EP3907565A1 - Procede de fabrication d'un composant horloger en silicium - Google Patents

Procede de fabrication d'un composant horloger en silicium Download PDF

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EP3907565A1
EP3907565A1 EP20173465.4A EP20173465A EP3907565A1 EP 3907565 A1 EP3907565 A1 EP 3907565A1 EP 20173465 A EP20173465 A EP 20173465A EP 3907565 A1 EP3907565 A1 EP 3907565A1
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EP
European Patent Office
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silicon
layer
component
watch component
watch
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20173465.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sylvain Jeanneret
Rémy FOURNIER
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Patek Philippe SA Geneve
Original Assignee
Patek Philippe SA Geneve
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Filing date
Publication date
Application filed by Patek Philippe SA Geneve filed Critical Patek Philippe SA Geneve
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Priority to PCT/IB2021/053765 priority patent/WO2021224804A1/fr
Priority to CH001242/2022A priority patent/CH718818B1/fr
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • 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
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • 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
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • 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
    • G04B18/00—Mechanisms for setting frequency
    • G04B18/08—Component parts or constructional details
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • 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
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/04—Hands; Discs with a single mark or the like
    • G04B19/042—Construction and manufacture of the hands; arrangements for increasing reading accuracy

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a watch component in silicon.
  • Silicon watch components are generally manufactured by deep reactive ionic etching - a technique also known by the English abbreviation DRIE - of a wafer of silicon-based material.
  • the wafer can be a silicon wafer that is etched in its entire thickness (see for example the patent applications EP 1722281 , EP 2145857 and EP 3181938 ) or a silicon on insulator substrate known as SOI (silicon on insulator) comprising an upper layer of silicon and a lower layer of silicon linked by an intermediate layer of silicon oxide, the upper layer of silicon being that in which the etching is carried out (cf. for example patent applications WO 2019/180177 and WO 2019/180596 ).
  • the silicon-on-insulator substrate has the advantage of having a rigid support (the lower layer of silicon, of greater thickness than the upper layer) facilitating its handling and its maintenance and a layer of stop (the intermediate layer of silicon oxide) making it possible to stop the etching.
  • Such fasteners which connect the periphery of each component to the wafer, can pose a problem, in particular when the periphery of the component is a functional surface which must not see its function disturbed by fastener residues or when the external surface of the component must present a particularly neat appearance, as for example in the case of a needle.
  • the functional external surface does not have free space of sufficient size to be able to insert a sufficiently robust fastener therein.
  • the patent application WO 2019/166922 proposes a method of manufacturing a watch balance-spring according to which one is provided with a silicon substrate carrying a layer of silicon oxide, one forms through holes in the layer of silicon oxide, one grows by epitaxy a layer of silicon on the layer of silicon oxide, this layer of silicon filling the through holes to form fasteners or bridges of material, balance springs are etched in the layer of silicon, the layer of silicon oxide is removed, balance springs remaining attached to the silicon substrate by said fasteners, the balance springs are subjected to heat treatments and finally the balance springs are detached from the silicon substrate.
  • the spirals remain bonded to the substrate after etching by clips extending out of the plane of the spirals rather than between the outer surface of the last turn and the etching silicon layer as is generally the case.
  • this process does not allow the use of commercially available silicon-on-insulator substrates, and growing the silicon layer in which the balance-springs will be formed by epitaxy is a complicated operation.
  • the present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks, or at least to mitigate them, and to this end proposes a manufacturing process according to claim 1, particular embodiments being defined in the dependent claims.
  • the method of manufacturing a silicon watch component according to the invention begins with a first step consisting in providing a wafer 1 of the silicon-on-insulator type ( figure 1 (a) ).
  • This wafer comprises an upper layer of silicon 2, a lower layer of silicon 3 and, between the two, an intermediate layer of silicon oxide 4.
  • the silicon is monocrystalline, polycrystalline or amorphous. It may or may not be doped.
  • the upper layer of silicon 2 is structured to form the watch component therein, designated by 5.
