JP2002270623A - 電子部品の製造方法 - Google Patents

電子部品の製造方法

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JP2002270623A
JP2002270623A JP2001067189A JP2001067189A JP2002270623A JP 2002270623 A JP2002270623 A JP 2002270623A JP 2001067189 A JP2001067189 A JP 2001067189A JP 2001067189 A JP2001067189 A JP 2001067189A JP 2002270623 A JP2002270623 A JP 2002270623A
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plasma
electric field
electronic component
manufacturing
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Takeshi Uehara
剛 上原
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップを基板に接続してなる電子部品
の製造方法における前処理において、ダイボンディング
前に処理するだけで、処理効果の持続する電子部品の製
造方法の提供。 【解決手段】 半導体チップを基板に接続してなる電子
部品の製造方法において、ボンディング工程の前処理と
して、大気圧近傍の圧力下、対向する一対の電極の少な
くとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、当該一対の
対向電極間に処理ガスを導入してパルス状の電界を印加
することにより得られるプラズマで基板を接触処理する
ことを特徴とする電子部品の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品の製造方
法に関し、特に、半導体チップを基板に接続してなる電
子部品の製造方法におけるボンディング工程の前処理を
常圧パルスプラズマにより行う電子部品の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】エレクトロニクス実装における組み立て
技術は、一般的には、回路基板上に半導体デバイスが組
み付けられて機能を果たすものであるが、いかにして回
路基板上に電気的、機械的に安定に搭載(接続)するか
が重要である。例えば、1つの基板上に、能動部品(I
C、トランジスタ、ダイオード等)、受動部品(抵抗、
コンデンサ等)をはじめとする電子部品をできるだけコ
ンパクトに集積化した状態で搭載させ、一定の回路機能
をもたせるハイブリッドICにおける、マルチチップパ
ッケージオンサブストレートにおいては、基板上のAg
/PdやAuなどの厚膜配線に半導体チップを接着剤等
によりダイボンディングを行い、続いてリードフレーム
のリード部とチップの電極とを結線するワイヤーボンデ
ィングを行い、さらに抵抗、コンデンサを組み込み、こ
れが完了すればチップ、ワイヤーおよびその接合部分を
電気的、機械的に外部環境から保護し、使い易くする目
的で樹脂封止される。さらにチップの電極に突起を設
け、配線基板の電極と対向させた状態で相互の電極を接
合するためのはんだボール搭載等が施され、電子部品が
製造されており、これらの各工程において、各ボンディ
ング操作の接合性が重要となっている。
【0003】従来、この接合性向上のため、例えば、ダ
イボンディング、ワイヤーボンディングに先立って、基
板の表面の接合阻害物質をプラズマ処理により除去し、
さらに、樹脂封止前にもプラズマ処理することにより密
着性の改良が行われてきている。特に、特開平11−1
45120号公報においては、ワイヤーボンディングに
先立って、アルゴンガスによる第1のプラズマ処理によ
り電極表面の異物除去を行い、樹脂封止に先だって、第
2の酸素ガスプラズマによってレジスト表面の改質を目
的としたプラズマ処理を行うことにより、密着性等を改
良した電子部品を製造する技術が記載されている。
【0004】しかしながら、上記処理方法は、複数回の
プラズマ処理を繰り返して行う必要があり、さらに低圧
での処理が必要とされる真空チャンバー内でのプラズマ
処理であるため、真空排気装置等が設置されなければな
