CH699476A2 - Procédé de fabrication d'un composant horloger en silicium. - Google Patents
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Abstract
Un procédé de fabrication d’un composant horloger en silicium comprend les étapes consistant à: former le composant par gravure de silicium, arrondir les arêtes (9) du composant, pour augmenter sa résistance mécanique.
Description
[0001] La présente invention concerne la fabrication de composants horlogers en silicium. [0002] Du fait de ses nombreux avantages, en particulier sa faible densité, son élasticité et son amagnétisme, le silicium est de plus en plus utilisé pour fabriquer des composants horlogers, notamment des composants de mouvement horloger tels que des roues, des ressorts-spiraux ou des échappements. Son utilisation dans ce but a été décrite notamment dans les demandes de brevet EP 0 732 635, EP 1 422 436, EP 1 473 604, EP 1 850 193, EP 1 826 635 et WO 2007/000 271. [0003] Le silicium présente néanmoins l'inconvénient d'être fragile. Un composant en silicium peut facilement se rompre, s'ébrécher ou se fissurer sous l'effet d'un choc ou lorsqu'il est manipulé. La manipulation de tels composants lors de l'assemblage d'un mouvement est donc délicate. Des ruptures de composants en silicium peuvent aussi se produire pendant leur fonctionnement lorsque la montre subit des chocs. [0004] Pour augmenter la résistance mécanique d'un composant en silicium, il est proposé dans la demande de brevet WO 2007/000 271 de le revêtir d'une couche de dioxyde de silicium d'épaisseur au moins cinq fois supérieure à l'épaisseur du dioxyde de silicium natif. Si cette solution permet effectivement de rendre le composant en silicium moins fragile, les risques de rupture de celui-ci restent élevés. [0005] La présente invention vise à proposer une autre manière d'augmenter la résistance mécanique d'un composant horloger en silicium, pouvant se cumuler avec celle consistant à revêtir le composant de dioxyde de silicium. [0006] A cette fin est prévu un procédé de fabrication d'un composant horloger en silicium, comprenant les étapes consistant à: former le composant par gravure de silicium, arrondir les arêtes du composant. [0007] Du fait que les composants horlogers en silicium sont obtenus par des techniques de micro-fabrication, leurs arêtes sont généralement très vives, c'est-à-dire ont un petit rayon de courbure. Les pressions exercées sur ces dernières lors de contacts ou chocs peuvent donc être très élevées et dépasser la limite élastique du silicium. Les arêtes constituent dès lors des zones de faiblesse dans lesquelles se produisent des ébréchures ou s'amorcent des ruptures ou fissures pouvant se propager selon des plans cristallins. En arrondissant les arêtes, on augmente localement le rayon de courbure et on diminue ainsi les pressions de contact à la surface du composant. Une augmentation sensible de la résistance mécanique du composant peut alors être obtenue. [0008] Il est certes connu dans la technique horlogère de travailler les arêtes de certaines pièces à l'aide d'outils abrasifs tels que des limes. C'est ce que l'on appelle "l'anglage". Mais les pièces en question sont métalliques et le but recherché est d'éliminer les bavures. De plus, dans l'anglage, on n'arrondit pas les arêtes mais on les remplace par des chanfreins ou biseaux, généralement taillés à 45[deg.]. [0009] De préférence, l'étape d'arrondissement des arêtes comprend l'application d'un traitement de polissage en vrac au composant. [0010] Lesdites arêtes comprennent typiquement au moins une arête définie par des surfaces du composant formant un angle sensiblement droit entre elles. [0011] L'étape de formation du composant par gravure de silicium est de préférence réalisée selon la méthode de gravure ionique réactive profonde DRIE. [0012] Le procédé peut en outre comprendre, avant ou après l'étape d'arrondissement des arêtes, une étape de traitement de surface consistant à former une couche à la surface du composant pour augmenter encore sa résistance mécanique. Cette couche est de préférence en dioxyde de silicium et a de préférence une épaisseur au moins égale à 0,5 micron. [0013] L'étape de formation du composant par gravure de silicium peut être réalisée dans une couche de silicium comportant déjà au moins une surface polie. [0014] 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: <tb>la fig. 1 <sep>montre schématiquement un procédé de fabrication d'un ou plusieurs composants horlogers en silicium selon un mode de réalisation préféré de l'invention; <tb>la fig. 2 <sep>est une vue en perspective partielle d'une ancre d'échappement réalisée par DRIE, montrant plus particulièrement une palette de cette ancre; <tb>la fig. 3 <sep>est une vue en perspective partielle de la même ancre après arrondissement des arêtes. [0015] La fig. 1 montre les différentes étapes du mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention. [0016] A une première étape (fig. 1a), on prépare une plaque de silicium sur isolant (SOI: Silicon On Insulator), constituée d'un empilement d'une couche de support 1 en silicium (Si), d'une deuxième couche 2 en dioxyde de silicium (SiOa) et d'une troisième couche 3 en silicium (Si). La couche 2 sert d'adhésif liant les couches 1 et 3. Dans les plaques SOI de ce type que l'on trouve sur le marché, la surface 1a de la couche de support 1 en contact avec la couche de dioxyde de silicium 2 est polie, de même que la surface 3a de la troisième couche 3 en contact avec la couche de dioxyde de silicium 2 et la surface 3b de la troisième couche 3 opposée à la surface 3a. [0017] A une deuxième étape (fig. 1b), on forme un masque de gravure (non représenté) sur la surface 3b et on grave la troisième couche 3 à travers ce masque selon le procédé DRIE de manière à former le composant souhaité ou un ensemble de composants souhaités dans la couche 3. [0018] A une troisième étape (fig. 1c), on enlève le masque de gravure. On enlève aussi la couche de dioxyde de silicium 2 pour séparer la troisième couche 3 de la couche de support 1 et séparer les différents composants 4 formés dans