用于制造多級(jí)鐘表部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)光刻和電沉積技術(shù)來(lái)制造金屬部件的方法。這種類型的方法特別地用于多級(jí)三維微結(jié)構(gòu)形式的金屬部件的制造，特別是為了形成鐘表機(jī)芯部件。
【背景技術(shù)】
[0002]2005年第104號(hào)DGC M i 11 e i I ungen提到使用LI GA技術(shù)(光刻電鑄注塑(LIthographie Galvanik Abformung):德國(guó)卡爾斯魯厄核研究中心的W.Ehrfeld設(shè)計(jì)的方法)，以用于高精度金屬鐘表部件的制造，例如用于擒縱叉或擒縱輪。這一方法包括通過(guò)同步加速器產(chǎn)生的高能X射線束的輻射來(lái)形成對(duì)X射線敏感的樹(shù)脂制成的模具，其表現(xiàn)出重要的缺陷。
[0003]A.B.Frazier等人所著的1993年6月號(hào)微機(jī)電系統(tǒng)雜志第2，2頁(yè)描述了通過(guò)在由聚酰亞胺基光致抗蝕劑制成的模具中電鍍金屬來(lái)制造金屬結(jié)構(gòu)，其通過(guò)使用被稱為L(zhǎng)IGA-UV的技術(shù)的方法制備，該技術(shù)與上文提到的LIGA技術(shù)類似，但是使用紫外線照射抗蝕劑來(lái)替代X射線輻射。
[0004]鐘表部件的三維形狀經(jīng)常是復(fù)雜的，并且包括由非常不同的截面的疊加部分形成的不連續(xù)點(diǎn)。例如，圖1示出了制輪爪I，其包括具有平坦上表面的下部2，第二部3在該平坦上表面上延伸。這種三維形狀被稱為“多級(jí)形狀”，這是因?yàn)榭梢栽谙虏?的上表面的平面中區(qū)分在特定的方向Z上具有非常不同的截面的兩個(gè)疊加的部分2、3，它們?cè)谶吔缟闲纬刹贿B續(xù)點(diǎn)。部分2、3各自包括穿過(guò)垂直于方向Z的平面的截面，該截面基本上是恒定的或連續(xù)變化的。如果具有多級(jí)形狀的部件的部分是在LIGA方法的實(shí)施過(guò)程中通過(guò)分別的電沉積層產(chǎn)生的，則在分別的層之間的邊界觀察到所得到的部件的弱點(diǎn)，其可能導(dǎo)致層的意外分離。因此可取的是限定用于制造多級(jí)鐘表部件的方法，能夠使其承受大的機(jī)械應(yīng)力，特別是垂直方向上的剪切應(yīng)力和/或拉伸應(yīng)力。
[0005]專利EP2405300描述了用于制造具有至少兩級(jí)的金屬部分的方法的多個(gè)示例性實(shí)施方式。根據(jù)一個(gè)具體的示例性實(shí)施方式，該方法包括以下連續(xù)步驟:
[0006]?將第一光致抗蝕劑層沉積到覆蓋有導(dǎo)電層的基底上，該第一光致抗蝕劑層限定了第一級(jí)；
[0007].通過(guò)借助于掩模的光刻在第一抗蝕劑層中制造空腔以及隨后的抗蝕劑的顯影來(lái)獲得第一模具；
[0008]?通過(guò)導(dǎo)電層發(fā)起的電沉積來(lái)將金屬或合金沉積到第一模具中，以形成第一級(jí)金屬層；
[0009].從第一層完全移除剩余的抗蝕劑，以便僅在基底上留下第一級(jí)金屬層；
[0010].將第二抗蝕劑層沉積到基底上，例如，該第二抗蝕劑層具有比第一級(jí)金屬層更大的厚度，然后，通過(guò)借助于掩模的光刻以及隨后的抗蝕劑的顯影來(lái)形成由導(dǎo)電層、第一級(jí)金屬層的側(cè)壁和第二抗蝕劑層的側(cè)壁劃界的中空空間。
[0011]該中空空間最終構(gòu)成第二模具，在其中可以通過(guò)導(dǎo)電層發(fā)起的電沉積來(lái)沉積金屬或合金并且(在抗蝕劑和基底移除之后)形成金屬部件，其至少具有互相連結(jié)的兩級(jí)。
