JP4240659B2 - Optical / electrical wiring board, manufacturing method, and mounting board - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光配線と電気配線とが混在する光・電気配線基板及びその製造方法並びにその基板に光部品と電気部品とを実装した実装基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
より速く演算処理が行えるコンピュータを作るために、CPUのクロック周波数は益々増大する傾向にあり、現在では1GHz程度のものが出現するに至っている。この結果、コンピュータの中のプリント基板上の銅による電気配線には高周波信号が流れる部分が存在することになるので、ノイズの発生により誤動作が生じたり、また、電磁波が発生して周囲に影響を与えることにもなる。
【0003】
このような問題を解決するために、プリント基板上の銅による電気配線の一部を光ファイバ又は光導波路による光配線に置き換え、電気信号の代わりに光信号を利用することが行われている。なぜなら、光信号の場合は、ノイズ及び電磁波の発生を抑えられるからである。
【0004】
高密度実装又は小型化の観点からは、電気配線と光配線とが同一の基板上で積層されている光・電気配線基板を作製することが望ましいが、従来の光・電気配線基板は、レーザ発光素子や受光素子などの光部品を実装するとき、光部品の光軸と光配線の光軸とを光学的に一致させることが難しく、一般に熟練労働者に頼らなければ一致させられなかった。従って、リフロー炉などで自動的にハンダ付けできる電気部品と比較して、光部品を光・電気配線基板に実装することは、非常に高価なものになるという欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、高密度実装又は小型化が可能で、しかも光部品の実装が電気部品の実装と同じ方法で行える光・電気配線基板を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記の課題を達成するために、まず請求項1の発明では、電気配線を有する基板の上に、光配線として光信号を伝搬させる光ファイバを有する光配線層を備えた光・電気配線基板であって、該光ファイバが樹脂層に埋設された光配線層と、該光ファイバの一部に設けられたミラーと、光配線層を貫通し、一方の端面が該電気配線を有する基板に設置された、光ファイバを固定するための導電性突起部と、光配線層を貫通し、一方の端面が該電気配線と接続し、他方の端面が光部品と電気接続を取るための導電性突起部と、を具備することを特徴とする光・電気配線基板としたものである。
【0007】
また請求項2の発明では、請求項1記載の発明を前提とし、光配線層を貫通し、一方の端面が該電気配線と接続し、他方の端面が電気部品と電気接続を取るための導電性突起部と、を具備することを特徴とする光・電気配線基板としたものである。
【0008】
また請求項3の発明では、請求項1、2記載の発明を前提とし、光配線層上に設けられた電気配線と、を具備することを特徴とする光・電気配線基板としたものである。
【0009】
また請求項4の発明では、光配線層を構成する該樹脂の屈折率が該光ファイバのクラッド層の屈折率と等しいことを特徴とする光・電気配線基板としたものである。
【0010】
また請求項5の発明では、電気配線を有する基板の上に、光配線として光信号を伝搬させる光ファイバを有する光配線層を備えた光・電気配線基板の製造方法であって、電気配線を有する基板の所定の電気配線上に導電性突起部を形成する工程と、光ファイバ固定用導電性突起部に光ファイバを固定する工程と、樹脂層を形成して該光ファイバを埋設させる工程と、該導電性突起部の上面を露出させる工程と、該光配線層上に電気配線を形成する工程と、該光配線層の所定の位置に、穿孔によるミラーを形成する工程と、を具備する光・電気配線基板の製造方法としたものである。
【0011】
また請求項6の発明では、請求項1〜3の何れか1項記載の光・電気配線基板に光部品又は/及び電気部品を実装したことを特徴とする実装基板としたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
1.光・電気配線基板
本発明の光・電気配線基板において、光部品を実装する部分の平面図を図1に、光配線である光ファイバ1に沿って切断する断面図を図2に示す。
【0013】
本発明の光・電気配線板は電気配線10、11、12、13を備えた基板8上に、光配線層9が積層されている構造をとる。この基板8は単層の絶縁基板でも、電気配線と絶縁層が交互に積層された多層配線基板でも良い。また、構成材料として、ガラス布に樹脂を含浸させた絶縁基板でも、ポリイミドフィルムでも、セラミック基板でも良い。
【0014】
