JP2023104091A - センサーモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた検出精度を有するセンサーモジュールを提供する。【解決手段】センサーモジュール1は、回路基板13と、センサーパッケージ15と、センサーパッケージ15実装用の第1基板ランドパターン31及び第2基板ランドパターン32と、実装面16の第1辺18に配置され第1基板ランドパターン31と接合される第1パッケージ電極41及び第1辺18に対向する第2辺19に配置され第2基板ランドパターン32と接合される第2パッケージ電極42と、第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41とを接合する第1接合部材61と、第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42とを接合する第2接合部材62と、を備え、第1接合部材61の第1辺18に沿う方向の幅をWH1とし、第2接合部材62の第2辺19に沿う方向の幅をWH2としたとき、WH1>WH2である。【選択図】図5
Description
本発明は、センサーモジュールに関する。
近年、直交する2軸又は3軸の加速度や直交する2軸又は3軸まわりの角速度を検出するために、2つ又は3つの加速度センサーやジャイロセンサーを、検出軸を相互に直交させて回路基板に配置したセンサーモジュールが開発されている。このようなセンサーモジュールに用いられる加速度センサーやジャイロセンサーは、例えば特許文献1に示すような大判のセラミック製配線基板を、ブレーク溝に沿って折り取ることで個片化する製造方法によって製造されたセンサーパッケージにセンサー素子が収容されている。
しかしながら、特許文献1に記載されたセンサーパッケージは、ブレーク溝が形成された側面が平坦でない。そのため、実装平面に対して垂直な検出軸を持つセンサー素子を収容したセンサーパッケージを、検出軸が回路基板に平行となるように回路基板に縦実装する場合に、平坦でない側面を実装面とすると、センサーパッケージを回路基板に垂直に配置することが困難で、半田リフローの際に実装面の傾きに倣ってセンサーパッケージが傾いて実装されてしまい、検出軸がずれることによって検出精度が悪化する、という課題があった。
センサーモジュールは、回路基板と、検出軸を有するセンサー素子を収容し、前記回路基板に実装されているセンサーパッケージと、前記回路基板上に配置されている前記センサーパッケージ実装用の第1基板ランドパターン及び第2基板ランドパターンと、前記センサーパッケージの前記回路基板に対向している実装面に配置されており、前記実装面の第1辺に配置され前記第1基板ランドパターンと接合される第1パッケージ電極及び前記第1辺に対向する第2辺に配置され前記第2基板ランドパターンと接合される第2パッケージ電極と、前記第1基板ランドパターンと前記第1パッケージ電極とを接合する第1接合部材と、前記第2基板ランドパターンと前記第2パッケージ電極とを接合する第2接合部材と、を備え、前記第1接合部材の前記第1辺に沿う方向の幅をWH1とし、前記第2接合部材の前記第2辺に沿う方向の幅をWH2としたとき、WH1>WH2である。
1.第1実施形態
先ず、第1実施形態に係るセンサーモジュール1について、図1~図5を参照して説明する。
先ず、第1実施形態に係るセンサーモジュール1について、図1~図5を参照して説明する。
尚、センサーモジュール1が備える慣性センサー21,22,23は、検出軸Hまわりの角速度を検出するジャイロセンサーを一例として挙げ説明する。また、説明の便宜上、図2では、金属キャップ12を取り外した状態を図示している。また、図3は、Y方向プラス側から見た側面図である。また、図2、図3、図4、及び図5では、回路基板13上に設けられた抵抗やコンデンサー等の回路部品及び配線の図示を省略している。
また、以降の斜視図、側面図、及び平面図には、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、及びZ軸を図示している。X軸に沿う方向を「X方向」、Y軸に沿う方向を「Y方向」、Z軸に沿う方向を「Z方向」と言い、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」と言う。
