CH721426B1 - Procédé de fabrication d'un composant horloger d'une raideur prédéterminée - Google Patents

Abstract

Le composant horloger selon l'invention peut être un spiral horloger.

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte au domaine de la fabrication de pièces pour l'horlogerie. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un composant horloger.

Arrière-plan technologique

[0002] Dans l'état de la technique, il est connu d'utiliser des procédés de fabrication de composants horlogers tels que des spiraux horlogers dans des plaquettes qui mettent en œuvre des techniques de gravure telles que la gravure au laser, la gravure au plasma, la gravure ionique réactive profonde dite DRIE ou encore la gravure humide.

[0003] Toutefois, on constate que la mise en œuvre de tels procédés engendre classiquement une dispersion géométrique entre les spiraux horlogers formés tous selon un même motif dans une même plaquette.

[0004] Pour pallier ces inconvénients, des solutions sont proposées dans l'état de la technique en particulier dans le brevet EP3181938 qui décrit un procédé de fabrication de spiraux.

[0005] Dans le brevet EP 3181938 le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes: a) on forme un spiral dans des dimensions supérieures aux dimensions E2, H2 nécessaires pour obtenir un spiral d'une raideur prédéterminée, b) on détermine la raideur du spiral formé lors de l'étape a) par mesure de la fréquence du spiral couplé avec un balancier doté d'une inertie prédéterminée, c) on calcule l'épaisseur de matière à retirer pour obtenir le spiral d'une raideur prédéterminée et d) on retire du spiral formé lors de l'étape a) l'épaisseur de matière calculée, les étapes b), c) et d) pouvant être répétées pour améliorer encore la qualité dimensionnelle.

[0006] Un tel procédé peut être amélioré notamment pour réduire le temps et les coûts attachés aux opérations de retrait de matière d'un composant horloger comme ce spiral, effectué lors de l'étape d).

[0007] Dans ces conditions, on comprend qu'il existe un besoin de trouver des solutions devant conduire à une telle amélioration.

Résumé de l'invention

[0008] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un composant horloger permettant de répondre aux besoins précités.

[0009] Un autre but est d'améliorer la précision de la fabrication du composant horloger d'une raideur prédéterminée.

[0010] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant horloger d'une raideur prédéterminée, comportant les étapes suivantes:

–

former un composant horloger dans une plaquette selon des dimensions supérieures aux dimensions nécessaires pour obtenir ledit composant horloger d'une raideur prédéterminée;

–

déterminer une raideur du composant horloger formé;

–

calculer une correction dimensionnelle à appliquer au composant horloger formé dans la plaquette à partir de la raideur déterminée;

–

modifier au moins une dimension du composant horloger à partir de ladite correction dimensionnelle calculée pour l'obtention du composant horloger de raideur prédéterminée, en retirant de la matière dudit composant horloger par gravure par plasma.

[0011] Dans d'autres modes de réalisation:

–

le retrait de matière par gravure par plasma est réalisé en fonction d'une épaisseur (e) de matière à retirer à au moins une dimension de ce composant horloger, ladite épaisseur (e) étant évaluée à partir de la raideur estimée lors de l'étape de détermination;

–

le retrait de matière comprend une phase d'attaque sélective du composant horloger par un flux d'ions réactifs fluorés et/ou carbonés pour modifier ladite au moins une dimension du composant horloger;

–

la formation du composant horloger dans la plaquette est réalisée par gravure, notamment par gravure ionique réactive profonde;

–

la détermination de la raideur du composant horloger comprend une estimation d'au moins une fréquence de résonnance dudit composant formé;

–

la détermination de la raideur du composant horloger comprend une définition de la raideur de ce composant horloger utilisant un dispositif électronique exécutant un algorithme pour le calcul de cette raideur à partir de la fréquence de résonance estimée de ce composant;

–

l'algorithme comprend un modèle prédictif ou un modèle de simulation mettant en œuvre un algorithme d'apprentissage automatique et/ou des formules mathématiques;

–

la formation prévoit que plusieurs composants horlogers sont formés dans une même plaquette selon des dimensions supérieures aux dimensions nécessaires pour obtenir plusieurs composants horlogers d'une raideur prédéterminée ou plusieurs composants horlogers de plusieurs raideurs prédéterminées;

–

le composant horloger formé lors de l'étape de formation est à base de silicium ou de verre notamment de verre de quartz;

–

le composant horloger est un spiral horloger.

