JP2015122933A - 電源供給装置及び複合電子部品並びにその実装基板 - Google Patents

電源供給装置及び複合電子部品並びにその実装基板 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、電源供給装置、上記電源供給装置に備えられる複合電子部品及びその実装基板に関する。【解決手段】本発明は、入力電源を整流及び平滑して定電源を供給する定電源供給部と、上記定電源供給部の出力側に接続されたトランスと、上記トランスの一次巻線に連結されて上記トランスの一次巻線に流れる電流を制御する制御部とを備えた電源供給装置において、上記トランスの一次巻線の一端に連結される第1端子と、第1端面が上記第1端子と接し、上記トランスの一次巻線に発生するサージ電圧を低減させるスナバ複合体と、上記スナバ複合体の第2端面に接し、上記トランスの一次巻線の他端に連結される第2端子と、を含む電源供給装置に関する。【選択図】図5

Description

本発明は、電源供給装置、上記電源供給装置に備えられる複合電子部品及びその実装基板に関する。
電源回路内では、急激な電流変化などが発生し得る。また、部品のリード線と配線、トランスのリーケージ(leakage)インダクタンスなどの回路内に分布するインピーダンス成分により、スパイクノイズというサージ電圧が発生することがある。
この場合、サージ電圧が部品に過度な電圧ストレスを与えて部品破壊を招くこともある。
従って、電源供給装置は、このような問題を解決すべく、スナバ回路を採用している。スナバ(snubber)回路とは、スイッチング動作において、ON/OFF瞬間に発生するサージ電圧を抑制するための回路のことである。
一方、最近の電子機器は、軽薄短小化及び高性能化への要求に伴って、電子機器のサイズを最小化しながら、様々な機能を備えることが求められている。従って、電源供給装置内に備えられるスナバ回路も、このようなニーズに合わせて小型化が必要である。
日本公開特許JP1994−302470 日本公開特許JP1999−026292
本明細書は、部品の実装面積を減少させることができる複合電子部品及びその実装基板を提供する。
また、本明細書では、アコースティックノイズ(Acoustic noise)の発生を抑制することができる複合電子部品及びその実装基板を提供する。
本発明の一実施形態による電源供給装置は、入力電源を整流及び平滑して定電源を供給する定電源供給部と、上記定電源供給部の出力側に接続されたトランスと、上記トランスの一次巻線に連結されて上記トランスの一次巻線に流れる電流を制御する制御部とを備えた電源供給装置において、上記トランスの一次巻線の一端に連結される第1端子と、第1端面が上記第1端子と接し、上記トランスの一次巻線に発生するサージ電圧を低減させるスナバ複合体と、上記スナバ複合体の第2端面に接し、上記トランスの一次巻線の他端に連結される第2端子と、を含んでもよい。
上記スナバ複合体は、上記トランスの一次巻線に発生するサージ電圧を充電するキャパシタ部と、上記キャパシタ部の下側に位置し、上記キャパシタに充電された電圧を放電させる抵抗部と、を含んでもよい。
上記キャパシタ部は、複数の誘電体層を有し、上記誘電体層を介して対向配置される内部電極が積層されて形成され、上記抵抗部は、複数の誘電体層の間に形成された抵抗層を備えてもよい。
上記抵抗部の厚さは0.3mmから0.7mmであってもよい。
上記電源供給装置は、上記キャパシタ部の厚さをTm、上記抵抗部の厚さをTrとすると、0.25≦Tr/Tm≦0.7を満たすことができる。
本発明の一実施形態による複合電子部品は、複数の誘電体層を有し、上記誘電体層を介して対向配置される内部電極が積層されたキャパシタ部と、上記キャパシタ部の下面に形成され、複数の誘電体層の間に形成された抵抗層を備えた抵抗部と、を含むスナバ複合体と、上記スナバ複合体の第1端面に形成された第1端子と、上記スナバ複合体の第2端面に形成された第2端子と、を含んでもよい。
上記抵抗部の厚さは0.3mmから0.7mmであってもよい。
上記複合電子部品は、上記キャパシタ部の厚さをTm、上記抵抗部の厚さをTrとすると、0.25≦Tr/Tm≦0.7を満たすことができる。
