EP2579105A2 - Method for manufacturing a timepiece - Google Patents
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- EP2579105A2 EP2579105A2 EP11192182.1A EP11192182A EP2579105A2 EP 2579105 A2 EP2579105 A2 EP 2579105A2 EP 11192182 A EP11192182 A EP 11192182A EP 2579105 A2 EP2579105 A2 EP 2579105A2
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- G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
- G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
- G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
- G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
- G04B17/066—Manufacture of the spiral spring
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- G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
- G04B17/32—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton
Definitions
- the present invention relates to the field of watchmaking. It relates to the manufacture and indexing, at the wafer level, of spirals and trays each provided with a finger, fulfilling the function of a plateau pin made of silicon.
- the regulating member comprises, when assembled in a movement, from top to bottom: a hairspring, a balance, a plate.
- This assembly makes it possible to reach the hairspring and a racking system, allowing adjustment of the hairspring.
- the two wafers 120 and 140 are assembled by applying a pressure and / or a temperature allowing a fusion welding and the creation of connection, in particular between the spring spiral and, in the proposed example, the spacer.
- this step can be carried out by applying a temperature of between 100 and 1200 ° C. and a pressure of between 0.5 and 10 bar ( Fig. 3a ).
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte au domaine de l'horlogerie. Elle concerne la fabrication et l'indexation, au niveau wafer, de spiraux et de plateaux muni chacun d'un doigt, remplissant la fonction de cheville de plateau, réalisés à base de silicium.The present invention relates to the field of watchmaking. It relates to the manufacture and indexing, at the wafer level, of spirals and trays each provided with a finger, fulfilling the function of a plateau pin made of silicon.
Les récents développements pour la réalisation de composants horlogers en silicium permettent aujourd'hui une fabrication contrôlée de composants tels que, par exemple, spiraux, ancres, roues notamment d'échappement, balanciers, plateaux, ressorts.... Ces composants sont réalisés en batch sur une plaque en silicium (appelée wafer). Ils sont ensuite assemblés de manière traditionnelle dans un mouvement horloger. Toutefois, la fragilité du silicium rend parfois l'assemblage particulièrement délicat.Recent developments in the production of silicon watch components now allow the controlled manufacture of components such as, for example, spirals, anchors, wheels including exhaust, balances, trays, springs .... These components are made of batch on a silicon plate (called wafer). They are then assembled in a traditional way in a watch movement. However, the fragility of silicon sometimes makes assembly particularly difficult.
Les technologies de microfabrication permettent aujourd'hui un assemblage de certains composants les uns avec les autres au niveau wafer, notamment en vue d'améliorer la qualité, la précision ou le rendement de fabrication.Microfabrication technologies now allow certain components to be assembled together with each other at the wafer level, in particular with a view to improving the quality, accuracy or production efficiency.
La réalisation de l'ensemble de l'organe réglant, balancier, spiral, plateau est envisageable et décrite dans le document
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients des méthodes connues dans l'état de la technique.The present invention aims to avoid the disadvantages of methods known in the state of the art.
De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de réalisation d'un ensemble constitué d'un ressort spiral et d'un plateau muni d'un doigt destiné à coopérer avec une fourchette d'un échappement. Le terme « constitué » doit ici s'interpréter de manière exclusive, comme préconisé par exemple dans les Directives Relatives à l'Examen pratiqué à l'Office Européen des Brevets. Ainsi, plus précisément, l'ensemble ne comporte pas de balancier intercalé entre le ressort spiral et le plateau.More specifically, the invention relates to a method of producing an assembly consisting of a spiral spring and a plate with a finger for cooperating with a fork of an exhaust. The term "constituted" should be interpreted exclusively here, as advocated, for example, in the Guidelines for Examination at the European Patent Office. Thus, more specifically, the assembly does not include a balance interposed between the spiral spring and the plate.
De manière avantageuse, on réalise d'une part le ressort spiral et d'autre part le plateau muni du doigt. On positionne et on indexe le ressort spiral en référence au doigt et on assemble le ressort spiral et le plateau.Advantageously, the spiral spring is produced on the one hand and the plate equipped with the finger on the other hand. Positioning and indexing the spiral spring with reference to the finger and assembles the spiral spring and the plate.