光配線層9には、光信号を伝搬させる光配線として光ファイバ1が、樹脂層3に埋設されている。光ファイバ1は光信号が伝搬するコア層1bと光信号をコア層に閉じこめるクラッド層1aからなる。この光ファイバ1は導電性突起部2間によって固定される。本導電性突起部2はフォトリソグラフィ技術とめっき技術にて形成されるため、光ファイバのコア層の位置は基板8上に形成したアライメントマーク(図示せず)によって決めることができる。
【0015】
また、本導電性突起部2はあらかじめ基板8に形成された導体層14、15上に設置される。この導体層は基板8上の電気配線と独立しているほうが好ましい。
【0016】
樹脂層3を形成する樹脂の特性としては、ガラス転移温度Tgが高く、絶縁抵抗が高く、熱膨張率の小さいものが良く、加えて、光ファイバのクラッド層の屈折率と等しいものが必要である。その成膜方法としては、熱硬化、光硬化等があげられる。たとえば、ポリイミド系樹脂やエポキシ系樹脂などがあげられる。
【0017】
光ファイバには光信号であるレーザ光を反射させ90°に伝搬方向を変えるミラー16が形成される。このミラーは、本発明の光・電気配線板上に搭載したレーザ発光素子から基板に向かって垂直方向に発した光信号を、基板面と並行に配置した光ファイバへ挿入したり、逆に、光ファイバを伝搬してきた光信号を、本発明の光・電気配線基板上に設置した受光素子へ向かって、垂直に光信号の伝搬方向を変える役割を果たし、光ファイバのコア層に、基板に対し45°をなす面を形成する。このミラーは光配線層上にフォトリソグラフィ技術により形成したメタルマスクをもとにエッチング法を用いた穿孔による加工、またはレーザによる穿孔による加工により形成できるので、その位置は基板8上に形成したアライメントマーク(図示せず)によって決めることができる。
【0018】
ミラー16の周辺部には、レーザ発光素子や受光素子などの光部品と電気接続を取るための導電性突起部4、5、6、7が光配線層に埋設されており、基板9に形成された電気配線10、11、12、13と接続している。また、その上面部4a、5a、6a、7aに直に光部品がハンダ付けされる。必要に応じて上面部4a、5a、6a、7a表面にNi/Auめっき等の表面処理を施しても良い。一方、IC等の電気部品も同様に基板8上の電気配線と導電性突起部と介して電気接続される。本導電性突起部もフォトリソグラフィ技術とめっき技術にて形成されるため、その位置は基板8上に形成したアライメントマーク(図示せず)によって決めることができ、先に述べた光ファイバ固定用導電性突起部と同時形成が可能である。
【0019】
図3は、導電性突起部上面部4a、5a、6a、7aの上に、半導体レーザなどのレーザ発光素子22のリード24をハンダ付けしたときの断面図である。レーザ発光素子22のレーザ発光面23から放出されたレーザ光21は、ミラー16で反射され、光ファイバ1を伝搬する。
【0020】
図4は、導電性突起部上面部4a、5a、6a、7a上に、フォトダイオードなどの受光素子32のリード34を、ハンダ付けしたときの断面図である。光ファイバ1を伝搬するレーザ光31は、ミラー16で反射され、受光素子32の受光面33に入射する。
【0021】
すでに述べたように、光ファイバ1におけるコア層1bと、光部品を搭載するための導電性突起部上面部4a、5a、6a、7aと、さらにミラー16との間の相互の位置関係は、意図されたものに極めて高精度で一致するので、光部品のリードを導電性突起部上面部4a、5a、6a、7aに置くと、光ファイバ1におけるコア層1bの光軸とが光学的に一致するようになる。それゆえ、光部品をリフロー炉などで自動的にハンダ付けすることができる。
【0022】
光・電気配線基板の光配線層の上に、電気部品をハンダ付けするための導電性突起部を設けても良いし、また、電気配線を設けても良い。電気部品用の導電性突起部は、光部品用の導電性突起部と同様に、基板上の配線と電気接続される。
【0023】
また、必要に応じて光配線層上の導電性突起部上面部間に電気配線を形成して電気接続を取ることもできる。
【0024】
2.光・電気配線基板の製造方法
本発明の光・電気配線基板の製造方法は、基本的には次の通りである。まず、電気配線を有する基板上にフォトリソグラフィ技術とめっき技術にて導電性突起部を形成する。光ファイバ固定用の導電性突起部に光ファイバを固定する。その上から樹脂3を塗布し、光配線層を形成する。その後、導電性突起部上面部上にある樹脂層3を除去し、光配線層表面から露出させる。さらに、フォトリソグラフィ技術とめっき、エッチング技術にて電気配線とミラー加工のための金属マスク開口部を形成し、ドライエッチングによりミラーを形成する。
【0025】
以下、一つの実施の形態を、基板上の電気配線と電気接続する光部品搭載用の導電性突起部に焦点を当てて、図5の(a)〜(l)の流れに従って説明する。
【0026】
図5の(a)のように、銅電気配線層42、光ファイバ固定用導電性突起部と接続する導体層43を有する銅ポリイミド多層基板41上にスパッタによりCrおよび銅からなる金属薄膜44を形成する。
【0027】
図5の(b)のように、フォトレジスト45としてPMER(東京応化(株)製)をロールコートにより100μm形成する。露光、現像処理を行い、100μm径の光部品接続用導電性突起部のための開口部46ならびに300μm 角の光ファイバ固定用導電性突起部のための開口部47を形成する。
