PROCEDE DE FABRICATION D'UN SPIRAL D'UNE RAIDEUR PREDETERMINEE PAR AJOUT DE MATIERE

Description

Domaine de l'invention

[0001] L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un spiral d'une raideur prédéterminée et, plus précisément, un tel spiral utilisé comme spiral compensateur coopérant avec un balancier d'inertie prédéterminée pour former un résonateur comportant une fréquence prédéterminée.

Arrière-plan de l'invention

[0002] Il est expliqué dans le document EP 1 422 436 comment former un spiral compensateur comportant une âme en silicium revêtue de dioxyde de silicium et coopérant avec un balancier d'inertie prédéterminée pour compenser thermiquement l'ensemble dudit résonateur.

[0003] Fabriquer un tel spiral compensateur apporte de nombreux avantages mais possède également des inconvénients. En effet, l'étape de gravage de plusieurs spiraux dans une plaquette de silicium offre une dispersion géométrique non négligeable entre les spiraux d'une même plaquette et une dispersion plus grande entre des spiraux de deux plaquettes gravées à des moments différents. Incidemment, la raideur de chaque spiral gravé avec le même motif de gravage est variable en créant des dispersions de fabrication non négligeables. WO2012007460 montre un procédé d'ajustement de fréquence d'oscillation d'un ensemble balancier-spiral en effectuant un enlèvement ou/et un ajout ou/et un déplacement de matière sur au moins un composant dudit ensemble.

Résumé de l'invention

[0004] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un procédé de fabrication d'un spiral dont les dimensions sont suffisamment précises pour ne pas nécessiter de retouche.

[0005] A cet effet, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un spiral d'une raideur prédéterminée selon la revendication 1.

[0006] On comprend donc que le procédé permet de garantir une très haute précision dimensionnelle du spiral et, incidemment, de garantir une raideur plus précise dudit spiral. Chaque paramètre de fabrication, pouvant induire des variations géométriques lors de l'étape a), peut ainsi être totalement rectifié pour chaque spiral fabriqué ou rectifié en moyenne pour l'ensemble des spiraux formés en même temps permettant de diminuer drastiquement le taux de rebut.

[0007] Conformément à d'autres variantes avantageuses de l'invention :

• lors de l'étape a), les dimensions du spiral formé lors de l'étape a) sont entre 1% et 20% inférieures à celles nécessaires pour obtenir ledit spiral à ladite raideur prédéterminée ;
• l'étape a) est réalisée à l'aide d'un gravage ionique réactif profond ou d'un gravage chimique ;
• lors de l'étape a), plusieurs spiraux sont formés dans une même plaquette selon des dimensions inférieures aux dimensions nécessaires pour obtenir plusieurs spiraux d'une raideur prédéterminée ou plusieurs spiraux de plusieurs raideurs prédéterminées ;
• le spiral formé lors de l'étape a) est à base de silicium, de verre, de céramique, de métal ou d'alliage métallique ;
• l'étape b) comporte les phases b1): mesurer la fréquence d'un ensemble comportant le spiral formé lors de l'étape a) couplé avec un balancier doté d'une inertie prédéterminée et b2) : déduire de la fréquence mesurée, la raideur du spiral formé lors de l'étape a) ;
• selon une première variante, l'étape d) comporte la phase d1) : déposer une couche sur une partie de la surface externe du spiral formé lors de l'étape a) afin d'obtenir le spiral aux dimensions nécessaires à ladite raideur prédéterminée ;
• selon une deuxième variante, l'étape d) comporte la phase d2) : modifier la structure selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe du spiral formé lors de l'étape a) afin d'obtenir le spiral aux dimensions nécessaires à ladite raideur prédéterminée ;
• selon une troisième variante, l'étape d) comporte la phase d3) : modifier la composition selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe du spiral obtenu lors de l'étape a) afin d'obtenir le spiral aux dimensions nécessaires à ladite raideur prédéterminée ;
• après l'étape d), le procédé effectue au moins une nouvelle fois les étapes b), c) et d) pour affiner la qualité dimensionnelle ;
• selon une première variante, l'étape e) comporte la phase e1) : déposer une couche sur une partie de la surface externe dudit spiral d'une raideur prédéterminée ;
• selon une deuxième variante, l'étape e) comporte la phase e2) : modifier la structure selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe dudit spiral d'une raideur prédéterminée ;
• selon une troisième variante, l'étape e) comporte la phase e3) : modifier la composition selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe dudit spiral d'une raideur prédéterminée.

Description sommaire des dessins

[0008] D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

• la figure 1 est une vue en perspective d'un résonateur assemblé selon l'invention ;
• la figure 2 est un exemple de géométrie de spiral selon l'invention ;
• les figures 3 à 5 sont des sections de spiral à différentes étapes du procédé selon l'invention ;
• la figure 6 est une représentation en perspective d'une étape du procédé selon l'invention ;
• la figure 7 est un diagramme du procédé selon l'invention.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

[0009] Comme illustré à la figure 1, l'invention se rapporte à un résonateur 1 du type balancier 3 - spiral 5. Le balancier 3 et le spiral 5 sont préférentiellement montés sur le même axe 7. Dans un tel résonateur 1, le moment d'inertie I du balancier 3 répond à la formule :

dans laquelle m représente sa masse et r son rayon de giration qui dépend également de la température par l'intermédiaire du coefficient de dilatation α_b du balancier.

