MENÜ
1. Einführung
Das Silizium und seine Verarbeitungstechnik durch Tiefenätzen (DRIE) tauchten bereits 2001 in der Uhrmacherei auf. Die Eigenschaften von Silizium bieten zahlreiche Vorteile und machen es zu einem geschätzten Werkstoff, insbesondere für die Herstellung von Hemmungen und Spiralen.
Die Elastizität von Silizium liegt nahe an der von Stahl mit einem Elastizitätsmodul zwischen 130 und 185 GPa. Es ist unmagnetisch und dreimal leichter als Stahl. Dies sind besonders vorteilhafte Eigenschaften für die Konzeption von Hemmungen, Spiralen und Gehäusen von Tourbillon. Aufgrund seiner hohen Härte, ist keine Wärmebehandlung (Härten, Anlassen usw.) erforderlich ist. Es ermöglicht die vollständige Erfüllung der Funktionen der Hemmung und der Reibkontakte (Hemmungsrad – Hebungen insbesondere) benötigen keine Schmierung.
Wie bei der Elektroforming-Technologie (UV-LIGA) beginnt das DRIE-Gravurverfahren mit einem fotolithografischen Schritt, der dieselben gestalterischen Freiheiten bietet und es insbesondere ermöglicht, die Komponenten extrem leicht zu machen, ohne ihre Steifigkeit zu beeinträchtigen. Die Herstellung von Komponenten aus Silizium besteht somit aus einem in verschiedene Schritte unterteilten Verfahren:
2. Konzeption der Komponente
Die DRIE-Technologie ermöglicht es, Bauteilprofile zu erzielen, die mit anderen Fertigungsmethoden unmöglich zu realisieren sind. Beispielsweise kann ein Hemmungsrad gemäß einer definierten Struktur durchbrochen werden, um sein Gewicht maximal zu reduzieren, ohne seine Steifigkeit zu schwächen. Es ist daher wichtig, diese Technologie gut zu kennen, um ihre Vorteile bereits bei der Konzeption des Bauteils berücksichtigen zu können.
3. Erstellung der Fotomaske
Die Konturen des Profils des herzustellenden Bauteils werden im Maßstab 1 auf eine Glasplatte gedruckt. Das herzustellende Bauteil wird dabei so oft wie möglich auf der Oberfläche der Fotomaske reproduziert. Das Licht (die UV-Strahlen) kann so nur außerhalb der Kontur der herzustellenden Bauteile hindurchdringen.
4. Herstellung des Wafers
Der Wafer besteht aus einer Siliziumscheibe mit einer Dicke, die derjenigen der herzustellenden Bauteile entspricht. Auf die Oberfläche dieser Scheibe wird eine Schicht lichtempfindlichen Lacks aufgetragen.
5. Bestrahlung des Wafers
Dieser Schritt besteht darin, die Photomaske auf den Wafer zu legen und dessen Oberfläche mit UV-Strahlen zu bestrahlen. Dank des Filters, den die Photomaske bildet, werden natürlich nur die Konturen der herzustellenden Bauteile vor den UV-Strahlen geschützt. Der den UV-Strahlen ausgesetzte Fotolack härtet durch Polymerisation aus und kann im nächsten Schritt nicht mehr aufgelöst werden.
6. Entwicklung
Nachdem der Wafer den UV-Strahlen ausgesetzt wurde, wird er in ein Bad getaucht, das es ermöglicht, mit äußerster Präzision die Bereiche des Wafers aufzulösen, die nicht den UV-Strahlen ausgesetzt waren, das heißt die genaue Kontur der herzustellenden Bauteile. Durch diesen Vorgang erhält man so viele Profile des herzustellenden Bauteils, wie die Oberfläche des Wafers aufnehmen kann. In diesem Stadium ist der Wafer fertiggestellt, ebenso wie der lithografische Teil des Verfahrens.