らず、表面処理装置は高価なものとなり、また、この方
法により大面積基板を処理する場合には、大容量の真空
容器、大出力の真空排気装置が必要になるために、表面
処理装置は、更に高価なものとなる等の問題を有してい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、半導体チップを基板に接続してなる電子部品の製造
方法における前処理において、大気圧条件下で安定した
放電状態を実現させることができ、簡便な装置で処理の
可能な放電プラズマ処理を用いて、ダイボンディング前
に処理するだけで、処理効果の持続する電子部品の製造
方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、大気圧条件下で安定した
放電状態を実現させることができる放電プラズマ処理に
より、簡便に処理ができ、さらにその処理効果がはんだ
ボール搭載工程まで持続することを見出し、本発明を完
成させた。
【0007】すなわち、本発明の第1の発明は、半導体
チップを基板に接続してなる電子部品の製造方法におい
て、ボンディング工程の前処理として、大気圧近傍の圧
力下、対向する一対の電極の少なくとも一方の対向面に
固体誘電体を設置し、当該一対の対向電極間に処理ガス
を導入してパルス状の電界を印加することにより得られ
るプラズマで基板を接触処理することを特徴とする電子
部品の製造方法である。
【0008】また、本発明の第2の発明は、半導体チッ
プを基板に接続してなる電子部品の製造方法において、
ボンディング工程の前処理として、大気圧近傍の圧力
下、対向する一対の電極の少なくとも一方の対向面に固
体誘電体を設置し、当該一対の対向電極間に処理ガスを
導入してパルス状の電界を印加することにより得られる
プラズマで基板を接触処理し、続いてダイボンディン
グ、ワイヤーボンディング、樹脂封止、ボール搭載工程
を行うことを特徴とする電子部品の製造方法である。
【0009】また、本発明の第3の発明は、パルス状の
電界が、パルス立ち上がり及び/又は立ち下がり時間が
100μs以下、電界強度が0.5〜250kV/cm
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部
品の製造方法である。
【0010】また、本発明の第4の発明は、パルス状の
電界が、周波数が0.5〜100kHz、パルス継続時
間が1〜1000μsであることを特徴とする請求項1
〜3のいずれか1項に記載の電子部品の製造方法であ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明は、半導体チップを基板に
接続してなる電子部品の製造方法において、前処理とし
て、大気圧近傍の圧力下、対向する一対の電極の少なく
とも一方の対向面に固体誘電体を設置し、当該一対の対
向電極間に処理ガスを導入してパルス状の電界を印加す
ることにより得られるプラズマで基板を接触処理して接
合阻害物を除去し、接触処理後に、ダイボンディング、
ワイヤーボンディング、樹脂封止、ボール搭載工程を行
うことを特徴とする電子部品の製造方法である。以下に
本発明を詳細に説明する。
【0012】本発明の電子部品の製造方法における、前
処理のプラズマ処理において、大気圧近傍の圧力下と
は、1.333×104〜10.4×104Paの圧力下
を指す。中でも、圧力調整が容易で、装置が簡便になる
9.3×104〜10.4×104Paの範囲が好まし
い。
【0013】上記電極としては、銅、アルミニウム等の
金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等
からなるものが挙げられる。電極の形状としては、特に
限定されないが、電界集中によるアーク放電の発生を避
けるために、対向電極間の距離が一定となる構造である
ことが好ましい。この条件を満たす電極構造としては、
例えば、平行平板型、円筒対向平板型、球対向平板型、
双曲対向平板型、同軸円筒型構造等が挙げられる。
【0014】また、略一定構造以外では、円筒対向円筒
型で円筒曲率の大きなものもアーク放電の原因となる電
界集中の度合いが小さいので対向電極として用いること
ができる。曲率は少なくとも半径20mm以上が好まし
い。固体誘電体の誘電率にもよるが、それ以下の曲率で
は、電界集中によるアーク放電が集中しやすい。それぞ
れの曲率がこれ以上であれば、対向する電極の曲率が異
なっても良い。曲率は大きいほど近似的に平板に近づく
