JP4239352B2 - 電子装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体集積回路(IC)素子を搭載したICカードや有価証券、非接触認識デバイス等の電子装置の製造方法に関する。
【従来の技術】
近年、ICチップを搭載したICカードやタグ、無線による認識デバイス等の電子装置では、従来のバーコードでの認識機能に加え、さらに機能を付加できるため、極めて大きな応用が期待されている。
従来のICカードの製造方法の一例を図14(a)〜(c)を用いて説明する。先ず、図14(a)に示すように薄型ICチップ17をペレットケース142から真空吸着器141によって吸着する。次に、吸着した薄型ICチップ17を粘着材14が塗布されたICカード基板(フィルム基材)15に移動して押し付け、基板に固定する(図14(b))。次に、図14(c)に示すように薄型ICチップ17をカバーシート19でカバーする。
また、半導体チップをフィルム基材に取り付ける他の例が特開平8―316194に開示されている。この取り付け方法を図2を使用して説明する。この例では図2(a)に示すように、アンテナ16を有する複数の半導体チップ17が支持シートに取り付けられており、この半導体チップ17を加圧ヘッド21を用いて粘着材14を持つフィルム基材15の方に押し出す。これにより、図2の(b)に示したように、薄型ICチップがフィルム基材に転写され、固定される。図2(c)は続けて接着剤18によってカバーされた状態を示す断面図である。
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法では、ICチップを基板に1個ずつ取り付けるため生産性が低い。例えば、図14に示した方法では、チップを1個ずつ吸着および移動の工程を経るために生産性向上に限界がある。図2の従来例では、加圧ヘッドを1個ずつチップに対して位置合わせして押し付けるため、組立装置の機構が複雑となる。また、転写するときに隣のチップと間隔をあける必要がある。そのため、低コスト化が困難である。
また、取り扱うICチップの厚さが、例えば10μm以下になると、この薄型ICチップは半導体の内部応力によって、カールしてしまう。このため、真空吸着するとカール状態から平らな状態へ変形するため、チップが破損しやすい。また、チップはきわめて薄い状態のため、真空吸着の吸引力により、局部変形を起こしチップ上のデバイスにストレスが加わりデバイス特性が変化してしまう。
本発明の目的は、半導体集積回路素子を搭載した電子装置を大量生産するに適した電子装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、低コストで且つ信頼性の高い電子装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記電子装置の製造に適した、取り扱いの容易なICチップの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的は、半導体素子が搭載される基材上に、前記半導体素子が収まる寸法の開孔部が複数設けられた枠体を配置し、この枠体上に複数の半導体素子を供給して前記開孔部内に収め、前記半導体素子を前記基材に固定することにより達成される。複数の開孔部を有する枠体を用いることにより、大量の半導体素子を基体上の所定の位置に一度に供給することができる。
基材としてフィルム基材を用いることにより、より大量生産が可能となる。更に、フィルム記載をロールに巻き取れば生産性を向上することができる。
基材として紙シートを用いれば、有価証券として使用することができる。
上記他の目的は、前記半導体素子として、30μm以下の厚さの薄型ICチップを用いることにより達成できる。チップを薄膜化すると、曲げ応力に対して強くなるため信頼性を高めることができる。特に10μm以下では曲げ応力耐性が高い。
上記他の目的は、薄型ICチップの表面や裏面または両面に補強部材を設けることにより、より有効に達成することができる。補強部材により外部応力に対する耐性が高まり、取り扱いが容易になる。特に枠体上に薄型ICチップを供給する時のチップ割れを大幅に低減することができる。また、薄型ICチップを確実に枠体の開孔部に収めることができる。更に、チップが薄い場合にはカールを低減或いは防止することができる。
また、半導体素子の形状をサイコロ状とすることにより、外部からの応力に対する耐性が向上し、信頼性が高まる。特に最大寸法を0.5mm以下とすることにより、角部の欠けが生じ難くなる。