[0010] De plus, la raideur C du spiral 5 à section constante répond à la formule :

dans laquelle E est le module d'Young du matériau utilisé, h sa hauteur, e son épaisseur et L sa longueur développée.

[0011] De plus, la raideur C d'un spiral 5 à section variable répond à la formule :

dans laquelle E est le module d'Young du matériau utilisé, h sa hauteur, e son épaisseur, L sa longueur développée et / l'abscisse curviligne le long de la spire.

[0012] De plus, la raideur C d'un spiral 5 à épaisseur variable mais à hauteur constante répond à la formule :

dans laquelle E est le module d'Young du matériau utilisé, h sa hauteur, e son épaisseur, L sa longueur développée et / l'abscisse curviligne le long de la spire.

[0013] Enfin, la fréquence f du résonateur 1 balancier-spiral répond à la formule :

[0014] Selon l'invention, il est souhaité que la variation de la fréquence en fonction de la température d'un résonateur soit sensiblement nulle. La variation de la fréquence f en fonction de la température T dans le cas d'un résonateur balancier-spiral suit sensiblement la formule suivante :

où :

• 
  
  est la variation relative de fréquence ;
• ΔT est la variation de la température ;
• 
  
  est la variation relative du module d'Young en fonction de la température, c'est-à-dire le coefficient thermoélastique (CTE) du spiral ;
• α_s est le coefficient de dilatation du spiral, exprimé en ppm.°C^-1;
• α_b est le coefficient de dilatation du balancier, exprimé en ppm.°C^-1;

[0015] Les oscillations de tout résonateur destiné à une base de temps ou de fréquence devant être entretenues, la dépendance thermique comprend également une contribution éventuelle du système d'entretien comme, par exemple, un échappement à ancre suisse (non représenté) coopérant avec la cheville 9 du plateau 11 également monté sur l'axe 7.

[0016] On comprend donc, à partir des formules (1)-(6), qu'il est possible par le choix des matériaux utilisés de coupler le spiral 5 avec le balancier 3 afin que la fréquence f du résonateur 1 soit quasiment insensible aux variations de température.

[0017] L'invention concerne plus particulièrement un résonateur 1 dans lequel le spiral 5 est utilisé pour compenser thermiquement l'ensemble du résonateur 1, c'est-à-dire toutes les parties et notamment le balancier 3. Un tel spiral 5 est généralement appelé un spiral compensateur. C'est pourquoi, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication permettant de garantir une très haute précision dimensionnelle du spiral et, incidemment, de garantir une raideur plus précise dudit spiral.

[0018] Selon l'invention, le spiral compensateur 5, 15 est formé à base d'un matériau, éventuellement revêtu d'une couche de compensation thermique, et destiné à coopérer avec un balancier 3 d'inertie prédéterminée. Toutefois, rien n'empêche de prévoir un balancier avec des masselottes déplaçables permettant d'offrir un paramètre de réglage avant ou après la vente de la pièce d'horlogerie.

[0019] L'utilisation d'un matériau, par exemple à base de silicium, de verre ou de céramique, pour la fabrication d'un spiral 5, 15 offre l'avantage d'être précis par les méthodes de gravage existantes et de posséder de bonnes propriétés mécaniques et chimiques en étant notamment très peu sensible aux champs magnétiques. Il doit en revanche être revêtu ou modifié superficiellement pour pouvoir former un spiral compensateur.

[0020] Préférentiellement, le matériau à base de silicium utilisé pour la réalisation du spiral compensateur peut être du silicium monocristallin quelle que soit son orientation cristalline, du silicium monocristallin dopé quelle que soit son orientation cristalline, du silicium amorphe, du silicium poreux, du silicium polycristallin, du nitrure de silicium, du carbure de silicium, du quartz quelle que soit son orientation cristalline ou de l'oxyde de silicium. Bien entendu d'autres matériaux peuvent être envisagés comme un verre, une céramique, un cermet, un métal ou un alliage métallique. Par simplification, l'explication ci-dessous sera portée sur un matériau à base de silicium.

[0021] Chaque type de matériau peut être modifié superficiellement ou revêtu d'une couche afin de compenser thermiquement le matériau de base comme expliqué ci-dessus.

[0022] Si l'étape de gravage de spiraux dans une plaquette à base de silicium, au moyen d'un gravage ionique réactif profond (également connu sous l'abréviation « D.R.I.E. »), est la plus précise, des phénomènes qui interviennent lors du gravage ou entre deux gravages successifs peuvent néanmoins induire des variations géométriques.