ため、より安定した放電が得られるので、より好ましく
は半径40mm以上である。
【0015】さらに、プラズマを発生させる電極は、一
対のうち少なくとも一方に固体誘電体が配置されていれ
ば良く、一対の電極は、短絡に至らない適切な距離をあ
けた状態で対向してもよく、直交してもよい。
【0016】上記固体誘電体は、電極の対向面の一方又
は双方に設置する。この際、固体誘電体と電極が密着
し、かつ、接する電極の対向面を完全に覆うようにす
る。固体誘電体によって覆われずに電極同士が直接対向
する部位があると、そこからアーク放電が生じやすい。
【0017】上記固体誘電体の形状は、シート状でもフ
ィルム状でもよく、厚みが0.01〜4mmであること
が好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高
電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁
破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。ま
た、固体誘電体の形状として、容器型のものも用いるこ
とができる。
【0018】固体誘電体の材質としては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート
等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニ
ウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化
物、チタン酸バリウム等の複酸化物、及びこれらの複層
化したもの等が挙げられる。
【0019】特に、固体誘電体は、比誘電率が2以上
(25℃環境下、以下同じ)であることが好ましい。比
誘電率が2以上の誘電体の具体例としては、ポリテトラ
フルオロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げること
ができる。さらに高密度の放電プラズマを安定して発生
させるためには、比誘電率が10以上の固定誘電体を用
いことが好ましい。比誘電率の上限は特に限定されるも
のではないが、現実の材料では18,500程度のもの
が知られている。比誘電率が10以上の固体誘電体とし
ては、例えば、酸化チタニウム5〜50重量%、酸化ア
ルミニウム50〜95重量%で混合された金属酸化物皮
膜、または、酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物皮
膜からなり、その被膜の厚みが10〜1000μmであ
るものを用いることが好ましい。
【0020】上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て適宜決定されるが、1〜50mmであることが好まし
い。1mm未満では、電極間の間隔を置いて設置するの
に充分でないことがある。50mmを超えると、均一な
放電プラズマを発生させにくい。
【0021】本発明で用いるパルス電界のパルス電圧波
形の例を図1に示す。波形(a)、(b)はインパルス
型、波形(c)はパルス型、波形(d)は変調型の波形
である。図1には電圧印加が正負の繰り返しであるもの
を挙げたが、正又は負のいずれかの極性側に電圧を印加
するタイプのパルスを用いてもよい。また、直流が重畳
されたパルス電界を印加してもよい。本発明におけるパ
ルス電界の波形は、ここで挙げた波形に限定されず、さ
らに、パルス波形、立ち上がり時間、周波数の異なるパ
ルスを用いて変調を行ってもよい。上記のような変調は
高速連続表面処理を行うのに適している。
【0022】上記パルス電界の立ち上がり及び/又は立
ち下がり時間は、100μs以下が好ましい。100μ
sを超えると放電状態がアークに移行しやすく不安定な
ものとなり、パルス電界による高密度プラズマ状態を保
持しにくくなる。また、立ち上がり時間及び立ち下がり
時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よ
く行われるが、40ns未満の立ち上がり時間のパルス
電界を実現することは、実際には困難である。より好ま
しくは50ns〜5μsである。なお、ここでいう立ち
上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時間、立
ち下がり時間とは、電圧変化が連続して負である時間を
指すものとする。
【0023】また、パルス電界の立ち下がり時間も急峻
