JP2023046120A - チップ部品の位置決め方法およびそれに用いる整列パレット - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで部品にダメージを与えることなく、小型のチップ部品に対しても高精度で位置決めを行える整列方法を提供する。【解決手段】 非磁性体材料からなり、中心が直交格子状に配置された、チップ部品を収納する複数の矩形状のポケットを備えた整列パレットを準備する第１工程と、強磁性体材料を有する複数のチップ部品をポケットにそれぞれ収納する第２工程と、整列パレットの下面または上面に平行に直交格子の長辺方向に磁石を移動させる第３工程からなり、第１工程における整列パレットが、ポケットの長辺の延長線が直交格子と傾斜して交差しており、第３工程において、磁石の磁束線の方向と直交格子の長辺方向とで構成する角度をαとし、磁石の面上の磁束線の方向とポケットの長辺方向とで構成する角度をβとしたとき、β－αが０°以上４５°以下となるようにして磁石を移動させる、チップ部品の位置決め方法である。【選択図】 図２

Description

本開示は、強磁性体材料を含有するチップ部品の精度の高い位置決め方法およびそれに用いる整列パレットに関する。

従来から、チップ部品への印刷やマーキングには、複数のチップ部品を整列して一括処理するため、個々のチップを収納するポケットを備えた整列パレットが使用されている。しかしながら、チップ部品が収納されるパレット上のポケットのサイズは、必然的にチップ部品サイズより大きく、ポケットの内壁とチップ部品との間には隙間による「あそび」があるので、精度の高い位置決めは困難である。そのような「あそび」に対処するため、次のようないくつかの方法が提案されている。

例えば特許文献１では、上面側に位置決めキャビティを備えた下側整列板と、位置決めキャビティと相対する位置に貫通孔を備えた上側整列板とを用意し、チップ型電子部品を位置決めキャビティ内に挿入配置したのち、下側整列板もしくは上側整列板を平面方向に沿ってスライド移動させて、チップ型電子部品の位置決めを行う方法が提案されている。

また別の方法として、例えば特許文献２では、複数の凹状ポケットにチップ状電子部品を載置して搬送するキャリアを用いる技術であり、凹状ポケットの内底面下部に電磁石を有し、前記チップ状電子部品が磁石により吸引される性質を有する場合に、前記電磁石による吸引力を制御して凹状ポケット内の一定の位置にチップ状電子部品を整列させる方法が提案されている。

さらに別の方法として、例えば特許文献３では、可動プレートに一対の可動プレート駆動穴及びチップＸ軸押さえバネと、チップＹ軸押さえバネを持ち、チップ挿入穴と同じ間隔で同数設けられ可動プレートの移動によりチップ挿入穴と重なる位置が変化してチップ部品の挿入と固定を行う可動プレートバネ穴を設け、可動プレートが移動により、チップＸ軸押さえバネと、チップＹ軸押さえバネとで、チップ部品をＸ軸とＹ軸方向から抑えて、位置決めする方法が提案されている。

特開１９９３－０２１５４９号公報 特開２００４－３４０６９６号公報 特開２００６－１２８５８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、チップ型電子部品を固定するために整列板の広い面積上をスライドさせてチップ部品を固定するために、下側整列板もしくは上側整列板に、所定の剛性が必要であり、小型の部品を扱うには限界があった。昨今の電子部品は、小型高性能化が進み、例えば代表的な電子部品である積層セラミックコンデンサでは、部品厚みが０．５ｍｍ以下であるものが主流になってきており、この方法を用いることが困難となってきた。また、個々のチップ部品の状態を考慮せず一括して機械的に挟み込むため、積層セラミックコンデンサの焼成後のプロセスには問題がないが、焼成前のチップ型グリーンシート積層体の場合は製品にダメージを与えるおそれがある。さらには、チップ部品の寸法ばらつきがあれば、しっかり固定されるものがある一方で、固定されないものも発生していたので、位置決め精度を損なう原因となっている。

また、特許文献２に記載の方法では、凹状ポケットの内底面下部に磁石が配置されているので、高価なキャリアとなり製造の負担を大きくしている。また、チップ状電子部品を磁石に吸引した場合は、チップ部品は磁石と接触した部位に影響されてチップ部品の姿勢がばらつくので、吸引力の制御だけで部品の位置決めを行うことは実質的に難しく、高精度の位置決めには不十分である。

さらに、特許文献３に記載の方法では、整列治具は、個々の挿入穴位置に一対のばね端子が儲けられているので、治具のコストが高く、製造の負担となっていた。また、ばね構造の取り付けのためのスペースが必要であるため、小型部品には対応できない。