[0023] Bien entendu, d'autres types de fabrication peuvent être mis en oeuvre, comme le gravage laser, le gravage ionique localisé (connu sous l'abréviation anglaise « F.I.B. »), la croissance galvanique, la croissance par dépôt chimique en phase gazeuse ou le gravage chimique, qui sont moins précis et pour lesquels le procédé aurait encore plus de sens.

[0024] Ainsi, l'invention se rapporte à un procédé 31 de fabrication d'un spiral 5c. Selon l'invention, le procédé 31 comporte, comme illustré à la figure 7, une première étape 33 destinée à former au moins un spiral 5a, par exemple à base de silicium, selon des dimensions Da inférieures aux dimensions Db nécessaires pour obtenir ledit spiral 5c d'une raideur C prédéterminée. Comme visible à la figure 3, la section du spiral 5a comporte une hauteur H₁ et une épaisseur E₁.

[0025] Préférentiellement, les dimensions Da du spiral 5a sont sensiblement entre 1% et 20% inférieures à celles Db du spiral 5c nécessaires pour obtenir ledit spiral 5c d'une raideur C prédéterminée.

[0026] Préférentiellement selon l'invention, l'étape 33 est réalisée à l'aide d'un gravage ionique réactif profond dans une plaquette 23 d'un matériau à base de silicium comme illustré à la figure 6. On s'aperçoit que les faces opposées F₁, F₂ sont ondulées car un gravage ionique réactif profond du type Bosch occasionne une gravure en créneaux structurée par les étapes successives d'attaque et de passivation.

[0027] Bien entendu, le procédé ne saurait se limiter à une étape 33 particulière. A titre d'exemple, l'étape 33 pourrait tout aussi bien être obtenue par un gravage chimique dans une plaquette 23 d'un matériau par exemple à base de silicium. De plus, l'étape 33 signifie que un ou plusieurs spiraux sont formés, c'est-à-dire que l'étape 33 permet de former des spiraux en vrac ou alternativement formés dans une plaquette d'un matériau.

[0028] Par conséquent, lors de l'étape 33, plusieurs spiraux 5a peuvent être formés dans la même plaquette 23 selon des dimensions Da, H₁, E₁ inférieures aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires pour obtenir plusieurs spiraux 5c d'une raideur C prédéterminée ou plusieurs spiraux 5c de plusieurs raideurs C prédéterminées.

[0029] L'étape 33 ne se limite pas non plus à la formation d'un spiral 5a selon des dimensions Da, H₁, E₁ inférieures aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires pour obtenir un spiral 5c d'une raideur C prédéterminée, formé à l'aide d'un unique matériau. Ainsi, l'étape 33 pourrait tout aussi bien former un spiral 5a selon des dimensions Da, H₁, E₁ inférieures aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires pour obtenir un spiral 5c d'une raideur C prédéterminée en un matériau composite, c'est-à-dire comportant plusieurs matériaux distincts.

[0030] Le procédé 31 comporte une deuxième étape 35 destinée à déterminer la raideur du spiral 5a. Une telle étape 35 peut être réalisée directement sur le spiral 5a encore attaché à la plaquette 23 ou sur le spiral 5a préalablement détaché de la plaquette 23, sur l'ensemble, ou sur un échantillon des spiraux encore attachés à une plaquette 23 ou sur un échantillon de spiraux préalablement détachés d'une plaquette 23.

[0031] Selon l'invention, le spiral 5a étant ou non détaché de la plaquette 23, l'étape 35 comporte une première phase destinée à mesurer la fréquence f d'un ensemble comportant le spiral 5a couplé avec un balancier doté d'une inertie I prédéterminée puis, à l'aide de la relation (5), en déduire, dans une deuxième phase, la raideur C du spiral 5a.

[0032] Une telle phase de mesure peut notamment être dynamique et réalisée selon les enseignements du document EP 2 423 764. Toutefois, alternativement, une méthode statique, réalisée selon les enseignements du document EP 2 423 764, peut également être mise en oeuvre pour déterminer la raideur C du spiral 5a.

[0033] Bien entendu, comme expliqué ci-dessus, le procédé ne se limitant pas au gravage d'un unique spiral par plaquette, l'étape 35 peut également consister en une détermination de la raideur moyenne d'un échantillon représentatif ou de l'ensemble des spiraux formés sur une même plaquette.

[0034] Selon l'invention, à partir de la détermination de la raideur C du spiral 5a, le procédé 31 comporte une étape 37 destinée à calculer, à l'aide de la relation (2), l'épaisseur de matériau manquante pour obtenir le spiral 5c d'une raideur C prédéterminée, c'est-à-dire le volume de matériau à ajouter et/ou à modifier de manière homogène ou non sur la surface du spiral 5a.

[0035] Le procédé se poursuit avec une étape 39 destinée à modifier le spiral 5a formé lors de l'étape a), pour compenser ladite épaisseur de matériau manquante permettant d'obtenir le spiral 5c aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires à ladite raideur C prédéterminée. On comprend donc qu'il importe peu que les variations géométriques soient intervenues sur l'épaisseur et/ou la hauteur et/ou la longueur du spiral 5a dans la mesure où, selon l'équation (2), c'est le produit h·e³ qui détermine la rigidité de la spire.

