TW201001106A - One-piece regulating member and method of manufacturing the same - Google Patents

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201001106 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 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。 【先前技術】 一時計之調整構件大致上包括一慣性輪、稱爲一平衡 輪，及一稱爲游絲發條之共振器。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，爲了限制溫度變化之影響，但沒有解決 關於共振組件之困難。 【發明內容】 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 〇 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 -5- 201001106 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一層砂基材料中製成，其 特徵爲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； -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； -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， h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； -6 - 201001106 -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，其特徵爲該時計包 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餓刻至少一孔腔，以界定該構 件的內樁之第一部分的圖案’及一由砂基材料所製成之平 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触刻頂層 > 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； 其特徵爲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 201001106 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 力藉由連續之金屬層增長該沈積，以便形成一用於增加由 砂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 Μ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； -步驟h)包括該最後步驟i):拋光該金屬沈積； 一數個構件被製成在允許批次製造之相同基板上。 【實施方式】 -8 - 201001106 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、4 Γ、及4 1 ”。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（5 Γ"、4 1、 41’、41 ")的連續步驟，其可爲完全地由矽基材料所形成。 參考圖1及9，該第一步驟1〇〇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（Si02)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10 0中，選擇基板3 ’使得底層 7之高度匹配該最後調整構件41、4厂、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。此厚度可爲譬如包括於3 00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4 1、4 1 '、4 1 "之組構被 設計。視該組構而定，頂層5之厚度可如此譬如於1 〇及 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、1 4及1 5被選擇性地蝕刻於矽基材料之頂層5中？ 譬如藉由DRIE(深反應式離子飩刻）製程。這些孔腔10、 U、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'，之砂部分的內部及外部 輪廓。 於圖2中所說明之範例中，圖案I7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 -9 - 201001106 一較大直徑。然而，根據方法1有利地是，頂層5 刻關於圖案17及19之幾何形狀留下完全之自由度 ’圖案17及19係不須爲圓形，但可爲譬如橢圓的 具有一非圓形之內徑。 較佳地是留下材料1 8之橋接件，以於製造期 整構件4 1、4丨’、4 1 ”固持至基板3。於圖2中所說 例中’有材料1 8之四個橋接件，其分別保留在連 腔12、13、14及15的每一個之間，且分佈在圖案 周邊上之園的一弧形中。 於圖3所示之第三步驟ι〇2中，矽基材料的— 2 1係加至基板3。較佳地是，額外層21係藉著矽 合（SFB)緊固至頂層5。如此，步驟ι〇2藉由以很高 程度結合圖案17及19之頂面至額外層21之底面 蓋住頂層5。額外層21可譬如具有於100及150微 厚度。 於圖4所示之第四步驟103中，孔腔20、222 譬如藉由類似於步驟1 〇 1之DRIE製程選擇性地蝕 外矽層21中。這些孔腔20、22及24形成三個圖; 25及27’該等圖案界定該調整構件41、41'、41” 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 向及具有一圓形區段之圓柱形，且圖案2 7係大約 。然而，有利地是根據方法1，額外層2 1上之蝕刻 於圖案23、25及27之幾何形狀的完全自由度。如 上之蝕 。如此 及/或 間將調 明之範 續式孔 1 7的 額外層 熔化接 之黏著 有利地 米間之 t 24係 刻於額 _ 23、 之矽部 約同軸 螺旋形 允許用 此，特 -10- 201001106 別地是，圖案2 3及2 5係不須爲圓形’但可譬如爲橢圓的 或具有一非圓形之內徑。同樣真實的是內徑10及24不須 爲圓形，但可譬如爲多邊形，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 可爲不是完全相同的。 