本發(fā)明涉及一種用于制造預(yù)定剛度的游絲的方法，更具體地涉及這種游絲：其被用作與預(yù)定慣性的擺輪配合的補償游絲以形成具有預(yù)定頻率的諧振器。

背景技術(shù)：

通過引用并入本申請的歐洲專利1422436中說明了如何形成以下補償游絲以用于所述整個諧振器的熱補償：該補償游絲包括涂覆有二氧化硅的硅芯并與具有預(yù)定慣性的擺輪配合。

這種補償游絲的制造提供了許多優(yōu)點但也有缺陷。事實上，在硅晶片中蝕刻多個游絲的工序使同一晶片的游絲之間具有顯著幾何偏差并且在不同時間蝕刻的兩個晶片的游絲之間具有更大偏差。此外，以相同蝕刻圖案蝕刻的每個游絲的剛度都是可變的，從而產(chǎn)生顯著的制造偏差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于，通過提出一種用于制造尺寸足夠精確從而不需要進一步操作的游絲的方法來克服全部或部分上述缺陷。

因此，本發(fā)明涉及一種用于制造預(yù)定剛度的游絲的方法，其包括以下步驟：

a)形成尺寸小于獲得預(yù)定剛度的游絲所需的尺寸的游絲；

b)通過測量與具有預(yù)定慣性的擺輪耦接的游絲的頻率來確定在步驟a)中形成的游絲的剛度；

c)基于在步驟b)中確定的游絲剛度的確定來計算缺失的材料厚度，以用于獲得預(yù)定剛度的所述游絲；

d)改造在步驟a)中形成的游絲以補償所述缺失的材料厚度，以獲得所述預(yù)定剛度所需的尺寸的游絲(5c)。

因此應(yīng)理解，該方法可保證游絲的非常高的尺寸精度，并且順帶地還保證所述游絲的更精確的剛度。因此，能夠引起步驟a)中的幾何變化的任何制造參數(shù)可針對每個所制造的游絲被完全矯正，或針對在同一時間形成的全部游絲被平均矯正，由此大幅減小廢品率。

根據(jù)本發(fā)明其它的有利變型：

-在步驟a)中，在步驟a)中形成的游絲的尺寸比獲得預(yù)定剛度的游絲所需的尺寸小1％到20％之間；

-步驟a)是借助深反應(yīng)離子蝕刻或化學(xué)蝕刻實現(xiàn)的；

-在步驟a)中，在同一晶片中形成尺寸小于獲得具有一種預(yù)定剛度的多個游絲或具有多種預(yù)定剛度的多個游絲所需的尺寸的多個游絲；

-在步驟a)中形成的游絲是由硅、玻璃、陶瓷、金屬或金屬合金制成的；

-步驟b)包括階段b1)：測量組件的頻率，該組件包括與具有預(yù)定慣性的擺輪耦接的、在步驟a)中形成的游絲，以及階段b2)：從測得的頻率推導(dǎo)在步驟a)中形成的游絲的剛度；

-根據(jù)第一變型，步驟d)包括階段d1)：在步驟a)中形成的游絲的外表面的一部分上沉積一個層，以便獲得具有所述預(yù)定剛度所需的尺寸的游絲；

-根據(jù)第二變型，步驟d)包括階段d2)：將在步驟a)中形成的游絲的外表面的一部分的結(jié)構(gòu)改造至預(yù)定深度，以便獲得具有所述預(yù)定剛度所需的尺寸的游絲；

-根據(jù)第三變型，步驟d)包括階段d3)：修改在步驟a)中獲得的游絲的外表面的一部分的組成至預(yù)定深度，以便獲得具有所述預(yù)定剛度所需的尺寸的游絲；