[0036] Ainsi, une épaisseur homogène sur toute la surface externe peut être ajoutée et/ou modifiée, une épaisseur non homogène sur toute la surface externe peut être ajoutée et/ou modifiée, une épaisseur homogène seulement sur une partie de la surface externe peut être ajoutée et/ou modifiée, ou une épaisseur non homogène seulement sur une partie de la surface externe peut être ajoutée et/ou modifiée. A titre d'exemple, l'étape 39 pourrait consister à ne rajouter de la matière que selon l'épaisseur E₁ ou selon la hauteur H₁ du spiral 5a.

[0037] Dans une première variante, l'étape 39 comporte une phase d1 destinée à déposer une couche sur une partie de la surface externe du spiral 5a formé lors de l'étape 33 afin d'obtenir le spiral 5c aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires à ladite raideur C prédéterminée. Une telle phase d1 peut, par exemple, être obtenue par oxydation thermique, par croissance galvanique, par dépôt physique en phase vapeur (connu sous l'abréviation anglaise « P.V.D. »), par dépôt chimique en phase vapeur (connu sous l'abréviation anglaise « C.V.D. »), par dépôt en couche atomique (connu sous l'abréviation anglaise « A.L.D. ») ou par toute autre méthode additive.

[0038] Une telle phase d1 peut, par exemple, être réalisée par un dépôt chimique en phase vapeur permettant de former du polysilicium sur le spiral 5a en silicium monocristallin afin d'obtenir le spiral 5c aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires à la raideur C prédéterminée.

[0039] Comme visible à la figure 4, la section du spiral 5c comporte une hauteur H₂ et une épaisseur E₂. On s'aperçoit que le spiral 5c est formé d'une partie centrale 22 à base de silicium monocristallin et une partie périphérique 24 en silicium polycristallin selon les dimensions globales Db nécessaires à la raideur C prédéterminée.

[0040] Dans une deuxième variante, l'étape 39 peut consister en une phase d2 destinée à modifier la structure selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe du spiral 5a afin d'obtenir le spiral 5c aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires à la raideur C prédéterminée. A titre d'exemple illustré à la figure 4, si du silicium amorphe est utilisé pour former le spiral 5a, il peut être prévu de le cristalliser selon une profondeur prédéterminée formant une partie centrale 22 en silicium amorphe et une partie périphérique 24 en silicium polycristallin afin d'obtenir le spiral 5c aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires à la raideur C prédéterminée.

[0041] Dans une troisième variante, l'étape 39 peut consister en une phase d3 destinée à modifier la composition selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe du spiral 5a d'une raideur C prédéterminée. A titre d'exemple illustré à la figure 4, si un silicium monocristallin ou polycristallin est utilisé pour former le spiral 5a, il peut être prévu de le doper ou d'y diffuser des atomes interstitiels ou de substitution selon une profondeur prédéterminée formant une partie centrale 22 en silicium monocristallin ou polycristallin et une partie périphérique 24 dopée ou diffusée à l'aide d'atomes différents du silicium afin d'obtenir le spiral 5c aux dimensions Db, H₂, E₂ nécessaires à la raideur C prédéterminée. On comprend que cette troisième variante n'implique pas forcément une augmentation de volume mais augmente au moins superficiellement le module d'Young permettant d'obtenir la raideur C prédéterminée.

[0042] Pour ces trois variantes, il est visible que la forme en créneaux est toujours reproduite sur une portion de la partie périphérique 24 et la partie centrale 22. Ainsi, une étape de lissage avant l'étape 39 peut être prévue pour atténuer, voire enlever, l'éventuelle forme en créneaux du spiral 5a.

[0043] L'étape 39 peut finir le procédé 31. Toutefois, après l'étape 39, le procédé 31 peut également effectuer, au moins une nouvelle fois, les étapes 35, 37 et 39 dans le but d'encore affiner la qualité dimensionnelle du spiral. Ces itérations des étapes 35, 37 et 39 peuvent, par exemple, trouver un intérêt particulier quand l'exécution de la première itération des étapes 35, 37 et 39 est réalisée sur l'ensemble, ou sur un échantillon, des spiraux encore attachés à une plaquette 23, puis dans une deuxième itération, sur l'ensemble, ou un échantillon, des spiraux préalablement détachés de la plaquette 23 ayant subi la première itération.

[0044] Le procédé 31 peut également se poursuivre avec tout ou partie du processus 40 illustré à la figure 7 comportant des étapes optionnelles 41, 43 et 45. Avantageusement selon l'invention, le procédé 31 peut ainsi se poursuivre avec l'étape 41 destinée à former, sur au moins une partie du spiral 5c, une portion 26 permettant de corriger la raideur du spiral 5c et de former un spiral 5, 15 moins sensible aux variations thermiques.

