由合成的碳同素異形體基材料制成并具有多個功能層級的單件式空心微機(jī)械部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造微機(jī)械部件的方法，更具體地涉及這種由合成的碳同素異形體基材料制成并包括多個功能層級的單件式部件。
【背景技術(shù)】
[0002]WO專利2012/104110公開了由金剛石制成并具有由硅基底形成的單個層級的部件的制造。然而，由于金剛石不能被釘入，因此這種部件可能很難與樞軸或另一部件連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是，通過提出一種用于制造復(fù)雜的三維的單件式微機(jī)械部件的方法來克服上述全部或部分缺點(diǎn)，該方法使用最少量的材料。
[0004]為此，本發(fā)明涉及一種由合成的碳同素異形體基材料制成的單件式微機(jī)械部件的制造方法，該方法包括以下步驟:
[0005]a)形成基底，該基底在至少三個層級上包括用于待制造的所述微機(jī)械部件的凹腔；
[0006]b)用所述合成的碳同素異形體基材料層覆蓋基底的所述凹腔，該材料層的厚度小于所述腔的所述至少三個層級中每一個的深度；
[0007]c)移走所述基底，以釋放在所述凹腔中形成的微機(jī)械部件；
[0008]其特征在于，步驟a)包括以下階段:
[0009]i)形成第一晶片，該第一晶片包括被蝕刻貫通該晶片的至少一第一圖案；
[0010]ii)形成第二晶片，該第二晶片包括被蝕刻貫通該晶片的至少一第二圖案；
[0011]iii)形成沒有貫通圖案的第三晶片；
[0012]iv)粘結(jié)所述第一、第二和第三晶片，以形成在至少三個層級上包括凹腔的基底。
[0013]因此，顯然該方法允許僅由合成的碳同素異形體基材料(S卩，沒有材料的不連續(xù)性)制造包括材料“皮膚”(即，薄的材料厚度)的單件式三維微機(jī)械部件(即，具有多個功能層級)。另外，附加地，微機(jī)械部件的外表面具有所使用的基底的有利的粗糙度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的方法因此有利地使得，通過僅沉積最終涂層所需要的材料量而不需要修整操作，可以大大降低合成的碳同素異形體基材料的成本，并且改善了微機(jī)械部件的外表面的粗糙度，并優(yōu)化了其摩擦學(xué)性能。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的其它有利特征:
[0016]-在階段ii)中，通過包括被蝕刻貫通該晶片的第二圖案和與所述第二圖案連通的蝕刻未貫通的第三圖案來形成第二晶片；
[0017]-在階段ii i)中，通過包括蝕刻未貫通的圖案來形成第三晶片；
[0018]-根據(jù)第一替代變型，步驟b)包括以下階段:bl)在基底的一部分上形成犧牲層；b2)在基底上沉積用于形成核點(diǎn)的顆粒;b3)移走犧牲層，以選擇性地使基底的一部分沒有任何顆粒;b4)化學(xué)氣相沉積合成的碳同素異形體基材料層，使其只在顆粒保留的地方沉積；
[0019]-根據(jù)第二替代變型，步驟b)包括以下階段:b5)在基底的一部分上形成犧牲層；b6)在基底上化學(xué)氣相沉積合成的碳同素異形體基材料層;和b7)移走犧牲層，以選擇性地使基底的一部分沒有任何沉積物；
[0020]-凹腔的所述至少三個層級中的至少一個包括形成齒圈的壁；
[0021 ]-合成的碳同素異形體基材料是晶態(tài)形式或非晶態(tài)形式的；
[0022]-在步驟b)之后，該方法包括步驟d):從基底上去除比在步驟b)中沉積的層的厚度大的厚度，以便留下在所述凹腔中限定的所述層的厚度；
[0023]-在步驟c)之前，該方法包括步驟e):用第二材料填充覆蓋有合成的碳同素異形體基材料的腔，以在步驟c)之后獲得由合成的碳同素異形體基材料制成的通過第二材料得到加強(qiáng)和/或裝飾有第二材料的微機(jī)械部件；
[0024]-在步驟e)中，第二材料形成為從所述腔突伸出，以形成微機(jī)械部件的附加的功能層級；
[0025]-第二材料包括金屬或金屬合金。
[0026]另外，本發(fā)明涉及根據(jù)任一上述變型所述的方法獲得的單件式微機(jī)械部件，其特征在于，該單件式微機(jī)械部件是空心的，包括由層厚度介于0.2μπι和20μπι之間的合成的碳同素異形體基材料制成的多個功能層級，該單件式微機(jī)械部件具有比合成的碳同素異形體基材料層的厚度大的高度。
[0027]由合成的碳同素異形體基材料制成的微機(jī)械部件有利地是單件式的(S卩，沒有材料的不連續(xù)性)、空心的(即，由材料殼形成以限制所使用的材料量)，并且其體積形成多個能夠直接包括樞軸的完美參考功能層級O
