之熱處理以在約100℃至300℃之溫度聚合該磨潤劑。因而，大量磨潤劑可貯存在接近以矽為主之基板的表面，同時保持因矽而相對提高之表面的視硬度(apparent hardness)。
以特別有利之方式，根據步驟b)，於以矽為主之基板1中形成孔2的方法之參數係經選擇，以使孔2具有適當幾何形狀及大小，使得在孔2之間形成的柱3形成以矽為主之纖維(silicon-based fibre)3'。纖維3'具有介於5與100之間的縱橫因數(深度：直徑之比)。依據根據本發明之方法的步驟b)，該等纖維形成撓性超結構 (flexible superstructure)，然後以選用的磨潤劑浸漬以促進孔之濕潤。
根據本發明方法之該實施態樣的兩個其他實施態樣，可使用包含以矽為主之纖維的基板。
更具體地，參照圖4至6，根據第二實施態樣，根據步驟b)，於以矽為主之基板1中提供孔2，以在孔2之間形成呈纖維3'形式之柱3，如圖4所示。因此，在步驟b)與f)之間提供步驟g)：在該以矽為主之纖維3'的壁上沉積至少一濕潤劑6以供該磨潤劑用。濕潤劑6係經選擇以促進磨潤劑之濕潤及穿透。其係施加以形成非常薄層(數奈米)，以使以矽為主之纖維3'的壁官能化(functionalise)。然後根據步驟f)，以磨潤劑5浸漬纖維3'，磨潤劑5係經選擇以促進孔2之濕潤(wetting)。
參照圖7至9，根據第三實施態樣，根據步驟b)，於以矽為主之基板1中製造孔2，以在孔2之間形成呈纖維3'形式之柱3，如圖7所示。因此，在步驟b)與f)之間提供步驟h)：在以矽為主之纖維3'的壁上沉積至少一聚合物刷(polymer brush)8。此聚合物刷8描述於例如公開案WO 2012/152512及WO 2014/009059。聚合物刷之纖維的長度比以矽為主之纖維的長度還短，因此聚合物纖維受到更具機械抗性(mechanically resistant)的以矽為主之纖維的保護。然後根據步驟f)，以磨潤劑5浸漬以矽為主之纖維3'及聚合物刷8，磨潤劑5係經選擇以促進濕潤。
該方法實施態樣使能在以矽為主之基板的材料中直接製造具有經控制之幾何形狀及機械彎曲性質(properties of mechanical bending)的纖維，這使得在使用聚合物刷之情況下，能於廣泛範圍之摩擦條件下維持超潤滑表現(supra-lubrication behaviour)並且提高可靠度。因此，根據本發明之方法使得可補償經常用於超潤滑(supra-lubrication)的聚合物刷之機械抗性(mechanical resistance)的缺乏。所形成的以矽為主之纖維的結構構成潤滑劑貯存所(lubricant reservoir)，其能視壓力而定而回復(restore)足量之潤滑劑至該接觸(contact)。
孔之幾何形狀及以矽為主之纖維的幾何形狀可視所要之摩擦條件(friction condition)及磨潤目標(tribological objective)而定予以最佳化。以矽為主之基板的結構化(structuring)範圍可為使以矽為主之纖維開放及無序之孔形成海綿狀層(spongy layer)。
依據根據本發明方法的另一實施態樣，孔2係形成於該以矽為主之基板1上以形成相對於該以矽為主之基板之不包含孔的至少一區而言具有藝白藍效果(epilame effect)之至少一超疏水區(super-hydrophobic zone)，且其上施加有磨潤劑。該效果可藉由局部官能化(localised functionalisation)而獲得強化。
1‧‧‧以矽為主之基板
2‧‧‧孔
3‧‧‧柱

Claims (21)

  1. 一種從以矽為主之基板(1)製造微機械時計部件(micromechanical timepiece part)的方法，該方法依序包含以下步驟：a)提供以矽為主之基板(1)，b)在所述以矽為主之基板(1)的表面之至少一部分的表面上形成深度為至少10μm的孔(2)，所述孔係經設計以開放於該微機械時計部件之外表面，其中，孔(2)係形成於該以矽為主之基板(1)上以形成相對於該以矽為主之基板之不包含孔的至少一區而言具有藝白藍效果(epilame effect)之至少一超疏水區(super-hydrophobic zone)，且其上施加有磨潤劑。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，孔(2)之深度為至少50μm。