本実施形態に係るセンサーモジュール1は、図1及び図2に示すように、複数のリードフレーム11を備え、モールド樹脂で構成されたベース部10、ベース部10内に配置された回路基板13、回路基板13を覆いベース部10に接合された金属キャップ12、及び回路基板13上に実装された3つの慣性センサー21,22,23を有する。第1慣性センサー21は、検出軸HをX軸とするX軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサーであり、第2慣性センサー22は、検出軸HをY軸とするY軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサーであり、第3慣性センサー23は、検出軸HをZ軸とするZ軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサーである。
回路基板13は、平板であり、平面14上にセンサー素子50を収容したセンサーパッケージ15実装用の複数の第1基板ランドパターン31と第2基板ランドパターン32が配置されており、第1基板ランドパターン31と第2基板ランドパターン32上に半田等の接合部材61,62を介してセンサーパッケージ15が実装されている。尚、第3慣性センサー23は、回路基板13の平面14方向と直交する検出軸Hを有するセンサー素子50を備えている。そのため、第3慣性センサー23は、上下面が回路基板13の平面14と平行になるように実装されている。
しかし、第1慣性センサー21と第2慣性センサー22とは、回路基板13の平面14方向に沿う検出軸Hを有するセンサー素子50を備えている。つまり、第1慣性センサー21は、センサーパッケージ15に回路基板13の平面14方向に沿うX軸を検出軸Hとする第1センサー素子50Xを収容している。また、第2慣性センサー22は、センサーパッケージ15に回路基板13の平面14方向に沿うY軸を検出軸Hとする第2センサー素子50Yを収容している。つまり、第1センサー素子50Xの検出軸Hの方向と第2センサー素子50Yの検出軸Hの方向とは、互いに異なっている。そのため、図3に示すように、第1慣性センサー21及び第2慣性センサー22は、互いに直交するように配置され、凸部17を有する側面を実装面16として、実装面16が回路基板13の平面14と平行になるように縦実装されている。つまり、第1慣性センサー21と第2慣性センサー22とは、同じ実装方法で回路基板13に実装されている。そのため、以下では、第2慣性センサー22の実装方法を一例として挙げ説明する。
第2慣性センサー22は、図3及び図4に示すように、センサーパッケージ15の回路基板13に対向している実装面16に半田等の接合部材61,62によって基板ランドパターン31,32に接合される複数のパッケージ電極41,42が配置されている。尚、実装面16の第1辺18に第1基板ランドパターン31と接合される第1パッケージ電極41が配置され、第1辺18に対向する第2辺19に第2基板ランドパターン32と接合される第2パッケージ電極42が配置されている。
また、回路基板13に設けられた第1基板ランドパターン31及び第2基板ランドパターン32とセンサーパッケージ15に設けられた第1パッケージ電極41及び第2パッケージ電極42とは、平面視で重なるように配置されている。
また、第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41とは、第1接合部材61で接合され、第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42とは、第2接合部材62で接合されている。
また、回路基板13に設けられた第1基板ランドパターン31及び第2基板ランドパターン32とセンサーパッケージ15に設けられた第1パッケージ電極41及び第2パッケージ電極42とは、平面視で重なるように配置されている。
また、第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41とは、第1接合部材61で接合され、第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42とは、第2接合部材62で接合されている。
図5に示すように、第1接合部材61の第1辺18に沿う方向の幅をWH1とし、第2接合部材62の第2辺19に沿う方向の幅をWH2としたとき、WH1>WH2である。これは、図4に示すように、第1辺18に沿う方向において、第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41とが重畳している幅をWT1、第2辺19に沿う方向において、第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42とが重畳している幅をWT2としたとき、WT1>WT2であるためである。つまり、接合部材61,62は、基板ランドパターン31,32とパッケージ電極41,42とが重畳した部分にのみ形成されるので、重畳する幅の大きい幅WT1に形成された第1接合部材61の幅WH1が第2接合部材62の幅WH2より大きくなる。尚、本実施形態では、第1パッケージ電極41の第1辺18に沿う方向の幅WP1と第2パッケージ電極42の第2辺19に沿う方向の幅WP2とは、同じ寸法であるが、第1基板ランドパターン31の第1辺18に沿う方向の幅WK1を第2基板ランドパターン32の第2辺19に沿う方向の幅WK2より大きくしているため、第1接合部材61の幅WH1が第2接合部材62の幅WH2より大きくなる。
