JP2011077459A - 熱硬化性接着剤組成物およびそれを用いて作製された半導体装置 - Google Patents
熱硬化性接着剤組成物およびそれを用いて作製された半導体装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】金属製支持体のダイパット上に熱硬化性接着剤組成物を介して半導体素子を載置する工程と、所定の加熱条件Aにより前記接着剤組成物を硬化するとともに前記金属製支持体と前記半導体素子とを接着する工程と、前記金属製支持体のダイパットの前記半導体装置が接着された面と反対面の側を露出させた状態で、前記金属製支持体と半導体素子とを封止用樹脂組成物により封止する工程と、を有する半導体装置の製造方法に用いられる熱硬化性接着剤組成物であって、前記熱硬化性接着剤組成物の所定の反り評価試験Sにおける反り量1と反り量2とが、所定の条件式1および2を満たすものである熱硬化型接着剤組成物。
【選択図】 図1
Description
半導体素子搭載面、即ち基板の片面のみがエポキシ樹脂組成物で成型・封止される。
従来の半導体装置ではその中央部のダイパッド部分では封止材が半導体の上下面にあるが、これらの半導体装置の場合、封止材が片側のみであり、その反対側にはダイパッドが露出されている。そのため支持体とエポキシ樹脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合、或いはエポキシ樹脂組成物の成形硬化時の硬化収縮による影響で、従来型である両面に封止材がある半導体装置にくらべ、成形直後から反りが発生しやすい。この場合、半導体装置を実装する際にマザーボードから浮き上がってしまい、電気的接合の信頼性が低下する問題が起こり、また異なる熱膨張係数を有する部材が層状に存在し温度変化に伴う各部材の熱膨張、熱収縮が半導体装置内部で応力として発現し、しばしば剥離、クラックの原因となっている。(例えば、特許文献2参照。)
[1金属製支持体のダイパット上に熱硬化性接着剤組成物を介して半導体素子を載置する工程と、 所定の加熱条件Aにより前記接着剤組成物を硬化するとともに前記金属製支持体と前記半導体素子とを接着する工程と、 前記金属製支持体のダイパットの前記半導体素子が接着された面と反対面の側を露出させた状態で、前記金属製支持体と半導体素子とを封止用樹脂組成物により封止する工程と、を有する半導体装置の製造方法に用いられる熱硬化性接着剤組成物であって、前記熱硬化性接着剤組成物の以下の反り評価試験Sにおける反り量1および反り量2が、条件式1および2を満たすものである熱硬化性接着剤組成物。
[反り評価試験S:シリコンチップ(サイズ:7×7mm、厚み:350μm)を、全体にニッケルーパラジウムメッキした金属製支持体のダイパッド部(サイズ:8.5×8.5mm、厚み:180μm)上に前記熱硬化性接着剤組成物を介して載置し、前記加熱条件Aにより前記熱硬化性接着剤組成物を硬化させ、前記シリコンチップと前記支持体とを接着する(熱硬化性接着剤組成物の硬化層厚み:20μm以上30μm以下)。接着後、175℃×2分間加熱後のシリコンチップの反り量を反り量1とし、260℃×2分間加熱後のシリコンチップの反り量を反り量2とする。]
条件式1:0.1≦反り量1≦10(μm)
条件式2:0.1≦反り量2≦20(μm)
以下、本発明に係る熱硬化性接着剤組成物および半導体装置について詳細に説明する。
本発明に係る熱硬化性接着剤組成物が用いられる半導体装置の製造方法(以下本製造方法という)は、金属製支持体のダイパット上に熱硬化性接着剤組成物を介して半導体素子を載置する工程(1)を有する。具体的には、金属製支持体または半導体素子に熱硬化性接着剤組成物を塗布し、該熱硬化性接着剤組成物を介して支持体上に半導体素子を載置する。
前記工程を経て製造された半導体装置には、更にマザーボードへ搭載するためにIRリフロー工程により半田付けが行われる。上述のように熱硬化性接着剤組成物により金属製支持体と半導体素子とを接着する工程(2)以降IRフローに至るまで、総ての工程において半導体装置は加熱されるものとなる。各部材間の線膨張係数には差があるため、これらの工程における加熱により各部材の変形の違いが生じその結果半導体装置内に応力が発生することとなる。
一般的には上記のような応力を緩和するために半導体装置10全体が反ることで各部材間の応力を低減させる。具体的には図1に示されるような金属製支持体2の片面を露出させた形状の半導体装置10(例えばQFN型半導体装置)では封止用樹脂組成物5を上に、金属基板2を下にして凹型に反ることとなる。しかし実際には上記ような半導体装置10について加熱時の反りを測定場合において、175℃よりも低い室温から加熱していくと中央の金属製支持体2のダイパッド部分は半導体素子3を上に徐々に凹に反り始めるものの、175℃よりも高い温度においては反りには差が見られないという現象が生じる。175℃以下において反りが生じるのは、封止用樹脂組成物5の熱膨張係数がダイパッドである銅よりも小さいからである。一方175℃以上の温度域においては、上記のような半導体装置10は、設計上小型化されているため封止用樹脂組成物5の厚みが薄く、また加熱により封止用樹脂組成物5の弾性率も低温域に比べ著しく低下することから封止用樹脂組成物5部分の剛性が金属製支持体に用いられる金属に比べ低いため、本来部材の線膨張係数から予想される半導体素子3を上に凸の反りが生じるものとなっていない。
上記反り評価を行うための試験用半導体装置11として、図1に例示すような熱硬化性接着剤組成物層1を介して金属製支持体2とシリコンチップ3とを硬化接着したものを用いる。