  • a deep reactive ionic etching is typically carried out preceded by a photolithography operation as described in the patent application. WO 2019/180596 .
  • the intermediate layer of silicon oxide 4 serves to stop the etching.
  • the lower silicon layer 3, preferably thicker than the upper silicon layer 2, for its part serves as a rigid support facilitating the etching as well as the following steps of the process.
  • this second step one leaves in a recess 6 of the watch component 5 (cf.
  • FIGS. 1 (b) and 2 ) a part 7 of the upper layer of silicon 2 which will be called “connecting element”, as well as a fastener or bridge of material 8 connecting this connecting element 7 to the wall, 6a, of the recess 6.
  • connecting element a part 7 of the upper layer of silicon 2 which will be called “connecting element”, as well as a fastener or bridge of material 8 connecting this connecting element 7 to the wall, 6a, of the recess 6.
  • sacrificial silicon parts 9 that no attachment connects to the watch component in the upper layer of silicon. 2.
  • the intermediate layer of silicon oxide 4 is etched in order to remove it between the watch component 5 and the lower layer of silicon 3.
  • This step can be carried out by controlled chemical attack, preferably with steam, with l using hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and ethanol.
  • This step separates the watch component 5 from the lower silicon layer 3 and detaches the sacrificial silicon parts 9 which can thus be removed (the figure 3 shows the watch component 5 after removing the sacrificial silicon parts 9).
  • the watch component 5 however remains attached to the lower layer of silicon 3 by successively the attachment 8, the connecting element 7 and a part 10 of the intermediate layer of silicon oxide 4 left between the connecting element 7 and layer 3.
  • the dimensions of the connecting element 7 are chosen sufficiently large so that after the removal of the oxide under the watch component 5, the fastener 8 and the sacrificial parts 9 and until the under-etching stops, the oxide remains under the connecting element 7.
  • the recess 6 of the watch component 5 in which the connecting element 7 is located is the central hole of a hub 11 formed by elastic arms allowing elastic mounting of the component on an axis, and the clip 8 connects the 'connecting element 7 to the wall 6a of this central hole.
  • the recess 6 of the watch component in which the connecting element 7 is located separates a rim 12 of the component and one of the elastic arms of the hub 11, and the clip 8 connects the connecting element 7 to the surface internal 12a of the rim 12.
  • the connecting element 7 can be connected to any interior surface of the watch component, such as the interior surface of a rim, a cavity, an axis hole or other assembly hole, the surface of an inner arm, the inner or outer surface of a hub, etc.
  • the / each connecting element 7 could also be connected to the component by several fasteners.
  • the horological component is for example a toothed wheel, as shown in figures 2 to 5 , a cam, an indicator needle or a spiral-type spring or the like.
  • the outer surface of the watch component does not need to be connected by a fastener to the rest of the plate, it can be functional over its entire circumference and have a micrometric structure of the micro-tooth type or the like.
  • the surface condition and appearance of the final component may be optimal since the outer surface will be free of any attachment residue.
  • a fourth step of the process ( figure 1 (d) ) consists in thermally oxidizing the watch component 5.
  • the wafer 1 with the watch component 5 is placed in an oven to subject it to a temperature between 800 and 1200 ° C and to an oxidizing atmosphere comprising gas oxygen or water vapor until a predetermined thickness of silicon oxide (SiO 2 ) is obtained on its surfaces.
  • This silicon oxide layer, 13, is formed by consuming silicon to a depth corresponding to approximately 44% of its thickness.
  • the oxidation is stopped before the growth of the silicon oxide layer 13 on the clock component 5 and on the lower silicon layer 3 causes them to touch each other.
  • the watch component is then deoxidized by removing the silicon oxide layer 13, for example by controlled chemical attack, wet or with steam, using hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and ethanol. ( figure 1 (e) ).
  • the respective sizes of the watch component 5 and of the lower silicon layer 3 are then reduced with respect to the figure 1 (c) , which increases their spacing d.
  • the oxidation parameters can vary from one oxidation-deoxidation sequence to the next.