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，孔(2)之深度為至少100μm。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其在步驟b)之後包含步驟f)，該步驟f)由在所述孔(2)中沉積磨潤劑(tribological agent)(5)所組成，所述孔(2)係形成於所述以矽為主之基板(1)的待潤滑表面之至少一部分的表面上。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該等孔(2)係經設計以在該等孔之間形成縱橫因數(aspect factor)(深度：直徑之比)介於5與100之間的以矽為 主之纖維(3')。
  6. 如申請專利範圍第4項之方法，其在步驟b)與f)之間包含步驟g)：在該以矽為主之纖維(3')的壁上沉積至少一濕潤劑(6)以供該磨潤劑(5)用。
  7. 如申請專利範圍第4項之方法，其在步驟b)與f)之間包含步驟h)：在該以矽為主之纖維(3')的壁上沉積至少一聚合物刷(polymer brush)(8)。
  8. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該磨潤劑(5)為全氟碳酸化聚合物(perfluorocarbonated polymer)。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，步驟b)係藉由選自包括電化學蝕刻之方法、<<染色蝕刻(Stain-etch)>>型方法及<<MAC蝕刻(MAC-Etch)>>型方法之群組的方法達成。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，步驟b)係藉由<<MAC蝕刻>>型方法達成。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，孔係具有介於1與200之間的縱橫因數，其為深度：直徑之比。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，孔(2)具有大於200μm之深度。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，孔(2)具有大於300μm之深度。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該以矽為主之基板(1)為矽晶圓或SOI晶圓(絕緣體上矽 (Silicon-on-Insulator))。
  15. 一種微機械時計部件，其可藉由如申請專利範圍第1至14項中任一項之方法獲得。
  16. 一種微機械時計部件，包含以矽為主之基板(1)，其在所述以矽為主之基板(1)的表面之至少一部分的表面上具有深度為至少10μm的孔(2)，所述孔係經設計以開放於該微機械時計部件之外表面，其中，孔(2)係設計於該以矽為主之基板(1)上以形成相對於該以矽為主之基板之不包含孔的至少一區而言具有藝白藍效果之至少一超疏水區，且其上施加有磨潤劑。
  17. 如申請專利範圍第16項之微機械時計部件，其中，孔(2)之深度為至少50μm。
  18. 如申請專利範圍第17項之微機械時計部件，其中，孔(2)之深度為至少100μm。
  19. 如申請專利範圍第16項之微機械時計部件，其中，孔(2)包含磨潤劑(5)。
  20. 如申請專利範圍第19項之微機械時計部件，其中，其在該等孔(2)之間包含以矽為主之纖維(3')，該以矽為主之纖維(3')包含以供該磨潤劑(5)用之至少一濕潤劑(6)覆蓋的壁，該以矽為主之纖維(3')係以該磨潤劑(5)浸漬。
  21. 如申請專利範圍第19項之微機械時計部件，其中，其在該等孔(2)之間包含以矽為主之纖維(3')，該以矽為主之纖維(3')包含被至少一聚合物刷(8)覆 蓋的壁，該以矽為主之纖維(3')及該聚合物刷(8)係以該磨潤劑(5)浸漬。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH711498B1 (fr) * 2015-09-08 2020-03-13 Nivarox Sa Procédé de fabrication d'une pièce micromécanique horlogère et ladite pièce micromécanique horlogère.
