由合成的碳同素异形体基材料制成并具有多个功能层级的单件式空心微机械部件 |
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| 申请号 | CN201480061374.2 | 申请日 | 2014-10-06 | 公开(公告)号 | CN105705458A | 公开(公告)日 | 2016-06-22 |
| 申请人 | 尼瓦洛克斯-法尔股份有限公司; | 发明人 | P·杜博瓦; S·梅尔扎格赫; C·沙邦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于制造由合成的 碳 同素异形体基材料(215，315，415)制成的单件式微机械部件(221，321，421，523，525)的方法，其特征在于，包括下述步骤：(a)形成基底(201，301，401)，该基底在至少三个层级(N1，N2，N3，NX)上包括待制造的所述微机械部件的凹腔(203，303，403)；(b)用所述合成的碳同素异形体基材料层 覆盖 基底(201，301，401)的所述凹腔(203，303，403)，该材料层的厚度(e1)小于所述腔的所述至少三个层级(N1，N2，N3，NX)中每一个的深度；和(c)移走所述基底(201，301，401)，以释放在所述凹腔中形成的单件式微机械部件(221，321，421，523，525)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于制造由合成的碳同素异形体基材料(215、315、415)制成的单件式微机械部件(221、321、421、523、525)的方法，该方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 由合成的碳同素异形体基材料制成并具有多个功能层级的单件式空心微机械部件 技术领域[0001] 本发明涉及一种用于制造微机械部件的方法，更具体地涉及这种由合成的碳同素异形体基材料制成并包括多个功能层级的单件式部件。 背景技术发明内容[0003] 本发明的目的是，通过提出一种用于制造复杂的三维的单件式微机械部件的方法来克服上述全部或部分缺点，该方法使用最少量的材料。 [0004] 为此，本发明涉及一种由合成的碳同素异形体基材料制成的单件式微机械部件的制造方法，该方法包括以下步骤： [0005] a)形成基底，该基底在至少三个层级上包括用于待制造的所述微机械部件的凹腔； [0006] b)用所述合成的碳同素异形体基材料层覆盖基底的所述凹腔，该材料层的厚度小于所述腔的所述至少三个层级中每一个的深度； [0007] c)移走所述基底，以释放在所述凹腔中形成的微机械部件； [0008] 其特征在于，步骤a)包括以下阶段： [0009] i)形成第一晶片，该第一晶片包括被蚀刻贯通该晶片的至少一第一图案； [0010] ii)形成第二晶片，该第二晶片包括被蚀刻贯通该晶片的至少一第二图案； [0011] iii)形成没有贯通图案的第三晶片； [0012] iv)粘结所述第一、第二和第三晶片，以形成在至少三个层级上包括凹腔的基底。 [0013] 因此，显然该方法允许仅由合成的碳同素异形体基材料(即，没有材料的不连续性)制造包括材料“皮肤”(即，薄的材料厚度)的单件式三维微机械部件(即，具有多个功能层级)。另外，附加地，微机械部件的外表面具有所使用的基底的有利的粗糙度。 [0014] 根据本发明的方法因此有利地使得，通过仅沉积最终涂层所需要的材料量而不需要修整操作，可以大大降低合成的碳同素异形体基材料的成本，并且改善了微机械部件的外表面的粗糙度，并优化了其摩擦学性能。 [0015] 