JP2009302216A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法、特に、半導体チップおよびフレキシブル配線基板を樹脂封止した半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device in which a semiconductor chip and a flexible wiring substrate are sealed with a resin.
従来の半導体装置のパッケージの一例が図6に示されている。この例では、半導体チップ3が接着剤によりインターポーザー基板4上に接合され、半導体チップ3上の電極パッドとインターポーザー基板4上のパッドとがボンディングワイヤー63により電気的に接続され、樹脂モールド2により封止されていた。インターポーザー基板4の下面のパッドにはプリント配線板に接続するためのはんだボール61が設けられている。
An example of a conventional semiconductor device package is shown in FIG. In this example, the
上記の例では、樹脂封止の工程おいて熱硬化前の溶融樹脂をパッケージ成型用の金型に注入する際に、樹脂内に内在する気泡または樹脂の注入中に巻き込んだ気泡が金型内に発生する。この気泡はボンディングワイヤーに圧力を与え、結果的に、ワイヤーの変形または隣接するワイヤー同士の接触等の問題を発生させる可能性がある。変形、接触等は半導体装置のパッケージ不良の一因にもなり、最終的には、半導体装置の製造工程における歩留まりの低下にもつながる。そのため、樹脂封止の工程では、樹脂の粘性、注入スピード、金型における注入位置を考慮して、樹脂や気泡の流れがワイヤーに影響を与えない条件を選定する必要があった。 In the above example, when the molten resin before thermosetting is injected into the mold for molding the resin in the resin sealing process, the bubbles present in the resin or the bubbles entrained during the injection of the resin are contained in the mold. Occurs. The bubbles may apply pressure to the bonding wire, and as a result, may cause problems such as deformation of the wire or contact between adjacent wires. Deformation, contact, and the like also contribute to package defects of the semiconductor device, and ultimately lead to a decrease in yield in the manufacturing process of the semiconductor device. Therefore, in the resin sealing process, it is necessary to select conditions under which the flow of the resin or bubbles does not affect the wire in consideration of the viscosity of the resin, the injection speed, and the injection position in the mold.
このようなワイヤーを用いたパッケージに代わって、フレキシブル基板を用いた半導体パッケージが提案されている。このパッケージの一例が図7に示される。この例では、半導体チップ3とフレキシブル基板1を接合し、そのフレキシブル基板1で半導体チップ3の全面を覆うように形成している。
図7に示された例では、フレキシブル基板で半導体チップのほぼ全面を覆う構造となるので、フレキシブル基板の成形工程や半導体パッケージの製造工程が複雑になる。また、はんだボールの高さやフレキシブル基板の厚みが積み重なり、プリント配線板に実装する際、半導体装置の高さが高くなってしまうという問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、樹脂封止の工程におけるワイヤーの変形、接触等の不具合を無くすとともに、半導体装置をプリント配線基板等に実装する際の半導体装置の高さを低減し、薄型化を実現することができる半導体装置およびその半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
In the example shown in FIG. 7, the flexible substrate covers almost the entire surface of the semiconductor chip, which complicates the flexible substrate molding process and the semiconductor package manufacturing process. In addition, the height of the solder balls and the thickness of the flexible substrate are stacked, and there is a problem that the height of the semiconductor device becomes high when mounted on a printed wiring board.
The present invention has been made in view of such problems, and eliminates defects such as wire deformation and contact in the resin sealing process, and also provides a semiconductor device for mounting a semiconductor device on a printed wiring board or the like. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can be reduced in height and thinned and a method for manufacturing the semiconductor device.