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1 9及23之內徑的孔腔1 〇及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、4Γ、41"之內樁55、55，、 5 5 ”，該內樁相對於層5及2 1在高度方向地延伸越過該頂 部。 較佳地是’在額外層2 1中所製成之圖案2 5係類似形 狀，且大約與頂層5中所製成之圖案I?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1 8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1 2、1 3、1 4及丨5。 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1〇至15中所說明之範例中， 圖案2 3及2 7形成該游絲發條5 3、5 3 '、5 3 ”及調整構件4 1 、4 1 ’、4 1 "的內樁5 5、5 5，、5 5 ”之頂部部分。其亦可被看 -11 - 201001106 出圖4中所說明之圖案27的外部曲線係打開的。 過圖案19所達成之底層7分離結合’此後面之特 該外部曲線能使用一指標組件被釘住至該內椿。 然而，有利地是根據方法1，至於圖案2 7之幾 ，額外層2 1上之蝕刻允許完全之自由度。如此， 是，圖案2 7不可具有一打開之外部曲線，但譬如 部曲線的端部上具有一凸出部分，其能被用作一附 亦即不需要一指標組件。圖案2 7亦可具有一包括 曼曲線之內層線圈，用於改善其同心擴展，如於歐 第1 612 62 7號中所解釋，其以引用的方式倂入本;^ 在此第四步驟1 0 3之後，清楚的是在額外層2 蝕刻之圖案23及27係僅只在圖案19之上方藉由| 之底部以很高之黏著程度連接，該圖案19被蝕刻右 中（圖案19本身係以很高之黏著程度連接至底層7〕 23及27係如此不再與額外層2 1直接接觸。同樣地 25係不再與額外層21直接接觸，而是僅只以很高 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 五步驟104，其在於氧化至少圖案27、亦即調整構 4 Γ、4 1 之游絲發條5 3、5 3 ’、5 3 ”，以便造成該游 更具機械抗性及調整其熱彈性係數。此氧化步驟係 專利第1 422 436號中所解釋，其以引用的方式倂 中。 在此階段、亦即在步驟1 0 3或1 0 4之後，其清 與由通 色意指 何形狀 特別地 在該外 接點， 克羅斯 洲專利 〔中。 1 1中所 圖案23 i頂層5 I。圖案 ’圖案 之黏著 包括第 件41、 絲發條 於歐洲 入本文 楚的是 -12- 201001106 方法1有利地生產僅只游絲5 1 "’，如在圖1 6 地是，藉由選擇頂層5之高度，方法1的優 設計成適於內樁5 5、5 5 1、5 5 "、5 5 的圖案1 內樁直接地由游絲發條5 3、5 3 ’、5 3 "、5 3 突 當此在圖1 6所視之產品5 1”'係想要的時 此僅只藉由在該中介步驟形成材料之橋接件 103或104。材料之這些橋接件能於步驟10 在圖案19上、或於步驟1〇3期間在譬如該 部形成於圖案27上。方法1之倒數第二步 移去底層7、譬如藉由化學蝕刻及/或機械 ’於步驟1 06中，藉此獲得之游絲發條5 1 '"招 有利地是根據本發明，如果一調整構件 係較佳的，在第四步驟 1 0 3之後或較佳地: 1 04之後’方法1能包括三具體實施例a、 圖9所說明。然而，三具體實施例A、B及 相同之最後步驟1 0 6終止，其在於由基板3 調整構件4 1、4 1 '、4 1 "。 有利地是，釋放步驟1 06可僅只藉由施 至調整構件4 1、4 1 '、4 1 ”以打破材料1 8之 。此應力可譬如藉由一操作員被手動地產生 工所產生。 根據具體實施例A，於圖5所示第六步！ 腔26、28、29、30、31及32係譬如藉由一; 1 03類似之DRIE製程選擇性地蝕刻於矽基 所視。更確切 點之一係其能 9之闻度，該 出。 ，方法1可如 被停止在步驟 1期間被形成 最後線圈之端 驟能接著在於 式機構。最後 [釋放。 41、 41’、 41" 是在第五步驟 B及C，如在 C之每一個以 釋放所製成之 加充分之應力 橋接件所達成 或藉由機器加 驟105中，孔 與步驟1 01及 材料之底層7 -13- 201001106 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4 1之矽部分的內部及外部輪廓。 於圖5所說明之範例中’圖案3 4係大約具有四支臂 4〇、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，可爲與不同該邊緣的支臂之數目及 幾何形狀係不須爲圓形的、但譬如爲橢圓的。再者，該等 支臂40、42、44、46可爲類似的，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2 1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2 1延伸。 再者，較佳地是，圖案34之孔腔26係大約於孔腔1 0 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2 4、1 0及2 6如此形成一 可承納調整構件41的平衡輪柱4 9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1 2、1 3、1 4及1 5。 在此第六步驟105之後，其清楚的是在底層7中所飩 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 -14 - 201001106 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4 1 ’其完全由矽基材料所形成， 如在圖1 〇及1 1所示。其如此清楚的是不再有任何組裝問 題，因爲組裝係於調整構件4 1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5 1，其包括一游絲發條5 3及內樁5 5。 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2 1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5 1及游絲發條43間之間隔機構，以致譬如 游絲發條5 3能使用一指標組件被釘住至該內樁。圖案1 9 亦係有用的，藉由增加內樁5 5之高度用作游絲5 1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5 3之幾何形狀的完全自由度。如 此’特別地是，游絲發條5 3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2 4、1 〇及2 ό承 納一平衡輪柱4 9。