TWI706237B - 在微機械時計零件上形成裝飾性表面的方法及該微機械時計零件 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種在包含矽基基底(1)的微機械時計零件上形成裝飾性表面的方法。根據本發明，該方法包括，在對應到要被形成的裝飾性表面的矽基基底(1)的區域上，於矽基基底(1)的表面上形成細孔(2)的至少一個步驟a)，細孔被設計成在微機械時計零件的外表面處對外開口。
本發明還關於一種包含矽基基底(1)的微機械時計零件，且其在矽基基底(1)的至少一區域上具有細孔(2)，細孔(2)被形成在矽基基底(1)的該區域中且在微機械時計零件的外表面處對外開口，以在該區域上形成裝飾性表面。

Description

在微機械時計零件上形成裝飾性表面的方法及該微機械時計零件
本發明關於一種用於在包含矽基基底的微機械時計零件上製造裝飾性表面的方法。本發明亦關於一種包含這種裝飾性表面的微機械時計零件，此裝飾性表面尤其是能夠藉由這樣的製程被得到。
矽為一種越來越多地被使用在微機械時計零件的製造中的材料，特別是保持為被連接到它們已在其上被加工的矽基基底的零件。
例如，矽基基底可被使用來製造錶盤(dials)。
手錶的錶盤或其它時計零件包括雕刻或裝飾性表面，這使得其能夠提供資訊或突顯錶盤。這些裝飾傳統上藉由不同的雕刻技術被製造出來。
當具有矽基的錶盤被製造出來，必須要提出容易被實施的新的技術，以製造出這樣的雕刻或裝飾性表面。
為此目的，本發明關於一種用於在包含矽基基底的微機械時計零件上形成裝飾性表面的方法。
根據本發明，該方法包括在對應到要被形成的裝飾性表面的矽基基底的區域上，於矽基基底的表面上形成細孔的至少一個步驟a)，細孔被設計成在微機械時計零件的外表面處對外開口。
本發明還關於一種微機械時計零件，其能夠藉由上述的方法而被得到。
本發明還關於一種包含矽基基底的微機械時計零件，且其在矽基基底的至少一區域上具有細孔，細孔被形成在矽基基底的該區域中且在微機械時計零件的外表面處對外開口，以在該區域上形成裝飾性表面。
根據本發明的方法使得其能夠在微機械時計零件上製造出多孔矽表面，其為裝飾性的且為接近黑色之非常深的顏色。被施加到多孔矽上之金屬化塗層使得其能夠得到干涉色(interferential colours)之裝飾性表面。
1‧‧‧矽基基底
2‧‧‧細孔
3‧‧‧矽基柱
本發明的目標、優勢及特徵在本發明的至少一個實施例的以下詳細說明中將顯得更為清楚，本發明的至少一個實施例的以下詳細說明僅以非限制性例子的方式被提供且藉由所附的圖式被顯示出來，其中：
- 圖1及圖2示意性地顯示根據本發明的方法的步驟。
參照圖1及圖2，根據本發明之用於在包含矽基基底1的微機械時計零件上形成裝飾性表面的方法首先包括步驟a)，在對應到要被形成的裝飾性表面的矽基基底1的區域上，步驟a)從矽基基底1的表面形成細孔2。細孔2被設計成在微機械時計零件的外表面處對外開口，以形成使用者可見的表面。隨著要被形成的微機械時計零件的功能而選定矽基基底1。在本發明的方法的實施之前或之後，隨著要被製造出來的微機械時計零件的功能，給出矽基基底的最終型態。在本發明中，詞句「矽基基底」係敘述在基底中的矽層以及由矽所製成的基底兩者。較佳地，矽基基底1為矽晶圓或矽晶絕緣體(Silicon-on-Insulator，SOI)晶圓。
較佳地，此步驟a)可藉由從包含藉由電化學蝕刻(electrochemical etching)的方法、«Stain-etch»型的方法、以及«MAC-Etch»型的方法的群組選出的方法來達成。
藉由電化學蝕刻的方法可為藉由電化學陽極化處理(anodisation)的方法。其實施需要使用電化學槽，電化學槽在水溶液中含有氫氟酸(hydrofluoric acid)或被與1到10%濃度的乙醇混合。電流及電極為必要的，以建立造 成矽的蝕刻之電化學條件。根據電化學條件，可得到各種類型的細孔。這種方法為本領域技術人士所習知的，且在此不需要詳細的資訊。
