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EP3607851A1 - Procede de formation d'un chaton de sertissage sur un substrat non ductile et objet obtenu selon ce procede - Google Patents

Procede de formation d'un chaton de sertissage sur un substrat non ductile et objet obtenu selon ce procede Download PDF

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Publication number
EP3607851A1
EP3607851A1 EP19188365.1A EP19188365A EP3607851A1 EP 3607851 A1 EP3607851 A1 EP 3607851A1 EP 19188365 A EP19188365 A EP 19188365A EP 3607851 A1 EP3607851 A1 EP 3607851A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
belt
wires
substrate
claws
crimping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP19188365.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3607851B1 (fr
Inventor
Francis Cardot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Original Assignee
Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM filed Critical Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Publication of EP3607851A1 publication Critical patent/EP3607851A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3607851B1 publication Critical patent/EP3607851B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A44—HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44C—PERSONAL ADORNMENTS, e.g. JEWELLERY; COINS
    • A44C17/00—Gems or the like
    • A44C17/04—Setting gems in jewellery; Setting-tools
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/06—Dials
    • G04B19/10—Ornamental shape of the graduations or the surface of the dial; Attachment of the graduations to the dial
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/06—Dials
    • G04B19/18—Graduations on the crystal or glass, on the bezel, or on the rim
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B29/00—Frameworks
    • G04B29/02—Plates; Bridges; Cocks
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B29/00—Frameworks
    • G04B29/02—Plates; Bridges; Cocks
    • G04B29/027—Materials and manufacturing

Definitions

  • the invention relates to the processing and setting of objects such as precious or semi-precious stones on substrates formed from non-ductile materials such as in particular glass, ceramic, hard machinable and / or photocurable polymers (epoxy , PEEK) or else monocrystalline or polycrystalline silicon.
  • non-ductile materials such as in particular glass, ceramic, hard machinable and / or photocurable polymers (epoxy , PEEK) or else monocrystalline or polycrystalline silicon.
  • the invention relates more particularly according to a first object a method of producing crimping pins on substrates formed of non-ductile materials.
  • the invention also relates to a method of crimping an object such as a precious or semi-precious stone on a non-ductile substrate using a châton obtained according to the method of the invention.
  • the invention relates to a timepiece or a piece of jewelry comprising a non-ductile substrate provided with a crimping plug obtained according to the inventive method.
  • the invention will find particular applications in watchmaking and jewelry, in particular for making dials or other watch hands set with precious stones as well as jewelry.
  • precious and semi-precious stones have always been used to adorn, dress and decorate pieces of all kinds such as rings, brooches, pendants, bracelets, boxes, dials, etc. .. and thus give them a refined, luxurious and luminous aesthetic rendering, purposely using the properties of reflection and light transmission of stones.
  • these precious stones are positioned and set on precious metal substrates (gold, silver, platinum, palladium), these metals having a ductility specific to their shaping by shaping and / or deposit and manual welding of the claws and crimping pins of each of the stones.
  • the applicant proposed in the request EP 3291024 A1 a new type of monolithic display module providing a mysterious and animated display of great simplicity and compactness of construction, such a display module comprising display members movable relative to each other to form a said pattern by by means of elastic deformable connections of the flexible blade type.
  • These display modules are obtained by methods from microtechnology and microelectronics, by deep etching methods of silicon wafers.
  • Such a display module has the advantage by the fineness of its constituent elements, of the order of a few micrometers, of providing very diverse aesthetic effects depending on the shape of the mobile elements as well as the colors of the dial background with which they are associated with.
  • precious stones according to conventional methods on such a piece of silicon, just as it is not possible to set stones on ceramic or glass pieces, without irreversibly damage said parts.
  • An object of the invention is especially to provide a technique for crimping objects such as precious or semi-precious stones on non-ductile substrates such as silicon, ceramics or glass and timepieces or jewelry comprising such substrates provided with set stones.
  • Another object of the invention is to provide timepieces or jewelry comprising a non-ductile substrate and a crimping stud provided with metal claws integral with said substrate without resorting to bonding.
  • non-ductile substrate means any material whose Young's modulus is greater than 2.3 GPa, also commonly known as rigid material.
  • a non-ductile substrate within the meaning of the invention can in particular, but not exclusively, consist of silicon, monocrystalline or polycrystalline, ceramic, or even glass.
  • the embodiment of the belt comprises the formation of an orifice in the non-ductile substrate.
  • an orifice can be produced by various techniques depending on the nature of the substrate. Without limitation, mention may in particular be made of deep etching processes for silicon substrates (in particular DRIE processes - for Deep Reactive-ion Etching in English) or sintering processes for ceramics.
  • the production of the claws comprises the individual deposition of metal wires at the periphery of the belt according to a method of wire bossing, known as “stud bumping” in English.
  • the production of the claws comprises the simultaneous deposition of metal wires at the periphery of the belt by thermocompression on the surface of the substrate previously metallized from a support plate on which the wires have previously been formed.
  • thermocompression technique developed by the Applicant and described in the patent. EP 2579104 B1 .
  • This embodiment is related to techniques for manufacturing integrated circuits and other components in the field of microelectronics and microsystems, well known to those skilled in the art in these fields. These techniques will therefore not be described in more detail here.
  • the production of the claws may also consist in molding the metal wires at the periphery of the belt in suitable orifices arranged in a layer of photosensitive resin by photolithography and galvanic growth.
  • This alternative embodiment according to the method of the invention advantageously makes it possible to produce a plurality of catkins provided with a base supporting the belt and prongs of the catkin, the whole forming an assembly made of material on a first substrate, then separating the case where appropriate, said base of said first substrate in order to then secure the kitten to the non-ductile final support substrate. It is thus possible to produce compositions of very complex and original crimped objects on a non-ductile substrate, such as for example timepieces made of ceramic or silicon as proposed in the patent application. EP 3291024 A1 in the name of the Applicant.