De préférence, le ressort spiral et le plateau muni du doigt sont réalisés à base de silicium, au niveau wafer.Preferably, the spiral spring and the plate provided with the finger are made of silicon, wafer level.
Le doigt peut être associé à une entretoise intercalée entre le spiral et le plateau.The finger can be associated with a spacer interposed between the spiral and the plate.
D'autres caractéristiques du procédé selon l'invention sont données dans les revendications.Other features of the process according to the invention are given in the claims.
L'invention porte également sur un ensemble constitué d'un ressort spiral et d'un plateau muni d'un doigt destiné à coopérer avec une fourchette d'un échappement. On pourra également se référer aux revendications pour d'autres caractéristiques de l'invention.The invention also relates to an assembly consisting of a spiral spring and a plate with a finger for cooperating with a fork of an exhaust. The claims may also be referred to for other features of the invention.
D'autres détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence au dessin annexé dans lequel :
- les
figures 1a à 1c représentent les étapes du procédé selon l'invention pour la réalisation des spiraux, - les
figures 2a à 2e représentent les étapes du procédé selon l'invention pour la réalisation des plateaux munis chacun d'un doigt, - les
figures 3a à 3c représentent les étapes d'assemblage du procédé selon l'invention, et - les
figures 4a et 4b proposent deux vus d'un ensemble obtenu par le procédé selon l'invention, respectivement en vue de dessus et de dessous.
- the
Figures 1a to 1c represent the steps of the method according to the invention for producing spirals, - the
FIGS. 2a to 2e represent the steps of the method according to the invention for the production of trays each provided with a finger, - the
Figures 3a to 3c represent the assembly steps of the process according to the invention, and - the
Figures 4a and 4b propose two views of an assembly obtained by the method according to the invention, respectively in top view and from below.
L'invention telle que présentée ici, propose la réalisation d'ensembles 10, constitués chacun d'un spiral 12 et d'un plateau 14 muni d'un doigt 15, fabriqués au niveau wafer, c'est-à-dire à partir de plaques à base de silicium l'ensemble étant directement intégré et indexé. Comme mentionné précédemment, le doigt 15 est destiné à exécuter la fonction usuellement remplie par la cheville de plateau. Le doigt 15 prolonge et se trouve dans le plan du plateau 14.The invention as presented here, proposes the realization of
De manière traditionnelle, l'organe régulateur comporte, une fois assemblé dans un mouvement, de haut en bas : un spiral, un balancier, un plateau. Cet assemblage permet d'atteindre le spiral et un système de raquetterie, permettant le réglage du spiral. On sait aujourd'hui réaliser des spiraux à base de silicium, par des techniques de microfabrication. Ces techniques permettent une précision de réalisation et une reproductibilité qui permettent d'éviter des étapes habituelles de réglage (mise à plat, réglage de la longueur active). Grâce à ces techniques, le piton et la virole qui permettent de fixer les extrémités du spiral, peuvent être intégrés au spiral.In a traditional way, the regulating member comprises, when assembled in a movement, from top to bottom: a hairspring, a balance, a plate. This assembly makes it possible to reach the hairspring and a racking system, allowing adjustment of the hairspring. Today we know how to make silicon-based spirals using microfabrication techniques. These techniques allow a precision of realization and a reproducibility which makes it possible to avoid usual steps of adjustment (setting flat, adjustment of the active length). Thanks to these techniques, the stud and the ferrule which fix the ends of the spiral, can be integrated in the spiral.
L'une des idées de base de l'invention est donc de remettre en cause l'empilement habituel des éléments de l'organe régulateur, utilisé depuis des siècles. L'invention propose un organe régulateur comportant, une fois assemblé dans un mouvement, de haut en bas, un empilement d'un balancier, d'un spiral et d'un plateau.One of the basic ideas of the invention is therefore to question the usual stacking of the elements of the regulating organ, used for centuries. The invention provides a regulating member comprising, when assembled in a movement, from top to bottom, a stack of a balance, a spiral and a plate.