【0028】
金属薄膜層44を陰極にして、硫酸銅浴中、常温にてフォトレジストの膜厚程度まで銅めっきを行い、さらに、無電解めっきにてNi2μm、Au0.05μm形成し、図5の(c)のように、導電性突起部48および49を作製する。
【0029】
図5の(d)のように、フォトレジスト45を専用の剥離液にて除去する。
【0030】
図5の(e)のように、金属薄膜44をエッチング液にて除去する。
【0031】
図5の(f)のように、100μm 径の光ファイバ50を所定位置に設置する。
【0032】
図5の(g)のように、光ファイバのクラッド層の屈折率に調整したフッ素化エポキシ樹脂をその上から塗布し、180℃、2時間、加熱して硬化させ、樹脂層51を形成する。
【0033】
図5の(h)のように、本基板最表面を一様にドライエッチングし、導電性突起部上面部48、49を露出させる。
【0034】
図5の(i)のように、ドライエッチングした最表面にスパッタにてCrおよび、銅の金属薄膜52を形成する。
【0035】
図5の(j)のように、フォトレジスト53をスピンコートにて2μm塗布し、下地の金属薄膜52にエッチング加工を施すための開口部54を形成する。
【0036】
図5の(k)のように、エッチング液にて金属薄膜のミラー形成のための開口部55を形成し、専用の剥離液にてフォトレジストを除去する。その後、基板を45°に傾斜させ、酸素ガスならびにフッ化ケイ素系ガスを用いて反応性イオンエッチングにて穿孔加工を行い、ミラー56を形成する。
【0037】
図5の(l)のように、金属薄膜52をエッチング除去して、本発明の光・電気配線基板が得られる。
【0038】
3.実装基板の製造方法
光・電気配線基板に、光部品(レーザ、フォトダイオード)及び電気部品(CPU、メモリ)をハンダを用い、実装を行った。
【0039】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果がある。
第1に、電気配線を有する基板の上に光配線層を設けるので、高密度実装又は小型化が可能であるという効果がある。
【0040】
第2に、光ファイバのコア層と光部品搭載用の導電性突起部上面部とミラーの間の相互の位置関係が意図されたものに極めて高精度で一致するので、光部品の光軸と光配線の光軸とを光学的に一致させることが容易であり、それゆえ光部品と電気部品とを同時に自動的実装できるという効果がある。
【0041】
第3に、光部品、あるいは、電気部品をハンダ付けする際、めっきで形成された導電性突起部に直に接続するため、ハンダ溶融熱の影響を受けず、接続の信頼性が向上する。同時に、基板上の電気配線との接続の信頼性も向上するという効果がある。
【0042】
第4に、光配線層の上にも電気配線を設けられるので、電気配線間の干渉が抑えられるという効果がある。
【0043】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光・電気配線基板における光部品を実装する部分の平面図。
【図2】本発明の光・電気配線基板における光部品を実装する部分において、光ファイバに沿って切断する断面図。
【図3】本発明の光・電気配線基板にレーザ発光素子を実装した場合のレーザ光の伝搬の説明図。
【図4】本発明の光・電気配線基板に受光素子を実装した場合のレーザ光の伝搬を説明図。
【図5】本発明の光・電気配線基板の製造方法の説明図。
【符号の説明】
1 光ファイバ
1aクラッド層
1bコア層
2 光ファイバ固定用導電性突起部
3 樹脂層
4 導電性突起部
4a導電性突起部の上面部
5 導電性突起部
5a導電性突起部の上面部
6 導電性突起部
6a導電性突起部の上面部
7 導電性突起部
7a導電性突起部の上面部
8 基板
9 光配線層
10 電気配線
11 電気配線
12 電気配線
13 電気配線
14 導体層
15 導体層
16 ミラー
21 レーザ光
22 レーザ発光素子
23 レーザ発光面
24 リード
25 ハンダ
31 レーザ光
32 受光素子
33 受光面
34 リード
35 ハンダ
41 基板
42 電気配線
43 導体層
44 金属薄膜
45 フォトレジスト
46 導電性突起部開口部
47 光ファイバ固定用導電性突起部開口部
48 導電性突起部
49 光ファイバ固定用導電性突起部
50 光ファイバ
51 樹脂層
52 金属薄膜
53 フォトレジスト
54 フォトレジスト開口部
55 金属薄膜開口部
56 ミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical / electrical wiring board in which optical wiring and electrical wiring are mixed, a method for manufacturing the same, and a mounting board in which optical components and electrical components are mounted on the substrate.
[0002]