  • the metal wires forming the claws of the kitten are preferably made of an alloy of gold and / or other precious metals such as in particular silver and / or palladium.
  • the metallization step preferably comprises the deposition of a thin layer of gold by a gas phase deposition process.
  • the invention also relates, according to a second object, to a method of crimping an object on a surface of a non-ductile substrate as defined above.
  • This crimping process comprises in a particular mode the steps defined in claim 14, or in an alternative the steps defined in claim 15.
  • a final object of the invention relates to a timepiece or a piece of jewelry, comprising a non-ductile substrate and a crimping stud of an object arranged on a surface of said substrate, said stud comprising a belt forming a support seat. of said object and a plurality of deformable metal claws distributed at the periphery of the belt and having a length such that at least one free end of each claw can be folded against the object once the latter is located in the belt.
  • the crimping plug is formed on the non-ductile substrate according to one of the variants of the method for producing a crimping plug of the invention as defined above.
  • an orthonormal reference frame XYZ will be considered, each figure being a sectional representation along a vertical plane YZ of a non-ductile substrate 2 on which a gold crimping kitten 1 is formed.
  • the Figures 1a to 1f represent a first method of forming a gold kitten 1 on a non-ductile substrate 2 formed of silicon.
  • This first method can be said to transfer wires or bands of gold onto the substrate 2 to produce the claws 12 of the kitten 1 at the periphery of a belt 11 of said kitten 1 formed by an orifice 3 formed in the substrate 2, in particular by deep etching, as is well known in the field of microelectronics and microsystems (MEMS, NEMS, MOEMS, etc.).
  • a deposit of gold wires or bands 4 is first carried out on a support substrate 5 by photolithography and galvanic growth, according to techniques well known to the microtechnician.
  • the receiving substrate 2 is prepared by producing a metallic layer of gold 21 on a surface of the receiving substrate 2, for example by physical vapor deposition, followed by deep etching to form one or more orifices 3 intended to form a belt 11 of a crimping kitten 1.
  • the diameter of the orifices 3 is chosen such that it is less than the largest dimension of the rondist of a diamond O to be crimped, said diamond O thus being able to be positioned stably on its cylinder head on the flange of orifice 3, as will appear more particularly from figures1f and 1g later.
  • Fig. 1b the transfer of gold wires or bands 4 onto the receiving substrate 1 by thermocompression, according to the principles defined in particular in the patent EP 2579104 B1 in the name of the Applicant.
  • the support substrate 5 is then removed to reveal the wires or bands of gold 4 secured to the previously metallized edges of the orifice 3 forming the belt 11 of the kitten 1, the wires bands 4 forming once raised ( Fig. 1d ) the claws 12 of the kitten 1.
  • the number of claws 12 of the kitten 1 depends on the size of the diamond O (or other crimped object), on its shape and on the desired rendering for the final piece carrying the substrate and the crimped diamond.
  • the minimum number of claws 12, therefore of wires or bands of gold 4 deposited on the periphery of the orifice (s) forming the belt 11 of the kitty 1 must however be two to ensure a real setting, but preferably three or four regularly distributed around of the belt 11 to ensure a balanced setting of a diamond O or equivalent.
  • the receiver substrate 2 is prepared in a first step as in the first variant by producing a metallic layer of gold 21 on a surface of the receiver substrate 2, for example by chemical vapor deposition , followed by deep etching to form one or more orifices 3 intended to form the belt 11 of a crimping kitten 1.
  • the diameter of the orifices 3 is chosen such that it is less than the largest dimension of the rondist of a diamond O to be set.
  • the orifice (s) 3 are filled with sacrificial material 22 so as to produce a mixed substrate 2 of homogeneous thickness, on which a layer of photosensitive resin 23 is deposited ( Fig.
  • FIG. 1 Another alternative embodiment of a crimping plug 1 on a non-ductile silicon substrate 2 is proposed to figures 2a to 2d .
  • the receiving substrate 2 is prepared in a first step as in the first variant by producing a metallic layer of gold 21 on a surface of the receiving substrate 2, for example by physical vapor deposition, followed by 'A deep etching to form one or more orifices 3 intended to form the belt 11 of a crimping kitten 1.
  • the diameter of the orifices 3 is chosen such that it is less than the largest dimension of the rondist of a diamond O to be crimped, said diamond O thus being able to be positioned stably on its cylinder head on the flange of orifice 3.
  • the claws 12 of the kitten 1 are then produced ( Fig. 2b ) directly on the metallized surface 21 of the substrate 2 by a technique called "wire bossing", more commonly known by the English name of "stud bumping".
  • wire bossing more commonly known by the English name of "stud bumping”.
  • gold wires 4 are directly deposited in exact positions around the orifice 3 forming the belt 11 of the kitten 1, the diameter of the claws at their embossed anchoring base (bump in English) can be between 30 and 150 microns, for wire heights 4, therefore claws 12 from 0.5 to several millimeters, at very high deposition rates, of the order of 10 to 20 wires deposited per second at least.
  • This process therefore allows a very high yield of formation of chatons 1 in situ on a silicon substrate 2, according to various configurations and adapted to the desired final aesthetic results as a function of the arrangement of the elements (diamonds D) to be crimped.
  • a gold washer is first formed forming a base 13 of a kitten 1 on a support plate 5, for example made of silicon, possibly covered with a sacrificial material (not shown) such as a layer of copper, by photolithography and galvanic growth ( Fig. 3a ).
  • This washer 13 preferably has a central orifice 14 at its geometrical center, suitable for subsequently allowing the centering of a diamond O by aligning its collar in said orifice 14. We then come ( Fig.
  • a first plurality of gold wires 111 deposit by the “stud bumping” technique previously described in relation to the figure 2 , a first plurality of gold wires 111, said wires 111 having a height h1 and being distributed uniformly at a distance d1 from the geometric center of the base 13.
