在微機械鐘錶部件上形成裝飾表面的方法和所述微機械鐘錶部件與流程
2023-05-20 22:59:01 1
本發明涉及在包含矽基基底的微機械鐘錶部件上製造裝飾表面的方法。本發明還涉及包含這樣的裝飾表面的微機械鐘錶部件，是特別能夠通過這種方法獲得的那些。
發明背景
矽是越來越多地用於製造微機械鐘錶部件的材料，特別是保持與它們被機械加工在其上的矽基基底連接的部件。
例如，矽基基底可用於製造錶盤。
手錶的錶盤或其他鐘錶部件包含能夠提供信息或突出錶盤的銘文或裝飾表面。這些裝飾傳統上通過不同雕刻技術製造。
當用矽基底製造錶盤時，需要提出容易實施的新技術以製造這樣的銘文或裝飾表面。
技術實現要素：
為此，本發明涉及一種在包含矽基基底的微機械鐘錶部件上形成裝飾表面的方法。
根據本發明，所述方法包括至少一個步驟a)：在所述矽基基底的表面上在矽基基底的與要形成的裝飾表面對應的區域上形成孔，所述孔被設計成在微機械鐘錶部件的外表面處打開。
本發明還涉及能夠通過如上所述的方法獲得的微機械鐘錶部件。
本發明還涉及微機械鐘錶部件，其包含矽基基底，並在所述矽基基底的至少一個區域上具有孔，所述孔在矽基基底的所述區域中形成並在微機械鐘錶部件的外表面處打開以在所述區域上形成裝飾表面。
本發明的方法能夠在微機械鐘錶部件上製造裝飾性的並具有接近黑色的極深顏色的多孔矽表面。施加在該多孔矽上的金屬化塗層能夠獲得具有幹涉色的裝飾表面。
附圖說明
在僅作為非限制性實例給出並通過附圖示出的本發明的至少一個實施方案的下列詳述中更清楚看出本發明的目標、優點和特徵，其中：
圖1和2示意性示出本發明的方法的步驟。
具體實施方式
參照圖1和2，根據本發明在包含矽基基底1的微機械鐘錶部件上形成裝飾表面的方法首先包括步驟a)：在矽基基底1的與要形成的裝飾表面對應的區域上，由所述矽基基底1的表面開始形成孔2。孔2被設計成在微機械鐘錶部件的外表面處打開，以形成使用者可見的表面。根據要形成的微機械鐘錶部件選擇矽基基底1。在實施本發明的方法之前或之後，取決於要製造的微機械鐘錶部件給出矽基基底的最終形式。在本發明中，術語「矽基基底」描述基底中的矽層和由矽製成的基底二者。矽基基底1優選是矽晶片或SOI晶片(絕緣體上的矽)。
有利地，這一步驟a)可通過選自電化學蝕刻法、「Stain-etch」型方法和「MAC-Etch」型方法的方法實現。
電化學蝕刻法可以是電化學陽極化法。其實施要求使用含有在水溶液中或與1至10％濃度的乙醇混合的氫氟酸的電化學浴。電流和電極對創造造成矽蝕刻的電化學條件是必要的。根據電化學條件，可以獲得各種類型的孔。這樣的方法是本領域技術人員已知的並且在此不需要詳細信息。
「Stain-etch」型方法基於矽的溼蝕刻，直接導致形成多孔矽。通常，用HF:HNO3比為50–500:1的HF/HNO3/H2O溶液進行侵蝕。這一方法具有在浴中不需要供電的優點。這樣的方法是本領域技術人員已知的並且在此不需要詳細信息。
步驟a)優選通過「MAC-Etch」型方法實現。這種方法基於使用貴金屬的粒子以催化局部化學蝕刻反應。通常，沉積貴金屬(金、銀、鉑)的極薄層(10-50納米)並以無規方式或通過剝離、蝕刻、雷射等結構化。貴金屬優選是金。更特別地，可以有利地使用在HF/H2O2混合物中的金粒子溶液。粒子的尺寸可以為5至1,000納米。可以通過金的光刻、蝕刻或剝離獲得結構化。另一選項是蒸發或陰極霧化(濺射)極細非封閉層(5-30納米)。熱處理有助於形成金的小島。