[0045] Dans une première variante, l'étape 41 peut consister en une phase e1 destinée à déposer une couche sur une partie de la surface externe dudit spiral 5c d'une raideur C prédéterminée.

[0046] Dans le cas où les parties 22/24 sont un matériau à base de silicium, la phase e1 peut consister à oxyder le spiral 5c pour le revêtir de dioxyde de silicium afin de corriger la raideur du spiral 5c et de former un spiral 5, 15 qui est thermocompensé. Une telle phase e1 peut, par exemple, être obtenue par oxydation thermique. Une telle oxydation thermique peut, par exemple, être réalisée entre 800 et 1200 °C sous atmosphère oxydante à l'aide de vapeur d'eau ou de gaz de dioxygène permettant de former de l'oxyde de silicium sur le spiral 5c.

[0047] On obtient ainsi le spiral 5, 15 compensateur comme illustré à la figure 5 qui, avantageusement selon l'invention, comporte une âme composite 22/24 à base de silicium et un revêtement 26 à base d'oxyde de silicium. Avantageusement selon l'invention, le spiral 5, 15 compensateur possède donc une très haute précision dimensionnelle notamment quant à la hauteur H₃ et de l'épaisseur E₃, et, incidemment, une compensation thermique de l'ensemble du résonateur 1 très fine.

[0048] Dans le cas d'un spiral à base de silicium, les dimensions globales Db peuvent être trouvées en utilisant les enseignements du document EP 1 422 436 pour l'appliquer au résonateur 1 qui est destiné à être fabriqué, c'est-à-dire pour compenser l'ensemble des parties constituantes du résonateur 1 comme expliqué ci-dessus.

[0049] Dans une deuxième variante, l'étape 41 peut consister en une phase e2 destinée à modifier la structure selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe dudit spiral 5c d'une raideur C prédéterminée. A titre d'exemple, si un silicium amorphe est utilisé pour la partie périphérique 24 et, éventuellement, la partie centrale 22, il peut être prévu de le cristalliser selon une profondeur prédéterminée dans la partie périphérique 24 et, éventuellement, dans la partie centrale 22.

[0050] Dans une troisième variante, l'étape 41 peut consister en une phase e3 destinée à modifier la composition selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe dudit spiral 5c d'une raideur C prédéterminée. A titre d'exemple, si un silicium monocristallin ou polycristallin est utilisé pour la partie périphérique 24 et, éventuellement, la partie centrale 22, il peut être prévu de le doper ou d'y diffuser des atomes interstitiels ou de substitution selon une profondeur prédéterminée dans la partie périphérique 24 et, éventuellement, dans la partie centrale 22.

[0051] Avantageusement selon l'invention, il est ainsi possible de fabriquer, comme illustré à la figure 2, sans plus de complexité un spiral 5c, 5, 15 comportant notamment :

• une ou plusieurs spires de section(s) plus précise(s) que celle obtenue par un unique gravage ;
• des variations d'épaisseur et/ou de pas le long de la spire ;
• une virole 17 monobloc ;
• une spire interne 19 du type à courbe Grossmann ;
• une attache 14 de pitonnage monobloc ;
• un élément d'encastrement externe monobloc ;
• une portion 13 de la spire externe 12 surépaissie et/ou de la spire interne 19 par rapport au reste des spires.

[0052] Enfin, le procédé 31 peut également comporter l'étape 45 destinée à assembler un spiral compensateur 5, 15 obtenu lors de l'étape 41, ou un spiral 5c obtenu lors de l'étape 39, avec un balancier d'inertie prédéterminée obtenu lors de l'étape 43 pour former un résonateur 1 du type balancier - spiral qui est compensé thermiquement ou non, c'est-à-dire dont la fréquence f est sensible ou non aux variations de température.

[0053] Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, comme expliqué ci-dessus, le balancier, même s'il comporte une inertie prédéfinie de construction, peut comporter des masselottes déplaçables permettant d'offrir un paramètre de réglage avant ou après la vente de la pièce d'horlogerie.

[0054] De plus, une étape supplémentaire, entre l'étape 39 et l'étape 41, ou entre l'étape 39 et l'étape 45, pourrait être prévue afin de déposer une couche fonctionnelle ou esthétique, comme, par exemple, une couche de durcissement ou une couche luminescente.

[0055] Il est également envisageable dans le cas où le procédé 31 effectue, après l'étape 39, une ou plusieurs itération(s) des étapes 35, 37 et 39 que l'étape 35 ne soit pas systématiquement mise en oeuvre.