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 -15- 201001106 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1 〇5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1 655 642號的圖10A至10E中所揭示者、或那些在歐 洲專利第1 5 84 994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倂入本文中。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5 5將推入配合接觸。 其如此清楚的是該游絲5 1之力量係僅只藉由內樁5 5 加至平衡輪43，且反之亦然，因爲它們係全部三個形成爲 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4 1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1 0 7，在於施行一 LIG A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，所沈積之金屬可爲譬如金或鏡或這些金屬之合 金。 於圖6所說明之範例中，步驟1 07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6 1具有大約呈一圓之弧形的一系列外樁6 5，且其 -16- 201001106 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，爲了保持矽之優點，沈積在底層7上之金屬 包括在每一個外樁6 5間之空間，其可補償圓環6 1之任何 熱膨脹。 於圖6所說明之範例中，圓柱體6 3係用於承納一有 利地在其中驅動之平衡輪柱4 9。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 1 07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6 7係不須爲圓形的，但譬如爲多邊形 ’其將於旋轉中以匹配形狀之軸柱4 9改善應力之傳送。 在類似於圖5所示步驟1〇5之第七步驟1〇8中，孔腔 係譬如藉由DRIΕ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Α之圖案34的平 衡輪圖案。如圖1 2及1 3之範例所示，所獲得之圖案可爲 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3 4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爲不同’且該邊緣係不須圓形的，但 -17- 201001106 可爲譬如橢圓的。再者，支臂40’、42’、44·、46’可爲較 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1 0 1及1 0 3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1 7及2 5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4 1 '的平衡輪柱4 9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1〇8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 1 7及1 9，該等圖案1 7及1 9係於步驟丨〇 1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1〇6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4 Γ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4 Γ包括一平 衡輪43'，其輪轂454系藉由四支臂4〇，、42，、44'及46’徑 -18- 201001106 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5 5 |之游絲5 1 1。 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1 9較佳地是用作游絲5丨•及平衡輪4 3，間之間隔機 構’以致游絲發條5 3 ’可使用一指標組件被釘住至該內樁 。圖案1 9亦爲有用的，藉由增加內樁5 5 ’之高度當作游絲 5厂用之導引機構。 然而’有利地是根據方法1，關於游絲發條5 3 '之幾何 形狀’額外層2 1上之蝕刻留下完全之自由度。如此，特 別地是’游絲發條5 3 1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4 1'係能夠於其內徑中承納一平 衡輪柱4 9。有利地，根據本發明，因調整構件4 Γ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5 5 '推入配合接觸。 -19- 201001106 因此，其清楚的是游絲5 Γ之應力僅只藉由內椿5 5 I加 至該平衡輪43’，且反之亦然，因爲所有三者係形成在單 體中。平衡輪柱4 9如此較佳地是僅只經由平衡輪4 3 1勺輪 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6 0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1 1 0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塡 孔腔60及/或62。較佳地是，所沈積之金屬可爲譬如金 或鎳。 於圖8所說明之範例中，步驟〗1 〇可在於沈積孔腔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 4 3 ”之質量。如已經在上面所說明，該矽之缺點係其低密 -20- 201001106 度。如此關於該具體實施例B，本發明的一特色在於使用 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，爲了保持矽之優點，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6 6係於步驟1 1 〇期間電鍍。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係不須爲圓形，但譬如爲 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1 1 1，在於抛光該（ 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1 1 2中，類似於圖5所示步驟1 〇 5或1 0 8 ’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3 4之平衡輪圖案。