本発明の一実施形態による複合電子部品の実装基板は、上面に複数の電極パッドを備えた印刷回路基板と、上記印刷回路基板上に実装される複合電子部品と、上記電極パッドと上記複合電子部品を連結する半田と、を含んでもよい。
上記印刷回路基板は、入力電源を整流及び平滑して定電源を供給する定電源供給部と、上記定電源供給部の出力側に接続されたトランスと、上記トランスの一次巻線に連結されて上記トランスの一次巻線に流れる電流を制御する制御部とを備えてもよい。
本明細書の開示によると、部品の実装面積を減少させることができる複合電子部品及びその実装基板を提供することができる。
また、本明細書の開示によると、アコースティックノイズ(Acoustic noise)の発生を抑制することができる複合電子部品及びその実装基板を提供することができる。
本発明の一実施形態によるフライバック・コンバータを示したものである。 スイッチング素子SWのターンオフ時に発生するサージ電圧を示したものである。 電源供給装置で発生する振動及び騒音を説明するための参照図である。 電源供給装置で発生する振動及び騒音を説明するための参照図である。 本発明の一実施形態による複合電子部品を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態による複合電子部品の切断面を示したものである。 図5の複合電子部品の積層の様子を分解して示した概略斜視図である。 図5に示された複合電子部品のうち積層セラミックキャパシタに採用可能な内部電極を示した平面図である。 図5の複合電子部品が印刷回路基板に実装された様子を示した斜視図である。
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
説明の便宜のために、本明細書では、フライバック・コンバータに基づいて電源供給装置の構成を説明する。
しかし、本明細書に記載された実施形態による構成をフォワード・コンバータ(Forward Converter)、ハーフブリッジ・コンバータ(Half−Bridge Converter)、フルブリッジ・コンバータ(Full−Bridge Converter)、プッシュプル・コンバータ、共振型コンバータなどにも適用できることは、本技術分野の当業者であれば容易に分かるであろう。
図1は、本発明の一実施形態によるフライバック・コンバータを示したものである。
図1を参照すると、上記フライバック・コンバータは、電源入力部Vin、定電源供給部100、トランス200、制御部300、及びスナバ部400を含んでもよい。
上記電源入力部Vinは入力電源を供給することができる。上記入力電源は交流電源であってもよい。
上記定電源供給部100は、上記電源入力部Vinから入力された電源を整流及び平滑してトランス200に定電源を供給することができる。例えば、上記定電源供給部100は、整流部10及び平滑キャパシタC10を含んでもよい。上記整流部10は交流電源の入力を受けてこれを整流することができる。上記平滑キャパシタC10は、上記整流部10から出力された電源を安定化させることができる。一方、上記定電源供給部はインダクタL10をさらに含んでもよい。
上記トランス200は、上記定電源供給部100の出力側に接続されることができる。上記トランス200は一次巻線と、上記一次巻線と誘導結合された二次巻線と、を備えることができる。ここで、一次巻線が位置する領域を一次側領域、二次巻線が位置する領域を二次側領域と定義する。
上記トランス200は、上記電源入力部からの1次電流を2次電流に変換することができる。
上記制御部300は上記トランス200の一次巻線に連結されることができる。上記制御部300は上記トランス200の一次巻線に流れる1次電流を断続することができる。そのために、上記制御部300はスイッチング素子SWと、上記スイッチング素子SWを制御するためのICと、を含んでもよい。
本発明のスイッチング素子SWは、IGBT(Insulated gate bipolar transistor)、MOS−FET(metal oxide semiconductor field−effect transistor)、及びBJT(bipolar junction transistor)の何れか一つで構成されてもよい。
一方、上記電源供給装置は出力ダイオードD20及び出力キャパシタC20をさらに含んでもよい。上記出力ダイオードD20はトランス200の二次巻線の出力側に連結されて2次電圧を整流することができる。また、上記出力キャパシタC20は上記出力ダイオードD20を通じて電圧を平滑することができる。
