制造钟表组件的方法和根据所述方法制得的组件

专利名称：制造钟表组件的方法和根据所述方法制得的组件

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202011509157.9

专利申请（专利权）人：尼瓦罗克斯-法尔股份公司
权利人地址：瑞士勒洛克勒

专利发明（设计）人：P·库辛,A·甘德曼,M·穆希,C·戈尔菲耶尔

专利摘要：本发明涉及制造钟表组件的方法和根据所述方法制得的组件。本发明涉及制造金属钟表组件的方法，其特征在于，其包括借助UV‑LIGA方法形成由光敏树脂制成的多层次模具的步骤，并由导电层开始电镀沉积至少一种金属的层以形成基本到达该光敏树脂上表面的块体。

主权利要求：
1.制造至少一种钟表组件的方法，包括以下步骤：a)提供基底(1)并施加第一光敏树脂层(3)；
b)通过将压模(2)压至距基底(1)的预定距离以保留树脂层，使用压模(2)进行第一光敏树脂层(3)的热冲压，以将第一光敏树脂层(3)成型；
c)照射成型的第一光敏树脂层(3)以限定所述组件的至少第一层次；
d)施加覆盖来自步骤c)的所得结构的第二光敏树脂层(6)，随后通过限定所述组件的第二层次的掩模照射所述第二光敏树脂层(6)，并溶解所述第二光敏树脂层(6)的未照射区域以形成包含第一和第二层次的模具；
e)在第一和第二树脂层的表面上沉积导电层(4)；
f)由导电层(4)开始，通过在模具中的电成型沉积金属层(7)，以形成所述组件；
g)通过机械方法机械加工所述金属层(7)，以调节所述组件的高度并释放该组件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b)在真空中进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于在步骤b)的过程中，将第一光敏树脂层加热到70℃至150℃。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述压模具有浮雕压印，以限定所述组件的所述至少第一层次。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于在步骤e)的过程中，通过在所有暴露表面上的整体沉积来实现所述导电层(4)。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于在步骤e)的过程中，所述导电层(4)通过物理气相沉积或用墨或导电树脂印刷来沉积。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述导电层(4)是Au、Ti、Pt、Ag、Cr或Pd。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述基底(1)由硅制成。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述压模(2)由透明材料制成以便在压模(2)压向基底(1)时穿过所述压模(2)照射所述第一光敏树脂层(3)。
10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述导电层(4)具有50nm至500nm的厚度。
11.通过权利要求1至10之一所述的方法获得的钟表组件。 说明书 : 制造钟表组件的方法和根据所述方法制得的组件技术领域[0001] 本发明涉及借助LIGA技术制造复杂的多层次（multilevel）金属结构的方法。本发明还涉及通过该方法获得的此类金属结构，特别是钟表（horological）组件。背景技术[0002] 符合上述定义的方法是已知的。特别地，A.B.Frazier等人所著的题为“MetallicMicrostucturesFabricatedUsingPhotosensitivePolyimideElectroplatingmolds”并发表在JournalofMicroelectromechanicalsystems（第2卷,第2期,1993年6月）中的文章描述了在通过光敏树脂层的光刻法制成的聚酰亚胺模具中通过电镀生长（galvanicgrowth）制造多层次金属结构的方法。这种方法包括以下步骤：[0003] ‑ 在基底上制造用于后续电镀生长步骤的牺牲金属层和打底层（priminglayer），[0004] ‑铺设光敏聚酰亚胺层，[0005] ‑通过与要获得的结构的层次的轮廓对应的掩模用紫外线辐射照射聚酰亚胺层，[0006] ‑通过溶解未照射部分而将聚酰亚胺层显影以获得聚酰亚胺模具，[0007] ‑通过电镀生长用镍填充模具直至其高度，并获得基本平坦的上表面，[0008] ‑通过真空蒸发在整个上表面上沉积薄铬层，[0009] ‑在铬层上沉积新的光敏树脂层，[0010] ‑通过与要获得的结构的层次的轮廓对应的新掩模照射该树脂层，[0011] ‑将聚酰亚胺层显影以获得新模具，[0012] ‑通过电镀生长用镍填充新模具直至其高度，[0013] ‑将多层次结构和聚酰亚胺模具与牺牲层和基底分离，[0014] ‑将多层次结构与聚酰亚胺模具分离。