如於圖1 4及1 5之範例所示， 所獲得之圖案可爲大約具有四支臂4 0 "、4 2 ”、4 4 ”、4 6 ”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3 4之幾何形狀留下完全的自由度。如此，特別 -21 - 201001106 地是，支臂4 0 ”、4 2 "、4 4 "、4 6 ''之數目及幾何形狀可爲不 同的，且該邊緣係不須爲圓形的’但譬如可爲橢圓的。再 者，該等支臂可爲較細長的’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2 5類似形狀，且大約與於步驟1 〇 1及1 〇 3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2 1之頂部。 再者，較佳地是，如於具體實施例Α及Β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1 8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中所触 刻之平衡輪圖案係僅只以很高之黏著程度連接至於步驟 1 0 1期間蝕刻的頂層5之圖案丨7及丨9。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1 06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1 4及1 5所視。其如此清楚的是不再有任 何組裝問題’因爲組裝係於調整構件4 Γ，之製造期間直接 地施行。該調整構件包括一平衡輪4 3，，，其輪轂4 5，，係藉 由四支臂40"、42”、44"及46”徑向地連接至輪緣47，，，且 -22- 201001106 軸向地連接至游絲5 1 其包括一游絲發條5 3 ”及內樁5 5 ” 〇 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2 1 的圖案25及17、與可能地由金屬部分64所形成。再者， 內樁5 5 ”係藉由額外層2 1之圖案2 3及頂層5的圖案1 9所 形成。較佳地是，此圖案1 9被用作游絲5 1 ”及平衡輪43 " 間之間隔機構，以致譬如游絲發條5 3 ”能使用一指標組件 被釘住至該內樁。圖案1 9係亦有用的，藉由增加內樁5 5 " 之高度用作游絲5 1”用之導引機構。 然而，有利地是根據方法1，關於游絲發條5 3 ”之幾 何形狀，額外層2 1上之蝕刻留下完全之自由度。如此， 特別地是，游絲發條5 3 "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4 1 '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1 5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5 5 "推入配合接觸。 -23- 201001106 因此，其清楚的是游絲5 1 "之應力僅只藉由內樁5 5 ” 加至該平衡輪43”，且反之亦然’因爲所有三者係形成在 單體中。平衡輪柱4 9如此較佳地是僅只經由平衡輪4 3，，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4 3 ·'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4 1、4 1 '及4 1 "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 5 3、5 3 '、5 3 "、5 3〜之每一個的開始半 徑、亦即其內椿5 5、5 5 1、5 5 π、5 5 m之外徑，這允許內樁 5 5、5 5 ’、5 5 ”、5 5 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4 1、4 1，及、4 1 "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爲清楚之各種變體及修改。特別地 是，於步驟1 〇 1及1 03期間蝕刻於層5及2 1中之圖案1 7 及2 5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爲有用的。 -24- 201001106 其係亦可能顛倒具體實施例8及c中之 一’亦即模式B之突出部分63可被模式。之整合部 分66所取代或反之亦然（其僅只需要方法i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） 〇 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1 〇 6之後，方法丨亦可有利地提供 —修改調整構件4 1、4 1，、4 1 "的頻率之步驟。此步驟能接 者在於Ή·如藉由雷射飩刻可改變該調整構件的操作頻率之 凹部6 8。譬如於圖1 〇及丨丨所說明，這些凹部6 8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， 廣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4 1、4丨，、4〗"的至少 〜部分上方’以防止等時振盪問題。此層可爲歐洲專利第 1 83 7 722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1 07及步驟丨08之間施行一像步驟 之拋光步驟。製成藉由具體實施例Β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5 1 被製成，其在額外層21上，以 -25- 201001106 致一輪柱可被驅動，不抵靠著內樁5 5 "之內徑的矽基材料 ，但抵靠著該金屬沈積。 【圖式簡單說明】 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1 〇及1 1係根據第一具體實施例之單體調整構件 的透視圖； -圖1 2及1 3係根據第二具體實施例之單體調整構件 的透視圖； 一圖14及15係根據第三具體實施例之單體調整構件 的透視圖； 一圖1 6係根據本發明的單體游絲之透視圖。 【主要元件符號說明】 1 :方法 3 :基板 5 :頂層 7 :底層 9 :中介層 -26- 201001106 1 〇 :孔腔 1 1 :孔腔 1 2 :孔腔 1 3 :孔腔 1 4 :孔腔 1 5 :孔腔 1 7 :圖案 1 8 :材料 1 9 :圖案 2 0 :孔腔 2 1 :額外層 2 2 :孔腔 23 :圖案 24 :孔腔 25 :圖案 2 6 :孔腔 27 :圖案 2 8 :孔腔 2 9 :孔腔 3 0 :孔腔 3 1 :孔腔 3 2 :孔腔 34 :圖案 40 :支臂 -27- 201001106 40’ ：支臂 40"：支臂 4 1 :調整構件 4 1 ':調整構件 4 1 ":調整構件 42 :支臂 42’ ：支臂 42”：支臂 4 3 :平衡輪 4 3 ':平衡輪 43"：平衡輪 44 :支臂 44’ ：支臂 44"：支臂 45 :輪轂 45’ ：輪轂 4 5 '，：輪轂 46 :支臂 46':支臂 46”：支臂 4 7 :輪緣 47':輪緣 47"：輪緣 4 8 :韌性機構 -28- 201001106 4 9 ： :軸柱 5 1 ： 游絲 5 1 ' :游絲 5 1" :游絲 5 1 :單體構件 5 3 ： 游絲發條 53 1 :游絲發條 5 3" :游絲發條 5 3 :游絲發條 55 ： 內樁 5 5 ' :內樁 55 " :內樁 5 5”， :內樁 60 ： 孔腔 61 ： 圓環 62 ： 孔腔 63 ： 圓柱體 64 ： 圓環 65 ： 外樁 6 6 ·· 圓柱體 67 ： 內徑 68 ： 凹部 69 ： 外樁 70 ： 內徑 -29-

