CH700139B1

CH700139B1 - Pièce micromécanique en carbure de silicium monocristallin.

Info

Publication number: CH700139B1
Application number: CH19992008A
Authority: CH
Inventors: Nicolaas De Rooij; Alex Dommann; Sylvain Jeanneret; Pierre-Andre Clerc
Original assignee: Suisse Electronique Microtech
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2013-12-13
Also published as: CH700139A1

Abstract

La présente invention concerne une pièce micromécanique réalisée en carbure de silicium monocristallin. Elle concerne également un procédé de réalisation d’une telle pièce, comportant les étapes suivantes: – se doter d’une plaque en carbure de silicium monocristallin, – transférer l’image de la pièce à réaliser à l’aide d’un masque sur la plaque en carbure de silicium, – graver par gravure sèche sous atmosphère contrôlée, la plaque munie du masque, – éliminer le masque pour obtenir la pièce en carbure de silicium.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne le domaine de la micromécanique et concerne, plus particulièrement, une pièce micromécanique.

Etat de la technique

[0002] Le carbure de silicium est connu pour ses propriétés de dureté et son comportement en matière de frottement. Ce matériau a été utilisé pour des pièces micromécaniques principalement comme revêtement de pièces, dont l’âme est réalisée en un autre matériau. Par exemple, le document US 4 495 254 enseigne l’utilisation de couche de protection, notamment en carbure de silicium, déposée sur une pièce métallique.

[0003] On connaît aussi du document FR 2 322 113 la possibilité de faire des pièces en carbure de silicium polycristallin. Toutefois, le carbure de silicium polycristallin est contraignant à mettre en œuvre et ne permet pas de réaliser des pièces complexes de très petite taille de manière précise. Le document US 2002/0 114 225 donne également des exemples de pièces réalisées en carbure de silicium polycristallin.

[0004] La présente invention a pour but de conserver les avantages du carbure de silicium, en les appliquant à des pièces complexes, avec une grande précision.

Divulgation de l’invention

[0005] De manière plus précise, l’invention porte sur une pièce micromécanique réalisée en carbure de silicium monocristallin. Autrement dit, au moins l’âme de la pièce est réalisée en carbure de silicium.

[0006] Avantageusement, la pièce comprend au moins deux faces parallèles et est obtenue par gravure sèche à partir d’une plaque (wafer).

[0007] La pièce prend avantageusement la forme d’un composant horloger, telle qu’une roue, notamment d’échappement, ou une ancre.

[0008] L’invention concerne également un procédé de réalisation pour réaliser une pièce micromécanique en carbure de silicium monocristallin, comprenant au moins deux faces parallèles. Ce procédé comporte les étapes suivantes: – se doter d’une plaque en carbure de silicium monocristallin, – transférer l’image de la pièce à réaliser à l’aide d’un masque sur la plaque en carbure de silicium, – graver par gravure sèche sous atmosphère contrôlée, la plaque munie du masque, – éliminer le masque pour obtenir la pièce en carbure de silicium.

[0009] On peut réaliser plusieurs étapes de masquage et de gravure, pour obtenir une pièce présentant différents niveaux de gravure.

[0010] On peut également masquer et graver les deux faces de la plaque de carbure de silicium monocristallin sont masqués et gravés.

Brève description des dessins

[0011] D’autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence à la fig. 1annexée représentant une pièce selon l’invention.

Mode(s) de réalisation de l’invention

[0012] Le carbure de silicium monocristallin présente une faible densité, une très bonne résistance mécanique, une grande dureté, un haut module d’élasticité, une très bonne stabilité thermique et chimique, et des caractéristiques tribologiques intéressantes. De manière naturelle, le carbure de silicium monocristallin est de couleur jaune transparente. Malgré ses propriétés remarquables le carbure de silicium monocristallin n’a, jusqu’alors, pas été mis en œuvre pour réaliser des pièces micromécaniques massives.

[0013] Pour leur fabrication, les pièces en carbure de silicium monocristallin sont réalisées à partir de plaques minces ou wafers de dimensions diverses, par gravure sèche sous atmosphère contrôlée, ce qui permet de réaliser un grand nombre de pièces en un lot. On notera que, selon les applications visées, on peut partir de plaques à faces parallèles ou de substrat présentant, de manière préalable, une ou des faces concaves ou convexes.