本開示は、上記課題を解決するものであり、低コストで部品にダメージを与えることなく、小型のチップ部品に対しても高精度で位置決めを行える手段を提供することを目的とする。

本開示のチップ部品の位置決め方法は、非磁性体材料からなり、中心が直交格子状に配置された、前記チップ部品を収納する複数の矩形状のポケットを備えた整列パレットを準備する第１工程と、強磁性体材料を有する複数のチップ部品を前記ポケットにそれぞれ収納する第２工程と、前記整列パレットの下面または上面に平行に前記直交格子の長辺方向に磁石を移動させる第３工程を含み、前記第１工程における前記整列パレットは、前記ポケットの長辺の延長線が前記直交格子と傾斜して交差しており、前記第３工程において、前記磁石の磁線の方向と前記直交格子の長辺方向とで構成する角度をαとし、前記磁石の面上の磁束線の方向と前記ポケットの長辺方向とで構成する角度をβとしたとき、β－αが０°以上４５°以下となるようにして磁石を移動させる、チップ部品の位置決め方法である。

また、上記のチップ部品の位置決め方法に用いられる整列パレットであって、チップ部品３を収納する複数の矩形状のポケットの中心が直交格子状に配置され、前記ポケットの長辺の延長線が前記直交格子と傾斜して交差しているチップ部品の整列パレットである。

本開示のチップ部品の位置決め方法によれば、整列パレットにチップ部品を格納した後は、磁石をパレット面に平行に移動交差させるだけなので、簡素な構成で安価に高精度のチップ部品を位置決めすることができる。

また、本開示のチップ部品の整列パレットによれば、磁石をパレット面に平行に移動交差させることによって、パレット上の全てのチップ部品が、格子状に整列して高精度に位置決めされて配置することができるので、例えば印刷などの次工程の加工を高精度に行うことが可能となる。

本開示の一実施形態の整列パレットを示す斜視図である。 整列パレットのポケットに収納されたチップ部品の状態を模式的に示す平面図である。 磁力線とチップ部品との関係を模式的に示す斜視図である。 磁力線とチップ部品との関係を模式的に示す平面図である。 チップ部品が位置決めされる様子を模式化して段階的に示す平面図である。 チップ部品の寸法とポケットの寸法の関係を示す図である。 ポケットの底に小さな貫通孔を有している整列パレット１を示す平面図である。

以下、図面を参照にしつつ本開示のチップ部品３の位置決め方法およびそれに用いる整列パレット１の実施形態について説明する。

なお、以下では、チップ部品３の一例として積層セラミックコンデンサについて説明するが、本開示の対象となるチップ部品３は、積層セラミックコンデンサに限らず、積層型圧電素子、積層サーミスタ素子、積層チップコイル、およびセラミック多層基板など強磁性体層を有する様々な積層部品に適用することができる。

本開示の一実施形態に係るチップ部品の位置決め方法は、非磁性体材料からなり、平面視形状が矩形状の複数のポケット２の中心が格子状に直交する軸線の交点上に配置されている整列パレット１を準備する第１工程と、強磁性体材料を有する複数のチップ部品３を前記ポケット２にそれぞれ収納する第２工程と、前記整列パレット１の下面または上面に平行に前記直交格子の長辺方向に磁石を移動させる第３工程とを含む。

前記第１工程における前記整列パレット１は、前記ポケット２の長辺の延長線が前記直交格子と傾斜して交差しており、前記第３工程において、前記磁石の磁束線の方向と前記直交格子の長辺方向とで構成する角度をαとし、前記磁石の面上の磁束線の方向と前記ポケット２の長辺方向とで構成する角度をβとしたとき、β－αが０°以上４５°以下となるようにして磁石４を移動させる構成とする。なお、角度αと角度βは、右回り、或いは左回りのいずれか同一方向を正方向とする。

本開示の一実施形態のチップ部品３の整列パレット１は、請求項１～４のいずれか１項に記載のチップ部品の位置決め方法に用いられる整列パレットであって、中心が直交格子状に配置され、チップ部品３を収納する複数のポケット２を備え、ポケット２の長辺の延長線が前記直交格子に対して傾斜して交差している構成とする。