-在步驟d)之后，該方法至少再一次執(zhí)行步驟b)、c)和d)以進一步提高尺寸品質(zhì)；

-根據(jù)第一變型，步驟e)包括階段e1)：在預(yù)定剛度的所述游絲的外表面的一部分上沉積一個層；

-在第二變型中，步驟e)包括階段e2)：將預(yù)定剛度的所述游絲的外表面的一部分的結(jié)構(gòu)修改至預(yù)定深度；

-根據(jù)第三變型，步驟e)包括階段e3)：將預(yù)定剛度的所述游絲的外表面的一部分的組成修改至預(yù)定深度。

附圖說明

根據(jù)以下參考附圖通過非限制性說明的方式給出的描述，其它特征和優(yōu)點將清楚地顯現(xiàn)，在附圖中：

-圖1是根據(jù)本發(fā)明的組裝好的諧振器的透視圖。

-圖2是根據(jù)本發(fā)明的游絲的示例性幾何形狀。

-圖3至5是根據(jù)本發(fā)明的方法的不同步驟中的游絲的截面圖。

-圖6是根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟的透視圖。

-圖7是根據(jù)本發(fā)明的方法的圖表。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明涉及具有擺輪3-游絲5的類型的諧振器1。擺輪3和游絲5優(yōu)選安裝在同一心軸7上。在該諧振器1中，擺輪3的慣性矩i符合下式：

i＝mr²(1)

其中，m表示擺輪的質(zhì)量，r表示同樣取決于擺輪的膨脹系數(shù)αb和溫度的回轉(zhuǎn)半徑。

此外，具有恒定橫截面的游絲5的剛度c對應(yīng)于下式：

其中，e是所使用的材料的楊氏模量，h是高度，e是厚度，且l是其展開長度。

此外，具有恒定橫截面的游絲5的剛度c對應(yīng)于下式：

其中，e是所使用的材料的楊氏模量，h是高度，e是厚度，l是展開長度，且l是沿游絲的曲線橫坐標(biāo)。

此外，具有可變厚度但是恒定橫截面的游絲5的剛度c對應(yīng)于下式：

其中，e是所使用的材料的楊氏模量，h是高度，e是厚度，l是展開長度，且l是沿游絲的曲線橫坐標(biāo)。

最后，游絲擺輪諧振器1的彈性常數(shù)c符合下式：

根據(jù)本發(fā)明，希望諧振器隨著溫度具有大致為零的頻率變化。在游絲擺輪諧振器的情況下，隨著溫度t的頻率變化f大致符合下式：

其中：

-是相對頻率變化；

-δt是溫度變化；

-是隨溫度的相對楊氏模量變化，即，游絲的熱彈性系數(shù)(tec)；

-αs是以ppm.℃^-1為單位表達的游絲的膨脹系數(shù)；

-αb是以ppm.℃^-1為單位表達的擺輪的膨脹系數(shù)。

由于必須維持旨在用于時間或頻率基的任何諧振器的振蕩，維持系統(tǒng)還可有助于熱依賴性，例如，同樣安裝在心軸7上的、與圓盤11的沖擊釘9配合的瑞士杠桿式擒縱機構(gòu)(未示出)。

因此，從式(1)-(6)清楚的是，通過選擇用于將游絲5與擺輪3耦接的材料，諧振器1的頻率f對溫度變化幾乎不敏感。

本發(fā)明更具體地涉及一種諧振器1，其中游絲5用于對整個諧振器1——即所有部件并且特別是擺輪3——進行熱補償。這種游絲5通常稱為溫度補償游絲。這就是本發(fā)明涉及以下方法的原因：該方法能夠確保游絲的非常高的尺寸精度并且順帶地確保所述游絲的更精確的剛度。

根據(jù)本發(fā)明，補償游絲5、15由可包覆熱補償層的材料形成并且旨在與具有預(yù)定慣性的擺輪3配合。然而，不能避免使用具有可移動慣性塊的擺輪，其能夠提供鐘表的售前或售后的調(diào)節(jié)參數(shù)。

將例如由硅、玻璃或陶瓷構(gòu)成的材料用于制造游絲5、15提供了以下優(yōu)點：通過現(xiàn)有的蝕刻方法實現(xiàn)精確性并且具有良好的機械和化學(xué)特性，同時對磁場幾乎不敏感。然而，該游絲必須被覆蓋或表面改性為能夠形成補償游絲。