Brève description des figures

[0012] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des figures annexées, parmi lesquelles:

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la figure 1 est un logigramme relatif à un procédé fabrication d'un composant horloger d'une raideur prédéterminée, selon des modes de réalisation de l'invention;

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les figures 2 à 3 sont des vues schématiques d'une section d'une partie d'un tel composant comme une lame de spiral formé dans une plaquette à partir du procédé, la section ayant des dimensions supérieures aux dimensions de la section de lame de spiral fabriqué illustrée sur la figure 4, selon des modes de réalisation de l'invention;

–

la figure 4 est une vue schématique d'une section d'une partie d'un tel composant comme une lame de spiral fabriqué à partir du procédé, selon des modes de réalisation de l'invention, et

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la figure 5 est une vue schématique d'une plaquette comprenant un composant horloger de type spiral horloger formé notamment par gravure dans cette plaquette, selon des modes de réalisation de l'invention.

Description détaillée de l'invention

[0013] La figure 1 montre une représentation schématique du procédé de fabrication d'un composant horloger 2b d'une raideur prédéterminée. Ce composant horloger 2b peut être de manière non limitative et non-exhaustive: un spiral, une roue, un ressort de type sautoir, diapason, pivots à lames flexibles, une ancre, etc.

[0014] Dans l'optique de faciliter la compréhension de la présente invention, le composant horloger 2a, 2b sera considéré dans la suite de la description comme étant, de manière non limitative, un spiral horloger 2a, 2b.

[0015] Un tel spiral 2b comporte de préférence une virole destinée à être solidarisée à un arbre pivotant. Ce spiral horloger 2b comprend également un brin élastiquement flexible se raccordant par une extrémité sur la virole et enroulé selon une spirale de manière à former plusieurs spires consécutives, dont la dernière est prolongée par un segment d'attache destiné à être attaché à un pont de balancier fixe, par exemple par l'intermédiaire d'un piton.

[0016] On comprend que le présent procédé et les principes qu'il protège sont applicables bien sûr à tous les types de composants horlogers.

[0017] Un tel procédé vise à assurer une très haute précision dimensionnelle des composants horlogers 2b fabriqués et, incidemment, à garantir une raideur plus précise de ces composants 2b.

[0018] Ce procédé de fabrication comprend une étape de formation 20 du composant horloger 2a ici le spiral 2a dans une plaquette 1 selon des dimensions E1, H1 supérieures aux dimensions E2, H2 nécessaires pour obtenir composant 2b d'une raideur prédéterminée.

[0019] Lors de cette étape 20, les dimensions E1, H1 supérieures aux dimensions E2, H2 nécessaires, sont celles que l'on cherche à obtenir à l'issue de cette étape de formation 20. Ces dimensions E1, H1 peuvent être à l'issue de cette étape de formation 20 légèrement différentes de celles envisagées du fait des variations du procédé et notamment de la dispersion géométrique au sein de la plaquette 1, mais elles sont obligatoirement supérieures aux dimensions E2, H2 nécessaires pour obtenir le composant horloger 2b d'une raideur prédéterminée. On comprend dans ce contexte que le composant horloger 2b d'une raideur prédéterminée, est celui que l'on doit obtenir après une correction dimensionnelle du composant 2a formé dans la plaquette 1 par gravure par exemple par gravure ionique réactive profonde, par gravure laser, par gravure chimique ou encore par gravure mettant en œuvre un faisceau d'ions focalisés.

[0020] Dans une alternative de cette étape 20, durant laquelle plusieurs composants horlogers 2a sont formés dans la plaquette 1, ceux-ci le sont de préférence simultanément. On notera qu'en pareil contexte, ces composants horlogers sont de préférence similaires.

[0021] Les dimensions E1, E2, H1, H2 de ce composant horloger 2a, 2b peuvent selon la forme de ce dernier, comprendre de manière non limitative et non exhaustive: une largeur, une longueur, une épaisseur, une hauteur, etc. En référence aux figures 2 à 4, lorsque ce composant horloger 2a formé dans la plaquette 1 est un spiral 2a, il comprend alors une lame 3a ayant une section 4a de dimensions E1, H1 - caractérisées par une hauteur H1 et une épaisseur E1 de cette section 4a lorsqu'une telle lame 3a est de forme polygonale - qui sont supérieures aux dimensions E2, H2 nécessaires pour obtenir le spiral 2b d'une raideur prédéterminée. Autrement dit, la lame 3a du spiral 2a peut avoir une section dont les dimensions E1, H1 sont supérieures aux dimensions E2, H2 nécessaires de la section 4b de la lame 3b du spiral 2b fabriqué d'une raideur prédéterminée.