以下に、本開示の一実施形態に係るチップ部品の位置決め方法およびそれに用いる整列パレット１の実施形態について説明する。

図１は、本開示の一実施形態のチップ部品３の整列パレット１の一例を示す斜視図である。非磁性体材料で構成された平板に、個々のチップ部品３が収納される凹状のポケット２が配置されている。ポケット２の開口部は概略直方体であり、そのサイズは、チップ部品３よりも一回り大きくなって、チップ部品３がスムースに収納できるサイズとなっている。ポケット２は長辺と短辺を有し、長辺方向にチップ部品３は長辺を向いて収納される。ポケット２の開口部の短辺の寸法は、チップ部品３の長辺寸法より小さく、ポケット２の深さもチップ部品３の長辺寸法より小さい。

なお、ポケット２の内壁や底面は、平面でなくともよい。凹凸部を有したり、コーナー部が面取り加工等によって丸みを帯びた形状であったりしてもよく、チップ部品３の収納に支障がなければよい。

整列パレット１を平面視すると、各ポケット２の中点位置は、直角格子上に位置しているが、ポケット２の開口部は、前記直角格子に対して、傾斜した直方体になっている。

直角格子に対するポケット２の傾斜角度は任意設定してもよい。しかし、寸法的にあそびがあるポケット２内で自由に位置しているチップ部品３が、後述するように唯一絶対的に固定される位置があることを本開示で見出している。その位置とは、チップ部品３のコーナー部３点で個定される位置である。本開示はその絶対的な固定位置を活用するものであり、チップ部品３を正確に位置決めすると共に、完全直交配列に配列して、次工程でのチップ部品３の加工を精度良く行えるようにするものである。

本開示のチップ部品３の強磁性体材料を有する複数のチップ部品３を前記ポケット２にそれぞれ収納する第２工程と、次に上記整列パレット１の複数のポケット２のそれぞれにチップ部品３を収納する。

第３工程では、前記整列パレット１の下面または上面に平行に前記直交格子の長辺方向に磁石４を移動させる。

第２工程、第３工程について、以下に合わせて説明する。

図２は、整列パレット１のポケット２に収納されたチップ部品３の状態を模式的に示した平面図である。本開示で適用されるチップ部品３は、磁性体材料を構成材に含む電子部品であり、代表的な電子部品として、例えば積層セラミックコンデンサのような部品である。一般的に積層セラミックコンデンサは、強磁性体材料であるニッケルまたはニッケル合金で構成される内部電極層が薄層のセラミック誘電体層と交互に何層にも積層されたチップ状部品であり、積層セラミックコンデンサの部品全体が一つの磁性体であるように磁界に反応する。チップ部品３としての完成体ばかりでなく、製造途中の中間体である焼成前のチップ部品もやはり、一個の磁性体であるように磁気に反応する。以下、チップ部品という表現は、磁性体材料の具備状態の如何に拘わらずに、一個の磁性体であるかのように磁界に反応する部品を指すものとする。

図２（a）に示すように、整列パレット１に収納されたばかりのチップ部品３は、ポケット２の内部にあそびがあるため、それぞれ微妙に異なった方向を向き、各チップ部品３間の間隔は各様である。横長の四角柱状の磁石４が、矢印６で示す方向から整列パレット１のポケット２内のチップ部品３に近づいているが、この時点では各チップ部品３はその影響を受けていない。この後、磁石４は、整列パレット１の第１面に平行に進行方向６の方向に移動する。なお、磁石４は整列パレット１の第２面の下側を移動してもよいし、第１面の上側を移動してもよい。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の磁石４が、整列パレット１に対して進行方向６に移動交差して整列パレット１上を通り抜けた後の様子を示す平面図である。各チップ部品３に注目すると、ポケット２内で正規格子状に規則的に格子の方向に配向して等間隔で整列している。これは、チップ部品３が、ポケット２の内壁と３カ所で接触して固定されているからである。チップ部品３がポケット２内の３箇所で接する位置は、特有位置であるので、チップ部品３の位置決めが高精度で行われる。

図３は、磁力線５とチップ部品３との関係を模式的に示す斜視図である。Ｎ極とＳ極とを幅方向に有する磁石４には、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線５が存在し、磁石４の直上にあるチップ部品３には、概略水平方向の磁界に晒される。チップ部品３は、磁化されて磁石になり、磁界の方向に向く。このとき、磁化方向の形状が長いほど強く磁力が作用するので、チップ部品３の長手方向が磁力線に沿った姿勢をとる。

その様子を平面視で表したのが図４である。磁場が無いときに参照符３ａの仮想線で示す位置にあったチップ部品３が、磁力線５の中で、磁化され、最も強い磁力が得られる長手方向両側部が反対の磁石極性に向かおうとするので、チップ部品３に回転モーメントが生じ、結果的に長手方向が磁力線５と平行になるチップ部品３の位置３ｂまで回転して安定する。