[Prior art]
In order to make a computer that can perform arithmetic processing faster, the clock frequency of the CPU tends to increase more and more, and about 1 GHz now appears. As a result, there are parts where high-frequency signals flow in the electrical wiring of copper on the printed circuit board in the computer, so malfunctions may occur due to the generation of noise, and electromagnetic waves may be generated, affecting the surroundings. It will also give.
[0003]
In order to solve such a problem, a part of the copper electrical wiring on the printed circuit board is replaced with an optical fiber or optical waveguide optical wiring, and an optical signal is used instead of the electrical signal. This is because the generation of noise and electromagnetic waves can be suppressed in the case of optical signals.
[0004]
From the viewpoint of high-density mounting or miniaturization, it is desirable to produce an optical / electrical wiring board in which electrical wiring and optical wiring are stacked on the same substrate. When mounting an optical component such as a light-emitting element or a light-receiving element, it is difficult to optically match the optical axis of the optical component and the optical axis of the optical wiring. In general, the optical components cannot be matched without relying on skilled workers. Therefore, compared with an electrical component that can be automatically soldered in a reflow furnace or the like, mounting an optical component on an optical / electrical wiring board has a drawback of becoming very expensive.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the drawbacks of the related art, and provides an optical / electrical wiring board that can be mounted at a high density or miniaturized, and that optical components can be mounted in the same manner as electrical components. Is an issue.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object in the present invention, first, in the invention of
[0007]
Further, the invention of
[0008]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical / electrical wiring board comprising the electric wiring provided on the optical wiring layer on the premise of the inventions of the first and second aspects. .