また、半導体素子の形状を球状とすることにより、角部が無いためサイコロ状としたとき以上に外部応力耐性を向上することができる。
特に、半導体素子の外形寸法(チップやサイコロ形状なら一辺の長さ、球状なら直径)を0.5mm以下とすることにより、ICカードやタグ、有価証券等々の薄型の電子装置への応用が可能となる。
また、半導体チップに光遮蔽部材を設けておくことにより、光入射により発生する電子/ホールペアの半導体素子への影響を防止することができる。
光遮蔽部材として遮光性のあるシートを用いることにより確実に光の影響を防止できる。光遮光部材として印刷用のインクを用いれば安価に形成することができる。
また上記他の目的は、複数の半導体素子部を有する半導体基板において、半導体素子部の分離領域に対応する部分に壁パターンを形成し、その後半導体素子部に対応する部分に、流動性があり、且つ固形後に溶融が可能な補強部材を形成、半導体素子部分をチップに分割することにより達成することができる。補強部材は当初流動性があるので壁パターンで囲われた複数の内壁領域に一度に供給でき、生産性が向上する。また、固形後に溶融できるので電子装置に組み込み後、流動させて厚みを低減することができるので薄型の電子装置には好適である。
補強部材をスクリーン印刷することにより、より低コストで大量に形成できる。
補強部材が感光性材料の場合には形状制御性よく、大量に形成できる。
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
複数のICチップ(薄型チップ)17を基材15に一度に取り付け、大量に電子装置を製造する方法を図1(a)〜(d)を用いて説明する。本実施例では、基材15としてフィルム基材を用いた。先ず粘着材14を有する基材15上に、ICチップ17が収まる大きさの開孔部を備えた位置合わせジグ(枠体)12を配置し、複数のICチップ17を開孔部内に供給する。なお、枠体の開孔部の深さはICチップが一つ収まる大きさが好ましい。補強部材13を有する場合にはそれを含めた大きさとする。浅すぎると、他のICチップとの摩擦により枠体からはみ出た部分が機械的なダメージを受けることがあり、好ましくない。開孔部へのICチップ17の供給は、複数の開孔部の位置に対応した複数の吸引口を有する吸着器で一度に複数のICチップを吸引して行ってもよい。図1(a)は吸引押し出しエアー11によって位置合わせジグ12の開孔部に補強材13をもつ薄型チップ17を収めフィルム基体15に固定した状態の断面図を示している。薄型チップの表面には無線によりエネルギおよびデータを送受信する小さなアンテナ16が設けられている。これにより、非接触型の電子装置を提供できる。
図13は薄型チップ17を位置合わせするためにジグに位置合わせした状態を示す上面図である。ジグは正方形またはチップサイズに合わせた形態にとられた貫通孔またはそれに相当する溝があって、この貫通孔またはそれに相当する溝に薄型チップがはめ込まれて、置かれる。位置合わせが自動的に行われると同時に実装への加圧が行われて接着が自動的に行われる利点がある。
次に、図1(b)に示すように位置合わせジグ12をとり除く。
次に、接着材18を介してカバーシート19を取り付ける(図1(c))。
引き続き、加熱、加圧によって補強材36を溶融、流動させ、電子装置の厚みを低減する(図1(d))。その後、薄型チップ17を所望の数(1個または複数個)だけ含むようにフィルム基体15を切断し、電子装置とすることができる。本方法により、薄型チップ17は補強材13によって安定にハンドリングされて、最終の形態では補強材13が変形して薄型の完成品の実装状態とすることができる。薄型チップ17は薄いことにより、半導体の内部応力の起因によって、カールし、また物理的外圧に弱いが、本実施例のように補強部材13を用いれば、厚いチップと同等の機械的強度を得ることができて、ハンドリング性にすぐれ、同時に多数の薄型チップを扱うことが可能となって、生産性を大幅に向上することが可能となる。
(実施の形態2)
次に、薄型チップへ補強部材を取り付ける方法について、図3(a)〜(e)を用いて説明する。
図3(a)はシリコン基板31(厚さ約200μm)と酸化膜層32(厚さ約1μm)と周知の方法で半導体集積回路素子が形成された表面デバイス層33(厚さ0.5〜10μm)をもつシリコンオンインシュレータ(SOI)ウエハの断面図を示している。
図3(b)は続けてシリコンオンインシュレータウエハの裏面側に酸化膜パターン34(厚さ約0.5μm)を形成した工程の断面図を示す。なお、酸化膜パターン34は周知のホトリソ工程により形成することができ、半導体集積回路素子同士を分離する分離領域に対応する領域に形成される。
