[发明专利]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

说明书

技术领域

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

WO专利2012/104110公开了由金刚石制成并具有由硅基底形成的单个层级的部件 的制造。然而，由于金刚石不能被钉入，因此这种部件可能很难与枢轴或另一部件连接。

发明内容

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。

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：

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；

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；

c)移走所述基底，以释放在所述凹腔中形成的微机械部件；

其特征在于，步骤a)包括以下阶段：

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；

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；

iii)形成没有贯通图案的第三晶片；

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。

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。

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。

根据本发明的其它有利特征：

-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；

-在阶段iii)中，通过包括蚀刻未贯通的图案来形成第三晶片；

-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；

-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；

-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；

-合成的碳同素异形体基材料是晶态形式或非晶态形式的；

-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；

-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；

-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；

-第二材料包括金属或金属合金。

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。

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。

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。

根据本发明的其它有利特征：