  • the assembly 3, 5 can be oxidized for a longer time in the last sequences than in the first since more space is available between the clock component 5 and the lower silicon layer 3 for the growth of the silicon oxide. .
  • Each oxidation step is stopped before the timepiece component 5 and the lower silicon layer 3 touch each other via the silicon oxide layer 13. In this way, the risk of the timepiece component 5 and the lower silicon layer 3 are attracted to each other and merge when removing the silicon oxide layer 13.
  • these oxidation-deoxidation sequences make it possible to attenuate the surface defects of the watch component, in particular the undulations created by the deep reactive ionic etching on the sides of the watch component.
  • a permanent silicon oxide layer 14 can be formed on the watch component, by thermal oxidation or deposition, to increase its mechanical strength.
  • the large spacing d obtained by the oxidation-deoxidation sequences make it possible to form an oxide layer 14 of great thickness, for example approximately 3 ⁇ m or even more, while the component is still attached to the wafer 1.
  • silicon-on-insulator wafers are generally obtained by growing an oxide layer on a silicon wafer and fusion welding another silicon wafer on the oxide layer. Due to the compressive stress that it generates on the first silicon wafer, the oxide layer must have a limited thickness, between 1 and 3 ⁇ m at most. We can therefore understand the advantage of being able to increase at will the distance d between the watch component 5 and the lower silicon layer 3 before the formation of the permanent silicon oxide layer 14, as the invention allows.
  • the watch component 5 could receive a layer of a material having good tribological properties, for example carbon crystallized in the form of diamond (DLC) or crystals. carbon nanotubes, a layer forming an oxygen barrier or a layer, for example of parylene, used to contain debris if the component breaks.
  • a material having good tribological properties for example carbon crystallized in the form of diamond (DLC) or crystals.
  • the horological component 5 is typically part of a batch of identical horological components manufactured simultaneously in the wafer 1.
  • the horological components are detached from the wafer 1 by breaking or elimination of the fasteners 8.
  • the watch components can be turned with respect to the plate 1 by means of tweezers until the fasteners 8 are broken, or the latter are cut by laser.
  • the present invention allows complete work on the watch component (s) while they are linked to the wafer. It is thus possible to achieve high and repeatable quality levels with good uniformity between the different components.
  • the watch components can be integrated into timepieces such as wristwatches, pocket watches or clocks.

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Abstract

Le procédé de fabrication d'un composant horloger en silicium selon l'invention comprend les étapes suivantes: a) se munir d'une plaquette (1) comprenant une première couche de silicium (2), une deuxième couche de silicium (3) et, entre les deux, une couche intermédiaire d'oxyde de silicium (4) ; b) graver la première couche de silicium (2) pour y former le composant horloger (5), au moins un élément de liaison (7) situé dans un évidement (6) du composant horloger (5) et au moins une attache (8) reliant cet élément de liaison (7) à une surface intérieure (6a ; 12a) du composant horloger (5) ; c) éliminer la couche intermédiaire d'oxyde de silicium (4) entre le composant horloger (5) et la deuxième couche de silicium (3) et la laisser au moins partiellement entre l'élément de liaison (7) et la deuxième couche de silicium (3) ; d) appliquer au moins un traitement au composant horloger (5) ; e) détacher le composant horloger (5) de la plaquette (1) par rupture ou élimination de l'attache (8).

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un composant horloger en silicium.
  • Les composants horlogers en silicium sont généralement fabriqués par gravure ionique réactive profonde - technique également connue sous l'abréviation anglaise DRIE - d'une plaquette de matériau à base de silicium. La plaquette peut être une plaquette de silicium que l'on grave dans toute son épaisseur (cf. par exemple les demandes de brevet EP 1722281 , EP 2145857 et EP 3181938 ) ou un substrat silicium sur isolant dit SOI (silicon on insulator) comprenant une couche supérieure de silicium et une couche inférieure de silicium liées par une couche intermédiaire d'oxyde de silicium, la couche supérieure de silicium étant celle dans laquelle est opérée la gravure (cf. par exemple les demandes de brevet WO 2019/180177 et WO 2019/180596 ). Par rapport à une simple plaquette de silicium, le substrat silicium sur isolant présente l'avantage de posséder un support rigide (la couche inférieure de silicium, de plus grande épaisseur que la couche supérieure) facilitant sa manipulation et son maintien et une couche d'arrêt (la couche intermédiaire d'oxyde de silicium) permettant d'arrêter la gravure.