であることが好ましく、立ち上がり時間と同様の100
μs以下のタイムスケールであることが好ましい。パル
ス電界発生技術によっても異なるが、立ち上がり時間と
立ち下がり時間とが同じ時間に設定できるものが好まし
い。
【0024】上記パルス電界の電界強度は、0.5〜2
50kV/cmとなるようにするのが好ましい。電界強
度が0.5kV/cm未満であると、処理に時間がかか
りすぎ、250kV/cmを超えるとアーク放電が発生
しやすくなる。
【0025】上記パルス電界の周波数は、0.5〜10
0kHzであることが好ましい。0.5kHz未満であ
るとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎ、
100kHzを超えるとアーク放電が発生しやすくな
る。より好ましくは、1〜100kHzであり、このよ
うな高周波数のパルス電界を印加することにより、処理
速度を大きく向上させることができる。
【0026】また、上記パルス電界におけるひとつのパ
ルス継続時間は、1〜1000μsであることが好まし
い。1μs未満であると放電が不安定なものとなり、1
000μsを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。
より好ましくは、3〜200μsである。ここで、ひと
つのパルス継続時間とは、図1中に例を示してあるが、
ON、OFFの繰り返しからなるパルス電界における、
ひとつのパルスの連続するON時間を言う。
【0027】本発明で用いる処理ガスとしては、主とし
てハロゲン系ガスを用い、プラズマ中でハロゲンを分離
することのできるものであれば、基本的にはどのような
ものであっても良い。
【0028】上記処理ガスとしてのハロゲン系ガスは、
具体的には、塩素ガス、臭素ガス、フッ素ガス等があ
り、ハロゲンと炭素あるいはハロゲンと水素とを含有す
るハロゲン化合物ガスも含まれる。ハロゲン化合物ガス
としては、例えば、CF4、CCl33、SF6、HCl
等が挙げられる。また、酸素などの反応性のガスを使用
すると、ハロゲン系ガスの反応に対して直接的あるいは
触媒的に働いて効果を高める場合があるので、酸素ある
いは空気等の汎用のガスで希釈しても良い。
【0029】本発明では、上記ハロゲン系ガスをそのま
ま使用して用いてもよいが、経済性及び安全性の観点か
ら、希釈ガスによって希釈し、これを処理ガスとして用
いることもできる。希釈ガスとしては、ネオン、アルゴ
ン、キセノン等の希ガス、窒素ガス等が挙げられる。こ
れらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。好ま
しくは、処理ガス中のハロゲン系ガスの濃度が0.01
〜10体積%であり、より好ましくは0.1〜10体積
%である。
【0030】大気圧近傍の圧力下においては、ヘリウム
の存在下の処理が行われてきたが、本発明のパルス化さ
れた電界を印加する方法によれば、ヘリウムに比較して
安価なアルゴン、窒素ガス中において安定した処理が可
能である。特に、アルゴンガスを用いることにより、分
子量の大きい、電子をより多く有するガスの存在下で処
理を行うことができ、高密度プラズマ状態を実現できる
ため、基材表面の汚染物等の除去のみならず、表面粗面
化に効果を発揮する。
【0031】大気圧近傍の圧力下では、ヘリウム、ケト
ン等の特定のガス以外は安定してプラズマ放電状態が保
持されずに瞬時にアーク放電状態に移行することが知ら
れているが、パルス状の電界を印加することにより、ア
ーク放電に移行する前に放電を止め、再び放電を開始す
るというサイクルが実現されていると考えられる。
【0032】なお、本発明の方法によれば、プラズマ発
生空間中に存在する気体の種類を問わずグロー放電プラ
ズマを発生させることが可能である。公知の低圧条件下
におけるプラズマ処理はもちろん、特定のガス雰囲気下
の大気圧プラズマ処理においても、外気から遮断された
密閉容器内で処理を行うことが必須であったが、本発明
のグロー放電プラズマ処理方法によれば、開放系、ある
いは、気体の自由な流失を防ぐ程度の低気密系での処理
が可能となる。
【0033】本発明の被処理基材としては、ガラスにエ
ポキシ樹脂層を積層した配線板、ポリイミドフィルムと
銅箔を積層したフィルム等が挙げられる。
【0034】プラズマを基材に接触させる手段として
は、例えば、(1)対向する電極間で発生するプラズマ
の放電空間内に基材を配置して、基材にプラズマを接触