図3(c)は続けて酸化膜パターンを利用してシリコンをエッチングし、シリコン犠牲壁35を残し、酸化膜を除去した断面図を示す。なお、SOIウエハを用いることにより、酸化膜層32がシリコンのエッチングストッパとなるため、シリコン犠牲壁35の厚さを精度よく制御できる。但し、通常のシリコン基板を用いることにより、SOIウエハを用いたときよりも厚さの制御性は劣るが低コスト化が可能である。シリコンはウエットエッチングを用いることにより短時間で加工できる。ドライエッチングを用いることによりパターン寸法精度を向上できる。ドライエッチングではエッチング速度がウエットエッチングに比べ遅いので、予めシリコン基板31を研磨、或いはウエットエッチング等により薄膜化しておくことによりスループットを高めることができる。
図3(d)は続けてシリコンを除去した部分(半導体集積回路素子領域に対応する領域)に補強材13を充填した断面図を示す。なお、補強部材13は加熱することにより、溶融、流動化する材料から選ばれる。例えば、ワックスやエポキシ樹脂を用いることができる。
図3(e)は続けて酸化膜層32と表面デバイス層33をエッチングで除去した断面図を示す。半導体チップ部よりも補強部材13の寸法を大きくすることにより、外部からの応力に対する耐性が向上する。この方法により、任意の補強材を選択して高精度に補強材を形成することが可能となった。また、ウエハ上で処理するため、生産性に極めて優れるという効果を生じる。
なお、ここではSOI基板を用いたが、通常のシリコンからなる基板を用いることにより、ICチップの厚さのばらつきは大きくなるが低コストで製造することができる。
(実施の形態3)
図4(a)〜(e)を用いて補強材13を形成する別の方法を説明する。
先ず、シリコンウエハ基板31と酸化膜層32と半導体集積回路素子が形成された表面デバイス層33をもつシリコンオンインシュレータウエハを準備する(図4(a))。
このシリコン基板31をエッチングで除去する(図4(b))。酸化膜層32はエッチングストッパとして有効に働く。
続けてホトレジスト技術により、ホトレジ犠牲壁41を形成した(図4(c))。
続けてホトレジ犠牲壁パターン41の間の部分に補強材13を充填した(図4(d))。
続けて酸化膜層32と表面デバイス層33をエッチングで除去した(図3(e))。この方法により、任意の補強材を選択して高精度に補強材を形成することが可能となった。また、ウエハ上で処理するため、生産性に極めて優れるという効果を生じる。なお、本方法は壁パターンの高さがレジスト膜の厚さで決まるため、実施例2の方法に比べて高さ設定の幅は小さいものの、酸化膜層32の形成が不要であり、より容易に犠牲壁パターン41を形成できる。
(実施の形態4)
電子装置がICカードである場合の実施例を図5を用いて説明する。ICカードはさまざまな応用分野に利用されるが、大量かつ使い捨てにされる分野が急速に伸びるものと予想される。このために、前記のフィルム基板をICカード用フィルム51に薄型チップを搭載することを考慮する必要があり、本図はその実施例を示している。すなわち、カードサイズのフィルム基板に離散的に搭載することにより、この基板をカードとして利用することが可能となり、大幅に薄型でかつ低コストに製造できるICカード生産技術を提供して、大幅な普及を促すことが可能となる。なお、薄型チップ17がアンテナを備えることにより非接触型ICカードとすることができる。
(実施の形態5)
図6(a)(b)は本発明の別の実施例を示している。図6(a)は薄型チップを輪切り前のロール61に搭載した外観を示している。薄型チップ17はフィルム基材15に貼り付けられている。図6(b)は図6(a)の輪切り前のロールを裁断して輪切りしたロール62を示している。それぞれの薄型チップは輪切りしたロールに搭載されて、テープ状に使用されることが可能となる。このことにより、薄型チップを複数でかつ大面積のシートに搭載してロール状にすることによって、電子装置の大量生産が可能となる。
(実施の形態6)
図7は本発明で使用される薄型ICチップ17の平面図の一例である。すなわち、本発明では、このようなアンテナ16を有するチップを用いることによって、有効に効力を発揮することができる。薄型チップ17には接続線71によって接続されたスルーホール72を介してアンテナ16と同調コンデンサ73により有効な共振回路を形成する。マイクロ波帯では、インダクタンスと容量値をきわめて小さくたとえば4.2pxn(H・F)で済むため、極めて小さなコイルと容量で共振回路を形成することが可能で、オンチップでのアンテナ形成に極めて都合が良い。本発明はこのような経済性を考慮した製造技術を提供している。