ここで、第1接合部材61の幅WH1が第2接合部材62の幅WH2より大きくする理由について、図6及び図7を参照して説明する。
大型基板シートに形成したブレーク溝を利用して個片化し製造されたセンサーパッケージ15は、実装面16に凸部17を有している。また、図6に示すように、実装面16の平面視で、センサーパッケージ15の重心Gは、凸部17の最も突出している先端部17aを含み第2辺19と平行な仮想線L1と、第2辺19と、の間に位置している。そのため、実装面16を回路基板13に対向しセンサーパッケージ15を実装しようとすると、図7に示すように、凸部17の先端部17aを含む第2辺19とZ方向に平行な仮想線L2がセンサーパッケージ15の重心Gより第1辺18側にあるため、センサーパッケージ15は、自重による回転モーメントの影響により第2辺19側に傾いて実装されてしまい、第1辺18が延在する方向と交差する方向に沿っている検出軸Hがずれ、検出精度が悪化してしまう。
大型基板シートに形成したブレーク溝を利用して個片化し製造されたセンサーパッケージ15は、実装面16に凸部17を有している。また、図6に示すように、実装面16の平面視で、センサーパッケージ15の重心Gは、凸部17の最も突出している先端部17aを含み第2辺19と平行な仮想線L1と、第2辺19と、の間に位置している。そのため、実装面16を回路基板13に対向しセンサーパッケージ15を実装しようとすると、図7に示すように、凸部17の先端部17aを含む第2辺19とZ方向に平行な仮想線L2がセンサーパッケージ15の重心Gより第1辺18側にあるため、センサーパッケージ15は、自重による回転モーメントの影響により第2辺19側に傾いて実装されてしまい、第1辺18が延在する方向と交差する方向に沿っている検出軸Hがずれ、検出精度が悪化してしまう。
従って、本実施形態では、第1辺18側に形成される第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41とを接合する第1接合部材61の第1辺18に沿う方向の幅WH1を第2辺19側に形成される第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42とを接合する第2接合部材62の第2辺19に沿う方向の幅WH2より大きくしている。こうすることにより、第1接合部材61の面積を第2接合部材62の面積より大きくし、第1接合部材61の表面張力を大きくすることで、センサーパッケージ15のX軸の反時計回りのモーメントを大きくでき、センサーパッケージ15の姿勢角度を回路基板13に対して垂直となる方向に補正して実装することができる。
尚、本実施形態では、回路基板13上に設けられた基板ランドパターン31,32の平面視形状を矩形としているが、これに限定することはなく、台形、半円、三角形状等であっても構わない。
次に、センサーモジュール1の備える慣性センサー21,22,23について、図8及び図9を参照して説明する。
尚、3つの慣性センサー21,22,23は、全て同じ構造なので、第3慣性センサー23を一例として挙げ説明する。また、説明の便宜上、図8は、リッド47の図示を省略している。また、図8及び図9では、センサー素子50とセンサーパッケージ15に形成されたパッケージ電極41,42とを電気的に接続する配線及びセンサー素子50に形成された駆動電極や検出電極の図示を省略している。
尚、3つの慣性センサー21,22,23は、全て同じ構造なので、第3慣性センサー23を一例として挙げ説明する。また、説明の便宜上、図8は、リッド47の図示を省略している。また、図8及び図9では、センサー素子50とセンサーパッケージ15に形成されたパッケージ電極41,42とを電気的に接続する配線及びセンサー素子50に形成された駆動電極や検出電極の図示を省略している。
第3慣性センサー23は、検出軸HをZ軸とし、Z軸まわりの角速度を測定することのできる1軸ジャイロセンサーである。尚、センサー素子50は、フォトリソグラフィー技術を用いて水晶基板を加工し製造された水晶ジャイロセンサー素子であり、検出用振動腕の振動を電気信号に変換し、角速度を検出している。また、水晶を基材としているので温度特性に優れている。そのため、MEMS技術を用いて製造したジャイロセンサー素子に比べ、外部からのノイズや温度の影響を受け難く、検出精度が高い。