根据本发明的其它有利特征： [0016] -在阶段ii)中，通过包括被蚀刻贯通该晶片的第二图案和与所述第二图案连通的蚀刻未贯通的第三图案来形成第二晶片； [0017] -在阶段iii)中，通过包括蚀刻未贯通的图案来形成第三晶片； [0018] -根据第一替代变型，步骤b)包括以下阶段：b1)在基底的一部分上形成牺牲层；b2)在基底上沉积用于形成核点的颗粒；b3)移走牺牲层，以选择性地使基底的一部分没有任何颗粒；b4)化学气相沉积合成的碳同素异形体基材料层，使其只在颗粒保留的地方沉积； [0019] -根据第二替代变型，步骤b)包括以下阶段：b5)在基底的一部分上形成牺牲层；b6)在基底上化学气相沉积合成的碳同素异形体基材料层；和b7)移走牺牲层，以选择性地使基底的一部分没有任何沉积物； [0020] -凹腔的所述至少三个层级中的至少一个包括形成齿圈的壁； [0021] -合成的碳同素异形体基材料是晶态形式或非晶态形式的； [0022] -在步骤b)之后，该方法包括步骤d)：从基底上去除比在步骤b)中沉积的层的厚度大的厚度，以便留下在所述凹腔中限定的所述层的厚度； [0023] -在步骤c)之前，该方法包括步骤e)：用第二材料填充覆盖有合成的碳同素异形体基材料的腔，以在步骤c)之后获得由合成的碳同素异形体基材料制成的通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的微机械部件； [0024] -在步骤e)中，第二材料形成为从所述腔突伸出，以形成微机械部件的附加的功能层级； [0025] -第二材料包括金属或金属合金。 [0026] 另外，本发明涉及根据任一上述变型所述的方法获得的单件式微机械部件，其特征在于，该单件式微机械部件是空心的，包括由层厚度介于0.2μm和20μm之间的合成的碳同素异形体基材料制成的多个功能层级，该单件式微机械部件具有比合成的碳同素异形体基材料层的厚度大的高度。 [0027] 由合成的碳同素异形体基材料制成的微机械部件有利地是单件式的(即，没有材料的不连续性)、空心的(即，由材料壳形成以限制所使用的材料量)，并且其体积形成多个能够直接包括枢轴的完美参考功能层级。 [0028] 应理解，这使得可以减小由参考误差引起的废品率，而且可以改善外表面粗糙度和优化其摩擦学性能。 [0029] 根据本发明的其它有利特征： [0030] -微机械部件的外表面包括至少一个齿圈； [0031] -单件式微机械部件的空心部至少部分地填充有第二材料，以便获得通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的由合成的碳同素异形体基材料制成的单件式微机械部件； [0032] -所述第二材料形成为从外表面的所述高度伸出，以形成单件式微机械部件的附加的功能元件； [0033] -第二材料包括金属或金属合金。 [0034] 最后，本发明涉及一种钟表，其特征在于，该钟表包括根据任一上述变型所述的单件式微机械部件，该单件式微机械部件形成表玻璃、表壳、推动件、表冠、表链、表带、表盘、显示元件、摆轮游丝、摆轮、擒纵叉、桥夹板、主夹板、轮副或擒纵轮中的全部或部分。附图说明 [0035] 从下文参见附图通过非限制性图示给出的描述中，其它特征和优点将显而易见，图中： [0036] -图1至8是根据第一实施例的制造方法的逐步表示； [0037] -图9是根据第一实施例得到的微机械部件的示例的表示； [0038] -图10至12是根据第二实施例的制造方法的逐步表示； [0039] -图13是根据第二实施例得到的微机械部件的示例的表示； [0040] -图14至15是根据第三实施例的制造方法的逐步表示； [0041] -图16是根据第三实施例得到的微机械部件的示例的表示； [0042] -图17和18是根据第一实施例的图1和2的替代变型的制造方法的逐步表示； [0043] -图19至22是根据本发明的第四实施例的制造方法的逐步表示； [0044] -图23至26是根据本发明的第五实施例的制造方法的逐步表示； [0045] -图27是根据本发明的第四和第五实施例得到的微机械部件的两个示例的表示。 具体实施方式[0048] 该微机械部件设计成应用于钟表学领域。然而，可以很容易地想到其它领域，例如尤其是航空、珠宝或者汽车工业。 [0049] 在钟表学领域，微机械部件可以例如形成手表的外部部件或钟表机芯的部件。该微机械部件因此可以形成表玻璃、表壳、推动件、表冠、表链或表带、表盘、显示元件、摆轮游丝、摆轮、擒纵叉、桥夹板、主夹板、轮副或擒纵轮中的全部或部分。 [0050] 在图1至8和17至18中示出了制造这种微机械部件的方法的第一实施例。在步骤a中，该方法在于，在基底1、101中在至少两个层级N1、N2、NX上形成用于未来的微机械部件的凹腔3、103。各种各样的基底1、101都是可能的。优选地，基底1、101的材料选择低粗糙度的，即，具有光滑表面的自然性质，并且能够抵抗沉积步骤的侵蚀。 [0051] 举例来说，图1、2、17和18示出了步骤a由硅基底1、101形成，因此可以获得非常低的粗糙度，即，算术平均偏差Ra显著小于10nm。 [0052] 因此，在图1和2示出的步骤a的第一替代变型中，由单个晶片2形成在至少两个层级N1、N2、Nx上包括腔3的基底1。 [0053] 步骤a的第一替代变型因此使用多个掩膜，以便获得多个具有不同深度的蚀刻图案。因此，步骤a的第一阶段a1用于在基底1上形成包括第一图案的第一掩膜。第二阶段a2用于在所述基底和第一掩膜的表面上形成包括第二图案的第二掩膜，该第二图案比所述第一掩膜的第一图案小，以便在基底上蚀刻两个不同的图案。 [0054] 步骤a的第一替代变型继续进行各向异性蚀刻(例如深反应离子蚀刻或“DRIE”)的第三阶段a3，以在基底的第一厚度上蚀刻第二图案，然后是用于移走第二掩膜的第四阶段a4。在一个变型中，第二掩膜的厚度和材料可以选择成使得第二掩膜与基底同时被蚀刻，以便将上述阶段a3和a4合并在一个阶段中。应理解，将被蚀刻在层级N2上的图案暂时只被蚀刻在层级N1上。 [0055] 步骤a的第一替代变型继续第五阶段a5，第五阶段a5在于，进行第二各向异性蚀刻，以在层级N2上继续已经在层级N1上进行的对第二图案的蚀刻，和在基底1的层级N1上开始对第一图案的蚀刻，即，在层级N1上将对第二图案的蚀刻扩展成第一图案。在两个层级上蚀刻的情况下，步骤a的第一替代变型以最后阶段a6结束，该最后阶段a6用于移走第一掩膜，以形成在至少两个层级N1、N2上包括凹腔3的基底1。 [0056] 在一个变型中，基底可以是SOI，即，可以包括通过一层二氧化硅连接的两个硅层。其中一个硅层由此可以经历步骤a，并且在至少两个层级N1、N2上的凹腔3的底部可以通过更加精确的方式由二氧化硅层形成。实际上，由于步骤a中的蚀刻很有选择性，因此其不能蚀刻二氧化硅层。应理解，腔的底部将更易于控制。 [0057] 在图17和18示出的步骤a的第二替代变型中，在至少两个层级N1、N2、Nx上包括腔103的基底101是由与所需层级数量一样多的晶片102、104形成的。如下文在第四和第五实施例中所说明的那样，在需要多于两个层级的情况下，该第二替代变型是优选的。 [0058] 步骤a的第二替代变型因此使用多个直接被蚀刻有相关层级N1、N2、Nx所需的图案的晶片。因此，在步骤a的第二替代变型中，在两个层级N1、N2上，第一阶段a7用于形成包括至少一蚀刻贯通的第一图案105的第一晶片102，第二阶段a8用于形成包括至少一蚀刻未贯通的第二图案107的第二晶片104。在最后阶段a9中，根据第二替代变型的步骤a以粘结第一晶片102和第二晶片104结束，以形成在至少两个层级N1、N2上包括凹腔103的基底101，该凹腔103分别由第一图案105和第二图案107构成。优选地，粘结阶段a9通过熔融粘结实现并形成层108。 [0059] 在步骤a的两种替代变型之一之后，第一实施例继续进行步骤b，其中，用合成的碳同素异形体基材料层15、17覆盖基底1、101的凹腔3、103，该材料层的厚度e1比所述腔3、103的所述至少两个层级N1、N2、Nx中每一个的深度小。 [0060] 有利地，根据本发明，根据合成的碳同素异形体基材料层15、17所需的几何复杂性，步骤b也可以有两种替代变型。 [0061] 在图3的左侧部分所示的第二步骤b的第一替代变型中，第一阶段b1用于在基底1的一部分上形成牺牲层11。应理解，基底1因此具有未覆盖的区域12。优选地，通过使用正性或负性光敏树脂的光刻执行步骤b1。在一种变型中，可以通过沉积一定厚度的材料来实现丝网印刷或移印，用于形成具有特定图案的牺牲层。 [0062] 如图4所示，第二步骤b的第一替代变型继续进行第二阶段b2，该第二阶段在基底1上沉积颗粒13，用于形成后续沉积的核点。优选地，第二阶段b2包括使用含有所述颗粒的胶状溶液覆盖基底1的初始进程。因此可以通过将基底1至少部分地浸入溶液中获得该涂层，在该溶液中有目的地使颗粒在溶剂中移动，以在溶液中获得最可能均匀的分布。举例来说，颗粒在溶剂中的移动可通过超声搅拌实现。最后，溶剂可由醇类或水组成，但并不限于此。 [0063] 颗粒13用作核点。在这方面，颗粒可以是相对于后续沉积的材料来说的杂质，或者它们可具有与后续沉积的材料相同的性质。优选地，颗粒的直径在几纳米和几十纳米之间。 [0065] 第二阶段b2接下来是图5所示的第三阶段b3，该第三阶段从基底1移走牺牲层11，以选择性地使基底1的一部分没有任何颗粒13。因此，显然，包括颗粒13的部分是没有牺牲层11的区域。以非限制性的方式举例来说，阶段b3可通过溶解牺牲层11或选择性化学蚀刻牺牲层11获得。 [0066] 第二步骤b的第一替代变型的第四阶段b4用于通过化学气相沉积来沉积材料15，以使其只在颗粒13保留的地方沉积。在步骤b的最后，如图6所示，获得了直接形成有材料5的所希望的部分层的基底1。应理解，第二步骤b的第一替代变型因此允许形成局部被穿透的微机械部件。 [0067] 在图5的右侧部分所示的第二步骤b的第二替代变型中，阶段b6被限制成无选择性地(即，在整个上表面上)化学气相沉积材料。在这方面，可以实施图3的右侧部分所示的较早的阶段b5(与第一替代变型的b1类似)和图6的右侧部分所示的后续阶段b7(与第一替代变型的阶段b3类似)，以便限制层17尤其是在基底1的上表面上的出现。在步骤b的最后，如图6所示，获得了直接形成有材料17的所希望的层的基底1。应理解，第二步骤b的第二替代变型因此允许形成在微机械部件的外表面上没有开口的微机械部件。 [0068] 无论第二步骤b使用哪一种替代变型，如图7所示，根据本发明的方法都可以包括可选的第三步骤d。步骤d用于去除基底1的覆盖有层15、17的一部分，以便使包含在凹腔3中的层15、17具有至少两个层级的厚度。优选地，根据本发明，从基底1上去除比层15、17的厚度e1大的厚度e2，如图7所示。因此，应理解，除了在基底1的至少两个层级上的腔3中，层15、17肯定不再存在了。 [0069] 另外，还能看出，步骤d可以与阶段b1、b5和b3、b7等同，以将层15、17限制在腔3中。实际上，可以简单地通过在排除腔3的整个基底1上形成牺牲层11获得相同的结果。 [0070] 在第一实施例的最后步骤c中，该方法在于移走基底1，以释放至少部分地在腔3中形成的具有多个功能层级F1、F2、Fx的微机械部件。因此，在基底1由硅制成的上述示例中，步骤d可包括选择性蚀刻硅。例如，这可通过使用包括四甲基氢氧化铵(以缩写TMAH和TMAOH已知)的浴的化学蚀刻获得。在一个变型中，也可考虑氢氧化钾化学蚀刻(由缩写KOH已知)。 [0071] 在图8所示的两个示例中，获得了只由层15、17形成的微机械部件，该部件的几何结构与腔3至少部分(即，完全或部分)匹配。有利地，外表面——即，直接与基底1接触的表面——具有非常低的粗糙度，即，可与基底1的粗糙度相当，并且该外表面优选用作机械接触表面。 [0072] 最后，对于高度e3在20μm和1000μm之间的具有两个层级的微机械部件，沉积厚度e1只为0.2μm至20μm的层15、17。因此，由于缩短了沉积步骤b的时间，因此显然节约了材料成本和生产成本。 [0073] 因此，不管微机械部件如何复杂，该方法实施起来不会更加困难。举例来说，在腔3的壁上形成齿圈不会增加困难度，所述齿圈将在微机械部件上形成匹配的齿圈。 [0074] 通过应用第二步骤b的第一替代变型的非限制性示例，可以获得如图9所示的微机械部件21。微机械部件21包括第一功能层级F1，该第一功能层级F1由第一基本上铁饼状的盘23形成，该盘23的中心包括与第二功能层级F2连通的孔22。此外，毂24与孔22同轴地从第一功能层级F1延伸，该毂24将多个臂25连接到轮辋26上。齿圈27从轮辋的周边垂直地伸出来。 因此，图9示出了板23——即，毂24、臂25、轮辋26和齿圈27——的厚度由在该方法的步骤b中沉积的层15的厚度e1形成。 [0075] 另外，微机械部件21包括第二功能层级F2，该第二功能层级F2由第二基本上铁饼状的盘33构成，该盘33的中心包括与心轴配合工作的孔32。此外，毂34与孔32同轴地从第二功能层级F2延伸，齿圈37从该毂34的周边垂直地伸出来，该齿圈37连接第一功能层级F1的毂24。因此，图9示出了板33——即，毂34和齿圈37——的厚度由在该方法的步骤b中沉积的层 15的厚度e1形成。 [0076] 有利地，根据本发明，通过只沉积用于最终涂层所需要的材料量而不需要沉积用于任何后续的完工操作所需要的材料量，选择性地沉积材料。这导致由去除材料的操作(破坏基底1、在沉积层15、17上的银等)所产生的废品率减少。