Revendications

1. Procédé (31) de fabrication d'un spiral (5c) d'une raideur (C) prédéterminée comportant les étapes suivantes :

a) former (33) un spiral (5a) selon des dimensions (Da, H₁, E₁) inférieures aux dimensions (Db, H₂, E₂) nécessaires pour obtenir ledit spiral (5c) d'une raideur (C) prédéterminée ;

b) déterminer (35) la raideur (C) du spiral (5a) formé lors de l'étape a) par mesure de la fréquence (f) dudit spiral (5a) couplé avec un balancier doté d'une inertie prédéterminée ;

c) calculer (37) l'épaisseur de matériau manquante, à partir de la détermination de la raideur (C) du spiral (5a) déterminé lors de l'étape b), pour obtenir ledit spiral (5c) d'une raideur (C) prédéterminée ;

d) modifier (39) le spiral (5a) formé lors de l'étape a), pour compenser ladite épaisseur de matériau manquante permettant d'obtenir le spiral (5c) aux dimensions (Db, H₂, E₂) nécessaires à ladite raideur (C) prédéterminée.

2. Procédé (31) de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lors de l'étape a), les dimensions (Da, H₁, E₁) du spiral (5a) formé lors de l'étape a) sont entre 1% et 20% inférieures à celles (Db, H2, E2) nécessaires pour obtenir ledit spiral (5c) à ladite raideur (C) prédéterminée.

3. Procédé (31) de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape a) est réalisée à l'aide d'un gravage ionique réactif profond.

4. Procédé (31) de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape a) est réalisée à l'aide d'un gravage chimique.

5. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l'étape a), plusieurs spiraux (5a) sont formés dans une même plaquette (23) selon des dimensions (Da, H₁, E₁) inférieures aux dimensions (Db, H2, E2) nécessaires pour obtenir plusieurs spiraux (5c) d'une raideur (C) prédéterminée ou plusieurs spiraux (5c) de plusieurs raideurs (C) prédéterminées.

6. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le spiral (5a) formé lors de l'étape a) est à base de silicium.

7. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le spiral (5a) formé lors de l'étape a) est à base de verre.

8. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le spiral (5a) formé lors de l'étape a) est à base de céramique.

9. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le spiral (5a) formé lors de l'étape a) est à base de métal.

10. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le spiral (5a) formé lors de l'étape a) est à base d'alliage métallique.

11. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape b) comporte les phases suivantes :

b1) mesurer la fréquence (f) d'un ensemble comportant le spiral (5a) formé lors de l'étape a) couplé avec un balancier doté d'une inertie prédéterminée ;

b2) déduire de la fréquence (f) mesurée, la raideur (C) du spiral (5a) formé lors de l'étape a).

12. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d) comporte la phase suivante :

d1) déposer une couche sur une partie de la surface externe du spiral (5a) formé lors de l'étape a) afin d'obtenir le spiral (5c) aux dimensions (Db, H₂, E₂) nécessaires à ladite raideur (C) prédéterminée.

13. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'étape d) comporte la phase suivante :

d2) modifier la structure selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe du spiral (5a) formé lors de l'étape a) afin d'obtenir le spiral (5c) aux dimensions (Db, H₂, E₂) nécessaires à ladite raideur (C) prédéterminée.

14. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'étape d) comporte la phase suivante :

d3) modifier la composition selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe du spiral (5a) obtenu lors de l'étape a) afin d'obtenir le spiral (5c) aux dimensions (Db, H₂, E₂) nécessaires à ladite raideur (C) prédéterminée.

15. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après l'étape d), le procédé effectue au moins une nouvelle fois les étapes b), c) et d) pour affiner la qualité dimensionnelle.

16. Procédé (31) de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après l'étape d), le procédé comporte, en outre, l'étape suivante :

e) former, sur au moins une partie dudit spiral (5c) d'une raideur (C) prédéterminée, une portion permettant de corriger la raideur du spiral (5c) et de former un spiral (5, 15) moins sensible aux variations thermiques.

17. Procédé (31) de fabrication selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape e) comporte la phase suivante :

e1) déposer une couche sur une partie de la surface externe dudit spiral (5c) d'une raideur (C) prédéterminée.

18. Procédé (31) de fabrication selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape e) comporte la phase suivante :

e2) modifier la structure selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe dudit spiral (5c) d'une raideur (C) prédéterminée.

19. Procédé (31) de fabrication selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape e) comporte la phase suivante :

e3) modifier la composition selon une profondeur prédéterminée d'une partie de la surface externe dudit spiral (5c) d'une raideur (C) prédéterminée.

Ansprüche

1. Verfahren (31) zum Herstellen einer Spiralfeder (5c) mit einer vorbestimmten Steifigkeit (C), umfassend die folgenden Schritte:

a) Formen (33) einer Spiralfeder (5a) mit Abmessungen (Da, H₁, E₁), kleiner als die Abmessungen (Db, H₂, E₂), die erforderlich sind, um die Spiralfeder (5c) mit einer vorbestimmten Steifigkeit (C) zu erhalten;

b) Bestimmen (35) der Steifigkeit (C) der im Schritt a) geformten Spiralfeder (5a) durch Messen der Frequenz (f) der Spiralfeder (5a), die mit einer mit einer vorbestimmten Trägheit versehenen Unruh gekoppelt ist;

c) Berechnen (37) der fehlenden Materialdicke ausgehend von der Bestimmung der Steifigkeit (C) der Spiralfeder (5a), die im Schritt b) bestimmt wird, um die Spiralfeder (5c) mit einer vorbestimmten Steifigkeit (C) zu erhalten;

d) Verändern (39) der im Schritt a) geformten Spiralfeder (5a) zum Ausgleich der fehlenden Materialdicke, die den Erhalt der Spiralfeder (5c) mit den Abmessungen (Db, H₂, E₂), die für die vorbestimmte Steifigkeit (C) erforderlich sind, ermöglicht.

