16. Februar 2022

Zusammenarbeit CSEM – Patek Philippe

In Zusammenarbeit mit dem Haus Patek Philippe haben Forscherinnen und Forscher des CSEM eine innovative Methode entwickelt, um die wesentlichen Komponenten der Uhrwerke noch unverwüstlicher und funktioneller zu machen. Das neue Verfahren inspiriert sich an Techniken, die im Bereich der Mikroelektronik und der Mikrosysteme üblich sind.

Bisher wurden Uhrwerk-Komponenten üblicherweise aus Metall gefertigt. So auch die Spiralfeder, die über das Spitalklötzchen am Unruhkloben befestigt ist. Bei jeder Halbschwingung sorgt diese Feder dafür, dass die Unruh wieder zu ihrem Ausgangspunkt zurückkehrt.

In manchen neueren mechanischen Uhren wird die Spiralfeder nun oft aus monokristallinem Silizium hergestellt. Solche Federn können nicht mit einem Stift am Spiralklötzchen befestigt werden, wie das bei metallenen Federn gemacht wird.

Die Forscherinnen und Forscher des CSEM haben daher eine neue Methode zur Befestigung der Feder am Spiralklötzchen entwickelt. Dieses neue Verfahren inspiriert sich an Techniken aus dem Bereich der Mikroelektronik und der Mikrosysteme. Dort ist es heute nämlich üblich, Schutzkapseln (Abdeckungen) auf Siliziumchips (Sensoren, integrierte Schaltkreise usw.) mit eutektischem Gold-Zinn-Lot zu befestigen. Eutektische Lote erstarren gleichmässig und bei einer festen Temperatur.

Lötverbindungen zwischen einer Oberfläche aus reinem Gold und einer mit einer Gold-Zinn-Legierung beschichteten Oberfläche weisen eine relativ niedrige Schmelztemperatur auf, die von den zu verbindenden Bauteilen gut vertragen wird. Das Verfahren zur Herstellung solcher Verbindungen wurde für die Uhrenindustrie angepasst, um damit ein herkömmliches Spiralklötzchen aus Metall an einer Silizium-Spiralfeder befestigen zu können.

Beim vom CSEM-Team entwickelten Verfahren wird die Silizium-Spiralfeder, die mit einer Führungsöffnung für das Spiralklötzchen versehen ist, dünn mit Gold beschichtet. Das metallene Spiralklötzchen seinerseits wird mit einer wenige Mikrometer dünnen Schicht einer Gold-Zinn-Legierung überzogen, bevor es in die Öffnung der Feder eingesetzt wird. In einer Ofenbehandlung werden die Legierung und das Gold dann geschmolzen, um die Lötverbindung der beiden Komponenten – die dabei unbeschädigt bleiben – herzustellen. Nun kann diese Baugruppe problemlos ins Uhrwerk eingesetzt werden.

Dieses neue Verfahren ist durch zwei von Patek Philippe (WO/2020/148626 & EP3309624) angemeldete Patente geschützt.