[0022] Dans le contexte de ce procédé, la plaquette 1 visible sur la figure 5, est fabriquée en un seul matériau, par exemple en silicium ou dans n'importe quel matériau qui peut être déformable dans l'espace et que l'homme du métier juge approprié pour le composant horloger 2a, 2b à fabriquer dans le cadre de la mise en œuvre de ce procédé. Par exemple, cette plaquette 1 peut être réalisée en oxyde de silicium, en quartz, en un de leurs composés, en microcristaux, et/ou en une combinaison de ces matériaux. Dans une alternative, la plaquette 1 comprend deux ou plusieurs couches de matériaux différents. Dans une autre alternative, la plaquette 1 est creuse. De manière préférentielle, on notera que la plaquette 1 est de préférence plane. On notera que la plaquette 1 peut être en silicium dopé ou non. Ce silicium peut être un silicium monocristallin, polycristallin ou amorphe. De plus, ce silicium est monocristallin, quelle que soit son orientation.

[0023] Le procédé comprend ensuite une étape de détermination 21 d'une raideur du composant horloger 2a formé. Lors de cette étape 21, la raideur du composant horloger 2a formé dans la plaquette 1, peut être déterminée facilement à partir d'un dispositif électronique de détermination de raideurs. Ce dispositif électronique qui est mis en œuvre par ce procédé, comprend de manière non limitative et non exhaustive:

–

une unité de traitement telle qu'un ordinateur,

–

un module d'entrainement/de déclenchement d'un mouvement d'oscillation mécanique dans le corps du composant horloger 2a, 2b, ou d'une pièce de référence placée sur la même plaquette, autour de sa position d'équilibre stable ;

–

un module de mesure d'une fréquence de résonance de ce composant horloger 2a, 2b en mouvement d'oscillation mécanique.

[0024] L'unité de traitement de ce dispositif électronique comprend au moins un processeur et des éléments de mémoires. Cette unité de traitement est apte à exécuter des instructions pour la mise en œuvre d'un programme d'ordinateur visant par exemple à assurer le pilotage/contrôle des modules d'entrainement et de mesure et aussi des opérations de calcul/traitement lors desquelles au moins un algorithme, archivé dans les éléments de mémoire, est mis en œuvre. Cet algorithme peut comprendre un algorithme d'apprentissage automatique et/ou des formules mathématiques. Cet algorithme est apte à mettre en œuvre un modèle prédictif ou un modèle de simulation permettant de déterminer la raideur de ce composant horloger 2a à partir d'une mesure de sa fréquence de résonnance.

[0025] Ainsi une telle étape de détermination 21 comprend une sous-étape d'estimation 22 d'au moins une fréquence de résonnance du composant horloger 2a formé dans la plaquette 1. Durant cette sous-étape 22, ce composant horloger 2a est entrainé dans un mouvement d'oscillation mécanique autour de sa position d'équilibre stable. Lors de ce mouvement, la fréquence de résonance de ce composant horloger 2a est alors déterminée lors d'une phase de mesure 23.

[0026] Une fois la fréquence de résonnance estimée, cette étape 21 comprend une sous-étape définition 24 de la raideur de ce composant horloger 2a lors de laquelle sous-étape 24, le dispositif électronique exécute l'algorithme pour le calcul de cette raideur à partir de ladite au moins une fréquence de résonance estimée de ce composant 2a.

[0027] On notera dans une alternative, lorsque le composant horloger 2a est un spiral, cette étape de détermination 21, peut prévoir que le dispositif électronique est apte à estimer cette raideur sur la base d'une mesure d'une fréquence propre d'oscillation d'un couple spiral - balancier pour comparer cette fréquence propre avec une fréquence propre attendue lorsque ce balancier prédéterminé est accouplé directement avec ce spiral 2a encore attaché à la plaquette 1 ou libéré de cette plaquette 1. Dans ce contexte, l'unité de traitement en exécutant l'algorithme est apte à estimer la raideur de ce spiral 2a à partir de la fréquence propre d'oscillation de ce couple spiral - balancier.

[0028] Le procédé comprend par la suite une étape de calcul 25 d'une correction dimensionnelle à appliquer au composant horloger 2a formé dans la plaquette 1 à partir de la raideur déterminée. Lors de cette étape 25, une quantification d'une correction dimensionnelle à appliquer au composant 2a est alors déterminée.