上記スナバ部400は、トランス200の一次巻線で発生するサージ電圧を低減させることができる。例えば、上記スナバ部400は、キャパシタ部C30及び抵抗部Rを備えることができる。一方、上記スナバ部400はダイオード素子をさらに含んでもよい。
スイッチング素子SWのターンオフ時に発生するサージ電圧によりキャパシタ部C30が瞬間的に充電されることができ、抵抗部Rによりキャパシタ部C30に充電された電荷を徐々に放電させることができる。
即ち、スイッチング素子SWのターンオフ時に発生するリンギング電圧がスナバ部400により制限されることができる。
図2は、スイッチング素子SWのターンオフ時に発生するサージ電圧を示したものである。
図2の(a)はスナバ部が存在しない場合のサージ電圧を示したものであり、図2の(b)はスナバ部が存在する場合のサージ電圧を示したものである。
図2に示されたように、スナバ部400が存在する場合は、サージ電圧がクランプされることを確認することができる。
一方、上記キャパシタ部C30は、積層セラミックキャパシタ(Multi Layer Ceramic Capacitor、MLCC)からなってもよい。
積層セラミックキャパシタは、複数のセラミック誘電体物質層と、複数のセラミック誘電体物質層の間の複数の電極と、複数の電極に並列連結される外部電極と、からなってもよい。このような積層セラミックキャパシタは、小さいサイズで大容量を具現することができるという長所があるが、誘電体物質固有の圧電応答特性によって振動が発生するという短所がある。
図3及び図4は、電源供給装置で発生する振動及び騒音を説明するための参照図である。
図3に示されているように、制御部300はトランス200の一次巻線に流れる電流を断続することができる。該電流によりキャパシタ部C30で振動が発生する。
即ち、キャパシタ部C30が積層セラミックキャパシタからなる場合、誘電体物質固有の圧電特性により、キャパシタ部C30の誘電体物質層は電場の変動によって物理的に変形(膨張または収縮)することことができる。
また、キャパシタ部C30も物理的に変形して振動を発生させ、それにより騒音が発生する。
即ち、図4に示されたように、キャパシタ部C30の振動により最終的に印刷回路基板も振動を起こすようになる。このような騒音をアコースティックノイズ(Acoustic noise)という。
キャパシタ部C30の振動は、人が聞くことができる可聴周波数帯域(20Hz〜20Khz)内で発生するため、上記アコースティックノイズはさらに問題となる。
図4を参照すると、キャパシタ部C30の周辺に流れる電流が変動し、それに応じてキャパシタ部C30に印加される電場が変動すると、キャパシタ部C30の振動が発生する。このとき、キャパシタ部C30と印刷回路基板の衝突によりアコースティックノイズが発生する。
図5は本発明の一実施形態による複合電子部品を概略的に示す斜視図である。上記複合電子部品は、図1に示されたスナバ部400を示したものである。
図5を参照すると、本発明の一実施形態による複合電子部品において、「長さ方向」は「L」方向、「幅方向」は「W」方向、「厚さ方向」は「T」方向と定義する。ここで、「厚さ方向」はキャパシタの誘電体層を積み上げる方向、即ち、「積層方向」と同じ概念で使用することができる。
一方、上記複合電子部品の長さ、幅及び厚さ方向は、後述するように、キャパシタ部、及び抵抗部の長さ、幅及び厚さ方向と同一であると定義する。
また、本発明の一実施形態において、複合電子部品は、対向する上面及び下面、及び上記上下面を連結する第1側面、第2側面、第1端面及び第2端面を有することができる。上記複合電子部品の形状は特に制限されないが、図示されたように六面体状であってもよい。
また、上記複合電子部品の第1及び第2側面と第1及び第2端面は、後述するように、キャパシタ及びインダクタの第1及び第2側面、第1及び第2端面と同じ方向の面と定義する。
一方、上記複合電子部品は、キャパシタ部と抵抗部が結合された形態で、上記複合電子部品の上面は上記キャパシタ部の上面と定義し、上記複合電子部品の下面は上記抵抗部の下面と定義することができる。