図18にICチップ内に構成される回路の一例を示す。本回路はマイクロ波で受信して、データを送付することを可能とする極めて有望な回路である。この回路は、マイクロ波の電磁エネルギを直流電圧に変換したり、クロック信号を受信する等の特徴を備えている。マイクロ波を用いることにより、極めて小さなアンテナたとば300ミクロン角以下のアンテナを用いることができる。それにより、アンテナをチップに内蔵することができる。
このようなアンテナ内蔵の薄型ICチップを用いることにより、非接触型の電子装置を提供できる。
(実施の形態7)
本実施例では、補強部材13の他の形成方法について図8(a)〜(c)を用いて説明する。図8(a)はシリコンウエハ81の上面図を示している。図8(b)は図8(a)の部分断面図を示している。シリコンウエハ81は支持シート82に付着されて、各チップは薄型化かつ分離されている状態を示す断面図となっている。図8(c)は本発明で必要な補強材13がスクリーン印刷で形成された断面図をしめしている。材料としては、銀ペーストや導電性カーボンインクを用いることができる。
本発明での有効性は低コストによる補強材の形成である。スクリーン印刷はウエハ上で簡便に補強材を形成することが可能となる。
(実施の形態8)
図9は本発明の別の実施例を示している。薄型チップは実装形態として必然として完成品は薄型の実装となることが期待されている。そのときに必要な技術として光による誤動作防止があげられる。そのために、本図では対応策として、薄型チップ17とその上に形成されるアンテナ16の上下に、上側遮蔽シート91と下側遮蔽シート92を用いて、光を遮蔽することを行う。このことにより薄型チップでの誤動作が防止された電子装置を提供することができる。
なお、薄型チップ17よりも大きな面積の光遮蔽シートを用いることにより、より有効に遮光することができる。また、薄型チップを分割する前のウエハ状態で光遮蔽部材を一括形成することにより、低コスト化が可能となる。また、用途に応じて光遮蔽部材は上又は下の一方でもよい。
また、光遮蔽部材を印刷により形成することにより、より低コスト化が可能となる。
(実施の形態9)
遮光の方法について更に図10を用いて説明する。図9で示したように薄型チップ17とその上に形成されるアンテナ16の上下に、上側遮蔽シート91と下側遮蔽シート92を形成後、その上にさらに上側遮蔽インク101と下側遮蔽インク102を形成して、上側遮蔽シート91と下側遮蔽シート92の機能が透明性で不十分でも補完できる作用を持つ。インクは印刷のパターンで実現することができる。これにより、遮光性をより高めることができる。
(実施の形態10)
複数のICチップが搭載されたテープ状のフィルム基材を切断、分離し、媒体に取り付けることにより電子装置とする方法を図11(a)〜(c)を用いて説明する。図11(a)は本発明のロール状のテープを伸ばして媒体113の上に置き、テープカッター111とテープローラの配置例の断面図を示す。図11(b)は続けてテープローラによる媒体への薄型チップが入ったテープの付着を示している。図11(c)は媒体への付着をしめしている。この例により、薄型チップを内蔵したテープは薄いためにに他の媒体への付着も極めてスムースに行うことが可能となる。これにより、電子装置を大量に安価に製造することができる。
(実施の形態11)
本発明に係る電子装置の使用方法の一例を図12を用いて説明する。質問機アンテナ121は薄型チップ17に向かって送信電波121を送付して、薄型チップ17はフィルム基板15に実装されているが、有効な回路技術によって質問機アンテナ121に対して受信電波を送る。このことによって、薄型チップは電池無しで、エネルギを質問機アンテナから得て、適切なデータを質問機に送り返すことができる。薄型チップはあらゆる媒体113に付着することが可能である。
(実施の形態12)
図15は補強部材を形成する別の実施例を示す。SOI基板の裏面のシリコン基板を除去した後、酸化膜32側に支持シート82を添着する。次に、半導体集積回路が形成された表面デバイス層33の表面側に厚さ50μmのレジスト膜153を塗布し、ホトマスク152を通して照射光151を感光性材料153に照射する(図15(a))。なお、レジスト膜153の厚さとしては5〜100μmを用いることができる。これより薄いと補強効果が小さく、厚いと形成し難い。また、補強部材のパターンの寸法精度は±5μm程度あれば十分である。