Les figures illustrent un mode de réalisation préféré. Ainsi, aux
Aux
Puis, dans le mode de réalisation proposé, on effectue également les mêmes opérations sur l'autre face du substrat, c'est-à-dire sur la couche de base 140a. On dépose ainsi une couche de laque photosensible 142 disposée sur la couche de base (
Ainsi, on réalise un plateau 14 muni d'un doigt 15, ainsi qu'une entretoise 16. Il a déjà été précisé que le doigt 15 est destiné à remplir la fonction habituellement remplie par une cheville de plateau, c'est-à-dire qu'il est destiné à coopérer avec une ancre pour réaliser les dégagements de celle-ci et pour recevoir des impulsions d'énergie. L'entretoise remplit la fonction habituellement remplie par un plateau, c'est-à-dire qu'elle limite les déplacements de la fourchette de l'ancre.Thus, a
Le ressort spiral 12 et le plateau 14 muni de son doigt 15 et éventuellement d'une entretoise 16, respectivement obtenus aux étapes précédentes, sont ensuite assemblés l'un à l'autre. Pour ce faire, on aligne la virole 124 du spiral et l'ouverture 144 du plateau de manière à les superposer de manière coaxiale. En outre et de manière particulièrement avantageuse, le ressort spiral 12 et le plateau 14, particulièrement le doigt 15, sont également indexés angulairement, c'est-à-dire que leur position angulaire respective est prédéterminée et qu'ils sont disposés selon cette position prédéterminée avant d'être assemblés.The
Une fois que le ressort spiral 12 et le plateau 14 sont superposés dans la position souhaitée, les deux wafers 120 et 140 sont assemblés en appliquant une pression et/ou une température permettant un soudage par fusion et la création de liaison, notamment entre le ressort spiral et, dans l'exemple proposé, l'entretoise. Typiquement, on peut réaliser cette étape en appliquant une température comprise entre 100 et 1200°C et une pression comprise entre 0.5 et 10 bars (
Il est à noter que la liaison entre le ressort spiral 12 et le plateau 14 peut se faire directement entre les deux pièces à base de silicium, ou éventuellement en interposant une couche d'oxyde de silicium entre elles, ladite couche d'oxyde de silicium étant disposée sur l'une et/ou l'autre des deux pièces 12 et 14.It should be noted that the connection between the
Puis, la couche de base 120a du wafer 120 est éliminée par gravure, jusqu'à atteindre la couche d'oxyde de silicium 120b. La couche d'oxyde 120b est également éliminée (
Enfin, l'ensemble 10 obtenu constitué d'un ressort spiral 12, d'un plateau 14 muni du doigt 15 destiné à coopérer avec une fourchette d'un mécanisme d'échappement et, dans cet exemple, d'une entretoise, est libéré (
De préférence, étant donné que les méthodes de microfabrication mentionnées ci-dessus, sont réalisées à partir de wafer, on réalise une série de N ressorts 12 sur un wafer et une série d'au moins N plateaux 14, chacun muni d'un doigt 14 sur un autre wafer. Les ressorts 12 et plateaux 14 sont disposés de manière ce que les ressorts 12 soient tous indexés par rapport aux plateaux 14, pour former N ensembles. Plus précisément, les ressorts spiraux 12 et les plateaux 14 sont disposés sur les wafers de manière à ce que, en superposant les wafers, les ressorts 12 et les plateaux 14 sont alignés sur leur axe. Ils sont également indexés angulairement. On peut ensuite les assembler simultanément, sur le wafer.Preferably, since the above-mentioned microfabrication methods are made from wafer, a series of N springs 12 on a wafer and a series of at least
Le cas échéant, les plateaux 14 avec leur doigt 15 occupant moins de place que les spiraux 12, on peut utiliser l'espace libre entre les plateaux pour faire d'autres pièces. On peut envisager de faire une deuxième série de plateaux, qui pourra être ensuite assemblée sur une deuxième série de spiraux réalisés sur un autre wafer, dont les positions relatives auront été décalées par rapport au premier wafer de spiraux. On pourra éventuellement prévoir de graver le wafer dans lequel le premier batch de spiraux est effectué, de manière à ce que les plateaux prévus pour le deuxième batch ne soient pas soudés au wafer lors de l'assemblage.If necessary, the
On a donc après fabrication, des ensembles comprenant chacun :
un plateau 14 muni d'un doigt 15 et, le cas échéant, associé également à une entretoise 16, etun spiral 12,
- a
plate 14 provided with afinger 15 and, where appropriate, also associated with aspacer 16, and - a
spiral 12,
Les
Dans le cas de la présente invention, les étapes critiques de fabrication, notamment en terme d'espace occupé sur le wafer, concernent les spiraux. Ce qui permet de réaliser un nombre de pièces par wafer qui demeure économiquement intéressant.In the case of the present invention, the critical manufacturing steps, particularly in terms of occupied space on the wafer, relate to the spirals. This allows to achieve a number of parts per wafer that remains economically interesting.