上記の目的を達成するため、本発明は以下の構成より成る。 In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
請求項1記載の発明は、
複数の基板電極が形成された電極形成領域と、搭載領域と、前記複数の電極に接続された複数の配線とを備えた基板と、
複数のチップ電極が形成された主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有し、前記搭載領域に前記裏面を対向させて搭載された半導体チップと、
前記複数の基板電極に前記電極形成領域内で接続された第1電極群と、前記複数のチップ電極に前記主表面上で接続された第2電極群とを有し、少なくても前記電極形成領域上から前記主表面上まで延在した、可とう性材料より構成されたフレキシブル配線基板と、
前記半導体チップおよび前記フレキシブル配線基板を被覆する樹脂とを備える半導体装置である。
The invention described in
A substrate including an electrode formation region in which a plurality of substrate electrodes are formed, a mounting region, and a plurality of wirings connected to the plurality of electrodes;
A semiconductor chip that has a main surface on which a plurality of chip electrodes are formed and a back surface opposite to the main surface, and is mounted with the back surface facing the mounting region;
A first electrode group connected to the plurality of substrate electrodes in the electrode formation region; and a second electrode group connected to the plurality of chip electrodes on the main surface. A flexible wiring board made of a flexible material extending from above the region to the main surface;
A semiconductor device comprising the semiconductor chip and a resin covering the flexible wiring board.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の構成に加え、
前記電極形成領域は第1の領域および第2の領域からなり、前記搭載領域は前記第1の領域と前記第2の領域間に配置され、前記第1の領域には前記複数の基板電極の内の第1の電極が形成され、前記第2の領域には前記複数の基板電極の内の第2の電極が形成され、
前記フレキシブル配線基板は前記第1の領域から前記第2の領域まで前記主表面を介して延在すると共に、前記半導体チップの外表面に実質的に対応した形状に加工されている。
In addition to the structure of
The electrode formation region includes a first region and a second region, the mounting region is disposed between the first region and the second region, and the first region includes a plurality of substrate electrodes. A first electrode is formed, and a second electrode of the plurality of substrate electrodes is formed in the second region,
The flexible wiring board extends from the first region to the second region via the main surface and is processed into a shape substantially corresponding to the outer surface of the semiconductor chip.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の構成に加え、
前記半導体チップは第1の半導体チップおよび第2の半導体チップからなり、前記第1の半導体チップには第1のMOSFETが形成され、前記第2の半導体チップには第2のMOSFETが形成され、前記第1のMOSFETと前記第2のMOSFETとは出力ノードを介して直列接続されたインバータ回路を構成する。
In addition to the structure of
The semiconductor chip comprises a first semiconductor chip and a second semiconductor chip, a first MOSFET is formed on the first semiconductor chip, and a second MOSFET is formed on the second semiconductor chip, The first MOSFET and the second MOSFET constitute an inverter circuit connected in series via an output node.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の構成に加え、
前記搭載領域は前記第1の半導体チップを搭載する第1の搭載領域と前記第2の半導体チップを搭載する第2の搭載領域とに分割され、前記第1の搭載領域と前記第2の搭載領域間には前記複数の基板電極の内の第3の電極が形成され、前記出力ノードは前記第3の電極に接続されている。
In addition to the structure of
The mounting area is divided into a first mounting area for mounting the first semiconductor chip and a second mounting area for mounting the second semiconductor chip, and the first mounting area and the second mounting area. A third electrode of the plurality of substrate electrodes is formed between the regions, and the output node is connected to the third electrode.
請求項5記載の発明は、請求項3または4記載の構成に加え、
半導体装置における前記出力ノードが接続された制御端子を有するモータである。
The invention according to
A motor having a control terminal to which the output node is connected in a semiconductor device.
請求項6記載の発明は、
半導体チップを可とう性材料より構成されたフレキシブル配線基板上に実装し、前記半導体チップ上に形成された電極と前記フレキシブル配線基板上に形成された電極とを接続する工程と、
前記半導体チップおよび前記フレキシブル配線基板を金型内に挿入し、前記フレキシブル配線基板を前記半導体チップの外表面に実質的に対応した形状に加工する工程と、
前記加工する工程の後、前記半導体チップの前記電極が形成された表面とは反対側の裏面および前記フレキシブル配線基板の端部を基板上に接合する工程と、
前記基板上の前記半導体チップおよび前記フレキシブル配線基板を樹脂により被覆する工程とを備える半導体装置の製造方法である。
The invention described in
Mounting a semiconductor chip on a flexible wiring board made of a flexible material, and connecting the electrode formed on the semiconductor chip and the electrode formed on the flexible wiring board;
Inserting the semiconductor chip and the flexible wiring board into a mold, and processing the flexible wiring board into a shape substantially corresponding to the outer surface of the semiconductor chip;
After the step of processing, a step of bonding the back surface of the semiconductor chip opposite to the surface on which the electrode is formed and the end of the flexible wiring substrate on the substrate;
And a step of coating the semiconductor chip and the flexible wiring board on the substrate with a resin.