第3慣性センサー23は、図8及び図9に示すように、センサー素子50と、センサー素子50を収容するセラミック等からなるセンサーパッケージ15と、ガラス、セラミック、又は金属等からなるリッド47と、を有する。
センサーパッケージ15は、板状の第1基板44、枠状の第2基板45、及び枠状の第3基板46を積層して形成されている。また、センサーパッケージ15は、上方に開放する内部空間Sを有している。尚、センサー素子50を収容する内部空間Sは、リッド47を低融点ガラス等の接合部材48により接合することで、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態に気密封止されている。
センサーパッケージ15の内底面44aには、上方へ突出する凸部43が形成されており、凸部43の上面43aに金属バンプ49等を介してセンサー素子50が電気的及び機械的に固定されている。そのため、センサー素子50と第1基板44との接触を防止することができる。
センサー素子50は、中心部分に位置する基部51と、基部51からX方向に延出された一対の検出用振動腕52と、検出用振動腕52と直交するように、基部51からY方向に延出された一対の連結腕53と、検出用振動腕52と平行になるように、各連結腕53の先端側からX方向に延出された各一対の駆動用振動腕54,55と、を有する。センサー素子50は、基部51において、金属バンプ49等を介してセンサーパッケージ15に設けられた凸部43の上面43aに電気的及び機械的に固定されている。
センサー素子50は、駆動用振動腕54,55が互いに逆相でY方向に屈曲振動をしている状態において、Z軸まわりの角速度ωzが加わると、駆動用振動腕54,55及び連結腕53に、X方向のコリオリ力が働き、X方向に振動する。この振動により検出用振動腕52がY方向に屈曲振動する。そのため、検出用振動腕52に形成された検出電極が、振動により発生した水晶の歪を電気信号として検出することで角速度ωzが求められる。
尚、本実施形態では、慣性センサー21,22,23として水晶ジャイロセンサーを一例として挙げ説明したが、これに限定することはなく、MEMS技術を用いて製造したシリコンジャイロセンサーでも構わない。また、慣性センサー21,22,23は、ジャイロセンサー以外に、加速度センサーでも構わない。
以上述べたように、本実施形態のセンサーモジュール1は、センサーパッケージ15の実装面16に生じた凸部17の先端部17aがセンサーパッケージ15の重心Gより第1辺18に近い場合、第1接合部材61の第1辺18に沿う方向の幅WH1を第2接合部材62の第2辺19に沿う方向の幅WH2より大きくすることで、第1接合部材61の表面張力を大きくすることができ、センサーパッケージ15の姿勢角度を回路基板13に対して垂直となる方向に補正して実装することができる。そのため、検出軸Hのずれによる検出精度の悪化を低減し、優れた検出精度を有するセンサーモジュール1を得ることができる。
2.第2実施形態
次に、第2実施形態に係るセンサーモジュール1aについて、図10及び図11を参照して説明する。尚、説明の便宜上、図10及び図11では、回路基板13上に設けられた抵抗やコンデンサー等の回路部品及び配線の図示を省略している。
次に、第2実施形態に係るセンサーモジュール1aについて、図10及び図11を参照して説明する。尚、説明の便宜上、図10及び図11では、回路基板13上に設けられた抵抗やコンデンサー等の回路部品及び配線の図示を省略している。
本実施形態のセンサーモジュール1aは、第1実施形態のセンサーモジュール1に比べ、センサーパッケージ15aの実装面16に設けられた第2パッケージ電極42aの形状が異なること以外は、第1実施形態のセンサーモジュール1と同様である。尚、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