させる方法、及び(2)対向する電極間で発生させたプ
ラズマを放電空間の外に配置された基材に向かって導く
ようにして接触させる方法(ガン型)がある。
【0035】上記(1)の具体的方法としては、固体誘
電体を被覆した平行平板型電極間に基材を配置し、プラ
ズマと接触させる方法であって、多数の穴を有する上部
電極を用い、シャワー状プラズマで処理する方法、フィ
ルム状基材を放電空間内を走行させる方法、一方の電極
に吹き出し口ノズルを有する容器状固体誘電体を設け、
該ノズルからプラズマを他の電極上に配置した基材に吹
き付ける方法等が挙げられる。
【0036】また、上記(2)の具体的方法としては、
固体誘電体が延長されてプラズマ誘導ノズルを形成して
おり、放電空間の外に配置された基材に向けて吹き付け
る方法等が挙げられ、平行平板型電極と長尺型ノズル、
同軸円筒型電極と円筒型ノズルの組み合わせを用いるこ
とができる。なお、ノズル先端の材質は、必ずしも上記
の固体誘電体である必要がなく、上記電極と絶縁がとれ
ていれば金属等でもかまわない。
【0037】これらの中でも、ガス吹き出し口ノズルを
有する固体誘電体を通して、対向電極間で発生したプラ
ズマを基材に吹き付ける方法は、被処理基材が直接高密
度プラズマ空間にさらされることが少なく、基材表面の
目的とする箇所にのみにプラズマ状態のガスを運び、接
触処理を行うことができるので、基材への電気的熱的負
担が軽減され、配線部へのアーク放電が生じ難く好まし
い方法である。
【0038】また、本発明の処理においては、基材表面
の酸化防止のため、基材や膜が大気中の湿潤空気やその
他の不純物に接触することを防ぐ意味で、不活性ガス雰
囲気で処理を行う必要ことが好ましい。さらに、基材を
搬送する手段としては、基材がフィルム状のものであれ
ば、繰り出しロールと巻き取りロールからなる搬送系を
用い、枚葉のものであれば、搬送コンベア、搬送ロボッ
ト等の搬送系を用いることができる。
【0039】本発明の処理を行う装置の一例を図2で説
明する。図2は、平行平板型長尺ノズルを有するプラズ
マ処理装置であり、対向する平行平板型電極間で発生し
たプラズマガスを基材に当て処理する方法を示す模式図
である。図2おいて、1は電源、2、3は電極、4は固
体誘電体、5はガス吹き出し口、7はガス導入口、10
は排気ガス筒、14は基板、42は搬送ベルトをそれぞ
れ表す。矢印の方向に処理ガスを導入し、電極間で放電
プラズマを発生し、基板14の表面を処理する。
【0040】半導体チップを基板に接続してなる電子部
品の前処理に続いてダイボンディング、ワイヤーボンデ
ィング、樹脂封止、ボール搭載工程を行う。これらの工
程の方法は、特に限定されず、従来行われている公知の
方法を用いることができる。
【0041】例えば、上記で前処理された金薄膜が形成
された基板上に半導体チップを予め塗布された接着剤に
よって接着する。接着剤は、熱硬化型であり、半導体チ
ップが搭載された基板を熱処理することにより接着剤は
硬化し、半導体チップは基板に固定される。
【0042】続いて、チップを搭載された電子部品は、
ワイヤーボンディング装置に送られ、半導体チップの電
極と基板の電極を金ワイヤーで接続する。これにより、
半導体と電極が電気的に接続される。このとき、基板上
の接合阻害物は、除去されているので、金ワイヤーは電
極上に良好にボンディングされる。
【0043】次に、ワイヤーボンディングされた電子部
品は樹脂封止される。半導体チップと金ワイヤーはエポ
キシ樹脂によって封止され、樹脂モールドが形成され
る。このとき、基板の表面はパルスプラズマ処理によっ
て改質されているので、封止樹脂であるエポキシ樹脂と
の密着性が改善されており、密着性のよい良好な耐剥離
性を有する樹脂モールドを形成することができる。
【0044】この後、基板の下面の電極上に半田バンプ
を形成して電子部品が完成する。このときまで、前処理
のパルスプラズマ処理の効果が有効に機能し、半田接合
性を損なうことはない。
【0045】
【実施例】本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもので
はない。
【0046】実施例1〜2 図2に示したプラズマ発生装置を用い、表1に示す処理
条件で金薄膜が形成された基板を処理した。電極の面積
は10cm×20cmであり、電極間の距離は1mm、
固体誘電体4は1.0mm厚のアルミナ系誘電体であ
り、プラズマ放出口5は1mmのスリット状であり、プ
ラズマ放出口と基材の距離は5mmとした。