引き続き、現像を行ない感光された部分(チップ分離領域に相当)を除去する(図15(b))。
次いで、感光性材料153が除去された領域の表面デバイス層33を除去する(図15(c))。図16に平面図を示す。ここではチップ一列分のみ記載しているが、実際にはウエハ上には多数(たとえば8インチウエハでは33万個)のチップが存在する。このように、補強部材として感光性材料を用いることによりウエハ上に簡便に補強材を形成することが可能となる。また、この補強材はウエハ上で一度のリソグラフィ工程で形成できるので効率的である。なお、チップの厚さを10μm以下とすることにより、曲げ応力に対する耐性を向上することができるもののそのままでは取り扱い難い。しかし、薄型チップでも補強部材を取り付けることにより、薄型チップのハンドリング性を大幅に向上することが可能となった。
(実施の形態13)
図17に薄型チップ17が固定されたテープ状基材15がロール状に巻かれた様子を示す。実施の形態10では、薄型チップ17が搭載されたテープ基材15を切り取り、他の媒体113に取り付けて電子装置としていたが、ここでは薄型チップを含むように切断されたテープ基材15そのものが電子装置となる。まだらヘビにみえるこの図は本発明の基本となる構成の断面をしめしている。すなわち、薄型チップ17を形成したテープ状の媒体(ここではテープ基材そのもの)は、巻き取り紙の様に収納されて、凹凸なくリールにすることが可能となる。セロファンテープに実装された半導体は本発明により極めて低コストに実現可能となり、広く普及される要素をもつことになる。また、従来のセロファンテープと同等の扱いでインテリジェンスを持つことにより、利便性を向上できる。
(実施の形態14)
図19は本発明の別の実施例を示している。基本的には実施の形態1と同様であるが、フィルム基材15及びカバーシート19をそれぞれ遮光性のある下側遮蔽シート92及び上側遮蔽シート91に代えている。これにより、更に光遮蔽効果を持つことになり、光により発生するエレクトロン/ホールペアに起因する誤動作を低減或いは防止することができる。
【発明の効果】
本発明により次のような効果を得ることができる。薄型チップを補強することによって、通常の厚型チップと同様の扱いを工程で行うことが可能となり、大量の薄型チップをバッチ的に取り扱うことが可能となり、大幅に生産性を向上することが可能となる。また、補強材はで溶融、流動化するため、薄型の電子装置を容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電子装置の製造法を示す断面図である。
【図2】従来例のICカードの製造方法を示す断面図である。
【図3】本発明に係る補強部材の形成方法を示す断面図である。
【図4】本発明に係る補強部材の他の製造方法を示す断面図である。
【図5】本発明に係るICチップを搭載したカード用フィルム基材の平面図である。
【図6】本発明に係るICチップを搭載した基材をロール状に巻いた状態を示す斜視図である。
【図7】本発明に係る電子装置に搭載されるICチップの一例を示す平面図である。
【図8】本発明に係る補強部材をウエハ上に形成する工程を示す(a)平面図、(b)(c)断面図である。
【図9】本発明に係る電子装置の断面図である。
【図10】本発明に係る他の電子装置の断面図である。
【図11】本発明に係る電子装置の製造方法を示す断面図である。
【図12】本発明に係る電子装置の利用形態を示す概念図である。
【図13】本発明に係る電子装置の製造方法を示す一平面図である。
【図14】従来例のICカードの他の製造方法を示す断面図である。
【図15】本発明に係る他の補強部材の製造方法を示す断面図である。
【図16】本発明に係る補強部材の製造方法を示す一平面図である。
【図17】本発明に係るICチップが搭載された基材をロール状に巻いた状態を示す断面図である。
【図18】本発明に係る電子装置のICチップ内に形成される回路の一例を示す回路図である。
【図19】本発明に係る電子装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