[0028]應(yīng)理解，這使得可以減小由參考誤差引起的廢品率，而且可以改善外表面粗糙度和優(yōu)化其摩擦學(xué)性能。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的其它有利特征:
[0030]-微機(jī)械部件的外表面包括至少一個齒圈；
[0031]-單件式微機(jī)械部件的空心部至少部分地填充有第二材料，以便獲得通過第二材料得到加強(qiáng)和/或裝飾有第二材料的由合成的碳同素異形體基材料制成的單件式微機(jī)械部件；
[0032]-所述第二材料形成為從外表面的所述高度伸出，以形成單件式微機(jī)械部件的附加的功能元件；
[0033]-第二材料包括金屬或金屬合金。
[0034]最后，本發(fā)明涉及一種鐘表，其特征在于，該鐘表包括根據(jù)任一上述變型所述的單件式微機(jī)械部件，該單件式微機(jī)械部件形成表玻璃、表殼、推動件、表冠、表鏈、表帶、表盤、顯示元件、擺輪游絲、擺輪、擒縱叉、橋夾板、主夾板、輪副或擒縱輪中的全部或部分。
【附圖說明】
[0035]從下文參見附圖通過非限制性圖示給出的描述中，其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，圖中:
[0036]-圖1至8是根據(jù)第一實(shí)施例的制造方法的逐步表示；
[0037]-圖9是根據(jù)第一實(shí)施例得到的微機(jī)械部件的示例的表示；
[0038]-圖10至12是根據(jù)第二實(shí)施例的制造方法的逐步表示；
[0039]-圖13是根據(jù)第二實(shí)施例得到的微機(jī)械部件的示例的表示；
[0040]-圖14至15是根據(jù)第三實(shí)施例的制造方法的逐步表示；
[0041]-圖16是根據(jù)第三實(shí)施例得到的微機(jī)械部件的示例的表示；
[0042]-圖17和18是根據(jù)第一實(shí)施例的圖1和2的替代變型的制造方法的逐步表示；
[0043]-圖19至22是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的制造方法的逐步表示；
[0044]-圖23至26是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的制造方法的逐步表示；
[0045]-圖27是根據(jù)本發(fā)明的第四和第五實(shí)施例得到的微機(jī)械部件的兩個示例的表示。
【具體實(shí)施方式】
[0046]本發(fā)明涉及一種具有多個功能層級的由晶態(tài)形式(例如金剛石、或者單層或多層石墨烯)或非晶態(tài)形式(例如類金剛石碳(DLC))的合成的碳同素異形體基材料制成的單件式微機(jī)械部件的制造方法。
[0047]當(dāng)然，有利地，根據(jù)本發(fā)明，能沉積成層并具有摩擦學(xué)優(yōu)點(diǎn)的其它類型的材料可用作合成的碳同素異形體基材料的替代材料。該替代材料可以例如是硅基化合物，即，例如氮化硅、氧化硅或碳化硅。
[0048]該微機(jī)械部件設(shè)計成應(yīng)用于鐘表學(xué)領(lǐng)域。然而，可以很容易地想到其它領(lǐng)域，例如尤其是航空、珠寶或者汽車工業(yè)。
[0049]在鐘表學(xué)領(lǐng)域，微機(jī)械部件可以例如形成手表的外部部件或鐘表機(jī)芯的部件。該微機(jī)械部件因此可以形成表玻璃、表殼、推動件、表冠、表鏈或表帶、表盤、顯示元件、擺輪游絲、擺輪、擒縱叉、橋夾板、主夾板、輪副或擒縱輪中的全部或部分。
[0050]在圖1至8和17至18中示出了制造這種微機(jī)械部件的方法的第一實(shí)施例。在步驟a中，該方法在于，在基底1、101中在至少兩個層級N1、N2、Nx上形成用于未來的微機(jī)械部件的凹腔3、103。各種各樣的基底1、101都是可能的。優(yōu)選地，基底1、101的材料選擇低粗糙度的，即，具有光滑表面的自然性質(zhì)，并且能夠抵抗沉積步驟的侵蝕。
[0051]舉例來說，圖1、2、17和18示出了步驟a由硅基底1、101形成，因此可以獲得非常低的粗糙度，即，算術(shù)平均偏差1^顯著小于10nm。
[0052]因此，在圖1和2示出的步驟a的第一替代變型中，由單個晶片2形成在至少兩個層級N1、N2、NX上包括腔3的基底I。
[0053]步驟a的第一替代變型因此使用多個掩膜，以便獲得多個具有不同深度的蝕刻圖案。因此，步驟