  • Quel que soit le type de plaquette utilisé, plusieurs composants sont gravés simultanément dans la même plaquette et des attaches ou ponts laissés pendant la gravure maintiennent les composants attachés à la plaquette pour d'autres étapes de la fabrication. Les composants sont ensuite libérés de la plaquette par rupture ou élimination des attaches.
  • De telles attaches, qui relient la périphérie de chaque composant à la plaquette, peuvent poser problème, notamment lorsque la périphérie du composant est une surface fonctionnelle qui ne doit pas voir sa fonction perturbée par des résidus d'attache ou lorsque la surface externe du composant doit présenter un aspect particulièrement soigné, comme par exemple dans le cas d'une aiguille. Dans certains cas, également, en particulier pour des composants portant une micro-denture, la surface extérieure fonctionnelle ne présente pas d'espace libre de taille suffisante pour pouvoir y insérer une attache suffisamment robuste.
  • La demande de brevet WO 2019/166922 propose un procédé de fabrication d'un spiral horloger selon lequel on se munit d'un substrat en silicium portant une couche d'oxyde de silicium, on forme des trous traversants dans la couche d'oxyde de silicium, on fait croître par épitaxie une couche de silicium sur la couche d'oxyde de silicium, cette couche de silicium remplissant les trous traversants pour former des attaches ou ponts de matière, on grave des spiraux dans la couche de silicium, on élimine la couche d'oxyde de silicium, les spiraux restant attachés au substrat en silicium par lesdites attaches, on soumet les spiraux à des traitements thermiques et enfin on détache les spiraux du substrat en silicium.
  • Avec un tel procédé, les spiraux restent liés au substrat après la gravure par des attaches s'étendant hors du plan des spiraux plutôt qu'entre la surface extérieure de la dernière spire et la couche de silicium de gravure comme cela est généralement le cas. Cependant, ce procédé ne permet pas l'emploi de substrats silicium sur isolant du commerce, et faire croître par épitaxie la couche de silicium dans laquelle seront formés les spiraux est une opération compliquée.
  • La présente invention vise à remédier aux inconvénients susmentionnés, ou au moins à les atténuer, et propose à cette fin un procédé de fabrication selon la revendication 1, des modes de réalisation particuliers étant définis dans les revendications dépendantes.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 montre par des vues en coupe schématiques les différentes étapes du procédé de fabrication selon l'invention ;
    • la figure 2 montre en vue de dessus un composant horloger gravé dans une couche supérieure de silicium d'une plaquette silicium sur isolant selon un premier exemple de réalisation. Sur cette figure, les traits blancs représentent les vides créés dans la couche supérieure de silicium par la gravure et les zones grises représentent le silicium de la couche supérieure. En plus du composant horloger sont représentés un élément de liaison et des parties sacrificielles gravés dans la couche supérieure de silicium, l'élément de liaison servant à maintenir le composant horloger attaché à la plaquette ;
    • la figure 3 montre en vue de dessus le composant horloger de la figure 2 attaché à la plaquette après suppression des parties sacrificielles ;
    • la figure 4 montre en vue de dessus un composant horloger gravé dans une couche supérieure de silicium d'une plaquette silicium sur isolant selon un deuxième exemple de réalisation. Sur cette figure, les traits blancs représentent les vides créés dans la couche supérieure de silicium par la gravure et les zones grises représentent le silicium de la couche supérieure. En plus du composant horloger sont représentés un élément de liaison et des parties sacrificielles gravés dans la couche supérieure de silicium, l'élément de liaison servant à maintenir le composant horloger attaché à la plaquette ;
    • la figure 5 montre en vue de dessus le composant horloger de la figure 4 attaché à la plaquette après suppression des parties sacrificielles.