Claims (1)

1. 201001106 七、申請專利範圍： 1 .—種單體調整構件（4 1、4 1 ’、4 Γ，），包括一與在砂 基材料（2 1 )層中製成之游絲（5丨、5丨，、5丨”）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 fl木（53、53'、53”）’其特徵爲該內樁（55、55，、55")包括一 由該游絲發條突出之延伸部分（1 9)，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（4 3、々ν' 4 3”）° 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、1〇)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 1、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（6 1、6 4、6 8)。 -30- 201001106 7_如申請專利範圍第6項之單體調整構件，其 緣（47、47’、47")係藉由至少一支臂（40、42、44、46、4〇 、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（41、41’、41")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fM 節裝置包括在該平衡輪（43、43")的輪緣（47、47”）上 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，其中胃^ 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（6 1)，該等凸塊在該平衡輪（43” (4 7”）上製成，且包括比該輪緣（47〇較大密度之材料，以便 增加該平衡輪之慣性。 1 1 .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。 1 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")係在矽基材料之第三層（7)中製成。 1 3 _如申請專利範圍第1項之單體調整構件，其中該 游絲發條（5 3、5 3 |、5 3 ")之內層線圈具有一克羅斯曼 -31 - 201001106 (Grossmann)曲線’以改善該游絲發條之同心擴展。 1 4 .如申請專利範圍第1項之單體調整構件，其中該 游絲發條（5 3 ' 5 3 '、5 3 ")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。 1 5 . —種時計，其特徵爲該時計包括一根據申請專利 範圍第1至1 4項之任一項的調整構件（4 1、4 1 ’、4 1 π)。 1 6 . —種單體調整構件（4 1、4 1 ’、4 1 ")之製造方法（1 )， 包括以下步驟： a)提供（1〇〇)—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（〗〇丨）至少一孔腔（1 〇、 11)，以界定該構件的內椿（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)， 其特徵爲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（1〇2)至該基板（3)之 被蝕刻頂層（5)， d )選擇性地鈾刻（1 0 3 )該額外層（2】）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（5 3、5 3 ,、5 3，，）之圖案（2 7) > e)選擇性地餓刻（1 0 5、1 〇 8、1丨2)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 -32- 201001106 基材料所製成的平衡輪（43、43，、43")之最後部分（34)，及 0由該基板（3)釋放該調整構件（41、41，、41"p 1 7 _如申請專利範圍第1 6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（5 3、 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（6 1、63、64、66)，以界定該構件之至少一金屬部分的 圖案。 1 9 ·如申請專利範圍第1 8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（10 7)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。 2 0 ·如申請專利範圍第1 8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)。 2 1 .如申請專利範圍第1 8項的單體調整構件之製造方 法，其該步驟h)包括以下階段： -33- 201001106 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（1 10)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： η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（Π0)該沈積’以便形成一第二金屬部分（6 3)，用於承納 一在其中被驅動之軸柱（49)。 2 3 ·如申請專利範圍第1 8項的單體調整構件之製造方 法，其中該步驟h)之後爲以下步驟： l) 拋光（111)該金屬沈積（61、63、64、66)。 2 4 .如申請專利範圍第1 6至2 3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（4 1、4 1 '、4 1，'）被 製成在相同之基板（3)上。 -34-