  • This first plurality of wires 111 is intended to form the belt 11 of the kitten 1.
  • a second plurality of metallic wires 121 are also deposited by “stud bumping”, these second wires 121 having a height h2 greater than the height h1 of the wires of the first plurality of wires 111 and being distributed uniformly at a distance d2 from the geometric center of the base 13, the distance d2 being greater than the distance d1.
  • These second wires 121 are thus intended to form the claws proper of the kitten 1.
  • a diamond O is thus obtained set on its gold châton 1, said châton 1 then being detachable from the support plate 5 by tearing off or by dissolution of the support plate 5, or even if necessary by selective dissolution of the sacrificial layer when that -it is present.
  • This embodiment has the advantage of providing an indirect embodiment of a crimping kitten 1. It is thus possible to envisage making complete plates of catkins 1, on which are set as many diamonds as necessary, then detaching each catkin and its diamond to assemble them one by one on a suitable receiving substrate 2, according to the desired arrangement. It is also conceivable to detach the chatons 1 once formed on the support plate 5 to fix them by their base 13 on a receiving substrate 2 before setting diamonds D or other objects to be set there.
  • the method of the invention thus advantageously provides a method of manufacturing crimping pins 1, with high efficiency, and providing great versatility in creating objects such as jewelry or timepieces combining technical non-ductile substrates.
  • such as silicon or ceramic with precious metals such as gold and precious and semi-precious stones, such as diamonds, rubies, emeralds, sapphires and others.
  • precious metals such as gold and precious and semi-precious stones, such as diamonds, rubies, emeralds, sapphires and others.
  • a stabilizing element such as a temporary glue

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Adornments (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un châton (1) de sertissage d'un objet (O) sur une surface d'un substrat (2) non-ductile, ledit châton (1) comportant une ceinture (11) formant un siège d'appui d'un dit objet (O) et une pluralité de griffes déformables (12) réparties à la périphérie de la ceinture (11) et présentant une longueur telle qu'une extrémité libre au moins de chaque griffe puisse être repliée contre l'objet une fois ce dernier sis dans la ceinture, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :- Métallisation d'une portion au moins de la surface dudit substrat sur laquelle le châton doit être formé ;- Réalisation de la ceinture du châton dans la portion de surface du substrat préalablement métallisée ;- Réalisation des griffes par dépôt des fils métalliques (4) sur la portion de surface du substrat préalablement métallisée à la périphérie de la ceintureL'invention concerne également un procédé de sertissage et une pièce d'horlogerie ou de joaillerie comportant un substrat non-ductile (2) et un châton de sertissage (1) d'un objet (O) agencé sur une surface dudit substrat obtenu selon le procédé de l'invention

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne la mise en oeuvre et le sertissage d'objets tels que des pierres précieuses ou semi-précieuses sur des substrats formés de matériaux non ductiles tels que notamment de verre, de céramique, de polymères durs usinables et/ou photodurcissables (époxy, PEEK) ou encore de silicium monocristallin ou polycristallin.
  • L'invention concerne plus particulièrement selon un premier objet un procédé de réalisation de châtons de sertissage sur des substrats formés de matériaux non ductiles.
  • L'invention concerne également un procédé de sertissage d'un objet tel que pierre précieuse ou semi-précieuse sur un substrat non ductile à l'aide d'un châton obtenu selon le procédé de l'invention.
  • L'invention concerne enfin une pièce d'horlogerie ou de joaillerie comportant un substrat non ductile muni d'un châton de sertissage obtenu selon le procédé inventif.
  • L'invention trouvera des applications particulières dans l'horlogerie et la joaillerie, notamment pour la réalisation de cadrans ou autres aiguilles de montres serties de pierres précieuses ainsi que de bijoux.
    • Etat de la technique
  • Dans les domaines de l'horlogerie et de la joaillerie les pierres précieuses et semi-précieuses ont de tous temps été utilisées pour orner, habiller et décorer des pièces de toute sorte telles que bagues, broches, pendants, bracelets, boîtes, cadrans etc... et leur conférer ainsi un rendu esthétique raffiné, luxueux et lumineux, utilisant à dessein les propriétés de réflexion et de transmission de la lumière des pierres. Le plus souvent, et selon les canons en vigueurs dans les domaines de la haute-joaillerie et haute-horlogerie, ces pierres précieuses sont positionnées et serties sur des substrats de métaux précieux (or, argent, platine, palladium), ces métaux présentant une ductilité propre à leur mise en forme par façonnage et/ou dépôt et soudage manuel des griffes et châtons de sertissage de chacune des pierres.
  • Ces techniques de sertissage sont bien maitrisées et donnent parfaite satisfaction tant que les matériaux sur lesquels les pierres sont serties sont suffisamment ductiles pourformer les griffes de sertissage ou permettent une fixation ponctuelle aisée de châtons métalliques, sans avoir recours à un collage par adhésif. Cependant, depuis quelques années, de nombreux nouveaux matériaux tels que le verre, les céramiques et le silicium entre autres ont été mis en oeuvre pour la réalisation de pièces d'horlogerie et de joaillerie, en particulier pour leur propriété physiques et mécaniques ainsi que leurs rendus esthétiques particuliers. La mise en oeuvre de ces matériaux est cependant complexe, notamment en raison de leur dureté et fragilité, qui les rendent très difficilement usinable une fois produits.
  • La déposante a par exemple proposé dans la demande EP 3291024 A1 un nouveau type de module d'affichage monolithique procurant un affichage mystérieux et animé d'une grande simplicité et compacité de construction, un tel module d'affichage comportant des organes d'affichage mobiles les uns par rapport aux autres pour former un dit motif par l'intermédiaire de liaisons déformables élastiques de type lames flexibles. Ces modules d'affichage sont obtenus par des procédés issus de la microtechnique et microélectronique, par des procédés de gravure profonde de wafers de silicium.