上記第1及び第2側面は上記複合電子部品の幅方向に対向する面に該当し、上記第1及び第2端面は上記複合電子部品の長さ方向に対向する面に該当し、上記上面と下面は上記複合電子部品の厚さ方向に対向する面に該当する。
図6は本発明の一実施形態による複合電子部品の切断面を示したものであり、図7は図5の複合電子部品の積層様子を分解して示した概略斜視図であり、図8は図5に示された複合電子部品の積層セラミックキャパシタに採用可能な内部電極を示した平面図である。
図5〜図8を参照すると、本発明の一実施形態による複合電子部品は、複数の誘電体層11を有し、上記誘電体層11を介して対向配置される第1及び第2内部電極31、32が積層されたセラミック本体からなるキャパシタ部C30と、上記キャパシタ部の下面に形成され、複数の誘電体層21との間に形成された抵抗層23を備えた抵抗部Rと、が結合されたスナバ複合体410を含んでもよい。
本実施形態において、上記スナバ複合体410は、対向する上面及び下面、及び上記上面及び下面を連結する第1側面、第2側面、第1端面及び第2端面を有することができる。
上記スナバ複合体410の形状に特に制限されないが、図示したように六面体状であってもよい。
上記スナバ複合体410の下側には抵抗部Rが位置し、上記スナバ複合体410の上側にはキャパシタ部C30が位置し、上記スナバ複合体410の形成方法は特に制限されない。
例えば、上記スナバ複合体410は、別途に製作されたキャパシタ部C30と抵抗部Rを導電性接着剤または樹脂などで結合させて形成してもよく、上記キャパシタ部C30を構成するセラミック本体と抵抗部Rを構成するセラミック本体を順に積層して形成してもよいが、特に制限されない。
以下では、上記スナバ複合体410を構成するキャパシタ部C30と抵抗部Rについて具体的に説明する。
上記キャパシタ部C30を構成する上記セラミック本体は、複数の誘電体層11が積層されて形成され、上記セラミック本体内には、複数の内部電極31、32(順に、第1及び第2内部電極)が誘電体層を介して分離されて配置されることができる。
上記誘電体層11は、セラミック粉末、有機溶剤及び有機バインダーを含むセラミックグリーンシートを焼成することにより形成してもよい。上記セラミック粉末は高誘電率を有する物質で、これに制限されないが、チタン酸バリウム(BaTiO)系材料、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)系材料などを使用することができる。
一方、本発明の一実施形態によると、上記内部電極は、上記スナバ複合体410の第1端面に露出するリード31aを有する第1内部電極31、及び第2端面に露出するリード32aを有する第2内部電極32を含んでもよいが、必ずしもこれに制限されない。
本発明の一実施形態によると、上記第1及び第2内部電極31、32は、導電性金属を含む導電性ペーストで形成されてもよい。
上記導電性金属は、これに制限されないが、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、またはこれらの合金であってもよい。
スクリーン印刷法またはグラビア印刷法などの印刷法で、誘電体層11を形成するセラミックグリーンシート上に導電性ペーストで第1及び第2内部電極31、32を印刷することができる。
内部電極が印刷されたセラミックグリーンシートを交互に積層して焼成することで、セラミック本体を形成することができる。
図6には、上記第1及び第2内部電極31、32のパターン形状が示されているが、これに制限されず、様々な変形が可能である。
上記抵抗部Rを構成する上記セラミック本体は、複数の誘電体層21が積層されることにより形成されてもよく、上記セラミック本体内には、抵抗層23が配置されてもよい。
本発明の一実施形態によると、上記抵抗層23は、抵抗素子として用いられる一般的な物質を含むことができる。例えば、上記抵抗層23は、銅−ニッケル(Cu−Ni)、銅−ニッケル−マンガン(Cu−Ni−Mn)、ニッケル−クロム(Ni−Cr)などを含んでもよいが、これらに制限されない。
本発明の一実施形態による複合電子部品は、上記スナバ複合体410の第1端面に形成される第1端子451、及びスナバ複合体410の第2端面に形成される第2端子452を含んでもよい。即ち、スナバ複合体410の第1端面は上記第1端子451と接し、スナバ複合体410の第2端面は上記第2端子452と接することができる。