[0029] Pour ce faire, cette étape 25 comprend une sous-étape d'évaluation 26 à partir cette raideur déterminée, d'une épaisseur e de matière à retirer à au moins une dimension du composant horloger 2a réalisé lors de l'étape de formation 20 pour obtenir le composant horloger 2b avec la raideur prédéterminée.

[0030] Cette correction dimensionnelle correspond effectivement à une épaisseur e de matière à retirer sur le composant horloger 2a afin de faire varier au moins une de ses dimensions E1, H1.

[0031] On notera que dans le cas où le composant horloger 2a est un spiral 2a, il peut s'agir:

–

uniquement de la hauteur H1 de sa lame 3a, ou

–

uniquement l'épaisseur E1 de cette lame 3a, ou

–

à la fois cette hauteur H1 et cette épaisseur E1.

[0032] Dans ce contexte, cette correction dimensionnelle peut être apportée sur une ou plusieurs longueurs distinctes de la lame 3a ou sur toute la longueur de la lame 3a de ce spiral 2a.

[0033] Une telle sous-étape 26 permet ainsi par la détermination de cette correction dimensionnelle, de participer au façonnement d'une géométrie de ce composant horloger 2a qui va lui conférer la raideur prédéterminée.

[0034] Le procédé comprend ensuite une étape de modification 27 d'au moins une dimension E1, H1 du composant horloger 2a à partir d'une correction dimensionnelle calculée pour l'obtention d'un composant horloger 2b de la raideur prédéterminée.

[0035] Dans ce contexte, les dimensions E1, H1 du composant horloger 2a formé étant supérieures aux dimensions E2, H2 du composant 2b à fabriquer ayant une raideur prédéterminée, cette étape 27 comprend alors une sous-étape de retrait par gravure par plasma 28 de matière du composant horloger 2a en fonction de l'épaisseur e évaluée. Lors de cette sous-étape 28, un dispositif électronique de retrait de matière est mis en œuvre. Ce dispositif comprend un réacteur RIE acronyme pour „Reactive Ion Etching“ qui signifie „gravure ionique réactive.“. Cette sous-étape 28 prévoit une phase d'agencement 29 du composant horloger 2a dans une chambre de réaction du dispositif électronique de retrait de matière. Plus précisément, ce composant horloger 2a compris dans la plaquette 1 ou libéré de cette plaquette 1 est placé sur un support compris dans cette chambre de réaction.

[0036] Par la suite, cette sous-étape 28 comprend une phase d'attaque/bombardement 30 sélectif du composant horloger 2a par un flux d'ions réactifs fluorés et/ou carbonés pour modifier ladite au moins une dimension E1, H1 du composant horloger 2a.

[0037] Lors de cette phase 30, des espèces chimiques actives sont générées par l'utilisation d'une décharge luminescente établie à faible pression à partir d'un gaz comprenant du fluor et/ou du carbone. On notera qu'un tel gaz est en particulier adapté pour un composant horloger 2a comprenant du silicium.

[0038] Lors de cette décharge chaque électron qui collisionne avec une molécule de ce gaz fluoré et/ou carboné, cause des dissociations qui donnent lieu à la génération d'espèces chimiques tels que des radicaux libres et des ions fluorés et/ou carbonés.

[0039] Ces radicaux libres sont l'espèce prépondérante dans le plasma. Ils sont responsables de la chimie de surface en particulier du mécanisme chimique à l'origine de la sélectivité. Ces radicaux ne sont pas affectés par le champ électrique induit dans la chambre de réaction. Ils se diffusent vers le composant horloger 2a selon des directions aléatoires. De plus, ces radicaux sont très réactifs chimiquement et spontanément.

[0040] S'agissant des ions fluorés et/ou carbonés, ils sont très sensibles au champ électrique. Ils sont donc dirigés vers une électrode du réacteur. Ces ions fluorés et/ou carbonés sont dirigés vers le composant horloger 2a sur lequel le retrait de matière est réalisé. Ces ions donnent lieu à une réaction à double effets mécanique et chimique ici appelé pulvérisation physique, attaque ou encore bombardement.