  • Un tel module d'affichage présente l'avantage par la finesse de ses éléments constitutifs, de l'ordre de quelques micromètres, de procurer des effets esthétiques très divers en fonction de la forme des éléments mobiles ainsi que des couleurs de fond de cadran avec lesquels ils sont associé. Cependant, il n'est pas possible à ce jour de sertir des pierres précieuses selon les méthodes classiques sur une telle pièce de silicium, de même qu'il n'est pas possible de sertir des pierres sur des pièces céramiques ou de verre, sans détériorer irréversiblement lesdites pièces.
  • Un but de l'invention est spécialement de procurer une technique de sertissage d'objets tels que des pierres précieuse ou semi-précieuses sur des substrats non-ductiles tels que de silicium, de céramiques ou de verre et des pièces d'horlogerie ou de joaillerie comportant de tels substrats munis de pierres serties.
  • Un autre but de l'invention est de procurer des pièces d'horlogerie ou de joaillerie comportant un substrat non-ductile et un châton de sertissage dotées de griffes métalliques solidaires dudit substrat sans recourir à un collage.
    • Objet de l'invention
  • La présente invention atteint son but par procédé de réalisation d'un châton de sertissage d'un objet sur une surface d'un substrat non-ductile, ledit châton comportant une ceinture formant un siège d'appui d'un dit objet et une pluralité de griffes déformables réparties à la périphérie de la ceinture et présentant une longueur telle qu'une extrémité libre au moins de chaque griffe puisse être repliée contre l'objet une fois ce dernier sis dans la ceinture, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    • Métallisation d'une portion au moins de la surface dudit substrat sur laquelle le châton doit être formé ;
    • Réalisation de la ceinture du châton dans la portion de surface du substrat préalablement métallisée ;
    • Réalisation des griffes par dépôt des fils métalliques sur la portion de surface du substrat préalablement métallisée à la périphérie de la ceinture.
  • Dans le cadre de la présente invention, on entend par « substrat non-ductile » tout matériau dont le module d'Young est supérieur à 2.3 GPa, qualifié également communément de matériau rigide. Un substrat non-ductile au sens de l'invention peut notamment, mais non exclusivement, être constitué de silicium, monocristallin ou polycristallin, de céramique, ou encore de verre.
  • Dans un mode de réalisation, la réalisation de la ceinture comporte la formation d'un orifice dans le substrat non-ductile. Un tel orifice pourra être réalisé selon diverses techniques selon la nature du substrat. A titre non limitatif, on pourra citer notamment les procédés de gravure profonde pour des substrats de silicium (notamment les procédés DRIE - pour Deep Reactive-ion Etching en anglais) ou encore de frittage pour des céramiques.
  • Dans un mode de réalisation, la réalisation des griffes comporte le dépôt individuel de fils métalliques à la périphérie de la ceinture selon un procédé de bossage de fil, dit « stud bumping » en anglais.
  • Dans un mode de réalisation alternatif, la réalisation des griffes comporte le dépôt simultané de fils métalliques à la périphérie de la ceinture par thermocompression sur la surface du substrat préalablement métallisée depuis une plaque support sur laquelle les fils ont préalablement été formés. On pourra notamment dans ce cas utiliser la technique de thermocompression développée par la Demanderesse et décrite dans le brevet EP 2579104 B1 .
  • Lorsque les fils de la griffe sont formés par la technique de thermocompression susvisée, il sera utile de prévoir avantageusement une étape additionnelle de redressement des fils métalliques déposés par rapport à la surface du substrat, afin de faciliter la mise en place ultérieur d'un objet à sertir sur le châton.
  • Dans un autre mode de réalisation, les griffes du châton peuvent être obtenues selon les étapes suivantes :
    • formation d'orifices traversant dans le substrat non-ductile, un dit orifice constituant la ceinture du châton ;
    • remplissage desdits orifices par un matériau sacrificiel ;
    • formation des griffes par photolithographie et croissance galvanique à la périphérie de l'orifice constituant la ceinture du châton ;
    • retrait du matériau sacrificiel des orifices par voie sèche ou humide.
  • Ce mode de réalisation est apparenté aux techniques de fabrication de circuits intégrés et autres composants dans le domaine de la microélectronique et des microsystèmes, bien connus de l'homme du métier dans ces domaines. Ces techniques ne seront donc pas plus détaillées ici.
  • Il sera également utile de prévoir dans ce mode de réalisation une étape de redressement des fils métalliques déposés par rapport à la surface du substrat postérieurement au retrait du matériau sacrificiel.
  • Selon encore une autre alternative, la réalisation des griffes peut également consister à mouler les fils métalliques à la périphérie de la ceinture dans des orifices idoines agencé dans une couche de résine photosensible par photolithographie et croissance galvanique.
  • Selon encore un autre mode de réalisation, les étapes de réalisation de la ceinture et des griffes peuvent être réalisées simultanément et comportent les étapes suivantes :
    • Formation d'une embase métallique sur un support par photolithographie et croissance galvanique, ladite embase présentant un centre géométrique ;
    • Dépôt sur une surface supérieure de l'embase d'une première pluralité de fils métalliques, par un procédé de bossage de fil, dit « stud bumping » en anglais, lesdits fils présentant une hauteur h1 et étant répartis uniformément à une distance d1 du centre géométrique de l'embase et formant ladite ceinture ;
    • Dépôt sur une surface supérieure de l'embase d'une deuxième pluralité de fils métalliques, par un procédé de bossage de fil, dit « stud bumping » en anglais, lesdits fils de la deuxième pluralité présentant une hauteur h2 supérieure à la hauteur h1 des fils de la première pluralité de fils et étant répartis uniformément à une distance d2 du centre géométrique de l'embase, la distance d2 étant supérieure à la distance d1 et lesdits fils de la deuxième pluralité de fils formant lesdites griffes ;
    • Désolidarisation de l'embase métallique dudit support, et
    • Fixation de l'embase sur la surface préalablement métallisée du substrat.