反り量1:温度可変レーザー三次元測定機(日立エンジニアリングアンドサービス社製、LSI−150)を用いてシリコンチップ端部の高さHE1およびシリコンチップ表面中央部の高さHC1を測定し、前記HE1と前記HC1の差すなわち下記式2により反り1得られる数値を反り1とした。
式2:反り1=HE1−HC1
式3:反り2=HE2−HC2
粘度やチキソ性の調整や熱時弾性率などを向上させることができ、支持体もしくは半導体素子への塗布作業等の取り扱いが容易なものとなる。
本発明に係る熱硬化性接着剤組成物の使用方法について具体的な例を用いてに説明する。
本発明に係る熱硬化性接着剤組成物が液状接着剤の場合、上述したような各種成分を予備混合した後、3本ロールを用いて混練を行い、更に真空脱泡することにより、液状接着剤を得ることができる。得られた液状接着剤は市販のダイボンダーを用いて、例えば金属製支持体(特に銅製リードフレーム)の所定の部位にディスペンス塗布された後、半導体素子をマウントして加熱硬化する。その後、ワイヤーボンディングして、エポキシ樹脂等を主成分とする封止樹脂を用いてトランスファー成形することにより半導体装置を得ることができる。
されるものではない。
(接着剤の調製)
ラジカル重合可能な官能基を有する化合物として2−メタクリロイロキシエチルコハク
酸(共栄社化学(株)製、ライトエステルHO−MS、)、1,4−シクロヘキサンジメ
タノールモノアクリレート(日本化成化学(株)製、CHDMMA)、マレイミド環を有
する化合物としてポリアルキレンマレイミド酢酸エステル(大日本インキ工業(株)製、
ルミキュアMIA−200)、プロピルジメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライト
エステル3PG)、アリルエステル系化合物としてポリアルキレンエステル含有アリルエ
ステル(昭和電工(株)製、アリルエステル樹脂DA101)、ラジカル開始剤として1
,1−ジ(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂(株)製、パーヘキ
サCS)、充填剤として平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉、添加剤と
してγ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−40
3E)およびテトラスルフィドジトリエトキシシラン(ダイソー(株)製、CABRUS
4)を表1に示すように配合し、3本ロールにて混合し、更に真空脱泡して熱硬化性接着剤組成物を得た。
実施例1の接着剤組成物を用いて銅製フレームとシリコンチップとを硬化接着し、反り量1及び反り量2を測定した。反り量1は1μmであり。反り量2は8μmであった。
支持体として封止樹脂のにじみ防止のために裏面にカプトンテープを貼り付けたニッケル−パラジウムメッキされた銅フレーム(ダイパッドサイズ:6×6mm、厚み220μm、1パネルあたりダイパッドが4列×6段)と、表面にSiN層を持つ半導体素子(4×4mm、厚さ350μm)とを上述した実施例1の接着剤で接着し、175℃、30分間オーブン内で硬化して接着した。次に、半導体封止用エポキシ樹脂組成物(住友ベークライト社製、EME−G630)を用いて、1パネル44mm×62mm、リードフレームを含めた1パネルの厚みが850μmに封止し、175℃、4時間ポストモールドキュアを行い、その後ダイシングソーなどで個片化し、試験用半導体装置11(48LQFN、サイズ8x8mm、封止樹脂厚み850μm)を得た。以下実施例2乃至5並びに比較例1および2についても同様の方法で試験用半導体装置11を製造した。
接着剤を構成する熱硬化性樹脂として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様にし
た。
ラジカル重合可能な官能基を有する化合物としてUM−90(1/1)DA(宇部興産
株式会社製、1,6−ヘキサンジオール/1,4−ジメタノールシクロヘキサン(=1/
1)と炭酸ジメチルから合成したポリカーボネートジオール(分子量約900)にアクロ
イル基を導入したポリカーボネートジアクリレート)、2−メタクリロイロキシエチルコ
ハク酸(共栄社化学(株)製、ライトエステルHO−MS、)、1,4−シクロヘキサン
ジメタノールモノアクリレート(日本化成化学(株)製、CHDMMA)、プロピルジメ
タクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル3PG)、ラジカル開始剤として1,1−ジ(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂(株)製、パーヘキサCS)、充填剤として平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉、添加剤としてγ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)およびテトラスルフィドジトリエトキシシラン(ダイソー(株)製、CABRUS4)を表1のように配合した。また得られた接着剤組成物を用いて実施例1と同様にニッケルー−パラジウムメッキした銅製フレームとシリコンチップとを硬化接着し、反り量1及び反り量2を測定した。反り量1は1μmであり。反り量2は10μmであった。
接着剤を構成する樹脂組成物の配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした
。 ラジカル重合可能な官能基を有する化合物としてマレイミド環を有する化合物としてポリアルキレンマレイミド酢酸エステル(大日本インキ工業(株)製、ルミキュアMIA−200)、アリルエステル系化合物としてポリアルキレン含有アリルエステル(昭和電工(株)製、アリルエステル樹脂DA101)、マレイン化ポリブタジエン(Satomer社製、Ricobond1731)、2−メタクリロイロキシエチルコハク酸(共栄社化学(株)製、ライトエステルHO−MS、)、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(日本化成化学(株)製、CHDMMA)、プロピルジメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル3PG)、ラジカル開始剤として1,1−ジ(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂(株)製、パーヘキサCS)、充填剤として平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉、添加剤としてγ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)およびテトラスルフィドジトリエトキシシラン(ダイソー(株)製、CABRUS4)を表1のように配合した。
また得られた接着剤組成物を用いて実施例1と同様にニッケルー−パラジウムメッキした銅製フレームとシリコンチップとを硬化接着し、反り量1及び反り量2を測定した。反り量1は2μmであり。反り量2は11μmであった。
接着剤を構成する樹脂組成物の配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした
。 ラジカル重合可能な官能基を有する化合物としてUM−90(1/1)DA(宇部興産株式会社製、1,6−ヘキサンジオール/1,4−ジメタノールシクロヘキサン(=1/1)と炭酸ジメチルから合成したポリカーボネートジオール(分子量約900)にアクロイル基を導入したポリカーボネートジアクリレート)、マレイン化ポリブタジエン(Satomer社製、Ricobond1731)、2−メタクリロイロキシエチルコ
ハク酸(共栄社化学(株)製、ライトエステルHO−MS)、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(日本化成化学(株)製、CHDMMA)、プロピルジメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル3PG)、ラジカル開始剤として1,1−ジ(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂(株)製、パーヘキサCS)、充填剤として平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉、添加剤としてγ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)およびテトラスルフィドジトリエトキシシラン(ダイソー(株)製、CABRUS4)を表1に示すように配合した。また得られた接着剤組成物を用いて実施例1と同様にニッケルー−パラジウムメッキした銅製フレームとシリコンチップとを硬化接着し、反り量1及び反り量2を測定した。反り量1は1μmであり。反り量2は7μmであった。
接着剤を構成する樹脂組成物の配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした
。 ラジカル重合可能な官能基を有する化合物としてプロピルジメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル3PG)、2−エチルヘキシルアクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステルEH)、ラジカル開始剤として1,1−ジ(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂(株)製、パーヘキサCS)、 ラジカル重合可能な官能基を有しない化合物としてジグリシジルビスフェノールF(日本化薬(社)製、RE−303S)、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(キュアゾール2P4MHZ:四国化成工業(株)製)、充填剤として平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉、添加剤としてγ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)を表1に示すように配合した。また得られた接着剤組成物を用いて実施例1と同様にニッケルー−パラジウムメッキした銅製フレームとシリコンチップとを硬化接着し、反り量1及び反り量2を測定した。反り量1は1μmであり。反り量2は14μmであった。
接着剤を構成する樹脂組成物の配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした
。 ラジカル重合可能な官能基を有する化合物としてアリルエステル系化合物としてポリアルキレン含有アリルエステル(昭和電工(株)製、アリルエステル樹脂DA101)、プロピルジメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル3PG)、ラジカル開始剤として1,1−ジ(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂(株)製、パーヘキサCS)、 ラジカル重合可能な官能基を有しない化合物としてジグリシジルビスフェノールF(日本化薬(社)製、RE−303S)、クレジルグレシジルエーテル(阪本薬品(社)製、CGE)、上記熱硬化樹脂の硬化剤としてビスフェノールF(大日本インキ工業(株)製、DIC−BPF)、ジシアンジアミド(旭電化(株)製、EH3636AS)、
硬化促進剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(キュアゾール2P4MHZ:四国化成工業(株)製)、充填剤として平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉、添加剤としてγ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)およびテトラスルフィドジトリエトキシシラン(ダイソー(株)製、CABRUS4)を表1に示すように配合した。また得られた接着剤組成物を用いて実施例1と同様にニッケルー−パラジウムメッキした銅製フレームとシリコンチップとを硬化接着し、反り量1及び反り量2測定した。反り量1は1μmであり。反り量2は6μmであった。
接着剤を構成する樹脂組成物の配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした
。 ラジカル重合可能な官能基を有しない化合物としてジグリシジルビスフェノールF(日
本化薬(社)製、RE−303S)、クレジルグレシジルエーテル(阪本薬品(社)製、
CGE)、上記熱硬化樹脂の硬化剤としてビスフェノールF(大日本インキ工業(株)製
、DIC−BPF)、ジシアンジアミド(旭電化(株)製、EH3636AS)、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(キュアゾール2P4MHZ:四国化成工業(株)製)、充填剤としてフレーク状銀粉を添加剤としてγ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)およびテトラスルフィドジトリエトキシシラン(ダイソー(株)製、CABRUS4)、を表1のように配合後、3本ロールを用いて混練、脱泡することで樹脂組成物を得た。また得られた接着剤組成物を用いて実施例1と同様にニッケルー−パラジウムメッキした銅製フレームとシリコンチップとを硬化接着し、反り量1及び反り量2測定した。反り量1は0μmであり。反り量2は2μmであった。
接着剤を構成する樹脂組成物の配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした
。 ラジカル重合可能な官能基を有する化合物としてマレイミド環を有する化合物としてポリアルキレンマレイミド酢酸エステル(大日本インキ工業(株)製、ルミキュアMIA−200)、アリルエステル系化合物としてポリアルキレン含有アリルエステル(昭和電工(株)製、アリルエステル樹脂DA101)、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(日本化成化学(株)製、CHDMMA)、プロピルジメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル3PG)、ラジカル開始剤として1,1−ジ(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂(株)製、パーヘキサCS)、充填剤として平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉、添加剤としてγ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)およびテトラスルフィドジトリエトキシシラン(ダイソー(株)製、CABRUS4)を表1のように配合した。また得られた接着剤組成物を用いて実施例1と同様にニッケルー−パラジウムメッキした銅製フレームとシリコンチップとを硬化接着し、反り量1及び反り量2を測定した。反り量1は8μmであり。反り量2は19μmであった。
各実施例および比較例の熱硬化性接着剤組成物に対して、上記の方法で製造された半導体装置を85℃、相対湿度60%の条件下で168時間吸湿処理した後、IRリフロー処理(260℃、10秒、3回リフロー)を行い、処理後のパッケージを超音波深傷装置(透過型)により剥離の程度を測定した。各符号は、以下の通りである。
パッケージ:QFN(8×8×0.85mm)
リードフレーム:ニッケル−パラジウムメッキした銅リードフレーム
チップサイズ:4□mm 厚み350μm
○:半導体素子剥離発生なし。
×:半導体素子剥離発生あり。
2・・・金属製支持体のダイパット
3・・・半導体素子
4・・・金属製支持体のリード
5・・・封止用樹脂組成物
10・・半導体装置
11・・試験用半導体装置
20・・半導体素子の厚み方向の中心線
Claims (12)
- 金属製支持体のダイパット上に熱硬化性接着剤組成物を介して半導体素子を載置する工程と、
所定の加熱条件Aにより前記接着剤組成物を硬化するとともに前記金属製支持体と前記半導体素子とを接着する工程と、
前記金属製支持体のダイパットの前記半導体素子が接着された面と反対面の側を露出させた状態で、前記金属製支持体と半導体素子とを封止用樹脂組成物により封止する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に用いられる熱硬化性接着剤組成物であって、