請求項7記載の発明は、請求項6記載の構成に加え、
前記フレキシブル配線基板を構成する可とう性材料は、前記樹脂の硬化温度より高いガラス転移温度を有する。
In addition to the structure of
The flexible material constituting the flexible wiring board has a glass transition temperature higher than the curing temperature of the resin.
請求項8記載の発明は、請求項6または7記載の構成に加え、
前記フレキシブル配線基板の端部を前記基板上に接合することにより、前記フレキシブル配線基板上に形成された電極と前記基板上に形成された電極とが電気的に接続される。
請求項9記載の発明は、請求項1乃至4記載の半導体装置を備えたモータの制御装置である。
The invention described in claim 8 has the configuration described in
By joining the end portion of the flexible wiring substrate onto the substrate, the electrode formed on the flexible wiring substrate and the electrode formed on the substrate are electrically connected.
A ninth aspect of the present invention is a motor control device including the semiconductor device according to the first to fourth aspects.
請求項1記載の発明によれば、信頼性の高い、薄型の半導体装置を実現することができる。 According to the first aspect of the present invention, a thin semiconductor device with high reliability can be realized.
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明により得られる効果に加え、半導体チップの一側面側から他側面側まで、フレキシブル配線基板が半導体チップの外表面に実質的に対応した形状で延在するので、半導体チップおよびフレキシブル配線基板上の電極のレイアウトに余裕ができ、設計の自由度が上がる。さらに、年々、薄くなっている半導体チップを外的な応力からフレキシブル配線基板により保護することもできる。
According to the invention described in
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の発明により得られる効果に加え、薄型化されたインバータ回路を実現することができる。
According to the invention described in
請求項4記載の発明によれば、請求項3記載の発明により得られる効果に加え、半導体チップ間の配線距離を短くすることができる。
According to the invention described in
請求項5記載の発明によれば、請求項3または4記載の発明により得られる効果に加え、小型化、およびノイズに強い制御またはノイズを出し難い制御を可能にしたモータを実現できる。
According to the invention described in
請求項6乃至8記載の発明によれば、信頼性の高い、薄型の半導体装置を少ない工程で製造することができる。
請求項9記載の発明によれば、小型化されたモータの制御装置を実現することができる。
According to the sixth to eighth aspects of the invention, a highly reliable and thin semiconductor device can be manufactured with a small number of steps.
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to realize a motor control device that is downsized.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態における図面では、発明の理解を容易にするため、一部の要素においては模式的に示されている。本欄では、前出の構成要素については同一符号を付すことにより、その説明が省略されることもある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings in the present embodiment, some elements are schematically shown in order to facilitate understanding of the invention. In this section, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.