  • Cette forme de réalisation alternative selon le procédé de l'invention permet avantageusement de réaliser une pluralité de châtons dotés d'une embase supportant ceinture et griffes du châton, le tout formant un ensemble venu de matière sur un premier substrat, puis de séparer le cas échéant ladite embase dudit premier substrat pour ensuite solidariser le châton sur le substrat non-ductile de support final. On peut ainsi réaliser des compositions d'objets sertis très complexes et originales sur un substrat non-ductile, comme par exemple pour des cadrans de pièces d'horlogerie formés de céramique ou de silicium comme proposé dans la demande de brevet EP 3291024 A1 au nom de la Demanderesse.
  • Selon les divers modes de réalisation du procédé de l'invention, les fils métalliques formant les griffes du châton sont de préférence constitués d'alliage d'or et/ou autres métaux précieux tels que notamment d'argent et/ou de palladium.
  • De même, l'étape de métallisation comporte de préférence le dépôt d'une couche mince d'or par un procédé de dépôt en phase gazeuse.
  • L'invention concerne également selon dans un second objet un procédé de sertissage d'un objet sur une surface d'un substrat non-ductile tel que précédemment défini. Ce procédé de sertissage comporte dans un mode particulier les étapes définies à la revendication 14, ou dans une alternative les étapes définies à la revendication 15.
  • Un dernier objet de l'invention concerne une pièce d'horlogerie ou de joaillerie, comportant un substrat non-ductile et un châton de sertissage d'un objet agencé sur une surface dudit substrat, ledit châton comportant une ceinture formant un siège d'appui dudit objet et une pluralité de griffes métalliques déformables réparties à la périphérie de la ceinture et présentant une longueur telle qu'une extrémité libre au moins de chaque griffe puisse être repliée contre l'objet une fois ce dernier sis dans la ceinture. Avantageusement, le châton de sertissage est formé sur le substrat non-ductile selon une des variantes du procédé de réalisation d'un châton de sertissage de l'invention telles que précédemment définies.
    • Descriptifs des figures
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation faite en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
    • les figures 1a à 1f représentent schématiquement et en coupe verticale les étapes du procédé de réalisation d'un châton de sertissage et de sertissage d'une pierre précieuse tel un diamant selon une première variante de réalisation ;
    • les figures 2a à 2d représentent schématiquement et en coupe verticale les étapes du procédé de réalisation d'un châton de sertissage et de sertissage d'une pierre précieuse tel un diamant selon une deuxième variante de réalisation ;
    • Les figures 3a à 3f représentent schématiquement et en coupe verticale les étapes du procédé de réalisation d'un châton de sertissage et de sertissage d'une pierre précieuse tel un diamant selon une troisième variante de réalisation ;
    • Les figures 4a à 4f représentent schématiquement et en coupe verticale les étapes du procédé de réalisation d'un châton de sertissage et de sertissage d'une pierre précieuse tel un diamant selon une quatrième variante de réalisation ;
    • Les figures 5a à 5d représentent schématiquement et en coupe verticale les étapes du procédé de réalisation d'un châton de sertissage et de sertissage d'une pierre précieuse tel un diamant selon une cinquième variante de réalisation.
    Description de modes de réalisation de l'invention
  • Différentes variantes de réalisation d'un procédé de réalisation d'un châton de sertissage 1 d'un objet O tel que pierre précieuse ou semi-précieuse par exemple sur un substrat non-ductile 2 vont être présentées ci-après en référence aux figures 1 à 5. Par concision et simplicité, on considérera dans chacun des modes de réalisation décrit, et à titre non limitatif de la portée de l'invention, la formation d'un châton 1 d'un alliage aurifère sur un substrat non-ductile 2 constitué de silicium pour sertir un objet O formé d'un brillant de diamant taillé pour présenter classiquement de part et d'autre d'un rondiste définissant la section la plus large du brillant dans un plan horizontal, une culasse terminée par une collette sous ledit plan du rondiste et une couronne terminée par une table au-dessus dudit plan du rondiste. Toutefois, on pourrait bien entendu envisager des substrats d'un autre matériau non-ductile au sens de l'invention, notamment de céramique, ainsi que d'autres métaux, les alliages aurifères et/ou d'autres métaux précieux tels l'argent et le palladium étant cependant préférés.
  • De plus, sur toutes les représentations, on considérera un repère orthonormé XYZ, chaque figure étant une représentation en coupe selon un plan vertical YZ d'un substrat 2 non-ductile sur lequel est formé un châton 1 de sertissage en or.
  • Les figures 1a à 1f représentent un premier procédé de formation d'un châton 1 en or sur un substrat non-ductile 2 formé de silicium. Cette première méthode peut être dite de transfert de fils ou de bandes d'or sur le substrat 2 pour réaliser les griffes 12 du châton 1 à la périphérie d'une ceinture 11 dudit châton 1 formée par un orifice 3 formé dans le substrat 2, notamment par gravure profonde, comme cela est bien connu dans le domaine de la microélectronique et des microsystèmes (MEMS, NEMS, MOEMS etc..).
  • Selon une première étape (fig. 1a), on réalise dans un premier temps un dépôt de fils ou bandes d'or 4 sur un substrat support 5 par photolithographie et croissance galvanique, selon des techniques bien connues du microtechnicien. Dans le même temps on prépare le substrat 2 receveur par réalisation d'une couche métallique d'or 21 sur une surface du substrat receveur 2, par exemple par un dépôt physique en phase vapeur, suivi d'une gravure profonde pour former un ou plusieurs orifices 3 destinés à former ceinture 11 d'un châton 1 de sertissage. A cet effet, le diamètre des orifices 3 est choisi tel que celui-ci soit inférieur à la plus grande dimension du rondiste d'un diamant O à sertir, ledit diamant O pouvant ainsi être positionné de manière stable sur sa culasse sur le rebord de l'orifice 3, comme il ressortira plus particulièrement des figures1f et 1g ultérieurement.