  • Le procédé de fabrication d'un composant horloger en silicium selon l'invention commence par une première étape consistant à se munir d'une plaquette 1 de type silicium sur isolant (figure 1 (a)). Cette plaquette comprend une couche supérieure de silicium 2, une couche inférieure de silicium 3 et, entre les deux, une couche intermédiaire d'oxyde de silicium 4. Le silicium est monocristallin, polycristallin ou amorphe. Il peut être dopé ou non.
  • A une deuxième étape du procédé (figure 1 (b)), on structure la couche supérieure de silicium 2 pour y former le composant horloger, désigné par 5. Pour ce faire, on réalise typiquement une gravure ionique réactive profonde précédée d'une opération de photolithographie comme décrit dans la demande de brevet WO 2019/180596 . La couche intermédiaire d'oxyde de silicium 4 sert à arrêter la gravure. La couche inférieure de silicium 3, de préférence plus épaisse que la couche supérieure de silicium 2, sert quant à elle de support rigide facilitant la gravure ainsi que les étapes suivantes du procédé. Pendant cette deuxième étape, on laisse dans un évidement 6 du composant horloger 5 (cf. figures 1 (b) et 2) une partie 7 de la couche supérieure de silicium 2 que l'on dénommera « élément de liaison », ainsi qu'une attache ou pont de matière 8 reliant cet élément de liaison 7 à la paroi, 6a, de l'évidement 6. Afin d'accélérer la gravure, on peut aussi laisser, dans d'autres évidements et/ou à l'extérieur du composant horloger 5, des parties sacrificielles en silicium 9 qu'aucune attache ne relie au composant horloger dans la couche supérieure de silicium 2.
  • A une troisième étape du procédé, dite de sous-gravure (figure 1 (c)), on grave la couche intermédiaire d'oxyde de silicium 4 pour l'éliminer entre le composant horloger 5 et la couche inférieure de silicium 3. Cette étape peut être mise en œuvre par attaque chimique contrôlée, de préférence à la vapeur, à l'aide d'acide fluorhydrique ou d'un mélange d'acide fluorhydrique et d'éthanol. Cette étape sépare le composant horloger 5 de la couche inférieure de silicium 3 et détache les parties sacrificielles en silicium 9 qui peuvent ainsi être retirées (la figure 3 montre le composant horloger 5 après suppression des parties sacrificielles en silicium 9). Le composant horloger 5 reste cependant attaché à la couche inférieure de silicium 3 par successivement l'attache 8, l'élément de liaison 7 et une partie 10 de la couche intermédiaire d'oxyde de silicium 4 laissée entre l'élément de liaison 7 et la couche 3. En effet, les dimensions de l'élément de liaison 7 sont choisies suffisamment grandes pour qu'après l'élimination de l'oxyde sous le composant horloger 5, l'attache 8 et les parties sacrificielles 9 et jusqu'à l'arrêt de la sous-gravure, de l'oxyde reste sous l'élément de liaison 7.
  • Dans un premier exemple de réalisation, illustré aux figures 2 et 3, l'évidement 6 du composant horloger 5 dans lequel se trouve l'élément de liaison 7 est le trou central d'un moyeu 11 formé par des bras élastiques permettant un montage élastique du composant sur un axe, et l'attache 8 relie l'élément de liaison 7 à la paroi 6a de ce trou central. Dans un deuxième exemple de réalisation, illustré aux figures 4 et 5, l'évidement 6 du composant horloger dans lequel se trouve l'élément de liaison 7 sépare une serge 12 du composant et l'un des bras élastiques du moyeu 11, et l'attache 8 relie l'élément de liaison 7 à la surface interne 12a de la serge 12. De manière générale, l'élément de liaison 7 peut être relié à toute surface intérieure du composant horloger, telle que la surface intérieure d'une serge, d'une cavité, d'un trou d'axe ou autre trou d'assemblage, la surface d'un bras intérieur, la surface intérieure ou extérieure d'un moyeu, etc. On pourrait aussi avoir plusieurs éléments de liaison 7 disjoints reliés par des attaches respectives au composant. Le/chaque élément de liaison 7 pourrait en outre être relié au composant par plusieurs attaches. Le composant horloger est par exemple une roue dentée, comme cela est représenté aux figures 2 à 5, une came, une aiguille indicatrice ou un ressort de type spiral ou autre.