由于缩短了沉积步骤b，减少了材料15、17的使用量以及在所提供的接触区域上没有任何机械研磨操作，因此这也降低了生产成本。 [0077] 图10至12示出第二实施例。根据第二实施例的步骤a和b与第一实施例相同，并且在于在基底41中在至少两个层级N1、N2、Nx上形成凹腔43，该凹腔43至少部分覆盖有形成未来微机械部件的合成的碳同素异形体基材料层45、47，享有与第一实施例相同的替代变型和优点。 [0078] 然而，如图10所示，在步骤c之前执行步骤e，该步骤e在于用第二材料填充覆盖有合成的碳同素异形体基材料45、47的腔3，以在步骤c之后获得由合成的碳同素异形体基材料形成的通过第二材料46、48得到加强和/或装饰有第二材料46、48的微机械部件。 [0079] 根据图10的右侧部分所示的第一替代变型，第二材料48被直接沉积，以完全填充在步骤b中覆盖有层47的腔3的剩余部分。 [0080] 根据图10的左侧部分所示的第二替代变型，执行阶段e-1和e+1以限制第二材料46在步骤e中的出现，阶段e-1在步骤e之前并且用于形成牺牲体积，阶段e+1在步骤e之后并且用于移走牺牲体积。在图10所示的示例中，较早的阶段e-1允许形成棒状件44，从而在后续阶段e+1中形成没有第二材料46的孔42，如图11所示。以非限制性的方式，棒状件44可通过使用正性或负性光敏树脂的光刻形成，然后通过溶解或选择性蚀刻被移走。在一个变型中，棒状件44也可以在步骤a中产生，即，棒状件44将由基底41的一部分形成。 [0081] 优选地，填充空心部的步骤e通过电镀或热加工实现。如果基底由诸如强掺杂硅的导电材料制成，则电镀更容易执行。第二材料优选是金属或金属合金，该金属或金属合金可以是或者可以不是非晶态的。然而，可选择地，可以改变沉积的类型和/或沉积材料的性质。同样，通过使合成的碳同素异形体基材料45、47导电，即，例如通过在步骤b中沉积含硼金刚石使其导电，可以促进电镀。 [0082] 因此，在该第二实施例中，可以使用可选的步骤d将层45、47的厚度限制在多个层级N1、N2、Nx上的凹腔43中，而且使第二材料46、48的沉积物相对于所述限制部分是平的。 [0083] 因此，可能在与第一实施例类似并在图12中示出的可选的步骤d之后和在步骤c之后，获得了具有由第一材料45、47制成的多个功能层级F1、F2、Fx的微机械部件，该微机械部件具有与第一实施例相同的变型和优点，其中，第一材料45、47也通过第二材料46、48得到加强和/或装饰有第二材料46、48。 [0084] 根据本发明的另一优点，此后可以在具有多个功能层F1、F2、Fx的部件上覆盖薄层，这在以前是不可能产生的，因为薄层沉积需要特殊的条件，例如压力、温度或所使用的化合物。通过非限制性的方式，且有利地根据本发明，因此可以由第二材料46、48形成具有多个功能层级F1、F2、Fx的主要是金属的部件，该部件覆盖有由层45、47形成的合成的碳同素异形体基材料层，而目前据申请人所知，用金刚石覆盖金属部件仍然是困难的。 [0085] 同样显然，可以获得具有与第一实施例相同的复杂性的微机械部件。通过非限制性示例，图13示出可以根据第二实施例生产的微机械部件51。微机械部件51包括第一功能层级F1，该第一功能层级F1由第一基本上铁饼状的盘53形成，该盘53的中心包括与第二功能层级F2连通的孔。此外，毂与该孔同轴地从第一功能层级F1延伸，该毂将多个臂55连接到轮辋56。齿圈57从轮辋的周边垂直地伸出来。最后，用第二材料54填充第一功能层级F1的除了由通孔62形成的空的空间以外的剩余部分。 [0086] 另外，微机械部件51包括第二功能层级F2，该第二功能层级F2由第二基本上铁饼状的盘63形成，该盘63的中心包括用于与心轴配合工作的孔62。此外，毂64与孔62同轴地从第二功能层级F2延伸，齿圈67从该毂64的周边垂直地伸出来，该齿圈67连接第一功能层级F1的毂。最后，用第二材料54填充第二功能层级F2的除了由通孔62形成的空的空间以外的剩余部分。 [0087] 在一个变型中，部件51可以有利地包括用于部分55的加强结构。典型地，这些结构可以例如加强部分55的弯曲。各种形式的结构，例如放射状或肋状结构，可以提供增强的刚度并通过第一掩膜在基底中形成。 [0088] 图14至15示出与第二实施例类似的第三实施例。相对于第一和第二实施例，步骤a至c是相同的。然而，改变了第二实施例的步骤e。 [0089] 因此，在第三实施例中，在步骤a、b和可能的步骤d之后，该方法包括与第二实施例的阶段e-1类似的较早的阶段e-1，如在第二实施例中那样，阶段e-1形成牺牲体积79，该牺牲体积79用于在层级N3上方产生没有第二材料76、78的层级，和可能地用于形成孔72的棒状件74。 [0090] 如图14所示，在步骤e中，第二材料76、78形成为从所述腔伸出来，以形成微机械部件的附加功能层级。因此，在与第二实施例的阶段e+1类似的移走牺牲体积79和可能的棒状件74的后续阶段e+1和与第一及第二实施例类似的步骤c之后，如图15所示，得到了由第一材料75、77制成的微机械部件，第一材料75、77通过第二材料76、78得到加强和/或装饰有第二材料76、78，该微机械部件具有与第二实施例的第一和第二功能层级F1和F2相同的变型和优点，并且具有附加的第三层级F3，该第三层级F3只由第二材料76、78形成，该第二材料76、78从厚度e3伸出来，以形成微机械部件的附加的功能层级F3。 [0091] 同样显然，可以获得具有与前两种实施例相同的复杂性的微机械部件。通过非限制性示例，图16示出可以根据第三实施例生产的微机械部件81。微机械部件81包括第一功能层级F1，该第一功能层级F1由第一基本上铁饼状的盘93形成，该盘93的中心包括与心轴配合工作的孔92。此外，毂94与该孔92同轴地从第一功能层级F1延伸，连接第二功能层级F2的齿圈87从毂94的周边垂直地伸出来。最后，用第二材料84填充第一功能层级F1的除了由通孔92形成的空的空间以外的剩余部分。 [0092] 微机械部件81包括第二功能层级F2，该第二功能层级F2由第二基本上铁饼状的盘83形成，该盘83的中心包括与第一功能层级F1连通的孔。此外，毂与孔2同轴地从第二功能层级F2延伸，该毂将多个臂85连接至轮辋86。齿圈87从轮辋的周边垂直地伸出来。最后，用第二材料84填充第二功能层级F2的除了由通孔92形成的空的空间以外的剩余部分。 [0093] 有利地，根据第三实施例，微机械部件81包括第三功能层级F3，该第三功能层级F3由基本上铁饼状的第三盘95形成，该盘95的中心包括与第二功能层级F2连通的孔。除了由通孔92形成的空的空间以外，第三功能层级F3只由第二材料84制成，并且包括周边齿圈96。 [0094] 通过只沉积用于最终涂层所需要的材料量而不需要修整操作，本方法的图1至16的三种实施例因此有利地大大降低了由合成的碳同素异形体基材料制成的材料15、17、45、47、75、77的成本。图1至16的三种实施例还改善了微机械部件21、51、81的外表面的粗糙度并优化了其摩擦学性能。得到的微机械部件21、51、81有利地是单件式的(即，没有材料的不连续)、空心的或填充的(即，由材料壳体15、17、45、47、75、77形成)以限制合成的碳同素异形体基材料的量，并且可能地填充有第二材料46、48、54、76、78、84，其体积形成能够直接包括由第二材料形成的枢轴的多个完美参考功能层级F1、F2、F3、Fx。 [0096] 通过非限制性示例，图19至26通过结合和修改第一实施例的替代变型示出了第四和第五实施例。应理解，这些第四和第五实施例也能够与图1至16的前三种实施例结合。 [0097] 根据本发明的第四和第五实施例都使用了对图17和18所示的步骤a的第二替代变型的修改。在第四和第五实施例中，在至少三个层级N1、N2、Nx上包括腔的基底由三个晶片形成。因此，图19至22所示的第四实施例使用蚀刻有具体图案的两个晶片，该图案形成一个或多个相关层级N1、N2、Nx。 [0098] 根据一个上述变型，也可以通过SOI代替其中一个晶片，从而腔的底部由二氧化硅层形成。 [0099] 根据图19和20的左侧所示的第四实施例的步骤a的第一替代变型，两个晶片被蚀刻成对于相关的层级N1、N2所希望的图案，第三晶片206保持未蚀刻，即，没有贯通的图案。因此，在步骤a的第一替代变型中，第一阶段a10用于形成包括蚀刻贯通的第一图案205的第一晶片202，第二阶段a11用于形成包括蚀刻贯通的第二图案207的第二晶片204，第三阶段a12用于形成没有蚀刻图案的第三晶片206。在最后阶段a13中，第四实施例的第一替代变型的步骤a在通过熔融粘结形成的层208、210的帮助下，通过粘结晶片202、204、206完成，以形成在至少三个层级N1、N2上包括凹腔203的基底201，该层级N1、N2分别由第一图案205和第二图案207形成。 [0100] 在步骤a之后，第四实施例的第一替代变型继续进行步骤b，其中用合成的碳同素异形体基材料层215覆盖基底201的凹腔203，该层215的厚度e1比所述腔203的所述至少三个层级N1、N2中每一个的深度小。 [0101] 本发明的方法的第四实施例的第一替代变型还可以包括可选的第三步骤d或与阶段b1、b5和b3、b7类似的阶段，以将层215限制在腔203中。同样，在步骤c之前可以执行另一可选的步骤e，该步骤e在于用第二材料填充覆盖有合成的碳同素异形体基材料215的腔203，以在步骤c之后获得由合成的碳同素异形体基材料215制成的通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的微机械部件，如在上述第二和第三实施例中那样。 [0102] 在第四实施例的第一替代变型的最后步骤c中，该方法在于移走基底201，以释放至少部分在腔203中形成的具有多个功能层级F1、F2的微机械部件，该微机械部件具有与前三种实施例相同的变型和优点。 [0103] 在图22的左侧所示的第一替代变型中，获得了只由层215形成的微机械部件，其几何结构与腔203至少部分匹配。有利地，外表面——即，直接与基底201接触的表面——具有非常低的粗糙度，即,可与基底201的粗糙度相当，并且该外表面优选用作机械接触表面。 [0104] 在图22左侧所示的示例中，可考虑形成手表镶花221，即，显示元件的一部分。因此获得了微机械部件221，该微机械部件221包括由用于与钟表表盘配合工作的脚部227形成的第一功能层级F1，和由形成嵌花221的可见部分的空心主体223形成的第二功能层级F2。图22因此示出了主体223和脚部227的厚度由在该方法的步骤b中沉积的层215的厚度e1形成。 [0105] 根据图19和20的右侧所示的第四实施例的步骤a的第二替代变型，两个晶片302、304被蚀刻成一个或多个层级N1、N2、N3所需要的具体图案，第三晶片306保持未蚀刻，即，没有贯通的图案。因此，在步骤a的第二替代变型中，第一阶段a14用于形成包括蚀刻贯通的第一图案305的第一晶片302，第二阶段a15用于形成包括蚀刻贯通的第二图案307的第二晶片 304，第三蚀刻的未贯通图案311与第二图案307连通。步骤a还包括第三阶段a16，该第三阶段a16在于形成没有蚀刻图案的第三晶片306。在最后阶段a17中，第四实施例的第二替代方案的步骤a在通过熔融粘结形成的层308、310的帮助下，通过粘结晶片302、304、306完成，以形成在至少三个层级N1、N2、N3上包括凹腔303的基底301，该层级N1、N2、N3分别由图案305、 311、307形成。 [0106] 在步骤a之后，第四实施例的第二替代变型继续进行步骤b，其中用合成的碳同素异形体基材料层315覆盖基底301的凹腔303，该层315的厚度e1比所述腔303的所述三个层级N1、N2、N3中每一个的深度小。 [0107] 本发明的方法的第四实施例的第二替代变型还可以包括可选的第三步骤d或与阶段b1、b5和b3、b7类似的阶段，以将层315限制在腔303中。同样，在步骤c之前可以执行另一可选的步骤e，该步骤e在于用第二材料填充覆盖有合成的碳同素异形体基材料315的腔303，以在步骤c之后获得由合成的碳同素异形体基材料315制成的通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的微机械部件，如在上述第二和第三实施例中那样。 [0108] 在第四实施例的第二替代变型的最后步骤c中，该方法在于移走基底301，以释放至少部分地在腔303中形成的具有多个功能层级F1、F2、F3的微机械部件，该微机械部件具有与前三种实施例相同的变型和优点。 [0109] 在图22的右侧所示的第二替代变型中，获得了只由层315形成的微机械部件，其几何结构与腔303至少部分地匹配。有利地，外表面——即，直接与基底301接触的表面——具有非常低的粗糙度，即，可与基底301的粗糙度相当，并且该外表面优选用作机械接触表面。 [0110] 在图22右侧所示的示例中，可考虑形成手表表盘321。因此获得了包括第一功能层级F1的微机械部件321，该第一功能层级F1由用于与钟表主夹板配合工作的脚部327形成。