[0012]總之，文獻(xiàn)EP2405300因此公開(kāi)了借助于LIGA方法得到的分離的層來(lái)制造多級(jí)部件，LIGA方法使得這些分離的層是互相連結(jié)的，這能夠使它們保證彼此之間良好的連接，由此減小了它們意外分離的危險(xiǎn)。然而，這一方法在生產(chǎn)時(shí)間方面是耗時(shí)的，并且使要被制造用于形成每一層的抗蝕劑層模具復(fù)雜化。
[0013]文獻(xiàn)EP0851295描述了另一種方法，其基于通過(guò)連續(xù)的抗蝕劑沉積和照射來(lái)生產(chǎn)光致抗蝕劑微結(jié)構(gòu)，但是被照射的抗蝕劑在單獨(dú)的場(chǎng)合顯影，以便得到與待加工部件相對(duì)應(yīng)的復(fù)雜的三維模具。接下來(lái)，通過(guò)模具中的電沉積獲得部件。該方法的優(yōu)點(diǎn)是獲得了整體式金屬組件，不同級(jí)在單個(gè)步驟中被制得，因此能夠被比作單一的層。這導(dǎo)致不同級(jí)的部分的更好的機(jī)械強(qiáng)度，這是因?yàn)樵诜蛛x的層之間的邊界上不再會(huì)觀察到弱點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是復(fù)雜性，特別是為了形成抗蝕劑模具的復(fù)雜性。該方法也不能獲得所有期望的形狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是改進(jìn)上述狀況并且對(duì)三維金屬部件的加工提出改進(jìn)的解決方案。特別地，特別是當(dāng)三維金屬部件是具有至少兩級(jí)的形式時(shí)，該解決方案能夠允許三維金屬部件獲得良好的機(jī)械強(qiáng)度。該解決方案也便于多級(jí)部件的特定幾何形狀的制造。
[0015]為了這一目的，本發(fā)明涉及一種用于制造多層鐘表部件的方法，其中該方法包括以下步驟:
[0016]-在基底的上表面上制造鐘表部件的至少一個(gè)第一金屬層；
[0017]-從前述步驟中得到的結(jié)構(gòu)中分離基底，以便獲得薄片;隨后
[0018]-在基底的分離之后，在薄片的上表面和/或下表面上生產(chǎn)鐘表部件的至少一個(gè)另外的金屬層和/或執(zhí)行用于加工金屬層的操作。
[0019]本發(fā)明更具體地由權(quán)利要求限定。
【附圖說(shuō)明】
[0020]本發(fā)明的這些主題、特征、優(yōu)點(diǎn)將在下文給出的具體的非限制性的【具體實(shí)施方式】中結(jié)合附圖詳細(xì)描述，其中:
[0021]圖1示出了鐘表機(jī)芯的制輪爪的立體圖；
[0022]圖2-8示出了用于制造金屬部件的方法的連續(xù)的步驟，這些步驟能夠在本發(fā)明的實(shí)施方式中全部或部分的被實(shí)施；
[0023]圖9-12示出了用于制造制輪爪的制造方法的實(shí)施例；
[0024]圖13-18示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的、用于制造金屬部件的方法的連續(xù)的步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參照?qǐng)D13-18，將描述用于制造金屬部件的方法，其特別適于制造多級(jí)微結(jié)構(gòu)，特別是用于制造鐘表部件。為了簡(jiǎn)便，術(shù)語(yǔ)“金屬”和“金屬的”在之后將被用來(lái)表示金屬材料或金屬合金。