[0041] On notera que cette sous-étape de retrait 28 est de préférence réalisée en une seule fois. Dans une alternative, elle peut être réalisée en plusieurs fois en mettant en œuvre une opération de gravure initiale grossière, qui peut également être réalisée alors que le spiral n'est pas complétement gravé et libéré et ensuite d'autres opérations de gravure plus fine et ce, en ajustant des paramètres relatifs à cette gravure par plasma dans ce réacteur tels que la durée d'attaque, la température, la pression, la puissance du plasma pour être dans une configuration de plasma haute densité, etc...

[0042] Par ailleurs, on notera que cette étape de modification 27 d'au moins une dimension du composant horloger 2a peut aussi comprendre une sous-étape de retrait de matière différente venant s'associer/ se combiner avec la sous-étape de retrait 28 par gravure par plasma. Dans ce contexte et à titre d'exemple, cette étape de modification 27 peut prévoir une sous-étape de retrait par oxydation puis désoxydation bien connue de l'état de la technique. Dans le cas d'un composant horloger 2a de type spiral 2a, une telle sous-étape vise à réduire les dimensions de la section 4a de la lame 3a de ce spiral 2a sur une longueur donnée ou sur toute la longueur de cette lame 2a en étant combiné à la sous-étape de retrait 28 par gravure par plasma.

[0043] Ainsi un tel procédé permet de corriger ou encore d'assurer un ajustement dimensionnel de géométrie du composant horloger 2a qui peut dans le contexte de l'invention comporter des éléments chimiques ne tolérant pas les hautes températures.

Nomenclature

[0044] 1 Plaquette comprenant au moins un spiral 2a Spiral formé dans la plaquette avec une section de dimensions supérieures à celles de la section du spiral fabriqué 2b Spiral fabriqué 3a Lame de spiral formé de dimensions supérieures à celles de la section du spiral fabriqué 3b Lame de spiral fabriqué 4a Section de lame de spiral formé de dimensions supérieures à celles de la section du spiral fabriqué 4b Section de lame spiral fabriqué

Claims (10)

1. Procédé de fabrication d'un composant horloger (2b) d'une raideur prédéterminée, comportant les étapes suivantes: – former (20) un composant horloger (2a) dans une plaquette (1) selon des dimensions (E1, H1) supérieures aux dimensions (E2, H2) nécessaires pour obtenir ledit composant horloger (2b) d'une raideur prédéterminée; – déterminer (21) une raideur du composant horloger (2a) formé ; – calculer (25) une correction dimensionnelle à appliquer au composant horloger (2a) formé dans la plaquette (1) à partir de la raideur déterminée; – modifier (27) au moins une dimension (E1, H1) du composant horloger (2a) à partir de ladite correction dimensionnelle calculée pour l'obtention du composant horloger (2b) de raideur prédéterminée, en retirant de la matière dudit composant horloger (2a) par gravure par plasma.

2. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le retrait (28) de matière par gravure par plasma est réalisé en fonction d'une épaisseur (e) de matière à retirer à au moins une dimension de ce composant horloger (2a), ladite épaisseur (e) étant évaluée à partir de la raideur déterminée lors de l'étape de détermination (21).

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le retrait (28) de matière comprend une phase d'attaque (30) sélective du composant horloger (2a) par un flux d'ions réactifs fluorés et/ou carbonés pour modifier ladite au moins une dimension (E1, H1) du composant horloger (2a).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la formation (20) du composant horloger (2a) dans la plaquette (1) est réalisée par gravure, notamment par gravure ionique réactive profonde.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la détermination (21) de la raideur du composant horloger (2a) comprend une estimation (22) d'au moins une fréquence de résonnance dudit composant (2a) formé.

6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la détermination (21) de la raideur du composant horloger (2a) comprend une définition (24) de la raideur de ce composant horloger (2a) utilisant un dispositif électronique exécutant un algorithme pour le calcul de cette raideur à partir de la fréquence de résonance estimée de ce composant (2a).

7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'algorithme comprend un modèle prédictif ou un modèle de simulation lesdits modèles mettant en œuvre un algorithme d'apprentissage automatique et/ou des formules mathématiques.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la formation (20) prévoit que plusieurs composants horlogers (2a) sont formés dans une même plaquette (1) selon des dimensions (E1, H1) supérieures aux dimensions (E2, H2) nécessaires pour obtenir plusieurs composants horlogers (2b) d'une raideur prédéterminée ou plusieurs composants horlogers (2b) de plusieurs raideurs prédéterminées.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant horloger (2a) formé lors de l'étape de formation (21) est à base de silicium ou de verre notamment de verre de quartz.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant horloger (2a, 2b) est un spiral horloger.