JP5366781B2 - 樹脂封止用耐熱性粘着テープ及びこれを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
このQFNでは、リードフレーム面積あたりの生産性を飛躍的に向上させることができる製造方法が、特に注目されている。その方法として、複数のQFN用チップをリードフレームのダイパッド上に整列させ、金型のキャビティ内で封止樹脂にて一括封止し、その後、切断によって個別のQFN構造物に分割することを含む製造方法が挙げられる。
このことは、樹脂漏れ防止可能な粘着性を備えながら、一般の耐熱性粘着テープのように粘着剤の弾性が高いことに起因してワイヤボンディングに支障をきたすことがないという、一連の製造工程において、相反する必要条件を同時に満たすことを意味する。
このような方法として、厚み10μm以下の粘着剤層を有する耐熱性粘着テープを用いて、樹脂漏れを防止しつつワイヤボンディングなどの一連工程を実施する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
一方、プラズマ処理は、耐熱性粘着テープの劣化を招き、樹脂封止に対して糊残りをもたらすことがある。
そのため、上述した一連の半導体装置の製造工程において必要とされる耐熱性粘着テープの特性に加え、プラズマ処理によって劣化しない耐熱性粘着テープが求められている。
分子内架橋としては、粘着剤成分を構成するポリマーにおけるグリシジル基とカルボキシル基とを分子内で反応させる方法(例えば、特許文献2)が挙げられ、分子外架橋としては、粘着剤成分を構成するポリマー中のカルボキシル基とエポキシ系架橋剤とを反応させる方法が挙げられる。
一方、分子外架橋では、架橋率を増大させるために、カルボキシル基に対してエポキシ系架橋剤を多量に添加すると、粘着剤のポットライフが急激に短くなり、やはり粘着テープの生産性に問題が生じる。
基材層と該基材層上に積層された粘着剤層とを備えた粘着テープであって、
前記基材層は、300℃以下の温度でガラス転移温度が認められず、該基材層を180℃で3時間加熱したときの熱収縮率が0.40%以下であり、
前記粘着剤層は、(メタ)アクリル酸と該(メタ)アクリル酸以外のモノマー成分とに由来する構造単位を含むポリマー及び分子外架橋用エポキシ系架橋剤を含む粘着剤によって形成されており、前記(メタ)アクリル酸は、前記モノマー成分100重量部に対して5重量部以上含有され、前記分子外架橋用エポキシ系架橋剤は、前記(メタ)アクリル酸に対して0.6当量以上に対応する重量部数で含有され、かつプラズマ照射後の粘着剤の破断伸びが200%以下である粘着剤を用いて形成されてなることを特徴とする。
また、前記粘着剤層は、プラズマ照射後の粘着剤の破断伸びが200%以下である粘着剤を用いて形成されてなることが好ましい。
さらに、前記粘着剤層は、パルスNMR測定による緩和時間が400μ秒以下である粘着剤を用いて形成されてなることが好ましい。
また、前記粘着テープのプラズマ照射前の粘着テープ重量(A)に対する、プラズマ照射後の粘着テープの重量(B)の変化率(B/A)が30%以下であることが好ましい。
前記粘着剤層が、前記基材層の片面上にのみ積層されていることが好ましい。
リードフレーム表面に搭載された半導体チップを樹脂封止する際に前記リードフレームの少なくとも一面に貼着され、封止後に剥離するために用いられることが好ましい。
リードフレームの少なくとも一面に、上述した粘着テープを貼着し、
前記リードフレーム上に半導体チップを搭載し、
該半導体チップ側を封止樹脂により封止し、
封止後に前記粘着テープを剥離する工程を含み、
さらに、前記粘着テープの貼着から剥離の間に、プラズマ処理を行う工程を含むことを特徴とする。
さらに、リードフレーム上への半導体チップの搭載後、該半導体チップの封止樹脂の前に、半導体チップ表面に形成された電極パッドとリードフレームとを結線する工程を含み、前記プラズマ処理を、結線工程前に行うことが好ましい。
また、本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法によれば、上述した粘着テープを利用することにより、糊残りを発生させずに、良好な歩留まりで樹脂封止型半導体装置を製造することができる。