在將具有貴金屬層的矽浸在HF/H2O2混合物的水溶液中時，貴金屬局部催化矽的溶解。這一蝕刻溶液通常可包含4ml:1ml:8ml(48％HF:30％H2O2:H2O)至4ml:1ml:40ml(48％HF:30％H2O2:H2O)。優選在金屬下方產生矽的溶解，該金屬隨後逐漸滲入矽中。這一反應可根據基本受矽晶體的取向、表面布置、摻雜和浴的化學性影響的傳播模式在大深度(>100微米)上延續。「MAC-Etch」型方法的優點在於在浴中不需要供電，同時允許在矽中形成深度極大(>100微米)的孔。因此特別適合使用SOI晶片作為通常用於製造鐘錶組件的基底。
本領域技術人員了解為使在矽基基底中形成的孔具有合適的幾何和尺寸而實施上述方法的參數。
特別地，在將鐘錶部件的平面中的孔比作具有圓形橫截面的孔時，所述孔可優選具有10納米至1,000納米的直徑。
有利地，孔可具有大於100納米，優選100納米至10微米，更優選100納米至3微米的深度。
孔的合適幾何和尺寸能夠獲得(特別在可見光範圍內)具有極高光吸收力並抗反射的多孔矽區域。因此獲得具有極深顏色(基本黑色)的區域。如圖2中所示，在矽基基底1中在一定深度上形成孔2導致在相同深度上形成在孔2之間的矽基柱體3。優選地，在考慮矽基柱體具有圓柱形橫截面時，孔2的形成應使矽基柱體3的投影表面小於總表觀表面的79％以不使矽基柱體接觸。所得著色區域用作微機械鐘錶部件上的裝飾表面。裝飾表面意指例如設計、花紋或銘文，如數字或任何其它裝飾。
本發明的方法可任選在步驟a)後包括第二步驟b)：在根據步驟a)獲得的由多孔矽製成的裝飾表面上沉積至少一個塗層。
有利地，在步驟b)中沉積的該塗層可包含基於選自Cr、Ti、Ag、Pt、Cu、Ni、Pd、Rh的至少一種元素的金屬化層。該金屬化層優選是厚度小於50納米的薄層。
有利地，在步驟b)中沉積的塗層同樣可包含透明氧化物塗層，如選自SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、VO2或其混合物的氧化物之一。該金屬化層或氧化物層可獨自使用並例如直接沉積在多孔Si上，或可以合併這兩個層，氧化物層因此覆蓋金屬化層。氧化物層的厚度優選為100納米至2,000納米。
在由多孔矽製成的裝飾表面上用金屬化層和用透明氧化物層塗布能夠獲得具有幹涉色的裝飾表面。
本發明的方法可有利地用於製造矽基鐘錶部件，如錶盤。
本發明還涉及能夠通過如上所述的方法獲得的微機械鐘錶部件。
本發明特別涉及微機械鐘錶部件，其包含矽基基底1，並如上所述在所述矽基基底1的至少一個區域上具有孔2，孔2在矽基基底1的所述區域中形成並在微機械鐘錶部件的外表面處打開以在所述區域上形成極深色裝飾表面。
根據另一實施方案，多孔矽的裝飾表面被包含基於選自Cr、Ti、Ag、Pt、Cu、Ni、Pd、Rh的至少一種元素的金屬化層的塗層覆蓋。
根據另一實施方案，多孔矽的裝飾表面被包含選自SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、VO2的透明氧化物層的塗層覆蓋。
有利地，多孔矽的裝飾表面被包含金屬化層的塗層覆蓋，所述金屬化層被透明氧化物層覆蓋。這能夠形成具有幹涉色的裝飾表面。