專利名稱：制造用于表殼的陶瓷元件的方法及通過該方法獲得的元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制造打算被裝配在表殼中的陶瓷元件的方法，所述陶瓷元件的可見表面包括構造特征，并且還涉及通過該方法獲得的陶瓷元件。
背景技術：
在DE 2 533 524和EP 0 230 853中已經提出了一種方法，用于將金屬化的層沉積在陶瓷襯底上，該方法是先沉積厚度至少為100nm的CuO或鈦的第一層，隨后沉積銅、銀、金或鎳的第二層。由爐子通過以獲得兩個層之間的粘接。在銅和CuO的情況下，爐子的溫度必須在CuO共晶點和銅的熔點之間，即在1068攝氏度和1078攝氏度之間，這個溫度與感光樹脂或光致抗蝕劑的使用完全不相容，從而該方法不允許為了后續的電鑄操作而使掩模保留。
假定這些方法不允許感光材料的使用，尤其是在廣泛用于制造電子元件的技術中的使用，則它們不能用于活性生長諸如數字等構造特征，因為這樣的掩模不能承受住用于結合各層的爐處理的溫度。
在CH 636 238中提出了一種方法，用于在非導電材料制成的表零件上形成符號，其中，諸如鉻層等金屬層真空沉積在表零件上，該金屬層被光致抗蝕劑覆蓋，在光致抗蝕劑層中已經形成了與符號形狀對應的孔，諸如金、鎳、銠、Va等第二金屬層通過形成在光致抗蝕劑層中的孔、用電化學方法沉積在第一金屬層上。接著，抗蝕劑被溶解，然后第一金屬層被化學蝕刻，直到再次顯露出襯底。
這種方法的主要缺點在于，用于去除第一層的化學蝕刻使得第二層發生腐蝕。并且，利用真空蒸發沉積第一層的技術不能實現充分的粘接以在諸如表框(watch bezel)等表殼零件上形成構造特征。這是因為，上述文件中提出的符號在表殼上的形成被表玻璃保護，而對于表框不是這樣，所述表框構成表殼的大部分露出部分。
發明內容
本發明的目的是至少部分地克服上述缺點。
出于此目的，本發明的主題首先是如權利要求1所述的用于制造將被裝配在表殼上的陶瓷元件的方法，所述陶瓷元件的可見表面具有構造特征。接著，本發明的主題是如權利要求5所述的陶瓷元件。
本發明的主要優點是，它允許有選擇地形成構造特征，而不會有任何形狀限制，從而產生新穎的產品，提供了具有新穎美感的可能性，并且能夠更新和改善表的外觀，尤其是具有固定和旋轉表框的表的外觀。
根據本發明的方法能夠實現凸起構造特征粘結到陶瓷元件表面上的優良粘接性，由于尤其是腕表表殼極多地暴露于各種外部碰擊中，特別是被敲打，因此上述優良粘接性是極其重要的，尤其在構造特征為凸起構造特征的情況下。
有益的是，其上形成有構造特征的可見表面是截頭圓錐表面或截頭棱錐表面，從而需要特殊的掩模技術。
通過參考附圖而給出的以下描述，本發明的其他特殊方面和優點將變得顯而易見，其中所述附圖示意性地、以例子的方式示出了形成本發明主題的實施方法及其變更實施方式，并且示出了通過該方法所獲得的陶瓷元件。
圖1至4示出了根據本發明的、制造將被裝配在表殼上的陶瓷元件(剖視圖示出)的方法中的各個階段。
圖5和6示出了凸起構造特征的一個實施例。
圖7示出了用于在陶瓷元件的表面上獲得構造特征的變更方式。
圖8是根據本發明的用于表框的陶瓷環的局部剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出了由ZrO2、Al2O3或兩者的混合物制成的經燒結的襯底1，它的一個表面上沉積有光敏聚合物或光致抗蝕劑層2，用于形成共形(conformal)層從而有選擇地沉積構造特征。該層2的厚度依賴于根據構造特征是表面構造特征還是凸起構造特征而用于形成所述構造特征的實施方法。
