TWI438588B - 由絕緣材料製成的微機械零件及其製造方法 - Google Patents

Description

由絕緣材料製成的微機械零件及其製造方法

本發明係有關於一種由絕緣材料製成的微機械零件，更詳細地說是有關於時計機心的固定或活動零件，其鄰近於其它的零件，但不會因為吸引顆粒之故而直接或間接干擾到一活動零件的作動。

絕緣材料，例如矽及其化合物、石英、鑽石、玻璃、陶瓷或其它的材料，愈來愈常被製錶業用來製作微機械零件，不論是諸如板件或橋接件之類的固定零件，或是用來構成諸如擺輪游絲(3)、擺輪或擒縱器之類的運動鏈(5，7，10)或調節系統之零件的活動零件。

其已觀察到，特別是在透過例如樞接至螺栓上及由非導電性接著劑附著住而與其它零件完全隔離開的擺輪游絲上，使用矽會有一項缺點。事實上，在一段運轉時間之後，在擺輪游絲的外側末端曲弧部與內側末端曲弧部之間的某些數量的盤圈會黏附至擺輪旋塞上，這對於此調節系統的等時性必定是不利的。相同的現象亦可在其它由矽或其它絕緣材料所製成的零件上看到，這最終亦會對於等時性造成不利的作用。

本發明的目的是要透過提供一種由其表面處理能避免 黏附之風險的絕緣材料所製作之固定或活動的微機械零件來提供出解決前述問題的一種解決方案。

因此，本發明係有關於一種由絕緣材料製成的微機械零件，例如矽及其化合物、鑽石、玻璃、陶瓷或其它材料，其表面的全部或一部分上塗佈以一層導電材料的薄沉積層，例如金屬材料或非金屬導電材料。該導電沉積層最好具有小於50nm的厚度。此非常薄的沉積層，對於肉眼而言是看不到的，但是可以透過電流分析裝置而感知到，可以消除被相鄰零件吸引及附著的風險，該吸引作用是因為摩擦或張力易於在該零件上造成靜電荷。

此沉積層可以施用在由絕緣材料所製成的單塊或複合零件上，亦即至少外側表面是由絕緣材料所製成的。

在可達成前述目的的材料中，諸如金、鉑、銠及鈀之類的不會氧化非磁性金屬是最適合選用的。

非金屬導電材料中，石墨、碳、摻雜的矽及導電聚合物較適合選用。

這些金屬可以已知的方法來沉積並透過調整作業條件來控制其厚度，例如使用濺鍍、物理氣相沉積、摻雜、反應離子植入或電解的方法。相同的技術可以用於沉積非導電性金屬材料。

在一較佳的應用模式中，該微機械零件是一計時機心之運動鏈中的零件，例如擺輪游絲、掣子、擒縱輪或齒輪，或任何其它可用來形成例如活動零件心軸軸承的固定零件。在下文的詳細說明中，其將以擺輪游絲來更詳細地 說明本發明，該擺輪游絲是時計機心中最敏感的零件。

本發明亦是有關於一種結合此種型式微機械零件的時計。

接下來將透過第1圖中所示的游絲擺輪調節裝置來更詳細地說明本發明，其中擺輪游絲1舉例來說是由矽製成的，係採用以一矽板或任何其它非晶或結晶絕緣材料來製作積體電路或加速計所使用的微加工技術來製作的。例如說，可以透過使用適合於擺輪游絲所需之輪廓的遮罩來進行濕式蝕刻、乾式電漿加工或反應式離子蝕刻(RIE)等。

在小尺寸的情形下，同一片矽板可以進行一批擺輪游絲的製作，而其特性是由該板的厚度及該遮罩的形狀來決定的，該特性係針對擺輪游絲在一平面上運作而計算而得的。

現在參閱第2圖，其中的剖面係僅侷限於擺輪游絲1及擺輪旋塞9，當盤圈11未做過任何的處理時，該盤圈11在相當的運作時間之後的行為是顯示在圖的左側。如可看到的，該盤圈11會被擺輪旋塞9所吸引而移離它們虛線所示的正常位置，它們甚至會附著至後者上，這顯然會影響到正常的作業，亦即僅在一平面上伸縮的動作。