  • Comme la surface extérieure du composant horloger n'a pas besoin d'être reliée par une attache au reste de la plaquette, elle peut être fonctionnelle sur toute sa circonférence et présenter une structure micrométrique du type micro-denture ou autre. De plus, l'état de surface et l'aspect du composant final pourront être optimaux puisque la surface extérieure sera dépourvue de tout résidu d'attache.
  • Une quatrième étape du procédé (figure 1(d)) consiste à oxyder thermiquement le composant horloger 5. A cet effet, on place la plaquette 1 avec le composant horloger 5 dans un four pour le soumettre à une température comprise entre 800 et 1200°C et à une atmosphère oxydante comprenant du gaz de dioxygène ou de la vapeur d'eau jusqu'à obtenir une épaisseur prédéterminée d'oxyde de silicium (SiO2) sur ses surfaces. Cette couche d'oxyde de silicium, 13, se forme en consommant du silicium sur une profondeur correspondant à environ 44% de son épaisseur. L'oxydation est arrêtée avant que la croissance de la couche d'oxyde de silicium 13 sur le composant horloger 5 et sur la couche inférieure de silicium 3 conduise ceux-ci à se toucher.
  • On désoxyde ensuite le composant horloger en éliminant la couche d'oxyde de silicium 13 par exemple par attaque chimique contrôlée, humide ou à la vapeur, à l'aide d'acide fluorhydrique ou d'un mélange d'acide fluorhydrique et d'éthanol (figure 1 (e)). Les tailles respectives du composant horloger 5 et de la couche inférieure de silicium 3 sont alors réduites par rapport à la figure 1(c), ce qui augmente leur écartement d.
  • Puis la séquence d'oxydation-désoxydation illustrée aux figures 1(d) et 1(e) est répétée un certain nombre de fois jusqu'à obtenir une distance d de valeur prédéterminée entre le composant horloger 5 et la couche inférieure de silicium 3.
  • Les paramètres d'oxydation peuvent varier d'une séquence d'oxydation-désoxydation à la suivante. Par exemple, on peut oxyder l'ensemble 3, 5 plus longtemps dans les dernières séquences que dans les premières puisque plus d'espace est disponible entre le composant horloger 5 et la couche inférieure de silicium 3 pour la croissance de l'oxyde de silicium.
  • Chaque étape d'oxydation est arrêtée avant que le composant horloger 5 et la couche inférieure de silicium 3 se touchent par l'intermédiaire de la couche d'oxyde de silicium 13. De la sorte, on supprime le risque que le composant horloger 5 et la couche inférieure de silicium 3 soient attirés l'un vers l'autre et fusionnent lors de l'élimination de la couche d'oxyde de silicium 13.
  • En plus d'augmenter l'écartement d, ces séquences d'oxydation-désoxydation permettent d'atténuer les défauts de surface du composant horloger, notamment des ondulations que crée la gravure ionique réactive profonde sur les flancs du composant horloger.
  • A une étape suivante du procédé (figure 1(f)), une couche d'oxyde de silicium permanente 14 peut être formée sur le composant horloger, par oxydation thermique ou dépôt, pour augmenter sa résistance mécanique. Le grand écartement d obtenu par les séquences d'oxydation-désoxydation rendent possible la formation d'une couche d'oxyde 14 de grande épaisseur, par exemple environ 3 µm voire plus, alors que le composant est encore attaché à la plaquette 1.