本実施形態における半導体装置の断面図を図1に示し、二等角斜投影図を図2に示す。図には、フレキシブル配線基板1、樹脂2、半導体チップ3、インターポーザー基板4、フレキシブル配線基板1と半導体チップ3との間の接合材料5(これに対応するフレキシブル配線基板1と半導体チップ3間の接合部25が図2に示される)、フレキシブル配線基板1とインターポーザー基板4との間の接合材料6(これに対応するフレキシブル配線基板1とインターポーザー基板4との間の接合部26が図2に示される)、インターポーザー基板4と半導体チップ3とを接着する接着剤7が示されている。
A cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment is shown in FIG. 1, and an isometric view is shown in FIG. The figure shows a
半導体チップ3の主表面上には複数のチップ電極が形成され、その電極上に接合材料5が形成されている。この主表面と反対側の裏面は接着剤7によりインターポーザー基板4の表面上に固定されている。
A plurality of chip electrodes are formed on the main surface of the
インターポーザー基板4には、複数の基板電極が形成された電極形成領域Xと、半導体チップ3が搭載される搭載領域Y1、Y2とが定義されている。複数の基板電極は、接合材料6を介してフレキシブル配線基板5の電極群とそれぞれ接続される。
The
フレキシブル配線基板1は可とう性の材料により構成され、半導体チップ3の外表面に実質的に対応した形状に加工され、電極形成領域Y1から半導体チップ3の主表面上を介して電極形成領域Y2まで延在している。ここで言う実質的に対応した形状とは、半導体チップに対して概してコンフォーマルな形状、すなわち、現実的に可能な範囲の加工形状を言うものである。このフレキシブル配線基板1には、電極形成領域Xでインターポーザー基板4の基板電極と接続する複数の電極(第1電極群)および半導体チップ3の主表面上でチップ電極と接続する複数の電極(第2電極群)が形成されている。なお、第1電極群および第2電極群の形成された位置は図2の接合部26、接合部25がそれぞれ対応する。
The
本実施形態におけるフレキシブル配線基板1はポリイミドと銅から構成され、厚さは20μmである。本実施形態で用いた半導体チップ3の厚さは700μmであるので、フレキシブル配線基板1は半導体チップ3に比べ、格段に薄い。なお、フレキシブル配線基板の構成材料および厚さは、半導体チップの厚さ、製造工程の条件により適宜設定されるものであるが、本実施形態のようにフレキシブル配線基板の厚さは半導体チップの厚さより30分の1(1/30)以上薄いものが好ましい。
The
本実施形態のフレキシブル配線基板1は、樹脂2の硬化温度より高いガラス転移温度を有するものを用いる。本実施形態の樹脂2の硬化温度は170℃―190℃なので、ガラス転移温度が350℃のフレキシブル配線基板を用いる。
As the
インターポーザー基板4上の半導体チップ3およびフレキシブル配線基板1は、樹脂2により被覆され、封止されている。
The
図3には、接合材料5、6の代わりに、異方性導電性フィルム(ACF)27と導電性接着剤28を用いた場合の半導体装置の断面図が示されている。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a semiconductor device in which an anisotropic conductive film (ACF) 27 and a conductive adhesive 28 are used instead of the
本実施形態の半導体装置によれば、図6および図7に示された半導体装置において生じるような問題を克服した、信頼性の高い、薄型の半導体装置を実現することができる。 According to the semiconductor device of this embodiment, it is possible to realize a highly reliable and thin semiconductor device that overcomes the problems that occur in the semiconductor device shown in FIGS.
さらに、本実施形態のように半導体チップの一側面側(Y1)から他側面側(Y2)まで、フレキシブル配線基板が半導体チップの外表面に実質的に対応した形状で延在するので、半導体チップおよびフレキシブル配線基板上の電極のレイアウトに余裕ができ、設計の自由度が上がる。さらに、年々、薄くなっている半導体チップを外的な応力からフレキシブル配線基板により保護することもできる。 Furthermore, since the flexible wiring board extends in a shape substantially corresponding to the outer surface of the semiconductor chip from one side surface (Y1) to the other side surface (Y2) of the semiconductor chip as in this embodiment, the semiconductor chip In addition, the layout of the electrodes on the flexible wiring board can be afforded, and the degree of design freedom increases. Furthermore, a semiconductor chip that is becoming thinner year by year can be protected from external stress by a flexible wiring board.
さらに、本実施形態では、半導体チップとフレキシブル配線基板を同時に樹脂封止できるので、その製造過程を簡便化することもできる。 Furthermore, in this embodiment, since the semiconductor chip and the flexible wiring board can be sealed with resin simultaneously, the manufacturing process can be simplified.
図4には、本実施形態の半導体装置の製造工程が示される。 FIG. 4 shows a manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment.