上記第1端子451は、上記キャパシタ部C30の第1内部電極31及び上記抵抗部Rの抵抗層23と連結されることができる。
また、上記第2端子452は、上記キャパシタ部C30の第2内部電極32及び上記抵抗部Rの抵抗層23と連結されることができる。
上記第1端子451及び第2端子452は、導電性金属を含む導電性ペーストからなってもよい。
上記導電性金属は、これに制限されないが、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、スズ(Sn)、またはこれらの合金であってもよい。
上記導電性ペーストは絶縁性物質をさらに含んでもよく、これに制限されず、例えば、上記絶縁性物質はガラスであってもよい。
上記第1端子451及び第2端子452を形成する方法は特に制限されず、上記スナバ複合体をディッピング(dipping)して形成してもよく、印刷及びめっき等の他の方法を用いて形成してもよい。
図1及び図5を参照すると、上記第1端子451は上記トランス200の一次巻線の一端に連結され、上記第2端子452は上記トランス200の一次巻線の他端に連結されてもよい。
本発明の実施形態による複合電子部品がスナバ回路として用いられる場合、キャパシタ部C30により発生する振動を抵抗部Rが遮断してアコースティックノイズの発生を抑制することができる。即ち、本発明の実施形態によると、複合電子部品が実装されるPCB基板とキャパシタ部C30の内部電極の間に抵抗部Rの厚さ分だけの間隔が発生するため、キャパシタ部C30の振動がPCB基板に伝達されず、アコースティックノイズの発生を抑制することができる。
下表1は、キャパシタ部C30と抵抗部Rの厚さ変化によるアコースティックノイズの数値を示したものである。ここで、キャパシタ部C30としては1nFのキャパシタンス、630Vの電圧特性を示すものを、抵抗部Rとしては300Kのインピーダンス特性を示すものを使用した。
Figure 2015122933
ここで、キャパシタ部C30の厚さをTm、抵抗部Rの厚さをTrと定義する。
上記表1を参照すると、抵抗部の厚さ(Tr)が0.3mm未満では、アコースティックノイズが大きく発生することが分かる(No.1〜No.4)。また、抵抗部の厚さ(Tr)が0.7mmを超えると、キャパシタ部の電圧特性が低下することが分かる(No.14〜No.17)。
従って、本発明の実施形態によると、抵抗部の厚さ(Tr)は0.3〜0.7mmであることが好ましい(No.5〜No.13)。即ち、抵抗部の厚さ(Tr)が0.3〜0.7mmの場合、スナバ複合体の電気的特性を低下させずに、スナバ複合体のアコースティックノイズの発生を抑制することができる。
また、上記表1を参照すると、キャパシタ部の厚さ(Tm)と抵抗部の厚さ(Tr)の比(Tr/Tm)が0.25未満では、アコースティックノイズが大きく発生することが分かる(No.1〜No.4)。また、キャパシタ部の厚さ(Tm)と抵抗部の厚さ(Tr)の比(Tr/Tm)が0.7を超えると、キャパシタ部の電圧特性が低下することが分かる(No.14〜No.17)。
従って、本発明の実施形態によると、キャパシタ部の厚さ(Tm)と抵抗部の厚さ(Tr)の比(Tr/Tm)は0.3〜0.7であることが好ましい(No.5〜No.13)。即ち、キャパシタ部の厚さ(Tm)と抵抗部の厚さ(Tr)の比(Tr/Tm)が0.3〜0.7の場合、スナバ複合体の電気的特性を低下させずに、スナバ複合体のアコースティックノイズの発生を抑制することができる。
図9は、図5の複合電子部品が印刷回路基板に実装された様子を示した斜視図である。
図9を参照すると、本実施形態による複合電子部品400の実装基板は、複合電子部品400が実装される印刷回路基板610と、印刷回路基板610の上面に形成された複数の電極パッド621、622と、を含んでもよい。
上記電極パッドは、上記複合電子部品の第1端子451及び第2端子452とそれぞれ連結される第1及び第2電極パッド621、622からなってもよい。
この際、複合電子部品400の上記第1端子451及び第2端子452は、それぞれ第1及び第2電極パッド621、622上に接触するように位置した状態で半田付けにより印刷回路基板610と電気的に連結されてもよい。