[0014] Pour ce faire, on vient transférer l’image de la pièce ou des pièces à réaliser à l’aide d’un masque de gravure sur une plaque de carbure de silicium. Ce masque peut être réalisé au moyen d’une couche photosensible, transférée par procédé photolithographique ou par gravure physique. On peut aussi utiliser différentes couches comme masque de gravure dans lesquelles on transfère les images des pièces à réaliser par gravure chimique, physique ou par lift-off. Ces couches de masquage peuvent être de différents types, métalliques, organiques, oxyde divers, nitrure divers, céramique...

[0015] Le carbure de silicium est ensuite gravé par procédé de gravure sèche sous atmosphère contrôlée. On peut conserver un ou plusieurs points de liaison entre la pièce et la plaque, de manière à faciliter le traitement ultérieur, la pièce n’étant détachée de la plaque qu’en toute fin d’opération. La couche de masquage est ensuite enlevée pour obtenir les pièces en carbure de silicium. La gravure peut comporter plusieurs niveaux de gravure et ceci, des deux côtés des plaquettes de carbure de silicium.

[0016] On peut se référer au document EP 0 732 635 pour avoir une description des étapes possibles pour effectuer les masquages et pour un procédé de gravure sèche.

[0017] Typiquement, il est possible d’arriver à réaliser des pièces de différents types et taille qui tiennent sur un substrat de carbure de silicium monocristallin, avec une précision de l’ordre du micromètre. A titre d’illustration, on a représenté sur la fig. 1 une roue d’échappement d’horlogerie en carbure de silicium monocristallin, selon l’invention.

[0018] Un avantage supplémentaire proposé par le carbure de silicium est de permettre de nombreuses possibilités en matière de revêtement. Ainsi, la pièce massive de carbure de silicium obtenue précédemment et présentant, notamment, des qualités intéressantes en terme de poids, d’élasticité et de stabilité thermique, peut être recouverte de différentes couches aux propriétés diverses selon les applications choisies. Ces couches supplémentaires peuvent améliorer la résistance mécanique, le comportement en terme de frottement ou de lubrification, ou encore permettre de décorer la pièce. On peut également noter que des traitements de surface ultérieurs peuvent permettre de modifier l’apparence esthétique d’une pièce massive en carbure de silicium.

[0019] Les avantages découlant de l’utilisation de carbure de silicium monocristallin pour des pièces de micromécaniques sont nombreux, particulièrement pour des applications horlogères ou médicales, notamment en référence à du silicium monocristallin, aujourd’hui très utilisé pour réaliser des pièces compliquées. Sa totale inertie chimique et sa stabilité thermique le rendent plus facile à utiliser que du silicium monocristallin. Après mise en forme, ses propriétés tribologiques et en terme d’usure, sont très supérieures à celles du silicium. Il peut ainsi être utilisé sans revêtement supplémentaire d’oxyde ou de diamant. Sa dureté intrinsèque combinée à son élasticité et à sa résistance à la rupture permettent d’envisager la fabrication de nouvelles pièces de forme non conventionnelle.

[0020] De plus, le carbure de silicium ayant une masse moléculaire supérieure au silicium monocristallin, mais étant moins dense que les métaux, de nombreuses applications peuvent être envisagées dans le domaine médical, pour des micro- et nanostructures, notamment en conditions difficiles. Son excellente conductivité thermique conjuguée à sa résistance aux chocs thermiques, permettent de réaliser de nouveaux types de soudure et de liaisons, notamment avec des céramiques, ce qui n’était pas possible avec du silicium monocristallin.

Claims

1. Pièce micromécanique réalisée en carbure de silicium monocristallin.

2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins deux faces parallèles.

3. Pièce selon la revendication 2, caractérisée en ce qu’elle est un composant horloger.

4. Procédé de réalisation d’une pièce selon l’une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes: – se doter d’une plaque en carbure de silicium monocristallin, – transférer l’image de la pièce à réaliser à l’aide d’un masque sur la plaque en carbure de silicium, – graver par gravure sèche sous atmosphère contrôlée, la plaque munie du masque, – éliminer le masque pour obtenir la pièce en carbure de silicium.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs étapes de masquage et de gravure, pour permettre d’obtenir la pièce présentant différents niveaux de gravure.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux faces de la plaque en carbure de silicium monocristallin sont masquées et gravées.