[0015] 要理解的是，上述方法原则上可重复实施以获得具有多于两个层的金属结构。[0016] 专利文献WO2010/020515A1描述了通过在将部件的金属电沉积在模具中的步骤前制造与要获得的最终部件对应的完整光刻胶模具来制造具有多个层的部件。使用这种方法只能制造各层次的投影包含在彼此中的多层次部件。[0017] 从专利文献EP2405301A1中也获知包含至少两个层次的光刻胶模具，在基底中形成的层次仅包括光滑的垂直侧面。[0018] 这些方法只能制造基本几何形状为圆柱形的部件，而不能制造包含复杂几何形状，如斜边（bevel）或倒角（chamfer）的部件。发明内容[0019] 本发明的目标是通过提供能够制造多层次金属钟表组件的方法来克服前述缺点及其它缺点，所述方法将热冲压步骤与LIGA技术结合，在所述LIGA技术中，对于每个层次，导电层与树脂层相关联以便能够在多层次组件的情况下进行可靠的电镀生长。[0020] 本发明的目标还在于能够制造具有使用LIGA技术通常不可行的复杂几何形状的钟表部件。[0021] 为此，本发明涉及制造至少一种钟表组件的方法，包括以下步骤：[0022] a）提供基底并施加第一光敏树脂层；[0023] b）通过将压模压至距基底的预定距离以保留树脂层，使用压模（stamp）进行第一树脂层的热冲压，从而将第一树脂层成型并限定钟表组件的第一层次；[0024] c）照射成型的第一树脂层以限定该组件的至少第一层次；[0025] d）施加覆盖来自步骤c）的所得结构的第二光敏树脂层，随后通过限定该组件的第二层次的掩模照射该第二树脂层，并溶解该第二光敏树脂层的未照射区域以形成包含第一和第二层次的模具；[0026] e）在第一和第二树脂层的表面上沉积导电层；[0027] f）由导电层开始，在模具中通过电成型来沉积金属层，以形成所述组件；[0028] g）相继除去所述基底、所述树脂与所述导电层以释放所述组件。[0029] 该方法由此能够在单个晶片上制造多层次部件。[0030] 根据本发明的其它有利变体：[0031] ‑步骤b）在真空中进行。[0032] ‑在步骤b）的过程中，将第一树脂层加热至70℃到150℃。[0033] ‑所述压模具有限定所述组件的所述至少第一层次的浮雕压印（imprintinrelief）；[0034] ‑所述导电层通过在所有暴露表面上的整体沉积（globaldeposition）来实现；[0035] ‑所述导电层通过物理气相沉积或用墨或导电树脂印刷来沉积；[0036] ‑所述导电层是Au、Ti、Pt、Ag、Cr或Pd，或这些材料的至少两种的叠层；[0037] ‑所述基底为硅；[0038] ‑所述压模由透明材料制成以便在压模压向基底时穿过该压模照射第一树脂层；[0039] ‑所述导电层具有50nm至500nm的厚度。[0040] 最后，本发明涉及通过本发明的方法获得的钟表组件，例如擒纵叉或擒纵轮。[0041] 由此要理解的是，本发明的方法特别有利地应用于制造时计（timepiece）组件。附图说明[0042] 从根据本发明的方法的一个示例性实施方案的以下详述中更清楚显现本发明的其它特征和优点，与附图结合给出这一实施例纯为举例说明而非限制，在附图中：[0043] ‑图1至8示出了用于制造钟表组件的本发明的一个实施方案的方法步骤。具体实施方式[0044] 本发明的方法的步骤a）中使用的基底1例如由硅基底形成。在该方法的第一步骤a）的过程中，在该基底上沉积光敏树脂层。该方法中使用的光敏树脂3优选是以SU‑8为名可得的八官能环氧基负性（negative）树脂，其设计为在紫外线辐射的作用下聚合。[0045] 根据本发明的一个特定实施方案，该树脂为干膜形式；该树脂因此通过层压在基底1上来施加。[0046] 或者，该光敏树脂可以是正性光刻胶，其设计为在紫外线辐射的作用下分解。要理解的是，本发明不限于任何特定类型的光敏树脂。本领域技术人员将知晓从适于UV光刻法的所有已知树脂中选择适合他们所需的光敏树脂。[0047] 通过任何合适的手段，通过离心涂布、旋涂或甚至喷涂，在基底1上沉积第一树脂层3至所需厚度。通常，树脂厚度为10μm至1000μm、并优选50μm至300μm。根据所需厚度和采用的沉积技术，该树脂层3将以一个或两个步骤沉积。[0048] 随后通常将第一树脂层3加热到90至120℃一段持续时间，所述持续时间取决于沉积厚度，以便除去溶剂（预烘烤步骤）。该加热干燥并硬化该树脂。