基材層としては、特に限定されるものではなく、当該分野で使用される粘着テープの基材として用いられる材料からなるものであればどのようなものでも用いることができる。
特に、基材層は、通常の半導体製造プロセスで使用される加熱、例えば、樹脂封止時の加熱に対して耐性を有するものが適している。具体的には、170℃以上、200℃以上、250℃以上、300℃以上の耐熱性を有しているものが挙げられる。封止樹脂は、一般的に175℃前後の温度が付与されることから、このような温度条件下での著しい基材層の収縮又は基材そのものの破壊等が生じないものが好ましい。
ここで、Tgは、ASTM D696に準拠して、熱機械分析装置(例えば、エスアイエステクノロジー社製、TMA/SS600)により求められる値である。つまり、基材層のサンプル(例えば、厚さ1mm×幅4mm)を、荷重19.6mN、室温から10℃/分の速度で昇温させ、熱分析装置にて厚さ方向の熱膨張量を測定し、熱膨張量と温度との関係をグラフ化し、ガラス転移温度と予想される点前後の曲線に接線を引き、これらの接線の交点から求められた値である。従って、300℃以下にガラス転移温度を有さないとは、ガラス転移温度と予想される温度が認識できず、接線の交点がほぼ認められないことを意味する。
ここで、熱収縮率とは、5cm角の基材層を180℃で3時間加熱したときの、加熱前寸法(5cm)100%に対する寸法変化の割合(%)を示す。この熱収縮率は、市販の投影機(ミツトヨ製投影機、PJ−H3000F)によって測定することができる。
ここで、線熱膨張係数は、ASTM D696に準拠して、TMA(サーモ・メカニカル・アナリシス)により測定される値である。
粘着剤層は、耐熱性を有するものであれば、当該分野で通常用いられている粘着剤によって形成することができる。この粘着剤は、感圧型、感熱型、感光型のいずれの型でもよいが、エネルギー線の照射によって硬化するタイプの粘着剤であることが適している。これにより、使用後、被加工物からの剥離を容易に行うことができる。なお、粘着剤層は、基材層の両側に形成されていてもよいが、片側のみに形成されていることが適している。
このような観点から、粘着剤層を構成する粘着剤としては、例えば、アクリル系粘着剤及びエポキシ系架橋剤を含有しているものが適している。
特に、粘着剤として、(メタ)アクリル酸と、(メタ)アクリル酸以外のモノマー成分とに由来する構造単位を含むポリマー及びエポキシ系架橋剤を含むことが好ましい。
なお、本明細書において、(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸とは、アクリレート/アクリル酸及び/又はメタクリレート/メタクリル酸を意味する。
架橋剤としては、エポキシ系架橋剤の他、例えば、イソシアネート系架橋剤、アジリジン系化合物、キレート系架橋剤等が組み合わせて用いられていてもよい。
架橋剤の含有量は、耐プラズマ性を確保するという観点から、高い水準の架橋程度を実現し得る範囲とすることが適している。具体的には、粘着剤を構成する(メタ)アクリル酸に対して0.4当量に対応する重量部数以上であることが挙げられる。なかでも、0.5当量又は0.6当量に対応する重量部数以上であることが好ましい。この範囲とすることにより、粘着剤の架橋点を増加させつつ、かつ高架橋にすることにより、プラズマ照射後の粘着剤の劣化を防止して、被着物から粘着テープの剥離した場合の糊残りを低減させることができる。
ここで、ゲル分率とは、粘着剤中の溶媒不溶成分の割合を意味し、下記の方法で測定および算出することができる。
粘着剤を剥離シート等の面上に塗工し、乾燥および硬化させて得られた粘着剤フィルムの約0.1gを、テトラフルオロエチレンシートに包んだ後、過剰量の溶媒(トルエン)中に室温で1週間浸漬し、粘着剤層の浸漬前後の重量を測定し、その比(浸漬後の重量/浸漬前の重量)×100をゲル分率とする。