  • Une fois ces deux préparations réalisées, on opère dans un second temps (fig. 1b) le transfert des fils ou bandes d'or 4 sur le substrat 1 receveur par thermocompression, selon les principes définis notamment dans le brevet EP 2579104 B1 au nom de la Demanderesse. On retire ensuite le substrat support 5 pour révéler les fils ou bandes d'or 4 solidarisée sur les rebords préalablement métallisés de l'orifice 3 formant la ceinture 11 du châton 1, les fils bandes 4 formant une fois relevée (fig. 1d) les griffes 12 du châton 1.
  • Une fois le châton 1 ainsi formé, il suffit pour sertir un diamant O de positionner celui-ci en appui par sa culasse sur la ceinture 11 du châton 1, colette centrée sur l'axe central de l'orifice 3 du substrat 2 (fig. 1e) puis de replier les extrémités des griffes 12 sur la couronne du diamant O pour réaliser le serti (fig. 1f).
  • Il va de soi que le nombre de griffes 12 du châton 1 dépend de la taille du diamant O (ou autre objet serti), de sa forme et du rendu souhaité pour la pièce finale portant le substrat et le diamant serti. Le nombre minimal de griffes 12, donc de fils ou bandes d'or 4 déposées à la périphérie du ou des orifices formant la ceinture 11 de châton 1 devra cependant être de deux pour assurer un serti réel, mais préférentiellement trois ou quatre régulièrement réparties autour de la ceinture 11 pour assurer un serti équilibré d'un diamant O ou équivalent.
  • Une approche quelque peu similaire de formation de châtons 1 en or sur un substrat 2 de silicium est présentée aux figures 4a à 4f. Dans cette approche, les fils ou bandes d'or 4 destinées à former les griffes 12 du châton 1 ne sont pas déposées par thermocompression sur le substrat 2 receveur mais directement sur la surface métallisée 21 dudit substrat. Aussi cette approche diffère de celle des figures 1a à 1f dans ces deux étapes initiales relatives à la formation desdits fils ou bandes d'or 4, comme décrit ci-après.
  • Ainsi selon cette variante de réalisation, on prépare dans une première étape le substrat receveur 2 comme dans la première variante par réalisation d'une couche métallique d'or 21 sur une surface du substrat receveur 2, par exemple par un dépôt chimique en phase vapeur, suivi d'une gravure profonde pour former un ou plusieurs orifices 3 destinés à former ceinture 11 d'un châton 1 de sertissage. Comme toujours, le diamètre des orifices 3 est choisi tel que celui-ci soit inférieur à la plus grande dimension du rondiste d'un diamant O à sertir. Toutefois, une fois le ou les orifices 3 réalisés on vient combler ceux-ci de matériau sacrificiel 22 de manière à réaliser un substrat 2 mixte d'épaisseur homogène, sur lequel on vient déposer une couche de résine photosensible 23 (fig. 4a) au sein de laquelle on forme ensuite directement par photolithographie et croissance galvanique (fig. 4b) les fils ou bandes d'or 4 destinées à former les griffes 12 du châton 1. Une fois la croissance terminée on retire (fig. 4c) le matériau sacrificiel 22 et les résidus de résine photosensible 23 pour ne conserver que le substrat receveur 2 équipé des fils ou bandes d'or 4 périphériques aux orifices 3 pour réaliser le châton 1 comme décrit en relation des figures 1c à 1f.
  • Une autre variante de réalisation d'un châton de sertissage 1 sur un substrat non-ductile 2 de silicium est proposée aux figures 2a à 2d.
  • Dans cette variante, on prépare dans une première étape le substrat receveur 2 comme dans la première variante par réalisation d'une couche métallique d'or 21 sur une surface du substrat receveur 2, par exemple par un dépôt physique en phase vapeur, suivi d'une gravure profonde pour former un ou plusieurs orifices 3 destinés à former ceinture 11 d'un châton 1 de sertissage. A cet effet, le diamètre des orifices 3 est choisi tel que celui-ci soit inférieur à la plus grande dimension du rondiste d'un diamant O à sertir, ledit diamant O pouvant ainsi être positionné de manière stable sur sa culasse sur le rebord de l'orifice 3.
  • Les griffes 12 du châton 1 sont ensuite réalisées (fig. 2b) directement sur la surface métallisée 21 du substrat 2 par une technique dite de « bossage de fils », plus communément connue sous le nom anglais de « stud bumping ». Ainsi, selon ce procédé des fils d'or 4 sont directement déposés en des positions exactes autour de l'orifice 3 formant la ceinture 11 du châton 1, le diamètre des griffes à leur embase d'ancrage bossée (bump en anglais) pouvant être compris entre 30 et 150 microns, pour des hauteurs de fils 4, donc de griffes 12 de 0,5 à plusieurs millimètres, à des cadences de dépôt très importantes, de l'ordre de 10 à 20 fils déposés par seconde au minimum.
  • Ce procédé permet donc un rendement très important de formation de châtons 1 in situ sur un substrat 2 de silicium, selon des configurations diverses et adaptées aux rendus esthétiques finaux souhaités en fonction de la disposition des éléments (diamants D) à sertir.
  • Une fois le châton 1 ainsi formé, il suffit pour sertir un diamant O de positionner celui-ci en appui par sa culasse sur la ceinture 11 du châton 1, colette centrée sur l'axe central de l'orifice 3 du substrat 2 (fig. 2c) puis de replier les extrémités des griffes 12 sur la couronne du diamant O pour réaliser le serti (fig. 2d).