【0047】プラズマ処理後に基板表面の接触角を処理
直後及び処理3日後に測定した。その結果を表1に示
す。次に、処理基材に接着剤を塗布して半導体チップを
載せ、ダイボンディングを行い、次いで、金線で半導体
チップと金膜を接続するワイヤーボンディングを行っ
た。その引張り強度を測定した。その結果を表1に示
す。さらに、ワイヤーボンディング後の基板をエポキシ
樹脂で被覆して樹脂封止を行い、最後にはんだボールを
搭載して電子部品を製造した。なお、プラズマ処理工程
とワイヤーボンディング工程の間を24時間とした。
【0048】比較例1 CF4100%の処理ガスを用い、13Paの圧力下、
500Vの交流電源を用いて行う以外は、実施例1と同
様にしてプラズマ処理を行った。その結果を表1に示
す。
【0049】比較例2 基板の前処理を行わない以外は、実施例1と同様にして
ダイボンディング、ワイヤーボンディングを行った。そ
の結果を表1に示す。
【0050】なお、物性の評価方法は以下の通りであ
る。 (1)接触角:協和界面科学社製のCA−X150を用
いて、純水の接触角を測定した。 (2)引張強度:ワイヤー部にフックをかけ、ばね秤で
引っ張って、ワイヤーがはずれた時の値を読みとった。
【0051】
【表1】
【0052】表1から明らかな様に、常圧プラズマによ
る処理は、ワイヤーボンディングの密着性改良効果に優
れている。
【0053】
【発明の効果】本発明の常圧パルスプラズマによる基板
の前処理によれば、大気圧近傍で、処理ガスのプラズマ
を基材に接触させて基材の表面を処理することにより、
基板の接合阻害物質を効率良く除去でき、それ以降のダ
イボンディング、ワイヤーボンディング、樹脂封止、ボ
ール搭載まで有効な処理とすることができる。また、本
発明の方法は、大気圧下での実施が可能であるので、簡
単な装置構成でよく、容易にインライン化でき、本発明
の方法を用いることにより処理工程全体の速度を向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパルス電界の例を示す電圧波形図であ
る。
【図2】本発明の電子部品の製造における前処理装置の
図である。
【符号の説明】
1 電源(高電圧パルス電源) 2、3 電極 4 固体誘電体 5 ガス吹き出し口 7 ガス導入口 9 放電空間 10 排気ガス筒 14 基材 42 処理部ベルト

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップを基板に接続してなる電子
    部品の製造方法において、ボンディング工程の前処理と
    して、大気圧近傍の圧力下、対向する一対の電極の少な
    くとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、当該一対の
    対向電極間に処理ガスを導入してパルス状の電界を印加
    することにより得られるプラズマで基板を接触処理する
    ことを特徴とする電子部品の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体チップを基板に接続してなる電子
    部品の製造方法において、ボンディング工程の前処理と
    して、大気圧近傍の圧力下、対向する一対の電極の少な
    くとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、当該一対の
    対向電極間に処理ガスを導入してパルス状の電界を印加
    することにより得られるプラズマで基板を接触処理し、
    続いてダイボンディング、ワイヤーボンディング、樹脂
    封止、ボール搭載工程を行うことを特徴とする電子部品
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 パルス状の電界が、パルス立ち上がり及
    び/又は立ち下がり時間が100μs以下、電界強度が
    0.5〜250kV/cmであることを特徴とする請求
    項1又は2に記載の電子部品の製造方法。
  4. 【請求項4】 パルス状の電界が、周波数が0.5〜1
    00kHz、パルス継続時間が1〜1000μsである
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の
    電子部品の製造方法。
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