掩模涂敷在所述RISTONMM150型的光致抗蝕劑層2上，使得有選擇地用UV光照射該層2，以便固化光致抗蝕劑層2的必須保留在襯底1上的那些部分。然后，根據光致抗蝕劑供應商的提示在0.85％Na2CO3液體中對該層2進行顯影，以便溶解該層2的未被照射部分，從而使襯底1的表面部分1a裸露出來。這些部分具有被選擇用來形成構造特征的形狀，如圖2所示。該操作方法對應標準光刻處理。
應當指出的是，在所示例子中，以截面視圖形式被圖1至7示出的襯底1實際上對應根據本發明的陶瓷元件的一部分。該部分尤其對應由截面形狀為矩形的圓環構成的陶瓷元件的徑向切面。優選的是，該環具有截頭圓錐形，以便可見表面1a相對于該環的旋轉軸線傾斜。
出于這個原因，用于在聚合物層2中形成構造特征的掩模不是傳統的掩模，而是已經經過熱成形以便使其形狀與陶瓷襯底的形狀互補的聚合物掩模。以足夠的壓力將具有一定柔度的所述聚合物掩模涂敷在層2上，以便使它在整個面積上與所述層2相符。
一旦形成構造特征的所述操作被實施之后，有選擇地被層2涂敷的襯底1被置于真空涂敷室中，在真空涂敷室中利用磁控管濺射通過PVD(物理汽相沉積)技術沉積第一粘結層3(圖3)，這樣與沒有磁控管而利用PVD技術所獲得的層相比，能夠確保粘結層3的更大粘性。并且，由于磁控管濺射，在沉積操作中，襯底1的溫度可以保持得較低，大大低于100攝氏度。得益于這種沉積技術的使用，能夠將粘結層3沉積在有選擇地涂有聚合物層2的襯底1上，并且能夠為襯底1確保該粘結層3的優良粘性，而無需在易于破壞聚合物的溫度下實施熱處理。
仍然使沉積室中保持真空，使用金、銀、鉑、鈀、TiN、CrN或鎳型靶(target)利用磁控管濺射形成第二層4(圖4)。該第二層的厚度大于500nm，并且優選在500nm和15um之間。
用于利用磁控管濺射實施真空沉積的設備包括帶有渦輪分子泵系統和回旋葉片式泵的圓柱形不銹鋼室；圓盤傳送帶式襯底保持器，其具有垂直旋轉軸線和垂直安置的襯底，并且能夠在襯底保持器上實施偏置射頻濺射；兩個垂直矩形磁控管陰極，被安裝成相對于圓盤傳送帶的軸線以120度角朝向圓盤傳送帶；兩個陰極，即Ti99.99靶和Au99.99靶；用于陰極的電源，其利用帶有手動阻抗匹配器的射頻(13.56兆赫茲)600W發電機；通過質量流量計的氣體原料(純度5.7-6.0)；以及利用Penning測量計的壓力監測，用于監測極限真空，以及通過電容測量計(絕對測量)監測工作壓力。
利用20％異丙醇/80％去離子水混合物在超聲波浴槽(bath)中對零件進行清潔5分鐘，然后利用氮槍進行干燥。
通過將真空室置于抽至小于5×10-2Pa壓力的真空下來剝去襯底。利用反向濺射在襯底表面上實施離子清潔操作—在襯底保持器上的射頻功率＞100W；—氬流速＞15cm3/min；—氧流速＞5cm3/min；—總壓力＜5Pa；以及—持續時間20-30分鐘。
鈦次層沉積條件如下—陰極上的射頻功率＞150W；—氬流速＞5cm3/min；—氬壓力＜5Pa；以及—層厚度＞100nm，優選＞100nm和＜1500nm。
仍然在室中保持真空，通過圓盤傳送帶的旋轉，襯底被移向裝備有Au99.99鈀的小陰極。沉積條件如下—陰極上的射頻功率＞50W；—氬流速＞10cm3/min；
—氬壓力＜5Pa；以及—層厚度至少＞100nm，優選＞500nm和＜15um。
這樣獲得的襯底用鈦粘結層完全涂敷，鈦粘結層本身涂敷有金層，如圖4所示。
在第二層4已經被沉積之后，襯底被從真空沉積室中取出，并且對兩種溶液進行選擇。
根據第一實施方法，利用與第二層4所用的相同的貴金屬對有選擇地涂敷有聚合物層2以及層3和4(圖4)的襯底1進行電鑄操作，在該例子中貴金屬為金。本發明的整個優點在于，能夠保持聚合物掩模完整以便在后續選擇性電鑄操作中使用。因此，通過電鑄沉積具有所需厚度的附加層5。用于該種情況的金液具有高的金含量，并且允許以厚度至少為0.10mm的層進行電鑄，優選厚度為十分之幾毫米。用于電鑄處理的操作條件是電鑄液的供應商所指示的條件。處理的持續時間依賴于沉積層的厚度。沉積的生長率為大約10um/h。