EP3407143A1 (fr) * 2017-05-24 2018-11-28 Rolex Sa Dispositif de liaison mécanique
EP3456859A1 (en) * 2017-09-13 2019-03-20 Rolex Sa Protective coating for a complex watch component
JP2019062039A (ja) 2017-09-26 2019-04-18 株式会社東芝 エッチング装置及び方法、処理システム、並びに、物品、半導体装置及び半導体チップの製造方法
JP7204761B2 (ja) * 2018-02-07 2023-01-16 パテック フィリップ ソシエテ アノニム ジュネーブ 微小機械時計部品
EP3608728B1 (fr) * 2018-08-08 2022-02-16 Nivarox-FAR S.A. Spiral thermocompensé coloré et son procédé de fabrication
WO2020212281A2 (fr) * 2019-04-15 2020-10-22 Rolex Sa Composant horloger de type came
EP3761123A1 (fr) * 2019-07-05 2021-01-06 Association Suisse pour la Recherche Horlogère Composant de micromécanique permettant le confinement d'une substance lubrifiante

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090263182A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-22 Rolex S. A. Micromechanical part with an opening for fastening to a spindle
TW201207034A (en) * 2010-08-04 2012-02-16 Asahi Glass Co Ltd Photocurable composition and production method for formed body having fine pattern on surface
CN104204292A (zh) * 2012-03-23 2014-12-10 奈克松有限公司 经蚀刻的硅结构、形成经蚀刻的硅结构的方法及其用途
JP2015125031A (ja) * 2013-12-26 2015-07-06 シチズンホールディングス株式会社 ひげぜんまい及びその製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4725511A (en) * 1983-08-16 1988-02-16 Reber William L High technology decorative materials for watchfaces and fabrication of same
US5580834A (en) * 1993-02-10 1996-12-03 The Morgan Crucible Company Plc Self-sintered silicon carbide/carbon graphite composite material having interconnected pores which may be impregnated and raw batch and process for producing same
EP1445670A1 (fr) * 2003-02-06 2004-08-11 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Spiral de résonateur balancier-spiral et son procédé de fabrication
US7045868B2 (en) * 2003-07-31 2006-05-16 Motorola, Inc. Wafer-level sealed microdevice having trench isolation and methods for making the same
DE602005020416D1 (de) * 2005-03-22 2010-05-20 Patek Philippe Sa Geneve Zusammenbau eines Teils mit einer Achse
EP1921517B1 (fr) * 2006-11-09 2010-05-12 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Elément d'assemblage comportant des structures élastiques en forme de fourches et pièce d'horlogerie comportant cet élément
CH701499B1 (fr) * 2009-07-23 2016-09-15 Montres Breguet Sa Procède de fabrication d'une pièce micromécanique en silicium renforcé.
DE102009046647B4 (de) * 2009-11-12 2015-05-21 Lothar Schmidt Uhr
US8168287B2 (en) * 2010-02-25 2012-05-01 Xerox Corporation Fuser member
CH704016B1 (fr) * 2010-10-15 2019-01-31 Eta Sa Mft Horlogere Suisse Assemblage d'une pièce ne comportant pas de domaine plastique.
EP2469353A1 (fr) * 2010-12-22 2012-06-27 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Assemblage d'une pièce ne comportant pas de domaine plastique
JP5753943B2 (ja) * 2011-05-09 2015-07-22 ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド 油相溶性ポリマーブラシによる潤滑
CH705944A2 (fr) * 2011-12-22 2013-06-28 Swatch Group Res & Dev Ltd Procédé de réalisation d'un composant et composant horloger fabriqué par un tel procédé
CH708539B1 (en) 2012-07-10 2017-03-31 Swatch Group Res & Dev Ltd Agent for the surface lubrication of an object.
US9630224B2 (en) * 2012-07-13 2017-04-25 President And Fellows Of Harvard College Slippery liquid-infused porous surfaces having improved stability
EP2865737A1 (fr) * 2013-10-28 2015-04-29 The Swatch Group Research and Development Ltd. Produit noble épilame
DE102013113380B3 (de) * 2013-11-27 2015-04-09 Damasko Gmbh Verfahren zur herstellung von funktionselementen für mechanische uhrwerke und funktionselement
CH708998B1 (fr) * 2013-12-16 2018-08-31 Tgm Dev Sa C/O Etude Tissot Composant horloger et procédé pour réduire le coefficient de frottement d'un composant horloger.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090263182A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-22 Rolex S. A. Micromechanical part with an opening for fastening to a spindle
TW201207034A (en) * 2010-08-04 2012-02-16 Asahi Glass Co Ltd Photocurable composition and production method for formed body having fine pattern on surface
CN104204292A (zh) * 2012-03-23 2014-12-10 奈克松有限公司 经蚀刻的硅结构、形成经蚀刻的硅结构的方法及其用途
JP2015125031A (ja) * 2013-12-26 2015-07-06 シチズンホールディングス株式会社 ひげぜんまい及びその製造方法

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