以下、本開示の位置決めメカニズムとその特性について説明する。

図５は、本開示のポケット２に収納されたチップ部品３が位置決めされる様子を模式化して段階的に示す平面図である。

図５（ａ）は、図２（ａ）に相当する段階のポケット２内のチップ部品３の様子を示している。ポケット２内のチップ部品３に磁石４が近づいてきているが、この段階では、まだ磁力の作用は受けていない。

図５（ｂ）の段階では、近づく磁石４に引き寄せられて、チップ部品３が、ポケット２内で、磁石の方向に内壁に接触するまで移動する。磁石がさらに近づくと、図５（ｃ）のように、チップ部品３が内壁との接触を保持しながら回転を始める。回転のモーメントは、前述の図４で説明したメカニズムによるものであり、チップ部品３が磁石側の内壁に接触することによって回転方向に分力が発生するためである。

図５（ｄ）では、チップ部品３は、磁石４の真上になっていて、図５（ｃ）から続いていた回転がチップ部品３の３つのコーナー部がポケット２の内壁に接触した位置で止まっている。図５（ｄ）に示されているラインと角度は、チップ部品３の回転が止まり、３点で固定されたときのもので、それぞれ、複数のポケット２の中点で形成される直交格子の長辺方向ラインａ、磁石４の磁力線方向ラインｂ、及び、ポケット２の長辺延長ラインｃである。ここで、上記のように直交格子の長辺方向ラインａとチップ部品の長辺方向とは同じ方向となる。

複数のポケット２の中点で形成される直交格子の長辺方向ラインａ（すなわち、磁石４の磁力線方向ラインｂ）とポケット２の長辺延長ラインｃとで構成する角度をαとし、磁力線方向ラインｂとポケット２の長辺方向とで構成する角度をβとすると、β－αが０°未満（負の角度）であれば、チップ部品３は、３点固定の位置になる前に回転を止めるので、チップ部品は３点で固定されない。反対に、角度β－αが正であれば、チップ部品３の回転が３点固定位置で止まった後も回転モーメントが作用しているので、角度βが大きいほど、磁界が解除された後も３点の内壁への接触が確実である。

しかしながら、一方では角度βが極端に大きくなると、再び回転モーメントが小さくなるので、角度βは４５°以下にすることが望ましい。

図５（ｅ）の段階では、磁石４がポケット２から離れ始めた段階である。このとき、チップ部品３には、離れる磁石４に引き寄せられる力が働くが、チップ部品３は、すでに３点で固定されているので、ポケット２内で図５（ａ）のように移動することはない。チップ部品３から見れば、固定点（ア）、（イ）、（ウ）の３点で拘束されているので、回転も移動も簡単にできない状態であり、位置ずれが防止される。

チップ部品３が３点で固定されている効果は、整列後のハンドリングを容易にもしている。大きな振動などを与えない限り、チップ部品３は一度固定された場所から移動しないから位置決め精度を維持することができるである。

チップ部品３の３点固定は、自らの回転モーメント力による固定なので、引っ掛かっているという状態であるともいえる。従って、チップ部品３の位置決め整列に伴う外力の作用が一切無いため、極めて製品に優しい位置決め方法となっている。例えば、積層セラミックコンデンサの焼成前の生チップ部品に利用してもよい。焼成前のチップ部品は比較的柔らかいので、表面への印刷や塗工には、生チップ部品に優しく精度の高い位置決めが必要とされる。

尚、磁石４と整列パレット１との交差を複数回行ってもよい。３点の固定が不完全なチップ部品３を矯正する効果と、３点の固定力を強化する効果があるからである。そのためには、一個の磁石４を整列パレット１に繰り返し交差させてもよいし、磁石４を並列に複数個並べて、その上を整列パレット１が通過するようにしてもよい。

なお、チップ部品３が磁力線の方向に回転するときには、チップ部品３のタイプやサイズに合った所要時間があるので、磁石４との移動交差は、チップ部品３に適した速度で行うのがよい。

図６は、チップ部品３の寸法とポケット２の寸法との関係を示すための図であり、チップ部品３をポケット２の開放面側から見た平面図である。平面視のポケット２の長辺寸法をｘ、短辺寸法をｙ、チップ部品３の長辺寸法をＬ、短辺寸法をＷとしたとき、ポケット２の長辺の延長線と各ポケット２の中心が形成する直交格子のなす角度αは、以下の式（１）を満たすのが好ましい。