  • Les plaquettes silicium sur isolant du commerce sont généralement obtenues par croissance d'une couche d'oxyde sur une plaquette de silicium et soudage par fusion d'une autre plaquette de silicium sur la couche d'oxyde. Du fait du stress compressif qu'elle génère sur la première plaquette de silicium, la couche d'oxyde doit avoir une épaisseur limitée, comprise au maximum entre 1 et 3 µm. On comprend dès lors l'intérêt de pouvoir accroître à volonté la distance d entre le composant horloger 5 et la couche inférieure de silicium 3 avant la formation de la couche d'oxyde de silicium permanente 14 comme le permet l'invention.
  • En alternative à la couche d'oxyde de silicium permanente 14, ou sur cette couche, le composant horloger 5 pourrait recevoir une couche d'un matériau ayant de bonnes propriétés tribologiques, par exemple du carbone cristallisé sous forme de diamant (DLC) ou des nanotubes de carbone, une couche formant une barrière contre l'oxygène ou une couche, par exemple en parylène, servant à contenir les débris en cas de rupture du composant.
  • En plus des traitements d'oxydation-désoxydation, ou en alternative à ceux-ci, on pourrait appliquer au composant horloger 5 d'autres traitements tels qu'un recuit dans une atmosphère réductrice selon l'enseignement de la demande de brevet CH 702431 .
  • Le composant horloger 5 fait typiquement partie d'un lot de composants horlogers identiques fabriqués simultanément dans la plaquette 1. A une dernière étape du procédé, les composants horlogers sont détachés de la plaquette 1 par rupture ou élimination des attaches 8. On peut à cet effet tourner les composants horlogers par rapport à la plaquette 1 au moyen de brucelles jusqu'à casser les attaches 8, ou couper ces dernières par laser.
  • La présente invention autorise un travail complet sur le ou les composants horlogers pendant qu'ils sont liés à la plaquette. On peut ainsi atteindre des niveaux de qualité élevés et répétables avec une bonne uniformité entre les différents composants.
  • Les composants horlogers pourront être intégrés dans des pièces d'horlogerie telles que des montres-bracelets, des montres de poches ou des pendulettes.

Claims (11)

  1. Procédé de fabrication d'un composant horloger en silicium comprenant les étapes suivantes :
    a) se munir d'une plaquette (1) comprenant une première couche de silicium (2), une deuxième couche de silicium (3) et, entre les deux, une couche intermédiaire d'oxyde de silicium (4) ;
    b) graver la première couche de silicium (2) pour y former le composant horloger (5), au moins un élément de liaison (7) situé dans un évidement (6) du composant horloger (5) et au moins une attache (8) reliant cet élément de liaison (7) à une surface intérieure (6a ; 12a) du composant horloger (5) ;
    c) éliminer la couche intermédiaire d'oxyde de silicium (4) entre le composant horloger (5) et la deuxième couche de silicium (3) et la laisser au moins partiellement entre l'élément de liaison (7) et la deuxième couche de silicium (3) ;
    d) appliquer au moins un traitement au composant horloger (5) ;
    e) détacher le composant horloger (5) de la plaquette (1) par rupture ou élimination de l'au moins une attache (8).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (6) est un trou destiné à servir à l'assemblage du composant horloger (5) avec un élément, par exemple un axe.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (6) sépare un moyeu (11) et une serge (12) du composant horloger (5).
  4. Procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que la surface intérieure (12a) est la surface intérieure d'une serge (12) du composant horloger (5).
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape b) comprend une gravure ionique réactive profonde.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape b) laisse des parties sacrificielles (9) dans la première couche de silicium (2) qui sont ensuite détachées par l'étape c).
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étape d) comprend une phase d'oxydation thermique suivie d'une phase de désoxydation, la phase d'oxydation thermique étant arrêtée avant que le composant horloger (5) et la deuxième couche de silicium (3) se touchent.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les phases d'oxydation thermique et de désoxydation sont répétées une ou plusieurs fois.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'étape d) comprend la formation d'une couche d'oxyde de silicium permanente (14).
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le composant horloger est une roue dentée (5), une aiguille, une came ou un ressort.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que plusieurs dits composants horlogers sont fabriqués à partir de ladite plaquette (1).
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