微机械部件321还包括由空心主体323形成的第二功能层级F2并且包括第三功能层级F3，该空心主体323形成表盘的大部分可见部件，该第三功能层级F3形成主体325的至少一个突起，该主体325能够作为单件式嵌花325。图22因此示出主体323、突起325和脚部327的厚度由在该方法的步骤b中沉积的层315的厚度e1形成。 [0111] 在图23和24所示的第五实施例的步骤a中，三个晶片402、404、406被蚀刻成对于相关的层级N1、N2、N3所希望的图案。因此，在步骤a中，第一阶段a18用于形成包括蚀刻贯通的第一图案405的第一晶片402，第二阶段a19用于形成包括蚀刻贯通的第二图案407的第二晶片404，第三阶段a20在于形成包括蚀刻的未贯通的图案411——即，没有贯通的图案——的第三晶片406。在最后阶段a21中，第五实施例的步骤a在通过熔融粘结形成的层408、410的帮助下，通过粘结晶片402、404、406完成，以形成在三个层级N1、N2、N3上包括凹腔403的基底401，该层级N1、N2、N3分别由图案405、407和411形成。 [0112] 在步骤a之后，第五实施例继续进行步骤b，其中用合成的碳同素异形体基材料层415覆盖基底401的凹腔403，该层415的厚度e1比所述腔403的所述三个层级N1、N2、N3中每一个的深度小。 [0113] 本发明的方法的第五实施例还可以包括可选的第三步骤d或与阶段b1、b5和b3、b7类似的阶段，以将层415限制在腔403中。同样，在步骤c之前可以执行另一可选的步骤e，该步骤e在于用第二材料填充覆盖有合成的碳同素异形体基材料415的腔403，以在步骤c之后获得由合成的碳同素异形体基材料415制成的通过第二材料得到加强和/或装饰有第二材料的微机械部件，如在上述第二和第三实施例中那样。 [0114] 在第五实施例的最后步骤c中，该方法在于移走基底401，以释放至少部分地在腔403中形成的具有多个功能层级F1、F2、F3的微机械部件，该微机械部件具有与前三种实施例相同的变型和优点。 [0115] 在图26所示的示例中，获得了只由层415形成的微机械部件，其几何结构与腔403至少部分地匹配。有利地，外表面——即，直接与基底401接触的表面——具有非常低的粗糙度，即，可与基底401的粗糙度相当，并且该外表面优选用作机械接触表面。 [0116] 在图26所示的示例中，可考虑形成钟表轮副421。因此获得了包括第一功能层级F1的微机械部件421，该第一功能层级F1由枢轴427构成，该枢轴427用于与第一钟表轴承/支承件配合工作。微机械部件421还包括第二功能层级F2和第三功能层级F3，该第二功能层级F2由空心裙体425形成，该空心裙体425形成带有齿圈的轮，该第三功能层级F3由第二枢轴423形成，该枢轴423用于与第二钟表轴承/支承件配合工作。图26因此示出了枢轴423、427和轮425的厚度由在该方法的步骤b中沉积的层415的厚度e1形成。 [0117] 因此，应理解，该方法使得可以形成包括没有高度限制的多个功能层级F1、F2、F3的微机械部件。通过图27所示的非限制性示例，因此可以形成完全由金刚石制成的瑞士杠杆式擒纵系统521。因此应注意，空心的单件式擒纵叉523(即，擒纵叉瓦、擒纵叉轴、擒纵杆、擒纵叉头和叉头钉)的厚度可以只由在本发明的方法的步骤b中沉积的层的厚度e1形成。同样，空心的单件式擒纵轮525(即，齿轮和枢轴)的厚度也可以只由在本发明的方法的步骤b中沉积的层的厚度e1形成。 [0118] 当然，本发明并不限于图示的示例，而是可以具有本领域技术人员将想到的各种变型和改变。尤其是，可以在同一基底1、41、71、101、201、301、401、甚至可以是SOI上同时制造几个可以具有或可以不具有相同设计的微机械部件21、51、81、221、321、421、523、525。 [0119] 因此，不仅可在基底1、41、71、101、201、301、401上形成几个相同或不同的腔3、43、73、103、203、303、403，而且也可形成在基底1、41、71、101、201、301、401的几个面上，即，本方法的各种实施例的步骤都可应用于基底1、41、71、101、201、301、401的几个面。 |
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