まず、テープ状のフレキシブル配線基板1と半導体チップ3を図4(a)に示すようにフリップ・チップ実装する。接合材料5は、はんだバンプまたは異方性導電性フィルム(ACF)を用いる。また、テープ状のフレキシブル基板1と接合する半導体チップ3は、後述のように複数であってもかまわない。
First, the tape-like
その後、図4(b)に示すように金型32を用いてフレキシブル配線基板1を半導体チップ3に沿った形にフォーミングし、テープ状のフレキシブル基板1の余分な部分を切り落とす。フレキシブル配線基板1は、金型32内で150℃の熱と圧力を加えながら、曲げ加工が施される。これにより、フレキシブル配線基板3は半導体チップ3の外表面に実質的に対応した形状に加工される。ここで言う実質的に対応した形状とは、半導体チップに対して概してコンフォーマルな形状、すなわち、現実的に可能な範囲の加工形状を言うものである。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the
その後、図4(c)に示すように、フレキシブル配線基板1上に、はんだバンプまたは導電性接着剤を形成し、半導体チップ3の裏面に接着剤7を塗布し、裏返してインターポーザー基板4にフレキシブル基板1を接合する。
Thereafter, as shown in FIG. 4 (c), solder bumps or conductive adhesive is formed on the
その後、図4(d)に示すようにインターポーザー基板4上の半導体チップ3およびフレキシブル配線基板1を樹脂2により被覆して、樹脂封止する。樹脂封止する工程においては、必要により真空脱法処理を併せて行ってもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 4D, the
このような製造方法によれば、信頼性の高い、薄型の半導体装置を少ない工程で製造することができる。すなわち、従来、発生していたようなワイヤーの変形、接触等の問題を考慮する必要がないので、樹脂封止に使用する溶融樹脂の粘性や注入スピードの調整が不要になる。また、半導体チップとフレキシブル基板、またはフレキシブル基板とインターポーザー基板との接続時に配線を一括して接続できる。 According to such a manufacturing method, a highly reliable and thin semiconductor device can be manufactured with a small number of steps. That is, since there is no need to consider problems such as wire deformation and contact that have occurred in the past, there is no need to adjust the viscosity of the molten resin used for resin sealing and the injection speed. Moreover, wiring can be connected collectively at the time of connection between a semiconductor chip and a flexible substrate or between a flexible substrate and an interposer substrate.
本実施形態の半導体装置の応用例を図5および図6を参照して以下に説明する。 An application example of the semiconductor device of the present embodiment will be described below with reference to FIGS.
図5(a)は上述の実施形態を2個の半導体チップより成るインバータ回路Iを備えた半導体装置に適用した例の断面図であり、図5(b)はインバータ回路の等価回路図である。この応用例ではプリント配線基板45を用いているが、本応用例ではこのプリント配線基板45を前述のインタポーザー基板4と同等なものと見なして、前述の説明を参酌すする。
FIG. 5A is a cross-sectional view of an example in which the above-described embodiment is applied to a semiconductor device including an inverter circuit I composed of two semiconductor chips, and FIG. 5B is an equivalent circuit diagram of the inverter circuit. . In this application example, the printed
インバータ回路Iは、出力ノードNを介して直列に接続されたMOSFET41とMOSFET42を備えている。図5(a)、図5(b)には、MOSFET41、42のゲート、ソース面43、MOSFET41、42のドレーン面44、MOSFET41のゲートに接続された制御線47、MOSFET42のゲートに接続された制御線48、MOSFET41のソース49、MOSFET41のドレーン50、MOSFET42のソース51、MOSFET42のドレーン52が示されている。MOSFET41のソース49には、正側入力端子53が接続され、出力ノードNには出力端子54が接続され、MOSFET42のドレーン52には負側入力端子55が接続されている。正側入力端子53、出力端子54、負側入力端子55はプリント配線板45上の導体層46から外部へ引き出すことができる。
The inverter circuit I includes a
この応用例では、2つの導体チップの間の電極形成領域Zにも基板電極が形成することも可能であり、これに対応するフレキシブル配線基板の電極群も形成できる。また、この電極形成領域Zに出力ノードNを配置することにより、配線の引き回しを短くすることもできる。 In this application example, a substrate electrode can also be formed in the electrode formation region Z between two conductor chips, and an electrode group of a flexible wiring board corresponding to this can be formed. Further, by arranging the output node N in the electrode formation region Z, the wiring routing can be shortened.
