[发明专利]一种用半导体技术加工制作表盘的方法

说明书

本发明涉及的是一种表盘尤其是计时表盘产品的加工制作方法。

目前在国内外钟表市场的激烈竞争中，表盘的装饰性、艺术性、趣味性和表面加工工艺精度，是产品竞争的焦点之一。近年来，虽然国际市场上各种装饰性表盘层出不穷，但归结起来多数仍属现有加工工艺方法范畴内的花样翻新。这种表盘的传统加工方法是：以金属铜材为表盘加工基片。通过整平、落型、打孔、机械抛光，化学清洗，电镀或刷镀，喷漆或涂饰，胶印或丝网印等工艺方法，在基片上形成有一定光洁度，有文字和商标图案的表盘盘面。计时刻度（字块）与表盘基片是分体加工的，字块要经过落型，机械冷挤定位脚，天然宝石刀精铣、化学清洗、镀金等工艺过程。一般每个字块有两个定位脚，每个表盘基片有24个定位孔，两者是通过手工装配的方式粘接为一体的。该工艺方法不仅工艺分散性大，工艺重复性差，而且表面加工精度、光洁度、色彩变化等方面也不能满足消费者对表盘装饰性日益苛求的需要。正是由于受到该加工工艺方法的限制，对表盘的装饰性、艺术性、趣味性的进一步深度加工具有很大的局限性。

本发明的目的是，为改善制作表盘传统加工方法所存在的敝端，以及大幅度提高表盘产品表面加工精度，为进一步改善表盘产品的装饰性、艺术性、趣味性提供一种全新的，经济的和行之有效的工艺途径。尤其是应用该方法可大量利用半导体行业生产中大量报废的硅、锗晶片，利旧利废使之变废为宝。

本发明加工制作表盘的工艺方法其特征是：应用半导体加工工艺技术做为表盘加工制作的基本手段。这一加工技术具体表现为，应用溅射、真空蒸发、氧化、气相淀积等工艺方法在表盘基片表面形成具有装饰性和化学稳定性的薄膜层。根据表盘装饰性、加工性的需要，薄膜层的性质可以是氧化物薄膜，纯金属薄膜和合金材料多组份薄膜等多种形式，以此取代传统工艺中的电镀、涂饰等工艺方法。之后应用光蚀刻技术在薄膜层上刻蚀形成计时刻度、文字、商标和各种装饰性图案。取代传统工艺中的胶印、丝网印和字块的机械加工，手工装配工艺过程。本发明的特征还包括应用电子束光蚀刻技术可在表盘局部进行超精细加工，其字线的分辨率可达亚微米级，在数十倍放大镜下可观察到诗词、图案、画像等有纪念意义的，可显示个人身份地位的微雕艺术。本发明的特征还包括表盘加工制作材料除可选用金属、陶瓷、玻璃材料外，亦可选用半导体单晶、多晶材料，尤其是利用半导体行业生产中大量报废的硅、锗晶片做为表盘加工制作材料。亦可采用金属-半导体晶片复合结构，即由金属材料为衬底与半导体晶片两者连接为一体而构成的表盘基片。

附图1给出了本发明的工艺流程图。以下结合附图进一步举例说明。实施例1：以半导体行业报废的硅、锗晶片为表盘加工基片时，首先用超声波割园机套割外园和中心孔。方型盘用划片机裂片成型。异形盘则用氢氟酸∶硝酸＝1∶1的溶液腐蚀成型。为获得光洁如镜的表面，可采用铬离子化学机械抛光，抛光液可选用三氧化二铬∶重铬酸铵∶水＝35∶8∶1000的比例配制。一般在抛光机上抛光30分钟以上即可获得光洁如镜的表面。抛光后的晶片在900～1200℃的高温炉内通湿氧氧化，当水浴温度为95℃时。高温氧化30分钟，晶片表面可生成500以上的氧化层。由于氧化层厚度正处于光波长的数量级，故表面可呈现美丽的干涉色彩。一次光刻在晶片表面氧化层上进行。光刻工艺可按以下工艺步骤进行，（1）用甩胶机在氧化层表面涂复一层光致抗蚀剂;（2）接着重复掩膜，掩膜相当于“照相负片”的模片。（3）从上面投射水银灯光;（4）对此光致抗蚀膜用光致抗蚀剂和氧化膜腐蚀液进行腐蚀处理。即可在晶片表面获得所需图案、花纹、商标文字。应用电子束光蚀刻技术还可在晶片局部刻蚀微雕艺术。为在盘面上获得醒目的具有一定立体感的计时刻度和文字图案，光刻后的晶片还需进行真空蒸发，即在10-5毫米汞柱的真空钟罩内对形成薄膜的物质（金、银、铝、钛及其它合金材料）通过钨丝加热使之蒸发而淀积在晶片上，形成高质量的薄膜层。如蒸发前在薄膜物资和晶片之间放上所需图型的掩膜，蒸发后即可直接获得所需图型，否则还需按一次光刻的工艺方法对金属薄膜层进行二次光刻来获得所需图型。采用半导体晶片制作的表盘机械强度较低，为此可采用金属薄板（带）做晶片的衬底材料，使之形成金属-半导体晶片复合结构。表盘的定位脚可直接在金属衬底材料上制成。