破断伸びは、長さ50mmに切断した粘着剤を、気泡が入らないように棒状に丸め、チャック間距離10mmに設定したテンシロン(ORIENTEC製 UNIVERSAL TESTING MACHINE RTC−1150A)を用いて、引張速度:300mm/minで180°方向に引張試験を行った際の粘着剤の伸び率を用いて表すことができる。通常、架橋密度が増加すると粘着剤としては伸び難くなる傾向があり、上述した範囲とすることにより、粘着剤物性として粘着剤の伸びやすさ、つまり、架橋の密度を適した程度に調整することができる。
ここで、プラズマ照射とは、例えば、粘着テープの粘着剤層全面に、不活性ガス雰囲気下(例えば、アルゴン)、つまり、不活性ガスの流量が10〜100sccm(例えば、40sccm)、出力が100〜500W(例えば、300W)、照射時間が1〜5分間(例えば、3分間)でプラズマを照射することを意味する。
Solid Echo法のパルスNMRは、10mmφの試験管に粘着剤を詰め込み、JEOL(日本電子データム株式会社)製 JNM−MU25を用いて、例えば、共鳴周波数:25MHz、共鳴磁場:0.5872T、繰り返し時間:1s、パルス幅:2.2μs、対象核:1Hとし、35℃雰囲気下においてシングルモードで測定した値として、測定することができる。
ここで、貯蔵弾性率とは、試料層を1.5mm〜2mmの厚みで作製した後、これを直径7.9mmのポンチで打ち抜いて得た試料を、Rheometric Scientific 社製の粘弾性スペクトロメーター(ARES)を用いて、チャック圧100g重、周波数1Hzに設定して測定することによって求めた値である。
粘着剤層は、接着剤成分を調製し、これを基材層に塗布/乾燥することにより形成することができる。
粘着剤成分の調製は、粘着剤自体の架橋度、特に分子外架橋度を高めながら、ポットライフの制御、つまり(メタ)アクリル酸とエポキシ系架橋剤との反応性を制御することが好ましい。そのために、(メタ)アクリル酸とエポキシ系架橋剤との反応の際に、希釈溶剤として、極性溶剤を用いることが適している。ここで、極性溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、水、蟻酸、酢酸、アセトン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等が例示される。なかでも、メチルエチケトンが好ましい。
接着剤成分の塗布方法としては、バーコーター塗工、エアナイフ塗工、グラビア塗工、グラビアリバース塗工、リバースロール塗工、リップ塗工、ダイ塗工、ディップ塗工、オフセット印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷など種々の方法を採用することができる。また、別途、剥離ライナーに粘着剤層を形成した後、それを基材フィルムに貼り合せる方法等を採用してもよい。
粘着テープの基材層の厚さ(E)と粘着剤層の厚さ(F)との比(F/E)は、剥離時に糊残りを抑制する観点から、3以下であることが好ましい。
本発明の粘着テープは、樹脂封止型半導体装置の製造において、リードフレームへ貼り付けられ、プラズマに曝されるため、リードフレームへの適当な粘着性、プラズマへの適当な耐性が必要とされる。
発明者らは、また、プラズマに対する耐性を向上させるという観点から、プラズマ照射に対する粘着テープの重量減少を抑制することが有効であることを見出している。
このように重量変化率を低減させることによって、粘着剤層における粘着剤の低分子量化が抑制される。従って、粘着機能を損なうことなく、ワイヤボンディング工程後の樹脂封止面に対して糊残りを有効に防止することができ、結果として耐プラズマ性を付与することができる。これによって、ワイヤボンディングの成功率を維持又は向上させることができる。
また、重量変化率(B/A)を30%程度以下にするために、上述した粘着剤層を構成する(メタ)アクリル酸の量及び/又はエポキシ系架橋剤の量(ゲル分率)を調整することが適している。
粘着テープの封止樹脂への剥離角度180°での粘着力は、10.0N/19mm幅程度以下が適しており、好ましくは6.0N/19mm幅程度以下である。
ここで、この粘着力は、測定温度が25±2℃、剥離角度が180°、剥離速度が300mm/分(JIS Z0237に準拠)の条件下に、リードフレームからの剥離によって測定した場合の値である。このような測定は、市販の測定装置(島津製作所製、オートグラフAG-X等)によって行うことができる。