  • Il est également possible, comme représenté aux figures 5a et 5b, de remplacer l'utilisation de la technique de « stud bumping » pour former les griffes par une technique de formage par moulage direct de fils d'or par croissance galvanique dans des orifices 24 insolés dans une couche de résine photosensible 23 déposée sur le substrat 2 après préparation de celui-ci par métallisation et formation des orifices 3. Le retrait (fig. 5c) des résidus de résine 23 laisse alors libres les griffes 12 formées directement sur le substrat 2 et il suffit ensuite de replier celles-ci sur la couronne d'un diamant O pour sertir celui-ci (fig. 5d).
  • Une dernière variante de réalisation du procédé de l'invention est enfin décrite aux figures 3a à 3f.
  • Dans cette variante de réalisation on réalise dans un premier temps une rondelle en or formant embase 13 de châton 1 sur une plaque support 5, par exemple constituée de silicium, éventuellement couverte d'un matériau sacrificiel (non représenté) tel qu'une couche de cuivre, par photolithographie et croissance galvanique (fig. 3a). Cette rondelle 13 présente de préférence un orifice central 14 en son centre géométrique, adapté pour ultérieurement permettre le centrage d'un diamant O par alignement de sa colette dans ledit orifice 14. On vient ensuite (fig. 3b) déposer par la technique de « stud bumping » préalablement décrite en relation de la figure 2, une première pluralité de fils d'or 111, lesdits fils 111 présentant une hauteur h1 et étant répartis uniformément à une distance d1 du centre géométrique de l'embase 13. Cette première pluralité de fils 111 est destinée à former la ceinture 11 du châton 1. Simultanément ou consécutivement on dépose également une deuxième pluralité de fils métalliques 121 par « stud bumping », ces seconds fils 121 présentant une hauteur h2 supérieure à la hauteur h1 des fils de la première pluralité de fils 111 et étant répartis uniformément à une distance d2 du centre géométrique de l'embase 13, la distance d2 étant supérieure à la distance d1. Ces seconds fils 121 sont ainsi destinés à former les griffes à proprement parler du châton 1.
  • On vient ensuite sertir un diamant O directement sur la plaque support 5. Pour cela, on enfonce celui-ci sur sa culasse entre les premiers fils 111, la colette du diamant étant centré dans l'orifice central 14 de l'embase. Sous la pression appliquée, les fils 111 se déforment et forment un socle de stabilisation du diamant O, et donc la ceinture 11 du châton 1. Ensuite on vient sertir en rabattant les extrémités des deuxièmes fils 121 formant les griffes 12 sur la couronne du diamant O, comme dans tous les autres modes de réalisation (fig. 3d). On obtient ainsi un diamant O serti sur son châton 1 en or, ledit châton 1 étant alors détachable de la plaque support 5 par arrachement ou par dissolution de la plaque support 5, ou encore le cas échéant par dissolution sélective de la couche sacrificielle lorsque celle-ci est présente.
  • Il suffit ensuite de désolidariser le châton 1 avec le diamant 4 de la plaque support 5 pour transférer celui-ci sur le substrat 2 receveur final et l'y solidariser, par exemple par collage, le cas échéant à l'aplomb d'un orifice 3 pratiqué dans ledit substrat 2, de manière analogue aux autres modes de réalisation présentés précédemment.
  • Ce mode de réalisation présente l'intérêt de procurer un mode de réalisation indirect d'un châton 1 de sertissage. On peut ainsi envisager de réaliser des plaques complètes de châtons 1, sur lesquels sont sertis autant de diamants que nécessaire, puis de détacher chaque châton et son diamant pour les assembler un à un sur un substrat receveur 2 idoine, selon la disposition souhaitée. Il est également envisageable de détacher les châtons 1 une fois formés sur la plaque support 5 pour les fixer par leur embase 13 sur un substrat 2 receveur avant d'y sertir des diamants D ou autres objets à sertir.
  • Le procédé de l'invention procure ainsi avantageusement une méthode de fabrication de châtons 1 de sertissage, à haut rendement, et procurant une grande versatilité de création d'objets tels que des pièces de joaillerie ou d'horlogerie combinant des substrats non-ductile technique tels le silicium ou la céramique, avec des métaux précieux comme l'or et les pierres précieuses et semi-précieuses, telles les diamants, rubis, émeraudes, saphirs et autres. On notera par ailleurs que dans tous les modes de réalisation présentés ici et sur les figures qu'il est tout à fait possible pour simplifier les opérations de sertissage à proprement parler de stabiliser les objets à sertir par un élément de stabilisation telle une colle temporaire, notamment sur base aqueuse par exemple, qui une fois les griffes repliées pour former le serti peut être dissout aisément.
  • Ce procédé permet ainsi à titre d'exemple non limitatif de réaliser des modules d'affichage et cadrans de montres tel que décrit dans la demande EP 3291024 A1 au nom de la Demanderesse, dont les éléments de bâti et des organes d'affichage mobiles peuvent être revêtus de pierres serties, permettant ainsi des jeux de mouvements et de lumières au sein du cadran, ainsi que des affichages mystérieux ou ludiques, sans avoir à modifier ni complexifier un mouvement horloger.