la troisième couche 3. [0019] Une quatrième étape peut être prévue (fig. 1d) consistant à revêtir les composants 4 d'une couche de dioxyde de silicium 5 sur toute leur surface extérieure pour augmenter leur résistance mécanique. Cette étape est réalisée par un traitement de surface tel qu'un traitement d'oxydation thermique, un dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou un dépôt physique en phase vapeur (PVD), afin d'obtenir une couche de dioxyde de silicium d'épaisseur supérieure à la couche de dioxyde de silicium dit "natif" se formant naturellement en présence d'air. L'épaisseur de la couche de dioxyde de silicium 5 est de préférence au moins égale à 0,5 micron. [0020] A l'issue de ces trois ou quatre étapes, les composants 4 obtenus ont une surface supérieure 6, une surface inférieure 7 et des flancs 8 formant chacun un angle sensiblement droit avec chacune des surfaces supérieure et inférieure 6, 7. Le procédé DRIE permet l'obtention d'une bonne perpendicularité entre les flancs 8 et les surfaces 6, 7, plus précisément d'un angle entre les flancs 8 et les surfaces 6, 7 s'écartant d'au plus 2[deg.] de l'angle droit. Du fait que les surfaces 3a et 3b étaient polies, les surfaces 6, 7 sont elles aussi polies. Les arêtes 9 entre les flancs 8 et les surfaces 6, 7 sont vives. La fig. 2 montre un exemple de composant, en l'occurrence une ancre d'échappement, tel qu'obtenu à l'issue de la troisième ou quatrième étape, avec ses arêtes vives 9. [0021] Conformément à l'invention, pour augmenter leur résistance mécanique, on fait subir aux composants 4, après la troisième étape, entre les troisième et quatrième étapes ou après la quatrième étape, un traitement supplémentaire consistant à arrondir leurs arêtes (fig. 1e). Travailler les arêtes à l'aide d'outils abrasifs, comme cela se fait dans l'anglage des pièces métalliques, n'est pas envisageable ici en raison de la fragilité du silicium. Pour arrondir les arêtes, la présente invention propose d'appliquer un traitement de polissage en vrac aux composants. Par polissage en vrac on entend un traitement dans lequel les composants sont placés à l'intérieur d'un contenant (cuve, chambre, bol,...) dans lequel se trouvent des éléments abrasifs et dans lequel un mouvement est entretenu pour produire des frottements entre les composants et les éléments abrasifs. Les éléments abrasifs sont généralement sous forme de particules portées par des corps porteurs de plus grande taille et l'ensemble comprenant les composants à traiter et les corps porteurs avec les particules abrasives peut être baigné dans un liquide. Le mouvement entretenu peut être un mouvement vibratoire ou de va-et-vient appliqué au contenant. [0022] Un tel polissage en vrac polit toute la surface extérieure de chaque composant. Les présents inventeurs ont constaté que, de manière surprenante, un tel polissage de toute la surface extérieure, pour arrondir les arêtes 9, pouvait être effectué sans dégrader les surfaces déjà polies 6, 7. Une condition à respecter néanmoins est d'écarter suffisamment les composants les uns des autres et de la paroi du contenant et d'entourer chacun des composants de suffisamment de corps porteurs et de particules abrasives pour éviter les chocs. [0023] Le polissage en vrac des composants dure typiquement entre 8 heures et 16 heures selon le type de composants (roues, roues dentées, ancres et roues d'échappement, balanciers, autres pièces pivotées, ressorts-spiraux, ressorts de barillet, ressorts de sautoir, paliers, etc.) que l'on souhaite traiter. Plus la durée du traitement est longue, plus le rayon de courbure des arêtes sera grand. On veillera toutefois à ce que le traitement reste suffisamment court pour que les cotes des composants ne soient sensiblement pas modifiées. La fig. 3 montre à titre d'illustration l'ancre de la fig. 2après l'étape de polissage en vrac. [0024] Un revêtement peut être formé à la surface des composants, par exemple un revêtement de carbone cristallisé sous forme de diamant (DLC), pour améliorer leurs propriétés tribologiques. Un tel revêtement peut être déposé sur le silicium lui-même, si la quatrième étape n'est pas mise en oeuvre, ou sur la couche de dioxyde de silicium 5 dans le cas contraire. [0025] La couche de dioxyde de silicium 5 peut être remplacée par une couche d'un autre matériau ayant aussi pour effet d'augmenter la résistance mécanique des composants, par exemple une couche de nitrure ou de carbure de silicium ou de carbure ou de nitrure de titane, comme cela est proposé également dans le document WO 2007/000 016 271.
Claims (8)
1. Procédé de fabrication d'un composant horloger en silicium, comprenant les étapes consistant à:
- former le composant par gravure de silicium,
- arrondir les arêtes du composant.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'arrondissement des arêtes comprend l'application d'un traitement de polissage en vrac au composant.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites arêtes comprennent au moins une arête définie par des surfaces du composant formant un angle sensiblement droit entre elles.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de formation du composant par gravure de silicium est réalisée selon la méthode de gravure ionique réactive profonde.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant ou après l'étape d'arrondissement des arêtes, une étape de traitement de surface consistant à former une couche à la surface du composant pour améliorer sa résistance mécanique.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de traitement de surface consiste à former une couche de dioxyde de silicium à la surface du composant.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de traitement de surface consiste à former une couche de dioxyde de silicium d'épaisseur au moins égale à 0,5 micron à la surface du composant.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étape de formation du composant par gravure de silicium est réalisée dans une couche de silicium comportant déjà au moins une surface polie.
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