優(yōu)選地，用于制造被補償?shù)挠谓z的硅基材料可以是單晶硅(不論其晶體取向如何)、摻雜單晶硅(不論其晶體取向如何)、非晶態(tài)硅、多孔硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、石英(不論其晶體取向如何)或氧化硅。當(dāng)然，可設(shè)想其它材料，例如玻璃、陶瓷、金屬陶瓷、金屬或金屬合金。為簡化起見，以下說明將涉及硅基材料。

每種材料類型都可被表面改性或包覆一個層以熱補償如上所述的基材。

盡管借助于深反應(yīng)離子蝕刻(drie)在硅基晶片中蝕刻游絲的步驟是最精確的，但在蝕刻期間或在兩次連續(xù)蝕刻的間隔中發(fā)生的現(xiàn)象卻會引起幾何變化。

當(dāng)然，可實施其它制造類型，例如激光蝕刻、聚焦離子束蝕刻(fib)、電鍍生長、通過化學(xué)氣相沉積實現(xiàn)的生長或化學(xué)蝕刻，這些制造類型沒有那么精確并且該方法對于它們而言將更加有意義。

因此，本發(fā)明涉及一種用于制造游絲5c的方法31。根據(jù)本發(fā)明，如圖7所示，方法31包括旨在例如由硅形成至少一個游絲5a的第一步驟33，游絲5a的尺寸da小于獲得預(yù)定剛度c的所述游絲5c所需的尺寸db。如圖3所示，游絲5a的橫截面具有高度h1和厚度e1。

優(yōu)選地，游絲5a的尺寸da大致比獲得預(yù)定剛度c的游絲5c所需的游絲5c的尺寸db小1％到20％。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，步驟33借助于在硅基材料制成的晶片23中的深反應(yīng)離子蝕刻實現(xiàn)，如圖6所示。應(yīng)指出，相對面f1、f2是波狀起伏的，因為bosch深反應(yīng)離子蝕刻導(dǎo)致一種波狀蝕刻，其通過連續(xù)蝕刻和鈍化工序構(gòu)造而成。

當(dāng)然，該方法不限于特定步驟33。舉例而言，步驟33也可借助于在例如由硅基材料形成的晶片23中的化學(xué)蝕刻來實現(xiàn)。此外，步驟33意味著形成一個或多個游絲，即步驟33可形成各個離散的游絲，或可替代地，在材料晶片中形成的游絲。

因此，在步驟33中，可在同一晶片23中形成多個游絲5a，其尺寸da、h1、e1小于獲得具有一種預(yù)定剛度c的多個游絲5c或具有多種預(yù)定剛度c的多個游絲5c所需的尺寸db、h2、e2。

步驟33也不限于利用單一材料形成其尺寸da、h1、e1小于獲得預(yù)定剛度c的游絲5c所需的尺寸db、h2、e2的游絲5a。因此，步驟33也可以由復(fù)合材料——即包含若干不同材料——形成其尺寸da、h1、e1小于獲得預(yù)定剛度c的游絲5c所需的尺寸db、h2、e2的游絲5a。

方法31包括旨在確定游絲5a的剛度的第二步驟35。該步驟35可直接在仍附接于晶片23的一個游絲5a上執(zhí)行，或在事先與晶片23分離的一個游絲5a上執(zhí)行，或在仍附接于晶片23的多個游絲的全部或其樣品上執(zhí)行，或在事先與晶片23分離的多個游絲的全部或其樣品上執(zhí)行。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，不論游絲5a是否與晶片23分離，步驟35都包括第一階段，該第一階段旨在測量包括與具有預(yù)定慣性i的擺輪耦接的游絲5a的組件的頻率f，然后在第二階段中利用式(5)由其推導(dǎo)游絲5a的剛度c。

特別地，該測量階段可以是動態(tài)的，并且根據(jù)通過引用并入本申請中的歐洲專利2423764的教導(dǎo)執(zhí)行。然而，可替代地，也可實施根據(jù)歐洲專利2423764的教導(dǎo)執(zhí)行的靜態(tài)方法以確定游絲5a的剛度c。