2. Herstellungsverfahren (31) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) die Abmessungen (Da, H₁, E₁) der im Schritt a) geformten Spiralfeder (5a) 1 % bis 20 % kleiner sind als jene (Db, H₂, E₂), die erforderlich sind, um die Spiralfeder (5c) mit der vorbestimmten Steifigkeit (C) zu erhalten.

3. Herstellungsverfahren (31) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) mittels einer reaktiven tiefgründigen Ionenätzung ausgeführt wird.

4. Herstellungsverfahren (31) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) mittels einer chemischen Ätzung ausgeführt wird.

5. Herstellungsverfahren (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) mehrere Spiralfedern (5a) aus derselben Platte (23) mit den Abmessungen (Da, H₁, E₁) geformt werden, die kleiner als die Abmessungen (Db, H₂, E₂) sind, die erforderlich sind, um mehrere Spiralfedern (5c) mit einer vorbestimmten Steifigkeit (C) oder mehrere Spiralfedern (5c) mit mehreren vorbestimmten Steifigkeiten (C) zu erhalten.

6. Herstellungsverfahren (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt a) geformte Spiralfeder (5a) auf Siliciumbasis hergestellt ist.

7. Herstellungsverfahren (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt a) geformte Spiralfeder (5a) auf Glasbasis hergestellt ist.

8. Herstellungsverfahren (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt a) geformte Spiralfeder (5a) auf Keramikbasis hergestellt ist.

9. Herstellungsverfahren (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt a) geformte Spiralfeder (5a) auf Metallbasis hergestellt ist.

10. Herstellungsverfahren (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt a) geformte Spiralfeder (5a) auf Basis einer Metalllegierung hergestellt ist.

11. Herstellungsverfahren (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) die folgenden Phasen umfasst:

b1) Messen der Frequenz (f) einer Anordnung, umfassend die im Schritt a) geformte Spiralfeder (5a), die mit einer mit einer vorbestimmten Trägheit versehenen Unruh gekoppelt ist;

b2) Herleiten der Steifigkeit (C) der im Schritt a) geformten Spiralfeder (5a) aus der gemessenen Frequenz (f).

12. Herstellungsverfahren (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) die folgende Phase umfasst:

d1) Abscheiden einer Schicht auf einem Teil der äußeren Oberfläche der im Schritt a) geformten Spiralfeder, um die Spiralfeder (5c) mit den für die vorbestimmte Steifigkeit (C) erforderlichen Abmessungen (Db, H₂, E₂) zu erhalten.

13. Herstellungsverfahren (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) die folgende Phase umfasst:

d2) Verändern der Struktur mit einer vorbestimmten Tiefe eines Teils der äußeren Oberfläche der im Schritt a) geformten Spiralfeder (5a), um die Spiralfeder (5c) mit den für die vorbestimmte Steifigkeit (C) erforderlichen Abmessungen (Db, H₂, E₂) zu erhalten.

14. Herstellungsverfahren (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) die folgende Phase umfasst:

d3) Verändern der Zusammensetzung mit einer vorbestimmten Tiefe eines Teils der äußeren Oberfläche der im Schritt a) geformten Spiralfeder (5a), um die Spiralfeder (5c) mit den für die vorbestimmte Steifigkeit (C) erforderlichen Abmessungen (Db, H₂, E₂) zu erhalten.

15. Herstellungsverfahren (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d) in dem Verfahren mindestens einmal erneut die Schritte b), c) und d) ausgeführt werden, um die Maßqualität zu verbessern.

16. Herstellungsverfahren (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d) das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst:

e) Bilden eines Abschnitts zur Korrektur der Steifigkeit der Spiralfeder (5c) und um eine Spiralfeder (5, 15) zu formen, die gegenüber Temperaturschwankungen weniger empfindlich ist, mindestens auf einem Teil der Spiralfeder (5c) mit einer vorbestimmten Steifigkeit (C).

17. Herstellungsverfahren (31) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt e) die folgende Phase umfasst:

e1) Abscheiden einer Schicht auf einem Teil der äußeren Oberfläche der Spiralfeder (5c) mit einer vorbestimmten Steifigkeit (C).

18. Herstellungsverfahren (31) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt e) die folgende Phase umfasst:

e2) Verändern der Struktur mit einer vorbestimmten Tiefe eines Teils der äußeren Oberfläche der Spiralfeder (5c) mit einer vorbestimmten Steifigkeit (C).