«Stain-etch»型的方法係基於直接造成多孔矽的形成之矽的濕蝕刻(moist etching)。一般而言，侵蝕藉由具有50-500：1的HF：HNO3比率之HF/HNO3/H2O溶液而發生。此方法具有不需要在槽中的電力供應的優點。此方法為本領域技術人士所習知的，且在此不需要詳細的資訊。
較佳地，步驟a)藉由«MAC-Etch»型的方法來達成。此方法係基於貴金屬(noble metal)的粒子的使用，以催化局部化學蝕刻反應。一般而言，貴金屬(金、銀、鉑)之非常薄的層(10-50nm)以隨機的方式或藉由剝離、蝕刻、雷射等被沉積及結構化。較佳地，貴金屬為金。具體而言，其較佳地可使用在HF/H2O2混合物中的溶液中的金粒子。粒子的大小可為介於5及1000nm之間。藉由金的微影製程、蝕刻或剝離，可得到此結構。另一個選擇為非常細微的非封閉層(5-30nm)的蒸發或陰極噴塗(cathodic pulverisation)(濺鍍)。熱處理將能夠促進金的區塊(islet)的形成。
當具有貴金屬層的矽被浸入HF/H2O2混合物的水溶液中時，貴金屬局部地催化矽的溶解。此蝕刻溶液一般可包括4ml：1ml：8ml(48% HF：30% H2O2：H2O)和4ml：1ml：40ml(48% HF：30% H2O2：H2O)之間。矽 的溶解在金屬的情況下優先被產生，在後的滲透接著逐步地進入到矽當中。根據實質上受到矽晶體的定向、表面沉積、摻雜以及槽的化學反應的影響之擴散模式，此反應可被持續到大的深度(大於100μm)。«MAC-Etch»型的方法具有不需要在槽中的電力供應的優點，同時允許在矽中形成非常大深度(大於100μm)的細孔。因此，其為特別適合一般被用於製造時計部件之以SOI晶圓作為基底的使用。
本領域技術人士熟知上述方法的參數，其為要被實施以使得形成在矽基基底中的細孔具有適當的幾何形狀及大小。
尤其是，當在時計零件的平面中使細孔同化為具有圓形截面的孔時，該等細孔較佳地可具有介於10nm及1000nm之間的直徑。
較佳地，細孔可具有大於100nm的深度，較佳地介於100nm及10μm之間的深度，且更佳地介於100nm及3μm之間的深度。
細孔之適當的幾何形狀與大小使得其能夠得到多孔矽的區域，特別是在可見光範圍內，多孔矽的區域具有非常高的光吸收功率，且為抗反射的。因此，得到具有實質上為黑色之非常深的顏色的區域。如圖2所示，超過一定深度之在矽基基底1中的細孔2的形成導致在細孔2之間之同樣深度的矽基柱3的形成。較佳地，當考量到矽基柱為具有圓形截面時，細孔2被形成為使得矽基柱3的投影表 面少於總外觀表面的79%，為了不具備相互接觸之矽基柱。所得到的顏色區域被使用來在微機械時計零件上作為裝飾性表面。藉由裝飾性表面，意圖作出，例如，設計、花紋(motif)或雕刻，像是數字或任何其它的裝飾。
根據本發明的方法在步驟a)之後可選擇性地包括第二步驟b)，第二步驟b)包括在由根據步驟a)所得到的多孔矽所製成的裝飾性表面上沉積至少一塗層。
較佳地，在步驟b)中被沉積的此塗層可包括金屬化層(metallisation layer)，金屬化層係基於選自包含Cr、Ti、Ag、Pt、Cu、Ni、Pd、Rh的群組的元素的至少一者。較佳地，金屬化層為厚度少於50nm的細微層(fine layer)。
較佳地，在步驟b)中被沉積的塗層也可包括透明氧化物塗層，例如，選自包含SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、VO2或其混合物的群組之氧化物中的一者。金屬化層或氧化物層可被使用在其自身上，且被，例如，直接沉積在多孔矽上，或者，這兩層可被結合，氧化物層因此覆蓋金屬化層。氧化物層的厚度較佳為介於100nm及2000nm之間。
在由多孔矽所製成的裝飾性表面上之具有金屬化層以及具有透明氧化物層的塗層使得其能夠得到具有干涉色的裝飾性表面。
根據本發明的方法較佳地可被實施來用於像是錶盤之矽基時計零件的製造。