剥離角度120°±15°での剥離強度は、1.2N/50mm幅以下、1.0N/50mm幅以下、0.8N/50mm幅以下程度が適している。
剥離角度150°±15°での剥離強度は、1.0N/50mm幅以下、0.8N/50mm幅以下、0.6N/50mm幅以下程度が適している。
剥離角度180°±15°での剥離強度は、1.0N/50mm幅以下、0.8N/50mm幅以下、0.6N/50mm幅以下程度が適している。
剥離強度をこのような範囲とすることにより、一般に利用されるテープ貼り付け装置等を用いた場合でも、剥離シートの剥離のための過度の剥離強度を必要とせず、粘着テープのしわ、貼り付け位置のずれを発生させず、粘着テープへ残留応力を負荷することを防止することができる。これによって、リードフレームの反り、封止樹脂の樹脂漏れ等の発生を抑制することができる。
本発明の粘着テープは、半導体装置の製造に、特に、樹脂封止する際に使用される粘着テープである。つまり、リードフレーム表面に搭載された半導体チップを樹脂封止する際にリードフレームの少なくとも一面、例えば、裏面(半導体チップが搭載された面と反対側の面、以下同じ)に貼着され、封止後に剥離するために用いられる。
リードフレーム11は、通常、Cu系素材(Cu−Fe−Pなど)、Fe系素材(Fe−Niなど)等の金属板によって形成されている。また、QFNの端子パターンが刻まれていてもよい。特に、リードフレーム内の電気接点部分(後述する半導体チップとの接続部分)に、銀、ニッケル、パラジウム、金等で被覆(めっき)されているものが好ましい。リードフレーム11の厚みは、通常、100〜300μm程度が挙げられる。
通常、上述したように、リードフレーム11は、半導体チップ15を固定するためダイパッド11cと呼ばれる固定エリアが設けられていることから、半導体チップ15は、ダイパッド11c上に搭載される。
プラズマ照射では、通常、不活性ガス雰囲気下(例えば、アルゴン等)、つまり、これら不活性ガスの流量を10〜100sccm(例えば、40sccm)、出力を100〜500W、照射時間を1〜5分間で行う。
ワイヤボンドは、ボンディングワイヤ16、例えば、金線又はアルミ線などによって行われる。通常、150〜250℃に加熱した状態で、超音波による振動エネルギーと加圧による圧着エネルギーとの併用により行われる。この際、リードフレームに貼着した粘着テープ面を真空引きすることによって、ヒートブロックに確実に固定することができる。
なお、半導体チップ15として、フェイスダウン実装を行う場合には、適宜リフロー工程を行うことができる。
その後、図1(d)に示すように、封止樹脂17を含むリードフレーム11を金型から取り出す。
図1(e)に示すように、リードフレーム11裏面に貼り付けられた粘着テープを剥離する。
封止後の粘着テープ20の剥離は、上述したポストモールドキュアの前に行うことが好ましい。
その後、図1(f)に示すように、封止樹脂17を含むリードフレーム11を、半導体チップ15ごとに分割し、半導体装置21を得ることができる。
半導体チップ15ごとの分割は、ダイサー等の回転切断刃等を用いて行うことができる。
なお、以下の実施例においては、特に断らない限り、部及び%等は質量基準である。
(粘着剤の調製)
ブチルアクリレート100部に対して、アクリル酸7部を共重合させて、アクリル系共重合体を得た。メチルエチルケトン(MEK)溶剤中で、このアクリル系共重合体100部に対して、エポキシ系架橋剤(三菱ガス化学社製、Tetrad−C)を5部添加して、粘着剤組成物を得た。
この際の粘着剤の架橋度合いをSolid Echo法のパルスNMRにて測定した。その結果、緩和時間(短いほど架橋度が高い)は123μ秒であった。
さらにプラズマ照射後の粘着剤の破断伸びは164%であった。
(粘着テープの製造)
基材層として、25μm厚のポリイミドフィルム(東レデュポン製:カプトン100H、熱線膨張係数2.7×10−5/K、Tg 402℃)を準備した。
この基材層に、上述した粘着剤組成物を塗布して乾燥し、厚さ約10μmの粘着剤層を有する粘着テープを製造した。この際のプラズマ照射前後の粘着テープ重量変化率は6%であった。
(粘着剤の調製)