（数１）
ｙ=Ｌ・ｓｉｎα＋Ｗ・ｃｏｓα …（１）

すなわち、長辺寸法Ｌ、短辺寸法Ｗを有するチップ部品３を収納するポケット２の幅寸法ｙが決定されれば、角度αは、自動的に決定され、そのように作られた整列パレット１では、直角格子配列で高精度に位置決めされたチップ部品３の配列を得ることができる。

整列されたチップ部品３は、この後、位置決めされた位置を保ったまま粘着／剥離が可能な固定シートに貼付固定して、次の工程である印刷工程、塗布工程、マーキング工程、あるいは測定などの検査工程でそれぞれの加工が施こされてもよい。または、本開示の整列パレット１に入れたまま、直接加工処理を行ってもよい。

図７は、ポケット２の底に小さな貫通孔７を有している整列パレット１を示す平面図である。貫通孔７は、整列後に整列パレット１上で直接加工を行うときに利用するもので、例えば、スクリーン印刷の場合は、吸引力が導かれる吸引孔として用いて、底面から貫通孔７を通してチップ部品３を真空吸引し、インクの粘着力でチップ部品３が整列パレット１に貼り付いて、ポケット２から持っていかれることを防止したり、測定では、底面からの測定端子の差し込みなどに利用したりすることができる。貫通孔７のサイズや位置、或いはその個数は、それぞれの用途に応じて適宜に設計される。

整列パレット１が磁石４と交差するとき、チップ部品３がポケット２内で立ち上がることがある。長手方向の磁力が他の方向よりも大きいので、磁石４の磁力線が磁石面に平行になっていない磁石４のエッジ部分でチップ部品３の長辺端の一方がより強く磁石４に向かうからである。このようなチップ部品３の立ち上がりは、整列パレット１の面上に、非磁性材料のカバーを配置することで防ぐことができる。

なお、本開示の整列パレット１は、非磁性体材料で構成しなければならない。例えば、ベークライトなどを用いてもよい。

本開示のチップ部品３の位置決め方法は、チップ部品３をポケット２に収容し、磁石４を整列パレット１の外側で底面に沿って移動させ、チップ部品３をポケット２の内部で吸引横転することで、チップ部品３の向きを予め揃えておいてから、適用してもよい。

また、チップ部品３の形状は、概略直方体として、最適なポケット２の設計条件について述べたが、実際のチップ部品３の製品は、辺や角部が面取りしてあったり、凹凸を有する場合があるので、補正して設計する必要がある。それらの処置は本開示の思想に影響を与えるものではない。

１ 整列パレット
２ ポケット
３ チップ部品
４ 磁石
５ 磁力線
６ 進行方向
７ 貫通孔
ア 固定点
イ 固定点
ウ 固定点
ａ 複数のポケットの中点で形成される直交格子の長辺方向ライン
ｂ 磁石の磁力線方向ライン
ｃ ポケットの長辺延長ライン

Claims (5)

1. チップ部品の位置決め方法であって、
   非磁性体材料からなり、中心が直交格子状に配置された、前記チップ部品を収納する複数の矩形状のポケットを備えた整列パレットを準備する第１工程と、
   強磁性体材料を有する複数のチップ部品を前記ポケットにそれぞれ収納する第２工程と、
   前記整列パレットの下面または上面に平行に前記直交格子の長辺方向に磁石を移動させる第３工程とを含み、
   前記第１工程における前記整列パレットは、前記ポケットの長辺の延長線が前記直交格子と傾斜して交差しており、
   前記第３工程において、前記磁石の磁束線の方向と前記直交格子の長辺方向とで構成する角度をαとし、前記磁石の面上の磁束線の方向と前記ポケットの長辺方向とで構成する角度をβとしたとき、β－αが０°以上４５°以下となるようにして磁石を移動させる、チップ部品の位置決め方法。
2. 前記角度αは、前記チップ部品の開放面側の長辺寸法をＬ、幅寸法をＷとし、前記ポケットの長辺寸法をｘ、幅寸法をｙとしたとき、以下の式（１）を満たす、請求項1記載のチップ部品の位置決め方法。
   ｙ=Ｌ・ｓｉｎα＋Ｗ・ｃｏｓα …（１）
3. 前記ポケットの底に貫通孔を有している、請求項1または２記載のチップ部品の位置決め方法。
4. 前記整列パレットの上面に、カバーを配置する、請求項１～３のいずれか１項に記載のチップ部品の位置決め方法。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のチップ部品の位置決め方法に用いられる整列パレットであって、
   前記チップ部品を収納する平面視形状が矩形状の複数のポケットの中心が格子状に直交する軸線の交点上に位置するように配置され、前記ポケットの長辺の延長線が前記直交格子に対して傾斜して交差しているチップ部品の整列パレット。

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