この応用例の半導体装置は、上述の製造方法の説明を参酌すれば、製造することができる。すなわち、図4(a)における半導体チップ3を2つの半導体チップに置き換えることにより、その製造方法を理解することができる。
The semiconductor device of this application example can be manufactured by referring to the above description of the manufacturing method. That is, the manufacturing method can be understood by replacing the
この応用例のような半導体装置をモータの制御に用いれば、小型化と耐ノイズ性と低ノイズ性を可能にしたモータを実現することができる。この場合、出力ノードNまたは出力端子54にモータの制御端子が接続される。
If a semiconductor device such as this application example is used for motor control, it is possible to realize a motor capable of miniaturization, noise resistance and low noise. In this case, the control terminal of the motor is connected to the output node N or the
1 フレキシブル配線基板
2 樹脂
3 半導体チップ
4 インターポーザー基板
5 接合材料
6 接合材料
7 接着剤
25 フレキシブル基板と半導体チップ間の接続部
26 フレキシブル基板とインターポーザー基板間の接続部
X 搭載領域
Y1、Y2、Z 電極形成領域
DESCRIPTION OF
Claims (9)
複数のチップ電極が形成された主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有し、前記搭載領域に前記裏面を対向させて搭載された半導体チップと、
前記複数の基板電極に前記電極形成領域内で接続された第1電極群と、前記複数のチップ電極に前記主表面上で接続された第2電極群とを有し、少なくても前記電極形成領域上から前記主表面上まで延在した、可とう性材料より構成されたフレキシブル配線基板と、
前記半導体チップおよび前記フレキシブル配線基板を被覆する樹脂とを備えたことを特徴とする半導体装置。 A substrate including an electrode formation region in which a plurality of substrate electrodes are formed, a mounting region, and a plurality of wirings connected to the plurality of electrodes;
A semiconductor chip that has a main surface on which a plurality of chip electrodes are formed and a back surface opposite to the main surface, and is mounted with the back surface facing the mounting region;
A first electrode group connected to the plurality of substrate electrodes in the electrode formation region; and a second electrode group connected to the plurality of chip electrodes on the main surface. A flexible wiring board made of a flexible material extending from above the region to the main surface;
A semiconductor device comprising: a resin covering the semiconductor chip and the flexible wiring board.
前記フレキシブル配線基板は前記第1の領域から前記第2の領域まで前記主表面を介して延在すると共に、前記半導体チップの外表面に実質的に対応した形状に加工されたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The electrode formation region includes a first region and a second region, the mounting region is disposed between the first region and the second region, and the first region includes a plurality of substrate electrodes. A first electrode is formed, and a second electrode of the plurality of substrate electrodes is formed in the second region,
The flexible wiring board extends from the first region to the second region via the main surface and is processed into a shape substantially corresponding to the outer surface of the semiconductor chip. The semiconductor device according to claim 1.
前記半導体チップおよび前記フレキシブル配線基板を金型内に挿入し、前記フレキシブル配線基板を前記半導体チップの外表面に実質的に対応した形状に加工する工程と、
前記加工する工程の後、前記半導体チップの前記電極が形成された表面とは反対側の裏面および前記フレキシブル配線基板の端部を基板上に接合する工程と、
前記基板上の前記半導体チップおよび前記フレキシブル配線基板を樹脂により被覆する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Mounting a semiconductor chip on a flexible wiring board made of a flexible material, and connecting the electrode formed on the semiconductor chip and the electrode formed on the flexible wiring board;
Inserting the semiconductor chip and the flexible wiring board into a mold, and processing the flexible wiring board into a shape substantially corresponding to the outer surface of the semiconductor chip;
After the step of processing, a step of bonding the back surface of the semiconductor chip opposite to the surface on which the electrode is formed and the end of the flexible wiring substrate on the substrate;
And a step of covering the semiconductor chip and the flexible wiring board on the substrate with a resin.
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