根據圖7所示的第二實施方法，在有選擇地涂敷有層3和4的襯底已經移除之后，如先前進行的從圖5所示的步驟過渡到圖6所示的步驟一樣，聚合物層2被溶解，其中，只有位于陶瓷襯底的沒有覆蓋溶解的聚合物層2的部分1a上的層3和4保持在襯底1上。在這種情況下，由于層3和4的厚度，構造特征實際上與襯底1的表面平齊。
作為變更方式，根據本發明的陶瓷元件可以不是截頭圓錐環的形式，而是多邊形框架的形式，其具有向該元件的中心軸線傾斜的表面，從而構成截棱錐。
圖8示出了截頭圓錐形陶瓷環1，其用于通過彈性變形而被裝配到表框上。該環1設有根據圖5所示實施例的凸起構造特征5。
權利要求
1.一種制造將被裝配在表殼上的陶瓷元件的方法，所述陶瓷元件的可見表面具有構造特征，其中，可溶層(2)有選擇地被沉積在所述可見表面上，所述可溶層的厚度至少等于所述構造特征的高度，通過物理汽相沉積(PVD)利用磁控管濺射在被有選擇地涂敷的所述表面上真空沉積厚度至少為100nm的鈦、鉭、鉻或釷型的第一粘結層(3)，隨后，在不與大氣相通的情況下，利用PVD沉積由金、鉑、銀、鎳、鈀、TiN、CrN、ZrN或其合金形成的第二層(4)，所述第二層的厚度至少為100nm，然后，所述可溶層(2)被溶解。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述可溶層(2)被溶解之前，利用電鑄沉積貴金屬或貴金屬合金附加層(5)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，形成由光致抗蝕劑構成的所述可溶層(2)。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，通過熱成形制成的熱塑性聚合物掩模被涂在所述光致抗蝕劑層(2)上。
5.根據權利要求1所述的陶瓷元件，其中，這些構造特征通過厚度至少為100nm的鈦、鉭、鉻或釷的第一粘結層(3)固定至該表面，所述第一層(3)被至少一個第二層(4)覆蓋，所述第二層由金、銀、CrN、鎳、鉑、TiN、ZrN、鈀或其合金形成，厚度至少為100nm。
6.根據權利要求5所述的陶瓷元件，其中，所述陶瓷元件的形狀為圓形，形成所述可見表面的面是截頭圓錐形狀。
7.根據權利要求5所述的陶瓷元件，其中，所述陶瓷元件的形狀為多邊形框架形狀，形成所述可見表面的面是截頭棱錐形狀。
8.根據權利要求5至7中任一項所述的陶瓷元件，其中，所述陶瓷是ZrO2、Al2O3或兩者的混合物。
9.根據權利要求5至8中任一項所述的陶瓷元件，其中，通過厚度至少為0.10毫米的附加層(5)形成所述構造特征，所述附加層由與所述第二層(4)相同的金屬或合金制成。
全文摘要
一種制造將被裝配在表殼上的陶瓷元件的方法，所述陶瓷元件的可見表面具有構造特征，其中，可溶層(2)有選擇地被沉積在所述可見表面上，所述可溶層的厚度至少等于所述構造特征的高度，通過物理汽相沉積(PVD)利用磁控管濺射在被有選擇地涂敷的所述表面上真空沉積厚度至少為100nm的鈦、鉭、鉻或釷型的第一粘結層(3)，隨后，在與大氣不相通的情況下，利用PVD沉積由金、鉑、銀、鎳、鈀、TiN、CrN、ZrN或其合金形成的第二層(4)，所述第二層的厚度至少為100nm，然后，所述可溶層(2)被溶解。
文檔編號C04B41/52GK1637662SQ20041008190
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月16日 優先權日2003年12月23日
發明者埃里克·格里波 申請人:勞力士有限公司