また、上記印刷回路基板に実装される複合電子部品は、本発明の他の実施形態による複合電子部品であってもよく、重なる説明を避けるために、ここではその説明を省略する。
また、上記印刷回路基板には、図1に示された入力電源を整流及び平滑して定電源を供給する定電源供給部100、上記定電源供給部の出力側に接続されたトランス200、及び上記トランスの一次巻線に連結されて上記トランスの一次巻線に流れる電流を制御する制御部300が実装されることができる。
このような構成により、部品実装面積を減少させることができる複合電子部品及びその実装基板を提供することができる。
また、このような構成により、アコースティックノイズ(Acoustic noise)の発生を抑制することができる複合電子部品及びその実装基板を提供することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
31 第1内部電極
32 第2内部電極
11、21 誘電体層
23 抵抗層
100 定電源供給部
200 トランス
300 制御部
400 スナバ部
410 スナバ複合体
451 第1端子
452 第2端子
610 印刷回路基板
621、622 電極パッド

Claims (10)

  1. 入力電源を整流及び平滑して定電源を供給する定電源供給部と、前記定電源供給部の出力側に接続されたトランスと、前記トランスの一次巻線に連結されて前記トランスの一次巻線に流れる電流を制御する制御部とを備えた電源供給装置において、
    前記トランスの一次巻線の一端に連結される第1端子と、
    第1端面が前記第1端子と接し、前記トランスの一次巻線に発生するサージ電圧を低減させるスナバ複合体と、
    前記スナバ複合体の第2端面に接し、前記トランスの一次巻線の他端に連結される第2端子と、
    を含む電源供給装置。
  2. 前記スナバ複合体は、
    前記トランスの一次巻線に発生するサージ電圧を充電するキャパシタ部と、
    前記キャパシタ部と隣接し、前記キャパシタに充電された電圧を放電させる抵抗部と、
    を含む、請求項1に記載の電源供給装置。
  3. 前記キャパシタ部は、複数の誘電体層を有し、前記複数の誘電体層の少なくとも一つの誘電体層を介して対向配置される内部電極が積層されて形成され、
    前記抵抗部は、複数の誘電体層の間に形成された抵抗層を備える、請求項2に記載の電源供給装置。
  4. 前記抵抗部の厚さは0.3mmから0.7mmである、請求項2または3に記載の電源供給装置。
  5. 前記キャパシタ部の厚さをTm、前記抵抗部の厚さをTrとすると、0.25≦Tr/Tm≦0.7を満たす、請求項2から4の何れか1項に記載の電源供給装置。
  6. 複数の誘電体層を有し、前記複数の誘電体層の少なくとも一つの誘電体層を介して対向配置される内部電極が積層されたキャパシタ部と、前記キャパシタ部の一面に形成され、複数の誘電体層の間に形成された抵抗層を備えた抵抗部とを含むスナバ複合体と、
    前記スナバ複合体の第1端面に形成された第1端子と、
    前記スナバ複合体の第2端面に形成された第2端子と、
    を含む複合電子部品。
  7. 前記抵抗部の厚さは0.3mmから0.7mmである、請求項6に記載の複合電子部品。
  8. 前記キャパシタ部の厚さをTm、前記抵抗部の厚さをTrとすると、0.25≦Tr/Tm≦0.7を満たす、請求項6に記載の複合電子部品。
  9. 一面に複数の電極パッドを備えた印刷回路基板と、
    前記印刷回路基板上に実装される請求項6から8のいずれか一項の複合電子部品と、
    前記複数の電極パッドと前記複合電子部品を連結する半田と、
    を含む複合電子部品の実装基板。
  10. 前記印刷回路基板は、入力電源を整流及び平滑して定電源を供給する定電源供給部と、前記定電源供給部の出力側に接続されたトランスと、前記トランスの一次巻線に連結されて前記トランスの一次巻線に流れる電流を制御する制御部とを備える、請求項9に記載の複合電子部品の実装基板。
JP2014033918A 2013-12-20 2014-02-25 電源供給装置及び複合電子部品並びにその実装基板 Pending JP2015122933A (ja)

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