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical / electrical wiring board characterized in that the refractive index of the resin constituting the optical wiring layer is equal to the refractive index of the cladding layer of the optical fiber.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical / electrical wiring board comprising an optical wiring layer having an optical fiber for propagating an optical signal as an optical wiring on a substrate having electric wiring, A step of forming a conductive protrusion on a predetermined electric wiring of a substrate having a step, a step of fixing an optical fiber to the conductive protrusion for fixing an optical fiber, a step of forming a resin layer and embedding the optical fiber; A step of exposing the upper surface of the conductive protrusion, a step of forming an electrical wiring on the optical wiring layer, and a step of forming a mirror by perforation at a predetermined position of the optical wiring layer. This is a method for manufacturing an optical / electrical wiring board.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a mounting substrate comprising an optical component and / or an electric component mounted on the optical / electrical wiring substrate according to any one of the first to third aspects.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1. Optical / Electrical Wiring Board FIG. 1 is a plan view of a portion on which an optical component is mounted in the optical / electrical wiring board of the present invention, and FIG.
[0013]
The optical / electrical wiring board of the present invention has a structure in which an
[0014]
In the
[0015]
Further, the
[0016]
The characteristics of the resin forming the
[0017]
The optical fiber is formed with a
[0018]
In the periphery of the
[0019]
FIG. 3 is a cross-sectional view when the
[0020]
FIG. 4 is a cross-sectional view when the
[0021]
As already described, the mutual positional relationship between the
[0022]
On the optical wiring layer of the optical / electrical wiring board, conductive protrusions for soldering electrical components may be provided, or electrical wiring may be provided. The conductive protrusion for the electrical component is electrically connected to the wiring on the substrate in the same manner as the conductive protrusion for the optical component.
[0023]
Further, if necessary, an electrical wiring can be formed between the upper surface portions of the conductive protrusions on the optical wiring layer to make an electrical connection.
[0024]
2. Manufacturing Method of Optical / Electrical Wiring Substrate The manufacturing method of the optical / electrical wiring substrate of the present invention is basically as follows. First, conductive protrusions are formed on a substrate having electrical wiring by a photolithography technique and a plating technique. The optical fiber is fixed to the conductive protrusion for fixing the optical fiber.
[0025]
Hereinafter, one embodiment will be described in accordance with the flow of FIGS. 5A to 5L with a focus on the conductive protrusions for mounting optical components that are electrically connected to the electrical wiring on the substrate.
[0026]
As shown in FIG. 5A, a metal
[0027]
As shown in FIG. 5B, 100 μm of PMER (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is formed as a
[0028]
Using the metal
[0029]
As shown in FIG. 5D, the
[0030]
As shown in FIG. 5E, the metal
[0031]
As shown in FIG. 5F, an
[0032]
As shown in FIG. 5G, a fluorinated epoxy resin adjusted to the refractive index of the clad layer of the optical fiber is applied from above and cured by heating at 180 ° C. for 2 hours to form the resin layer 51. .
[0033]
As shown in FIG. 5H, the outermost surface of the substrate is uniformly dry-etched to expose the
[0034]
As shown in FIG. 5 (i), a Cr and copper metal
[0035]
As shown in FIG. 5J, a
[0036]
As shown in FIG. 5 (k), an opening 55 for forming a metal thin film mirror is formed with an etching solution, and the photoresist is removed with a dedicated stripping solution. Thereafter, the substrate is tilted at 45 °, and drilling is performed by reactive ion etching using oxygen gas and silicon fluoride-based gas to form the
[0037]
As shown in FIG. 5L, the metal
[0038]
3. Manufacturing method of mounting substrate Optical components (laser, photodiode) and electrical components (CPU, memory) were mounted on an optical / electrical wiring substrate using solder.
[0039]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
First, since an optical wiring layer is provided on a substrate having electrical wiring, there is an effect that high-density mounting or miniaturization is possible.