當(dāng)然，如上所述，由于該方法不限于從每個晶片僅蝕刻一個游絲，所以步驟35還可包括確定典型樣品的或形成在同一晶片上的全部游絲的平均剛度。

根據(jù)本發(fā)明有利地，基于對游絲5a的剛度c的確定，方法31包括步驟37，該步驟37旨在借助式(2)計算獲得預(yù)定剛度c的游絲5c所需的缺失的材料厚度，即，要在游絲5a的表面上以均勻或非均勻方式增加和/或修改的材料的量/體積。

該方法繼續(xù)到步驟39，步驟39旨在修改在步驟a)中形成的游絲5a，以補償為了獲得具有所述預(yù)定剛度c所需的尺寸db、h2、e2的游絲5c所需的所述缺失的材料厚度。因此因理解，考慮到根據(jù)式(2)，決定線圈的剛度的是乘積h·e³，所以游絲5a的厚度和/或高度和/或長度是否已發(fā)生幾何變化并不重要。

因此，可在整個外表面上增加和/或修改均勻的厚度，可在整個外表面上增加和/或修改非均勻的厚度，可僅在外表面的一部分上增加和/或修改均勻的厚度，或者可僅在外表面的一部分上增加和/或修改非均勻的厚度。舉例而言，步驟39可包括僅對游絲5a的厚度e1或高度h1增加材料。

在第一變型中，步驟39包括階段d1，該階段d1用于在步驟33中形成的游絲5a的外表面的一部分上沉積一個層，以便獲得具有所述預(yù)定剛度c所需的尺寸db、h2、e2的游絲5c。該階段d1例如可通過熱氧化作用、電鍍生長、物理氣相沉積(pvd)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)或任何其它增加方法來實現(xiàn)。

此階段d1例如可通過允許在單晶硅游絲5a上形成多晶硅的化學(xué)氣相沉積來實現(xiàn)，以便獲得具有預(yù)定剛度c所需的尺寸db、h2、e2的游絲5c。

如圖4所示，游絲5c的橫截面具有高度h2和厚度e2。應(yīng)指出，游絲5c由單晶硅制成的中心部分22和多晶硅制成的外周部分24形成，其具有預(yù)定剛度c所需的總尺寸db。

在第二變型中，步驟39可包括階段d2，該階段d2旨在改造游絲5a的外表面的一部分的結(jié)構(gòu)至預(yù)定深度，以便獲得具有預(yù)定剛度c所需的尺寸db、h2、e2的游絲5c。舉例而言，如圖4所示，如果使用非晶態(tài)硅來形成游絲5a，則游絲可被結(jié)晶至預(yù)定深度以形成非晶態(tài)硅中心部分22和多晶硅外周部分24，從而獲得具有預(yù)定剛度c所需的尺寸db、h2、e2的游絲5c。

在第三變型中，步驟39可包括階段d3，該階段d3旨在將預(yù)定剛度c的游絲5a的外表面的一部分的組成改造至預(yù)定深度。舉例而言，如圖4所示，如果使用單晶硅或多晶硅來形成游絲5a，則游絲可被摻雜或散布以填隙或置換原子至預(yù)定深度，以形成單晶硅或多晶硅的中心部分22和被摻雜或散布以不同硅原子的外周部分24，以獲得具有預(yù)定剛度c所需的尺寸db、h2、e2的游絲5c。應(yīng)理解，該第三變型不是必須包含體積的增加，而是至少表觀地增大楊氏模量以獲得預(yù)定剛度c。

對于這三個變型，可以看到起伏的波狀形狀始終在中心部分22和外周部分24的一部分上再現(xiàn)。因此，可以在步驟39之前設(shè)置平滑化步驟，以減少或消除游絲5a的任何波狀形狀。

方法31可以步驟39結(jié)束。然而，在步驟39之后，方法31還可執(zhí)行步驟35、37和39至少一次以上，以便進一步提高游絲的尺寸品質(zhì)。當(dāng)在仍附接于晶片23的全部游絲或其樣品上執(zhí)行步驟35、37和39的第一次重復(fù)并且隨后在事先與晶片23分離并已經(jīng)歷第一次重復(fù)的全部游絲或其樣品上執(zhí)行第二次重復(fù)時，步驟35、37和39的這些重復(fù)例如是特別有利的。