7. Gravur (DRIE) des Wafers
Der Wafer ist nun bereit zur Gravur. Dieser Vorgang erfordert eine saubere Umgebung und wird im Reinraum durchgeführt. Der Wafer wird in einer Vakuumkammer platziert, in der die Gravur durchgeführt wird. Verschiedene Fluor-basierte Gase in Plasmaform ätzen und schützen abwechselnd die Oberflächen und Flanken des so durch Passivierung geschnittenen Siliziums. Dieser chemische Angriff ermöglicht es, Bauteile mit einer Dicke zwischen einigen Mikrometern und mehreren Millimetern mit einer Präzision von einigen Mikrometern zu schneiden.
8. Oberflächenoxidation
Sobald der Wafer geätzt ist, wird eine thermische Oxidation des Siliziums bei 1200 °C durchgeführt. Dabei bildet sich durch Wachstum eine Schicht aus Siliziumdioxid. Siliziumdioxid ist transparent. Seine Dicke (die bis zu 3 mm betragen kann) beeinflusst durch Beugung die Farbe des Bauteils. Diese Oberflächenbehandlung schützt das Bauteil gleichmäßig und verbessert dessen Härte sowie die tribologischen Eigenschaften (Rauheit, Reibungskoeffizient usw.).
9. Entnahme der Bauteile
Sobald die Gravur abgeschlossen ist, wird das Harz aufgelöst und die ausgeschnittenen Komponenten müssen nur noch entnommen werden. Da die Oberflächen frei von jeglichen Bearbeitungsspuren sind, ist in der Regel keine Nachbehandlung erforderlich.
Die DRIE-Technologie und Silizium bieten gegenüber den traditionellen Methoden der Komponentenherstellung und den bisher üblichen Materialien zahlreiche Vorteile und ermöglichen zweistufige Gravuren. Design und Technizität der Komponenten haben davon sofort profitiert. Dank des Präzisionsniveaus, das diese Methode bietet, und der Abwesenheit mechanischer Belastung bei der Herstellung der Komponente werden die Grenzen in Bezug auf Technizität und Design meisterhaft verschoben.
Obwohl das Verfahren mehrere Schritte erfordert, ist die Umsetzung schnell und die Kosten sind kontrolliert. Die nach diesem Verfahren hergestellten Komponenten sind stets vollkommen identisch und entsprechen dem Originalplan. Die Präzision liegt bei einigen Mikron und, da vollständig kein Werkzeug erforderlich ist, lassen sich äußerst enge Toleranzen erreichen.
Aufgrund dieser Präzision und des Fehlens von Schneidwerkzeugen benötigen die Oberflächenbeschaffenheiten meist keine weitere Behandlung. Ein wesentlicher Vorteil, insbesondere bei Zahnrädern, da die Reibung dank der durch diese Technologie erzielten Oberflächenqualität minimiert wird.
Diese zahlreichen Vorteile haben sie schnell zu einer unverzichtbaren Technologie gemacht, die insbesondere zur Herstellung von Hemmungen und Spiralen weit verbreitet eingesetzt wird. Sie hat die Kreativität der Konstrukteure wirklich befreit und die Leistung der Uhren verbessert. So stellen die DRIE-Technologie und das Aufkommen von Silizium sicherlich eine der bedeutendsten Entwicklungen des letzten Jahrhunderts dar.
WERDEN SIE MITWIRKENDE
HOROPEDIA ist eine partizipative Wissensplattform, und wir laden alle ein, die zu diesem Abenteuer des Teilens von Uhrmacherwissen beitragen möchten, sich uns anzuschließen.
Diese Seite wurde automatisch aus der französischen Referenzversion mithilfe eines Werkzeugs der künstlichen Intelligenz übersetzt. Es können Fehler oder Ungenauigkeiten bestehen bleiben. Wenn Sie solche feststellen, insbesondere wenn es sich um Ihre Muttersprache handelt, zögern Sie nicht, uns dies unter info@horopedia.org mitzuteilen. Ihr Beitrag hilft uns, die Qualität der Enzyklopädie zu verbessern.
Bis zu ihrer Übersetzung werden Bilder und Videos vorübergehend weiterhin auf Französisch angezeigt.
Vielen Dank für Ihr Verständnis.