右側邊顯示出做過處理的擺輪游絲1，虛線代表沒有做過處理的盤圈11所會存在的位置。如所看到的，該擺 輪游絲會完美地維持在一平面上。事實上，非常驚訝地發現到，透過在該盤圈表面的全部或一部分上設置一層諸如金屬材料之類的導電材料的非常薄沉積層，其將可以消除前述的有害作用，但不會對於該擺輪游絲本身的機械性質造成改變。“非常薄沉積層”意指厚度小於50nm的沉積層，最好是在10與20nm之間。當此沉積層小於50nm時，該零件本身的機械性質將不會改變，且該沉積層對於肉眼而言是看不到的，但是可以透過電流分析技術而感受到。如果使用導電金屬材料的話，則所用的材料最好是不會氧化的非磁性金屬，例如金、鉑、銠、鈀。此沉積層可以由多種已知的方法來製作之，例如濺鍍、物理氣相沉積、離子植入或電解沉積。

舉例來說，15nm厚的金沉積層可以透過施用60mA的電流15稍而以濺鍍法製作之。

在要沉積非金屬導電材料時，該材料最好是選自包含有石墨、碳、摻雜之矽及導電聚合物在內的族群，可以使用前述提及的沉積技術及厚度。

在此僅說明矽材質的擺輪游絲，但是其它非晶或結晶的不導電材料也可以使用，例如先前提及者，再以表面金屬化處理，以避免吸引及附著的風險。

也可以使用複合材料來製作例如具有矽質核心及厚層二氧化矽塗層(即大於50nm的厚度)的擺輪游絲，其上可以沉積出薄的導電材料沉積層。

“複合材料”也可以包括一金屬質核心埋設於絕緣材 料內。

同樣的，本發明並不僅限於擺輪游絲，亦可應用於其它的活動零件，例如掣子、擒縱輪或齒輪，以及其它時計機心的固定或活動零件。

1‧‧‧擺輪游絲

9‧‧‧擺輪旋塞

11‧‧‧盤圈

第1圖是設有根據本發明處理過之擺輪游絲的游絲擺輪的部分剖面上視圖。

第2圖是沿著第1圖中線II-II所取的剖面圖，顯示出部分剖開的情形。

1‧‧‧擺輪游絲

9‧‧‧擺輪旋塞

11‧‧‧盤圈

Claims (15)

1. 一種由至少一絕緣材料製成的微機械零件，係供組合於一時計機心的運動鏈內，其中該微機械零件之表面的全部或一部分上塗佈以一層導電材料沉積層，以避免靜電荷產生於該微機械零件上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的微機械零件，其中該導電材料沉積層的厚度是小於50nm，最好是在10與20nm之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述的微機械零件，其中該絕緣材料是選自於矽及矽化合物、鑽石、玻璃及陶瓷。
4. 如申請專利範圍第3項所述的微機械零件，其中該微機械零件包含一矽質核心，其上形成有一層二氧化矽塗層，其厚度大於50nm。
5. 如申請專利範圍第1項所述的微機械零件，其中該導電材料是金屬材料。
6. 如申請專利範圍第5項所述的微機械零件，其中該用來進行沉積的金屬材料是不會氧化的非磁性材料。
7. 如申請專利範圍第6項所述的微機械零件，其中該金屬是選自於自金、鉑、銠及鈀。
8. 如申請專利範圍第1項所述的微機械零件，其中該導電材料是非金屬導電材料。
9. 如申請專利範圍第8項所述的微機械零件，其中該用來進行沉積的非金屬導電材料是選自於由石墨、碳、摻雜的矽及導電聚合物所構成的材料族群。
10. 如申請專利範圍第1項所述的微機械零件，其中該微機械零件包含擒縱器的零件或是游絲擺輪系統的零件，例如擺輪游絲、掣子、擒縱輪或齒輪，或是任何其它的固定或活動零件。
11. 一種時計，包含有一由至少一絕緣材料製成而供組合於一時計機心之運動鏈內的微機械零件，其中該微機械零件之表面的全部或一部分上塗佈以一層導電材料沉積層，以避免靜電荷產生於該微機械零件上。
12. 一種製造由至少一絕緣材料製成的微機械零件的方法，該微機械零件係供組合於一時計機心的運動鏈內，其中該微機械零件之表面的全部或一部分上塗佈以一層導電材料沉積層，該方法包含下列步驟：在一片絕緣材料板上加工出一零件或一批零件；以及在該零件的全部或部分表面上進行一層導電材料的沉積作業，以避免靜電荷產生於該微機械零件中，而同時調整作業條件，以得到所需的厚度。
13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中該沉積步驟包含沉積一金屬材料或一導電非金屬材料。
14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中該導電沉積是以濺鍍、物理氣相沉積、摻雜、離子植入、電解法、或任何其它的方法實施的，以得到該沉積層。
15. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中該絕緣材料是塗佈著氧化矽的矽，而該導電材料是金。