ブチルアクリレート100部に対して、アクリル酸1部を共重合させて、アクリル系共重合体を得た。このアクリル系共重合体100部に対して、エポキシ系架橋剤(三菱ガス化学社製、Tetrad−C)を4部添加して、粘着剤組成物を得た。
この際の粘着剤のパルスNMR緩和時間は568μ秒であった。さらにプラズマ照射後の粘着剤の破断伸びは271%であった。
(粘着テープの製造)
上記粘着剤組成物を用いた以外、実施例1と同様にして粘着テープを製造した。この際のプラズマ照射前後の粘着テープ重量変化率は47%であった。
(粘着剤の調製)
ブチルアクリレート100部に対して、アクリル酸7部を共重合させて、アクリル系共重合体を得た。このアクリル系共重合体100部に対して、エポキシ系架橋剤(三菱ガス化学社製、Tetrad−C)を0.5部添加して、粘着剤組成物を得た。
この際の粘着剤のパルスNMR緩和時間は492μ秒であった。さらにプラズマ照射後の粘着剤の破断伸びは259%であった。
(粘着テープの製造)
上記粘着剤組成物を用いた以外、実施例1と同様にして粘着テープを製造した。この際のプラズマ照射前後の粘着テープ重量変化率は40%であった。
25μm厚のポリエチレンナフタレートフィルム(帝人デュポン製テオネックスQ81、熱線膨張係数1.0×10−5/K、Tg:156℃)を基材層として用いた以外、実施例1と同様にして粘着テープを製造した。
この際の粘着剤のパルスNMR緩和時間、プラズマ照射後の破断伸び及びプラズマ照射前後の粘着テープ重量変化率は実施例1とほぼ同値であった。
実施例及び比較例で製造した粘着テープを、端子部に銀めっきが施された一辺16PinタイプのQFNが4個×4個に配列された銅製のリードフレームの裏面のアウターパット側に、テープラミネート装置PL−55TRM(日東電工製)を用いて、常温にて貼り合わせた。このリードフレームのダイパッドに、半導体チップを、エポキシフェノール系の銀ペーストを用いて接着し、180℃にて1時間ほど硬化して固定した。
その後、アルゴンガスの流量を40sccm、出力を300W、照射時間を3分間で、半導体チップ側から、リードフレームにプラズマ照射を行った。この際、プラズマは、粘着テープに対しては、リードフレームの開口から露出した粘着剤層に照射される。
次に、リードフレームを、粘着テープ側から真空吸引する形で200℃に加熱したヒートブロックに固定し、さらにリードフレームの周辺部分をウインドクランパーにて押さえて固定した。
これらを、115KHzワイヤボンダー(新川製:UTC−300B1)を用いてφ25μmの金線(田中貴金属製GMG−25)にて下記の条件でワイヤボンディングした。
ファーストボンディング加圧:100g
ファーストボンディング印加時間:10msec
セカンドボンディング加圧:150g
セカンドボンディング印加時間:15msec
このようにして結線作製したワイヤのプル強度を、プルテスター(レスカ製、Bonding tester PTR-30)を用いて測定した。測定値が4gf以上、かつ破壊モードが界面破壊でない場合を合格とした。
10mmφの試験管に粘着剤を詰め込み、JEOL(日本電子データム株式会社)製 JNM−MU25を用いて、共鳴周波数:25MHz、共鳴磁場:0.5872T、繰り返し時間:1s、パルス幅:2.2μs、対象核:1Hとし、35℃雰囲気下においてシングルモードで測定した。
(粘着剤の破断伸びの測定)
長さ50mmに切断した粘着剤を気泡が入らないように棒状に丸め、チャック間距離10mmに設定したテンシロン(ORIENTEC製 UNIVERSAL TESTING MACHINE RTC−1150A)を用いて、引張速度:300mm/minで180°方向に引張試験を行った際の粘着剤の伸び率を測定した。
(粘着テープ重量変化率の測定)
得られた粘着テープの粘着剤層(100mm×100mm)に、アルゴンガスの流量を40sccm、出力を300W、照射時間を3分間で、プラズマ照射を行った。プラズマ照射前後の重量を測定し、変化率を算出した。
実施例及び比較例で用いた基材層の5cm角のサンプルを180℃で3時間加熱し、その際の寸法を、加熱前寸法(5cm)100%に対する、寸法変化の割合(%)として算出した。なお、加熱収縮率は、ミツトヨ製投影機(PJ−H3000F)によって測定した。