センサーモジュール1aは、図10及び図11に示すように、センサーパッケージ15aの実装面16に設けられた第2パッケージ電極42aの形状が第1パッケージ電極41の形状と異なり、第2パッケージ電極42aの第2辺19に沿う方向の幅WP2が第1パッケージ電極41の第1辺18に沿う方向の幅WP1より小さく、WP1>WP2である。尚、第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41とが重畳している第1辺18に沿う方向の幅WT1が第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42aとが重畳している第2辺19に沿う方向の幅WT2より大きい。そのため、第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41とを接合する第1接合部材61の第1辺18に沿う方向の幅WH1が第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42aとを接合する第2接合部材62の第2辺19に沿う方向の幅WH2より大きくなる。従って、第1接合部材61の表面張力を大きくすることができ、センサーパッケージ15aの姿勢角度を回路基板13に対して垂直となる方向に補正して実装することができる。
このような構成とすることで、第1実施形態のセンサーモジュール1と同等の効果が得られる。
3.第3実施形態
次に、第3実施形態に係るセンサーモジュール1bについて、図12及び図13を参照して説明する。尚、説明の便宜上、図12及び図13では、回路基板13b上に設けられた抵抗やコンデンサー等の回路部品及び配線の図示を省略している。
次に、第3実施形態に係るセンサーモジュール1bについて、図12及び図13を参照して説明する。尚、説明の便宜上、図12及び図13では、回路基板13b上に設けられた抵抗やコンデンサー等の回路部品及び配線の図示を省略している。
本実施形態のセンサーモジュール1bは、第1実施形態のセンサーモジュール1に比べ、回路基板13bに設けられた第1基板ランドパターン31bと第2基板ランドパターン32bとの形状が異なること以外は、第1実施形態のセンサーモジュール1と同様である。尚、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
センサーモジュール1bは、図12及び図13に示すように、回路基板13bの平面14に設けられた第1基板ランドパターン31bと第2基板ランドパターン32bとが一体化している。尚、第1基板ランドパターン31bと第1パッケージ電極41とが重畳している第1辺18に沿う方向の幅WT1が第2基板ランドパターン32bと第2パッケージ電極42とが重畳している第2辺19に沿う方向の幅WT2より大きい。そのため、第1基板ランドパターン31bと第1パッケージ電極41とを接合する第1接合部材61の第1辺18に沿う方向の幅WH1が第2基板ランドパターン32bと第2パッケージ電極42とを接合する第2接合部材62の第2辺19に沿う方向の幅WH2より大きくなる。従って、第1接合部材61の表面張力を大きくすることができ、センサーパッケージ15の姿勢角度を回路基板13bに対して垂直となる方向に補正して実装することができる。
このような構成とすることで、第1実施形態のセンサーモジュール1と同等の効果が得られる。
4.第4実施形態
次に、第4実施形態に係るセンサーモジュール1cについて、図14及び図15を参照して説明する。尚、説明の便宜上、図14では、回路基板13上に設けられた抵抗やコンデンサー等の回路部品及び配線の図示を省略している。
次に、第4実施形態に係るセンサーモジュール1cについて、図14及び図15を参照して説明する。尚、説明の便宜上、図14では、回路基板13上に設けられた抵抗やコンデンサー等の回路部品及び配線の図示を省略している。
本実施形態のセンサーモジュール1cは、第1実施形態のセンサーモジュール1に比べ、センサーパッケージ15cの実装面16に設けられた第1パッケージ電極41cと第2パッケージ電極42cとの形状が異なること以外は、第1実施形態のセンサーモジュール1と同様である。尚、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
センサーモジュール1cは、図14及び図15に示すように、センサーパッケージ15cの実装面16に設けられた第1パッケージ電極41cと第2パッケージ電極42cとが一体化している。また、第1パッケージ電極41cの第1辺18に沿う方向の幅WP1と第2パッケージ電極42cの第2辺19に沿う方向の幅WP2とは、等しい。しかし、第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41cとが重畳している第1辺18に沿う方向の幅WT1が第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42cとが重畳している第2辺19に沿う方向の幅WT2より大きい。そのため、第1基板ランドパターン31と第1パッケージ電極41cとを接合する第1接合部材61の第1辺18に沿う方向の幅WH1が第2基板ランドパターン32と第2パッケージ電極42cとを接合する第2接合部材62の第2辺19に沿う方向の幅WH2より大きくなる。従って、第1接合部材61の表面張力を大きくすることができ、センサーパッケージ15cの姿勢角度を回路基板13に対して垂直となる方向に補正して実装することができる。