11…吸引押し出しエアー、12…位置合わせジグ、13…補強材、14…粘着材、15…フィルム基材、16…アンテナ、17…薄型チップ、18…接着材、19…カバーシート、21…加ヘッド、22…支持シート、31…シリコンウエハ基板、32…酸化膜層、33…表面デバイス層、34…酸化膜パターン、35…シリコン犠牲壁、36…溶融した補強材料、41…ホトレジ犠牲壁、51…ICカード用フィルム、61…輪切り前のロール、62…輪切りしたロール、71…接続線72…スルーホール、73…同調コンデンサ、81…シリコンウエハ、82…支持シート、91…上側遮蔽シート、92…下側遮蔽シート、101…上側遮蔽インク、102…下側遮蔽インク、111…テープカッター、113…媒体、115…テープローラ、121…質問機アンテナ、122…送信電波、123…受信電波、141…真空吸着器、142…ペレットケース、151…照射光152…ホトマスク、153…感光性材料。
Claims (16)
- 支持シートに付着したシリコンウエハから分離された複数の電子装置へ補強部材をスクリーン印刷により形成し、
粘着材を付着させた第1フィルム状基材に、複数の開孔部を備えた治具を配置し、
前記開孔部の内部に前記電子装置を填め込むことにより、前記第1フィルム状基材に前記粘着材を介し、前記電子装置を接着させ、
前記治具を前記第1フィルム状基材から取り除き、
前記補強部材を溶融、流動させることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記電子装置に第2フィルム状基材を被せることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の製造方法において、
前記電子装置を所望の数だけ含むように前記第1フィルム状基材を裁断することを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の製造方法において、
重なった前記第1及び第2フィルム状基材とをロール状に巻き、
前記第1及び第2フィルム基材を裁断して輪切りにすることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載の製造方法において、
前記電子装置は、複数の前期開孔部の位置に対応した複数の吸引口を有する吸引器にて吸引され、前記開孔部の内部に填め込まれることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から5のいずれかに記載の製造方法において、
前記電子装置は、ICチップであることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から6のいずれかに記載の製造方法において、
前記電子装置は、無線によりエネルギー及びデータを非接触に送受信するアンテナを備えるものであることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から7のいずれかに記載の製造方法において、
前記開孔部は、正方形、又は、チップサイズに合わせた形態にとられた貫通孔、または、溝であることを特徴とする製造方法。 - 請求項1から8のいずれかに記載の製造方法において、
前記開孔部の深さは、前記電子装置の厚さより深いものであることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から9のいずれかに記載の製造方法において、
前記第1フィルム状基材は紙であることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から10のいずれかに記載の製造方法において、
前記第1フィルム状基材はセロファンテープであることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から11のいずれかに記載の製造方法において、
前記電子装置の厚さは、30μm以下であることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から12のいずれかに記載の製造方法において、
前記電子装置の幅は、0.5mm以下であることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から13のいずれかに記載の製造方法により、製造されたことを特徴とする電子装置。
- 請求項1から13のいずれかに記載の製造方法において、
前記補強材は、銀ペースト、又は、導電性カーボンインクであることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1から13、15のいずれかに記載の製造方法において、
前記補強材の溶融、流動は、補強部材への加圧、加熱によりなされることを特徴とする電子装置の製造方法。
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