ワイヤボンディング性評価で得られた結線作製したチップを含むリードフレームを、エポキシ系封止樹脂(日東電工製HC−300)により、モールドマシン(TOWA製Model−Y−serise)を用いて、175℃で、プレヒート40秒、インジェクション時間11.5秒、キュア時間120秒にてモールドし、リードフレーム裏面に貼り付けられた粘着テープを剥離した。
糊残りは、このような工程を経た、粘着テープを剥離した封止樹脂面を目視にて確認した。
一方、比較例1では、ポリマー中のアクリル酸の量が少ないために樹脂封止後に粘着テープを剥離したところ、封止樹脂上の糊残りが確認された。
比較例2では、粘着剤に添加したエポキシ系架橋剤の量が少ないために樹脂封止後に粘着テープを剥離したところ、封止樹脂上の糊残りが確認された。
比較例3では、ワイヤボンディング中に、基材層が収縮したため、十分なワイヤボンディングが行えず、糊残りの評価も行うことができなかった。
11 リードフレーム
11a 開口
11b リード端子
11c ダイパッド
15 半導体チップ
16 ボンディングワイヤ
17 封止樹脂
20 粘着テープ
21 半導体装置
Claims (8)
- 基材層と該基材層上に積層された粘着剤層とを備えた粘着テープであって、
前記基材層は、300℃以下の温度でガラス転移温度が認められず、該基材層を180℃で3時間加熱したときの熱収縮率が0.40%以下であり、
前記粘着剤層は、(メタ)アクリル酸と該(メタ)アクリル酸以外のモノマー成分とに由来する構造単位を含むポリマー及び分子外架橋用エポキシ系架橋剤を含む粘着剤によって形成されており、前記(メタ)アクリル酸は、前記モノマー成分100重量部に対して5重量部以上含有され、前記分子外架橋用エポキシ系架橋剤は、前記(メタ)アクリル酸に対して0.6当量以上に対応する重量部数で含有され、かつプラズマ照射後の粘着剤の破断伸びが200%以下である粘着剤を用いて形成されてなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造における樹脂封止用耐熱性粘着テープ。 - 前記粘着剤層は、パルスNMR測定による緩和時間が400μ秒以下である粘着剤を用いて形成されてなる請求項1に記載の樹脂封止用耐熱性粘着テープ。
- 前記粘着テープのプラズマ照射前の粘着テープ重量(A)に対する、プラズマ照射後の粘着テープの重量(B)の変化率(B/A)が30%以下である請求項1又は2に記載の樹脂封止用耐熱性粘着テープ。
- 前記粘着剤層が、前記基材層の片面上にのみ積層されている請求項1〜3のいずれか1つに記載の樹脂封止用耐熱性粘着テープ。
- リードフレーム表面に搭載された半導体チップを樹脂封止する際に前記リードフレームの少なくとも一面に貼着され、封止後に剥離するために用いられる請求項1〜4のいずれか1つに記載の樹脂封止用耐熱性粘着テープ。
- リードフレームの少なくとも一面に、請求項1〜5のいずれか1つに記載の粘着テープを貼着し、
前記リードフレーム上に半導体チップを搭載し、
該半導体チップ側を封止樹脂により封止し、
封止後に前記粘着テープを剥離する工程を含み、
さらに、前記粘着テープの貼着から剥離の間に、プラズマ処理を行う工程を含むことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。 - プラズマ処理を、リードフレーム上に半導体チップを搭載した後、該半導体チップ側から前記リードフレームに向かって、不活性ガス雰囲気下、100〜500Wの出力、1〜5分間、プラズマを照射することにより行う請求項6に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
- さらに、リードフレーム上への半導体チップの搭載後、該半導体チップの封止樹脂の前に、半導体チップ表面に形成された電極パッドとリードフレームとを結線する工程を含み、
前記プラズマ処理を、結線工程前に行う請求項6又は7に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
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