19. Herstellungsverfahren (31) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt e) die folgende Phase umfasst:

e3) Verändern der Zusammensetzung mit einer vorbestimmten Tiefe eines Teils der äußeren Oberfläche der Spiralfeder (5c) mit einer vorbestimmten Steifigkeit (C).

Claims

1. Method (31) for fabrication of a balance spring (5c) of predetermined thickness (C) comprising the following steps:

a) forming (33) a balance spring (5a) in dimensions (Da, H₁, E₁) smaller than the dimensions (Db, H₂, E₂) necessary to obtain said balance spring (5c) of a predetermined stiffness (C);

b) determining (35) the stiffness (C) of the balance spring (5a) formed in step a) by measuring the frequency (f) of said balance spring (5a) coupled with a balance having a predetermined inertia;

c) calculating (37) the missing thickness of material, based on the determination of the stiffness (C) of the balance spring (5a) determined in step b), required to obtain said balance spring (5c) of a predetermined stiffness (C);

d) modifying (39) the balance spring (5a) formed in step a), to compensate for said missing thickness of material required to obtain the balance spring (5c) having the dimensions (Db, H₂, E₂) necessary for said predetermined stiffness (C).

2. Fabrication method (31) according to the preceding claim, characterized in that, in step a), the dimensions (Da, H₁, E₁) of the balance spring (5a) formed in step a) are between 1% and 20% smaller than those (Db, H₂, E₂) necessary to obtain said balance spring (5c) of said predetermined thickness (C).

3. Fabrication method (31) according to claim 1 or 2, characterized in that step a) is achieved by means of a deep reactive ion etch.

4. Fabrication method (31) according to claim 1 or 2, characterized in that step a) is achieved by means of a chemical etch.

5. Fabrication method (31) according to any of the preceding claims, characterized in that, in step a), several balance springs (5a) are formed in the same wafer (23) in dimensions (Da, H₁, E₁) smaller than the dimensions (Db, H₂, E₂) necessary to obtain several balance springs (5c) of a predetermined stiffness (C) or several balance springs (5c) of several predetermined stiffnesses (C).

6. Fabrication method (31) according to any of the preceding claims, characterized in that the balance spring (5a) formed in step a) is made from silicon.

7. Fabrication method (31) according to any claims 1 to 5, characterized in that the balance spring (5a) formed in step a) is made from glass.

8. Fabrication method (31) according to any claims 1 to 5, characterized in that the balance spring (5a) formed in step a) is made from ceramic.

9. Fabrication method (31) according to any claims 1 to 5, characterized in that the balance spring (5a) formed in step a) is made from metal.

10. Fabrication method (31) according to any claims 1 to 5, characterized in that the balance spring (5a) formed in step a) is made from metal alloy.

11. Fabrication method (31) according to any of the preceding claims, characterized in that step b) includes the following phases:

b1) measuring the frequency (f) of an assembly comprising the balance spring (5a) formed in step a) coupled to a balance having a predetermined inertia;

b2) deducing from the measured frequency (f), the stiffness (C) of the balance spring (5a) formed in step a).

12. Fabrication method (31) according to any of the preceding claims, characterized in that step d) includes the following phase:

d1) depositing a layer on one part of the external surface of the balance spring (5a) formed in step a) to obtain the balance spring (5c) having the dimensions (Db, H₂, E₂) necessary for said predetermined stiffness (C).

13. Fabrication method (31) according to any of claims 1 to 11, characterized in that step d) includes the following phase:

d2) modifying the structure, to a predetermined depth, of one part of the external surface of the balance spring (5a) formed in step a) to obtain the balance spring (5c) having the dimensions (Db, H₂, E₂) necessary for said predetermined stiffness (C).

14. Fabrication method (31) according to any of claims 1 to 11, characterized in that step d) includes the following phase:

d2) modifying the composition, to a predetermined depth, of one part of the external surface of the balance spring (5a) obtained in step a) to obtain the balance spring (5c) having the dimensions (Db, H₂, E₂) necessary for said predetermined stiffness (C).

15. Fabrication method (31) according to any of the preceding claims, characterized in that, after step d), the method performs, at least once more, steps b), c) and d) to further improve the dimensional quality.

16. Fabrication method (31) according to any of the preceding claims, characterized in that, after step d), the method also includes the following step:

e) forming, on at least one part of said balance spring (5c) of a predetermined stiffness (C), a portion for correcting the stiffness of the balance spring (5c) and for forming a balance spring (5, 15) that is less sensitive to thermal variations.

17. Fabrication method (31) according to claim 16, characterized in that step e) includes the following phase:

e1) depositing a layer on one part of the external surface of said balance spring (5c) of a predetermined stiffness (C).

18. Fabrication method (31) according to claim 16, characterized in that step e) includes the following phase:

e2) modifying the structure, to a predetermined depth, of one part of the external surface of said balance spring (5c) of a predetermined stiffness (C).

19. Fabrication method (31) according to claim 16, characterized in that step e) includes the following phase:

e3) modifying the composition, to a predetermined depth, of one part of the external surface of said balance spring (5c) of a predetermined stiffness (C).

Dessins