[0049] 图2中示出的后续步骤b）包括进行第一树脂层3的热冲压以成型和限定钟表组件的第一层次。首先将该树脂加热到70℃至150℃的温度，在该温度下，树脂变粘，以便通过使用压制其的压模2对该树脂进行挤压（crushing），由此能够将该树脂成型。该步骤在真空下进行以避免在压制树脂层3的过程中形成气泡。根据本发明，将该压模2压至距离基底1的预定距离，从而将树脂层保留在基底1上。[0050] 有利地，该压模2具有浮雕压印，其可以具有高度变化，并由此能够限定该组件的至少第一层次，所述至少第一层次由此具有通过常规LIGA方法无法获得的复杂的三维几何形状。[0051] 还可以考虑借助该压模形成两个或更多个层，以产生要获得的组件的完整几何形状。[0052] 图3中示出的后续步骤c）包括用紫外线辐射照射第一树脂层3以限定要形成的组件的第一层次并由此形成单个光聚合区域3a。[0053] 根据一个有利的实施方案，该压模2由透明材料如硼硅酸盐玻璃制成。由透明材料制成的此类压模2使得当该压模2压向基底1并与树脂层接触时能够直接穿过压模2照射第一树脂层3，照射树脂层能够在高温下或在环境温度下进行。[0054] 为了完成紫外线辐射引发的光聚合，第一树脂层3的退火（annealing）步骤（烘烤后步骤）可能是必需的。该退火步骤优选在90℃至95℃进行。该光聚合区域3a变得对大多数溶剂不敏感。相反，光聚合区域随后可以被溶剂溶解。[0055] 图6中示出的后续步骤d）包括沉积覆盖由前一步骤c）产生的结构的第二光敏树脂层6。在该步骤的过程中使用相同的树脂，并且厚度可以大于步骤a）过程中沉积的厚度。通常，该厚度随着期望获得的组件的几何形状而变化。[0056] 下一步骤包括通过限定该组件的第二层次的掩模照射第二树脂层6，并溶解第二光敏树脂层6的未照射区域。在这一步骤结束时（图6），获得模具，其包含由光聚合区域3a和6a形成的第一和第二层次。[0057] 使用合适的溶剂，如PGMEA（丙二醇甲基醚乙酸酯）来进行未光聚合区域的溶解。由此在步骤4结束时获得限定该组件的第一层次和第二层次的由光聚合光敏树脂3a、6a制成的模具。[0058] 步骤e）包括例如通过物理气相沉积（PVD）沉积导电层4，换句话说能够通过电镀手段开始金属沉积的层。通常该导电层2是Au、Ti、Pt、Ag、Cr或Pd，或这些材料的至少两种的叠层，并具有50nm至500nm的厚度。例如，该导电层4可以由覆盖有金或铜的层的铬或钛子层形成。根据本发明，该导电层4通过在所有暴露表面（包括侧面）上的整体沉积来实现。[0059] 本领域技术人员同样可以考虑进行3D打印以沉积该导电层4。[0060] 图7中示出的后续步骤f）包括在形成的模具中通过电成型或电镀沉积由导电层2开始沉积金属层7，直到获得所需厚度。在其中需要小的厚度的情况下，生长相对短暂，这使得能够获得中空组件。[0061] 金属在这种情况下当然也应当包括金属合金。通常，该金属将选自镍、铜、金或银，和作为合金，金‑铜、镍‑钴、镍‑铁、镍‑磷或镍‑钨。通常，该多层金属结构完全由相同的合金或金属制成。但是，也有可能在电镀沉积步骤过程中改变金属或合金，以获得具有至少两个性质不同的层的金属结构。[0062] 根据电成型领域中的公知技术对要电沉积的每种金属或合金选择电成型条件，特别是浴组成、系统几何形状、电压和电流密度。[0063] 步骤g）包括通过机械方法机械加工该金属层7，以调节组件的高度和在必要情况下分离不同的部件（由于电镀生长在任何地方开始，位于同一载体上的所有部件均彼此连接）。[0064] 最后的步骤包括通过借助一系列湿法或干法蚀刻步骤除去基底、导电层或树脂层来释放该组件，这些是本领域技术人员熟悉的操作。例如，借助湿法蚀刻除去导电层2和基底1，这使得能够从基底1上释放该组件而不破坏该组件。特别地，硅制成的基底可以使用氢氧化钾溶液（KOH）来蚀刻。[0065] 在第一工序结束时，获得固定在树脂层中的组件。第二工序包括通过O2等离子体蚀刻除去第一树脂层3和第二树脂层6，穿插着中间金属层的湿法蚀刻。[0066] 在该步骤结束时，可以将获得的组件清洗，并可以放在机床上以进行机械加工或美观精修（aestheticfinishing）。在这一阶段，这些部件可以直接使用或甚至施以各种装饰和/或功能处理，通常为物理或化学沉积。[0067] 本发明的方法特别有利地应用于制造时计组件，如游丝、擒纵叉、轮片（wheel）、镶字块（applique）等等。通过这种方法，有可能制造与经由常规光刻法操作获得的组件相比形状更多样化并具有更复杂几何形状的组件。此方法还使得能够获得相对轻和牢固并在几何形状方面表现出好的可靠性的“壳”状组件。

专利地区：瑞士

专利申请日期：2020-12-18

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN112987492B