[0026]制造方法的第一步驟El包括在基底10上制造具有第一級(jí)NI的第一模具。基底10可以包括金屬晶片，其特別是由合金制成，例如不銹鋼、硅、玻璃或陶瓷晶片。該基底優(yōu)選是實(shí)心的，但是也可以包括由微細(xì)加工產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)?；装凑毡绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的標(biāo)準(zhǔn)被制備，特別是用于基底的脫脂、清洗、選擇性鈍化和/或活化的標(biāo)準(zhǔn)。該基底優(yōu)選是平坦的。作為變型，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)，基底可以包括圖案，特別是已加工的圖案，和/或空腔和/或其他結(jié)構(gòu)。特別地，基底可以包括用于放置一個(gè)或多個(gè)插件的殼體，該插件用于以不可移動(dòng)和不可拆卸的方式陷入或埋入另外的沉積金屬層，以便最終成為金屬部件的部分。在所示的示例性的實(shí)施方式中，基底1由導(dǎo)電材料制成，例如由不銹鋼制成。作為變型，也可以使用由非導(dǎo)電材料制成的基底，例如硅制成的基底。
[0027]可選地，例如，導(dǎo)電層11通過(guò)蒸發(fā)被沉積在基底10上。該導(dǎo)電層11特別地用于作為激發(fā)隨后的電沉積或電鍍的陰極。以一種已知的方式，該導(dǎo)電激發(fā)層11可以包括鉻、鎳或鈦的下層，其覆蓋有金層或銅層(因此其具有多層結(jié)構(gòu))。
[0028]導(dǎo)電層11覆蓋有預(yù)期高度的起始光致抗蝕劑層。該高度優(yōu)選地大于O并且小于或等于1.5_。該抗蝕劑是光致抗蝕劑，適于光刻。該抗蝕劑可以是負(fù)性的或正性的。在第一種情況下，抗蝕劑被設(shè)計(jì)為在輻射作用下變得不可被顯影劑溶解，或者難以被顯影劑溶解，而在第二種情況下，其被設(shè)計(jì)為在輻射作用下變得可以被顯影劑溶解，同時(shí)未暴露在輻射下的部分仍然保持不可溶解或難以溶解。在描述的具體示例中，使用的抗蝕劑是“SU-8”類型，其是一種在紫外線福射作用下聚合的負(fù)性光致抗蝕劑，例如來(lái)自Microchem的SU-8-100抗蝕劑。該起始抗蝕劑層限定第一級(jí)NI。
[0029]執(zhí)行起始抗蝕劑層的光刻步驟，其包括通過(guò)具有開(kāi)口和不透明區(qū)域的掩模將起始抗蝕劑層暴露到光輻射下，或者使其曝光。該掩模限定了用于待加工部件的第一級(jí)的生產(chǎn)的復(fù)制圖案。用于照射或曝光抗蝕劑的光輻射在這里是由紫外線光源發(fā)出的紫外輻射。然而，可以設(shè)想基于所使用的抗蝕劑而使用X射線、電子束(其隨后被稱為是電子束光刻)或任意其他類型的輻射。該輻射垂直于掩模延伸的平面，以便僅照射位于制成在掩模中的開(kāi)口處的抗蝕劑區(qū)域。在這里描述的具體的示例性實(shí)施方式中，曝光的抗蝕劑區(qū)域變得對(duì)于大多數(shù)顯影液體不敏感或者不能溶解到其中。
[0030]之前的暴露到光輻射(或者到電子束)下的步驟可選地跟隨著交聯(lián)熱處理步驟，然后是顯影步驟。顯影步驟包括根據(jù)適于所使用的抗蝕劑的方法移除未曝光的抗蝕劑區(qū)域，例如通過(guò)化學(xué)物或等離子方法溶解。在溶解之后，導(dǎo)電層11出現(xiàn)在抗蝕劑被移除的位置。在正性光致抗蝕劑的情況下，例如，曝光區(qū)域?qū)?huì)通過(guò)化學(xué)方法被移除，同時(shí)非曝光區(qū)域?qū)?huì)保留在基底上。
[0031]起始層的抗蝕劑的保留部分形成了具有第一級(jí)NI的第一抗蝕劑模具12。該模具的底部被導(dǎo)電層11分隔開(kāi)。因此在顯影步驟的最后獲得