このような構成とすることで、第1実施形態のセンサーモジュール1と同等の効果が得られる。
1,1a,1b,1c…センサーモジュール、10…ベース部、11…リードフレーム、12…金属キャップ、13…回路基板、14…平面、15…センサーパッケージ、16…実装面、17…凸部、17a…先端部、18…第1辺、19…第2辺、21…第1慣性センサー、22…第2慣性センサー、23…第3慣性センサー、31…第1基板ランドパターン、32…第2基板ランドパターン、41…第1パッケージ電極、42…第2パッケージ電極、43a…上面、44…第1基板、44a…内底面、45…第2基板、46…第3基板、47…リッド、48…接合部材、49…金属バンプ、50…センサー素子、50X…第1センサー素子、50Y…第2センサー素子、51…基部、52…検出用振動腕、53…連結腕、54,55…駆動用振動腕、61…第1接合部材、62…第2接合部材、H…検出軸、G…重心、L1,L2…仮想線、S…内部空間、WK1,WK2,WH1,WH2,WP1,WP2,WT1,WT2…幅。
Claims (7)
- 回路基板と、
検出軸を有するセンサー素子を収容し、前記回路基板に実装されているセンサーパッケージと、
前記回路基板上に配置されている前記センサーパッケージ実装用の第1基板ランドパターン及び第2基板ランドパターンと、
前記センサーパッケージの前記回路基板に対向している実装面に配置されており、前記実装面の第1辺に配置され前記第1基板ランドパターンと接合される第1パッケージ電極及び前記第1辺に対向する第2辺に配置され前記第2基板ランドパターンと接合される第2パッケージ電極と、
前記第1基板ランドパターンと前記第1パッケージ電極とを接合する第1接合部材と、
前記第2基板ランドパターンと前記第2パッケージ電極とを接合する第2接合部材と、を備え、
前記第1接合部材の前記第1辺に沿う方向の幅をWH1とし、前記第2接合部材の前記第2辺に沿う方向の幅をWH2としたとき、
WH1>WH2である、
センサーモジュール。 - 前記実装面は、凸部を有し、前記実装面の平面視で、前記センサーパッケージの重心は、前記凸部の最も突出している先端部を含み前記第2辺と平行な仮想線と、前記第2辺と、の間に位置している、
請求項1に記載のセンサーモジュール。 - 前記検出軸は、前記第1辺が延在する方向と交差する方向に沿っている、
請求項1又は請求項2に記載のセンサーモジュール。 - 前記第1辺に沿う方向において、前記第1基板ランドパターンと前記第1パッケージ電極とが重畳している幅をWT1、
前記第2辺に沿う方向において、前記第2基板ランドパターンと前記第2パッケージ電極とが重畳している幅をWT2としたとき、
WT1>WT2である、
請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のセンサーモジュール。 - 前記第1基板ランドパターンの前記第1辺に沿う方向の幅をWK1、
前記第2基板ランドパターンの前記第2辺に沿う方向の幅をWK2としたとき、
WK1>WK2である、
請求項4に記載のセンサーモジュール。 - 前記第1パッケージ電極の前記第1辺に沿う方向の幅をWP1、
前記第2パッケージ電極の前記第2辺に沿う方向の幅をWP2としたとき、
WP1>WP2である、
請求項4に記載のセンサーモジュール。 - 前記第1基板ランドパターンと前記第2基板ランドパターン又は前記第1パッケージ電極と前記第2パッケージ電極、の少なくとも一方は、一体形成されている、
請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載のセンサーモジュール。
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JP2022004883A Pending JP2023104091A (ja) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | センサーモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2023104091A (ja) |
-
2022
- 2022-01-17 JP JP2022004883A patent/JP2023104091A/ja active Pending
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