方法31還可繼續(xù)進行圖7所示的包括任選的步驟41、43和45的過程40的全部或一部分。根據(jù)本發(fā)明有利地，方法31因此可以步驟41繼續(xù)，步驟41用于在游絲5c的至少一部分上形成部分26，該部分26用于修正游絲5c的剛度以及用于形成對熱變化不敏感的游絲5、15。

在第一變型中，步驟41可包括階段e1，其用于在預(yù)定剛度c的所述游絲5c的外表面的一部分上沉積一個層。

在部分22/24由硅基材料制成的情況下，階段e1可包括氧化游絲5c以使其涂覆二氧化硅，以便修正游絲5c的剛度以及形成被溫度補償?shù)挠谓z5、15。該階段e1例如可通過熱氧化作用實現(xiàn)。例如，可在借助于水蒸氣或雙氧氣體的氧化氣氛中在800℃與1200℃之間實現(xiàn)該熱氧化作用，以在游絲5c上形成氧化硅。

由此獲得如圖5所示的補償游絲5、15，其根據(jù)本發(fā)明有利地包括復(fù)合硅芯22/24和氧化硅涂層26。根據(jù)本發(fā)明有利地，補償游絲5、15因此具有非常高的尺寸精度，特別是關(guān)于高度h3和厚度e3，并且順帶地實現(xiàn)整個諧振器1的非常精細的溫度補償。

在硅基游絲的情況下，可通過利用歐洲專利1422436的教導(dǎo)并將其應(yīng)用于要制造的諧振器1來獲得總尺寸db，即如上所述補償諧振器1的全部構(gòu)成部件。

在第二變型中，步驟41可包括階段e2，該階段e2用于將預(yù)定剛度c的所述游絲5c的外表面的一部分的結(jié)構(gòu)改造至預(yù)定深度。舉例而言，如果對于外周部分24和可能地中心部分22使用了非晶態(tài)硅，則其可在外周部分24和可能地中心部分22中被結(jié)晶至預(yù)定深度。

在第三變型中，步驟41可包括旨在將預(yù)定剛度c的所述游絲5c的外表面的一部分的組成改造至預(yù)定深度的階段e3。舉例而言，如果對于外周部分24和可能地中心部分22使用了單晶硅或多晶硅，則其可在外周部分24和可能地中心部分22中被摻雜或散布以填隙或置換原子至預(yù)定深度。

根據(jù)本發(fā)明有利地，因此可以在不具有進一步的復(fù)雜性的情況下制造如圖2所示的游絲5c、5、15，其特別是包括：

–橫截面相比借助于單次蝕刻獲得的橫截面更精確的一個或多個線圈；

-沿線圈的厚度和/或節(jié)距的變化；

-一體式內(nèi)樁17；

-grossman曲線類型的內(nèi)線圈19；

-一體式游絲外樁附接件14；

-一體式外部附接元件；

-比線圈的其余部分更厚的外線圈12和/或內(nèi)線圈19的部分13。

最后，方法31還可包括步驟45，步驟45旨在將在步驟41中獲得的補償游絲5、15或在步驟39中獲得的游絲5c組裝在步驟43中獲得的具有預(yù)定慣性的擺輪上，以形成游絲擺輪類型的諧振器1，其可以被溫度補償或不被溫度補償，即，其頻率f對溫度變化敏感或不敏感。

當(dāng)然，本發(fā)明并不限于所說明的示例，而是可以有對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的各種變型和改型。特別地，如上所述，即使擺輪具有通過設(shè)計預(yù)先限定的慣性，擺輪也可包括在鐘表的售前或售后提供調(diào)節(jié)參數(shù)的可移動慣性塊。

此外，可在步驟39與步驟41之間或在步驟39與步驟45之間設(shè)置額外的步驟，以用于沉積功能層或美學(xué)層，例如硬化層或發(fā)光層。

也可以設(shè)想，當(dāng)方法31在步驟39之后進行步驟35、37和39的一次或多次重復(fù)時，不會系統(tǒng)性地實施該步驟35。