Claims (16)

  1. Procédé de réalisation d'un châton (1) de sertissage d'un objet (O) sur une surface d'un substrat (2) non-ductile, ledit châton (1) comportant une ceinture (11) formant un siège d'appui d'un dit objet (O) et une pluralité de griffes déformables (12) réparties à la périphérie de la ceinture (11) et présentant une longueur telle qu'une extrémité libre au moins de chaque griffe (12) puisse être repliée contre l'objet (O) une fois ce dernier sis dans la ceinture (11), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    - Métallisation d'une portion au moins de la surface dudit substrat (2) sur laquelle le châton (1) doit être formé ;
    - Réalisation de la ceinture (11, 111) du châton dans la portion de surface du substrat (2) préalablement métallisée ;
    - Réalisation des griffes (12) par dépôt des fils métalliques (4, 111, 121) sur la portion de surface du substrat préalablement métallisée à la périphérie de la ceinture (11).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réalisation de la ceinture (11) comporte la formation d'un orifice (3) dans le substrat non-ductile (2).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réalisation des griffes (12) comporte le dépôt individuel de fils métalliques (4) à la périphérie de la ceinture (11) selon un procédé de bossage de fils, dit « stud bumping » en anglais.
  4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réalisation des griffes (12) comporte le dépôt simultané de fils métalliques (4) à la périphérie de la ceinture (11) par thermocompression sur la surface du substrat préalablement métallisée depuis une plaque support (5) sur laquelle les fils (4) ont préalablement été formés.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de redressement des fils métalliques (4) déposés par rapport à la surface du substrat (2).
  6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la réalisation des griffes comporte les étapes suivantes :
    - formation d'un orifice (3) traversant dans le substrat non-ductile (2), un dit orifice constituant la ceinture (11) du châton ;
    - remplissage dudit orifice (3) par un matériau sacrificiel (22) ;
    - formation des griffes (12) par photolithographie et croissance galvanique à la périphérie de l'orifice (3) constituant la ceinture du châton ;
    - retrait du matériau sacrificiel (22) des orifices par voie sèche ou humide.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de redressement des fils métalliques (4) déposés pour former les griffes (12) par rapport à la surface du substrat (2) postérieurement au retrait du matériau sacrificiel (22).
  8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réalisation des griffes (12) consiste à mouler les fils métalliques (4) à la périphérie de la ceinture (11) dans des orifices idoines agencé dans une couche de résine photosensible (23) par photolithographie et croissance galvanique.
  9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes de réalisation de la ceinture et des griffes sont réalisées simultanément et comporte les étapes suivantes :
    - Formation d'une embase métallique (13) sur un support (5) par photolithographie et croissance galvanique, ladite embase (13) présentant un centre géométrique ;
    - Dépôt sur une surface supérieure de l'embase (13) d'une première pluralité de fils métalliques (111), par un procédé de bossage de fil, dit « stud bumping » en anglais, lesdits fils (111) présentant une hauteur h1 et étant répartis uniformément à une distance d1 du centre géométrique de l'embase (13) et formant ladite ceinture (11) ;
    - Dépôt sur une surface supérieure de l'embase (13) d'une deuxième pluralité de fils métalliques (121), par un procédé de bossage de fil, dit « stud bumping » en anglais, lesdits fils (121) de la deuxième pluralité présentant une hauteur h2 supérieure à la hauteur h1 des fils (111) de la première pluralité de fils et étant répartis uniformément à une distance d2 du centre géométrique de l'embase, la distance d2 étant supérieure à la distance d1 et lesdits fils (121) de la deuxième pluralité de fils formant lesdites griffes (12) ;
    - Désolidarisation de l'embase métallique (13) dudit support, et
    - Fixation de l'embase (13) sur la surface préalablement métallisée du substrat (2).
  10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les fils métalliques (4) formant les griffes (12) du châton sont constitués d'or.
  11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'embase métallique et les fils métalliques (4) des première et deuxième pluralités de fils (111, 121) sont constitués d'or.
  12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat non-ductile (2) est constitué de silicium cristallin ou poly-cristallin.
  13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de métallisation comporte le dépôt d'une couche mince d'or (21) par un procédé de dépôt en phase gazeuse.
  14. Procédé de sertissage d'un objet (O) sur une surface d'un substrat (2) non-ductile, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    - Réaliser un châton de sertissage (1) sur ladite surface dudit substrat selon le procédé de l'une des revendications 1 à 8 ou la revendication 10 ou l'une des revendications 12 ou 13 dans leur dépendance à l'une des revendications 1 à 8 ou la revendication 10 ;
    - Caler ledit objet (O) de manière stable sur ladite ceinture (11) et,
    - Replier les extrémités libres des griffes (12) contre une surface supérieure dudit objet (O) de manière à maintenir celui-ci en appui sur ladite ceinture (11).
  15. Procédé de sertissage d'un objet (O) sur une surface d'un substrat (2) non-ductile, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    - Réaliser un châton de sertissage (1) sur ladite surface dudit substrat (2) selon le procédé de la revendication 9 ou la revendication 11 ou l'une des revendications 12 ou 13 dans leur dépendance à l'une des revendications 9 ou 11 ;
    - Positionner ledit objet (O) de manière stable sur l'extrémité libre des fils métalliques (111) de la première pluralité de fils,
    - Enfoncer ledit objet selon une direction perpendiculaire à l'embase (13) pour déformer lesdits fils métalliques (111) de la première pluralité de fils et former ainsi la ceinture (11) sous l'objet (O) ;
    - Replier les extrémités libres des griffes (12) formées des fils (121) de la seconde pluralité de fils contre une surface supérieure dudit objet (O) de manière à maintenir celui-ci en appui sur ladite ceinture.
  16. Pièce d'horlogerie ou de joaillerie, comportant un substrat non-ductile (2) et un châton de sertissage (1) d'un objet (O) agencé sur une surface dudit substrat, ledit châton (1) comportant une ceinture (11) formant un siège d'appui dudit objet (O) et une pluralité de griffes métalliques déformables (12) réparties à la périphérie de la ceinture (11) et présentant une longueur telle qu'une extrémité libre au moins de chaque griffe puisse être repliée contre l'objet une fois ce dernier sis dans la ceinture, le châton de sertissage (1) étant formé sur le substrat non-ductile (2) selon le procédé de l'une des revendications 1 à 13.
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