本發明還關於一種微機械時計零件，其能夠藉由上述的方法而被得到。
尤其是，本發明關於一種包含矽基基底1的微機械時計零件，且其在矽基基底1的至少一區域上具有細孔2，細孔2被形成在矽基基底1的該區域中且在微機械時計零件的外表面處對外開口，以在該區域上形成非常深的顏色的裝飾性表面，如同上面所說明的。
根據另一實施例，多孔矽的裝飾性表面被以包括金屬化層的塗層覆蓋，金屬化層係基於選自包含Cr、Ti、Ag、Pt、Cu、Ni、Pd、Rh的群組的元素的至少一者。
根據另一實施例，多孔矽的裝飾性表面被以包括透明氧化物層的塗層覆蓋，透明氧化物層係選自包含SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、VO2的群組。
較佳地，多孔矽的裝飾性表面被以塗層覆蓋，塗層包括被透明氧化物層覆蓋的金屬化層。這使得其能夠以干涉色形成裝飾性表面。
1‧‧‧矽基基底
2‧‧‧細孔
3‧‧‧矽基柱

Claims (10)

  1. 一種在包含矽基基底(1)的微機械時計零件上形成裝飾性表面的方法，該方法包括至少一個步驟a)，在對應到要被形成的該裝飾性表面的該矽基基底(1)的區域上，該步驟a)於該矽基基底(1)的該表面上形成細孔(2)，該等細孔被設計成在該微機械時計零件的外表面處對外開口，在該微機械時計零件的平面中，該等細孔被同化為具有圓形截面的孔，且具有介於10nm及1000nm之間的直徑以及大於100nm的深度，以得到具有非常高的光吸收功率之多孔矽的區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該方法在該步驟a)之後包括在該裝飾性表面上沉積至少一塗層的步驟b)。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，該塗層包括金屬化層。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，該塗層包括透明氧化物層，該透明氧化物層係選自包含SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、VO2的群組。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，步驟a)藉由從包含藉由電化學蝕刻的方法、«Stain-etch»型的方法、以及«MAC-Etch»型的方法的群組中所選出的方法來完成。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中，步驟a)藉由«MAC-Etch»型的方法來完成。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該矽基基底(1)為矽晶圓或矽晶絕緣體(Silicon-on-Insulator，SOI)晶圓。
  8. 一種微機械時計零件，其能夠藉由如申請專利範圍第1至7項任一項之方法而被得到。
  9. 一種包含矽基基底(1)的微機械時計零件，該微機械時計零件在該矽基基底(1)的至少一區域上具有細孔(2)，該等細孔(2)被形成在該矽基基底(1)的該區域中且在該微機械時計零件的外表面處對外開口，以在該區域上形成裝飾性表面，在該微機械時計零件的平面中，該等細孔被同化為具有圓形截面的孔，且具有介於10nm及1000nm之間的直徑以及大於100nm的深度，以得到具有非常高的光吸收功率之多孔矽的區域。
  10. 如申請專利範圍第9項之微機械時計零件，其中，該裝飾性表面被塗層所覆蓋，該塗層包括金屬化層及/或透明氧化物層，該透明氧化物層係選自包含SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、VO2的群組。
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