[0040]
Second, since the mutual positional relationship between the core layer of the optical fiber, the upper surface of the conductive projection for mounting the optical component, and the mirror coincides with the intended one with extremely high accuracy, the optical axis of the optical component It is easy to optically match the optical axis of the optical wiring, and therefore there is an effect that the optical component and the electrical component can be automatically mounted simultaneously.
[0041]
Third, when soldering an optical component or an electrical component, it is directly connected to the conductive protrusion formed by plating, so that it is not affected by solder melting heat and the connection reliability is improved. At the same time, there is an effect that the reliability of connection with the electrical wiring on the substrate is also improved.
[0042]
Fourthly, since the electrical wiring is also provided on the optical wiring layer, there is an effect that interference between the electrical wirings can be suppressed.
[0043]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a portion where an optical component is mounted on an optical / electrical wiring board according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along an optical fiber in a portion where an optical component is mounted in the optical / electrical wiring board of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the propagation of laser light when a laser light emitting element is mounted on the optical / electrical wiring board of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view of the propagation of laser light when a light receiving element is mounted on the optical / electrical wiring board of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view of a method for manufacturing an optical / electrical wiring board of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該光ファイバが樹脂層に埋設された光配線層と、
該光ファイバの一部に設けられたミラーと、
光配線層を貫通し、一方の端面が該電気配線を有する基板に設置された、光ファイバを固定するための導電性突起部と、
光配線層を貫通し、一方の端面が該電気配線と接続し、他方の端面が光部品と電気接続を取るための導電性突起部と、
を具備することを特徴とする光・電気配線基板。An optical / electrical wiring board comprising an optical wiring layer having an optical fiber for propagating an optical signal as an optical wiring on a substrate having electric wiring,
An optical wiring layer in which the optical fiber is embedded in a resin layer;
A mirror provided in a part of the optical fiber;
A conductive protrusion for fixing an optical fiber, penetrating the optical wiring layer and having one end face installed on a substrate having the electrical wiring;
A conductive protrusion for penetrating the optical wiring layer, one end face is connected to the electrical wiring, and the other end face is electrically connected to the optical component;
An optical / electrical wiring board comprising:
を具備することを特徴とする請求項1記載の光・電気配線基板。Furthermore, a conductive protrusion for penetrating the optical wiring layer, one end face is connected to the electrical wiring, and the other end face is electrically connected to the electrical component;
The optical / electrical wiring board according to claim 1, comprising:
を具備することを特徴とする請求項1から2に記載の光・電気配線基板。Furthermore, electrical wiring provided on the optical wiring layer;
The optical / electrical wiring board according to claim 1, further comprising:
電気配線を有する基板の所定の電気配線上に導電性突起部を形成する工程と、
光ファイバ固定用導電性突起部に光ファイバを固定する工程と、
樹脂層を形成して該光ファイバを埋設させる工程と、
該導電性突起部の上面を露出させる工程と、
該光配線層上に電気配線を形成する工程と、
該光配線層の所定の位置に、穿孔によるミラーを形成する工程と、
を具備することを特徴とする光・電気配線基板の製造方法。A method of manufacturing an optical / electrical wiring board comprising an optical wiring layer having an optical fiber for propagating an optical signal as an optical wiring on a substrate having electric wiring,
Forming conductive protrusions on predetermined electrical wiring of a substrate having electrical wiring;
Fixing the optical fiber to the conductive protrusion for fixing the optical fiber;
Forming a resin layer and embedding the optical fiber;
Exposing the upper surface of the conductive protrusion;
Forming an electrical wiring on the optical wiring layer;
Forming a mirror by perforation at a predetermined position of the optical wiring layer;
A method of manufacturing an optical / electrical wiring board, comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP17870399A JP4240659B2 (en) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | Optical / electrical wiring board, manufacturing method, and mounting board |
Applications Claiming Priority (1)
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JP17870399A JP4240659B2 (en) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | Optical / electrical wiring board, manufacturing method, and mounting board |
Publications (2)
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---|---|
JP2001007462A JP2001007462A (en) | 2001-01-12 |
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