前記熱硬化性接着剤組成物の以下の反り評価試験Sにおける反り量1および反り量2が、
条件式1および2を満たすものである熱硬化性接着剤組成物。
[反り評価試験S:シリコンチップ(サイズ:7×7mm、厚み:350μm)を、全体にニッケルーパラジウムメッキした金属製支持体のダイパッド部(サイズ:8.5×8.5mm、厚み:180μm)上に前記熱硬化性接着剤組成物を介して載置し、前記加熱条件Aにより前記熱硬化性接着剤組成物を硬化させ、前記シリコンチップと前記支持体とを接着する(熱硬化性接着剤組成物の硬化層厚み:20μm以上30μm以下)。接着後、175℃×2分間加熱後のシリコンチップの反り量を反り量1とし、260℃×2分間加熱後のシリコンチップの反り量を反り量2とする。]
条件式1:0.1≦反り量1≦10(μm)
条件式2:0.1≦反り量2≦20(μm) - 前記熱硬化性接着剤組成物がラジカル重合可能な官能基を有するものである化合物を含む請求項1記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記ラジカル重合可能な官能基が不飽和炭素−炭素結合である請求項2記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記ラジカル重合可能な官能基が、(メタ)アクリロイル基である請求項2または3記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記ラジカル重合可能な官能基を有する化合物が、マレイミド環を有する化合物である請求項2乃至4のいずれか1項に記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記マレイミド環を有する化合物が、芳香族環を有さないビスマレイミド化合物である請求項5記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記ラジカル重合可能な官能基を有する化合物が、ブタジエン化合物の重合体または共重合体である請求項3または4に記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記ブタジエン化合物の重合体または共重合体の分子内に少なくとも1つの官能基を有する請求項7記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記ブタジエン化合物の重合体または共重合体が有する官能基が、ビニル基、エポキシ基、カルボキシ基、水酸基またはマレイン酸基からなる群より選ばれる少なくとも1つの官能基である請求項8記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記熱硬化性接着剤組成物が(メタ)アクリロイル基を有する化合物、マレイミド環を有する化合物、ブタジエン化合物およびアリルエステル系化合物からなる群より選ばれる少なくとも2種以上の化合物を含むものである請求項1記載の熱硬化性接着剤組成物。
- 前記アリルエステル系化合物が、芳香族環を有さないアリルエステル系化合物である請
求項10に記載の熱硬化性接着剤組成物。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の熱硬化性接着剤組成物を使用して作製された半導体装置。
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Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2016035630A1 (ja) * | 2014-09-03 | 2017-04-27 | 株式会社村田製作所 | 部品内蔵基板および基板探傷法 |
Citations (4)
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---|---|---|---|---|
WO2005090510A1 (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Sumitomo Bakelite Company, Ltd. | 樹脂組成物及び該樹脂組成物を使用して作製した半導体装置 |
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JP2006137871A (ja) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置 |
JP2009164500A (ja) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 接着剤および半導体パッケージ |
-
2009
- 2009-10-02 JP JP2009230092A patent/JP2011077459A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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WO2005090510A1 (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Sumitomo Bakelite Company, Ltd. | 樹脂組成物及び該樹脂組成物を使用して作製した半導体装置 |
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