De manière avantageuse, l'invention permet une grande précision, offrant un alignement de quelques micromètres au niveau wafer, de l'ensemble des spiraux et des plateaux. Par ailleurs, le plateau 14 peut inclure plusieurs niveaux de gravure, sur une ou deux faces.Advantageously, the invention allows a high accuracy, providing an alignment of a few micrometers at the wafer level, all the spirals and trays. Furthermore, the
On pourra encore relever que, grâce aux possibilités offertes pour la gravure du plateau 14, on peut éventuellement se passer d'entretoise 16 entre le plateau 14 et le doigt 15, d'une part, et le spiral 12, d'autre part. On peut donc réaliser les plateaux 14 et les doigts 15 à partir d'un substrat formé d'un wafer en silicium simple.It can also be noted that, thanks to the possibilities offered for the etching of the
En outre, le spiral peut également être réalisé à partir d'un wafer simple, c'est-à-dire ne comportant qu'une couche de silicium, par opposition à un substrat de type SOI tel que mentionné ci-dessus. Dans ce cas, on disposera temporairement le wafer sur une plaque support destinée à supporter mécaniquement le spiral au cours du procédé de fabrication.In addition, the hairspring can also be made from a single wafer, that is to say having only one layer of silicon, as opposed to an SOI type substrate as mentioned above. In this case, the wafer will be temporarily disposed on a support plate for mechanically supporting the hairspring during the manufacturing process.
La description ci-dessus n'a été donnée qu'à titre d'illustration de l'invention. Notamment, l'homme du métier saura adapter les dimensions et les formes de la virole ou de l'ouverture du plateau, en fonction de la solution choisie pour la fixation à un axe de balancier, de l'ensemble obtenu. En outre, le plateau et le doigt peuvent avoir des géométries diverses, effectuées sur plusieurs niveaux avec des hauteurs variables, sur l'une ou l'autre de ses faces, permettant de mettre en oeuvre toute solution choisie pour la transmission d'énergie entre le doigt et l'ancre de l'échappement ou pour empêcher un retournement du balancier.The above description has been given by way of illustration of the invention. In particular, those skilled in the art will be able to adapt the dimensions and shapes of the ferrule or the opening of the plate, depending on the solution chosen for attachment to a balance shaft, of the assembly obtained. In addition, the plate and the finger can have different geometries, made on several levels with varying heights, on one or the other of its faces, to implement any solution chosen for the transmission of energy between the finger and the anchor of the escapement or to prevent a reversal of the balance.
Par ailleurs, le ressort spiral, le plateau ou l'ensemble, peuvent recevoir un traitement physico-chimique pour présenter une couche extérieure renforcée ou améliorée. Les traitements possibles sont notamment des traitements thermiques, des oxydations, des métallisations, des nitrurations ou des dépôts de type CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition), ALD (Atomic Layer Deposition), MVD (Molecular Vapor Deposition) ou autres procédés connus de l'homme de métier.Moreover, the spiral spring, the plate or the assembly, can receive a physicochemical treatment to present a reinforced or improved outer layer. The possible treatments include heat treatments, oxidations, metallizations, nitrurations or deposits of CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition), ALD (Atomic Layer Deposition), MVD (Molecular Vapor Deposition) or other methods known to those skilled in the art.
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