JP6039311B2 - 配線基板、電子装置および電子モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、例えば電子部品が搭載される配線基板、それを用いた電子装置および電子モジュールに関するものである。
例えば加速度センサ素子等のセンサ素子,半導体素子,撮像素子,発光素子,容量素子,コイル,抵抗および振動子等の電子部品を搭載するための配線基板として、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる複数の絶縁層が積層されてなる四角板状(直方体状)の絶縁基板と、絶縁基板の主面から対向する他の主面にかけて設けられた配線導体と、絶縁基板の他の主面に設けられ、配線導体と電気的に接続された外部電極とを備える配線基板が広く用いられている。
この配線基板について、絶縁基板の主面に電子部品を搭載した後、電子部品の電極を絶縁基板の主面の配線導体とボンディングワイヤ等を介して電気的に接続し、必要に応じて電子部品を樹脂等で封止すれば、例えばコンピュータまたは携帯電話等の電子機器を構成する外部電気回路に部品として実装される電子装置が形成される。この電子装置について、外部電極を外部電気回路(プリント回路基板等の実装基板に形成されている電気回路)に対向させて接続すれば、配線導体を介して電子部品の電極と外部電気回路とが電気的に接続される。
近年、配線基板に搭載される電子部品の機能を有効に活用するために、主面に電子部品を搭載し、上下方向に広がっている絶縁基板の下面が実装基板に接合されて使用される、いわゆる縦型の配線基板がある。
特開平5−206324号公報
例えば、電子部品が加速度センサ素子の場合であれば、水平な方向(横方向)における加速度を有効に検知するために、上記のような縦型の配線基板の実装が行なわれる。このような場合には、配線導体が絶縁基板の主面から下面にかけて設けられ、配線導体と電気的に接続される外部電極が絶縁基板の下面に設けられるとともに、外部電極が実装基板に半田等のろう材を介して接合される。
しかしながら、外部電極は絶縁基板の下面に設けられるため、面積を大きなものとすることが困難であり、絶縁基板の下面に設けられた外部電極と実装基板との接合が十分なものとならず、電子部品、配線基板を備える電子装置と実装基板との接合強度が大きいものとし難いものとなることがあった。そのため、電子装置に対して外部から力が加わった場合に電子装置と実装基板とが断線してしまう可能性があった。
本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基板と、外部電極とを備えている。絶縁基板は、下面を有している。下面は、凹部が形成されている。外部電極は、下面に設けられている。絶縁基板は、凹部の側面に突出部を有している。突出部の下面と絶縁基板の下面とが同一平面上にある。
本発明の他の態様によれば、電子装置は、上記構成の配線基板と、配線基板に搭載された電子部品とを備えている。
本発明の他の態様によれば、電子モジュールは、上記構成の電子装置と、電子装置がろう材により接合された実装基板と、凹部と実装基板との間に設けられた樹脂とを備えている。樹脂の一部は、凹部の突出部の上面に設けられている。
本発明の一つの態様による配線基板において、絶縁基板は凹部に突出部を有していることによって、配線基板を含む電子装置をろう材によって実装基板に接合するとともに、配線基板の凹部と実装基板との間に樹脂が設けられている場合に、突出部が樹脂に入り込むように形成されやすくなるため、本発明の一つの態様による配線基板は、実装信頼性に関して向上された電子装置を実現することが可能となる。
本発明の他の態様によれば、電子装置は、上記構成の配線基板を備えていることによって、実装信頼性に関して向上されている。
本発明の他の態様によれば、電子モジュールは、上記構成の電子装置と、実装基板と、凹部と実装基板との間に設けられた樹脂とを備えており、樹脂の一部が凹部の突出部の上面に設けられていることによって、配線基板の実装信頼性に関して向上されている。
(a)は本発明の実施形態における電子装置を示す下面図であり、(b)は図1(a)に示された電子装置の主面側Aにおける平面図である。 (a)は本発明の実施形態における電子装置を示す側面側Bにおける側面図であり、(b)は図1(a)に示された電子モジュールのC−C線における断面を示す縦断面図である。 (a)、(b)、(c)は本発明の実施形態における電子モジュールの変形例を示す断面拡大図である。 (a)は本発明の実施形態における電子装置の他の変形例を示す下面図であり、(b)は図3(a)に示された電子装置の主面側Aにおける平面図である。 本発明の実施形態における電子装置の他の変形例を示す下面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
図1〜図5を参照して本発明の実施形態における電子装置について説明する。
本実施形態における電子装置は、配線基板1と、配線基板1に搭載された電子部品11とを有している。配線基板1は、絶縁基板2と、外部電極3とを有している。なお、図1〜図5において、電子装置は仮想のXYZ空間内に設けられており、以下、便宜的に「上方向」とは仮想のZ軸の正方向のことをいう。
絶縁基板2は、主面に加速度センサ素子等のセンサ素子,半導体素子,撮像素子,発光素子,容量素子,コイル,抵抗および振動子等の電子部品11を搭載するための搭載部2bを有し、例えば、酸化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,炭化珪素質焼結体,窒化アルミニウム質焼結体,窒化珪素質焼結体,ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁性セラミックス、エポキシ樹脂,ポリイミド樹脂,アクリル樹脂,フェノール樹脂,ポリエステル樹脂、および四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の樹脂(プラスティックス)から成る略四角形の絶縁層を複数上下に積層して形成されている。
絶縁基板2は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウムの粉末に酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の焼結助剤を添加し、さらに適当な有機バインダ・溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、この泥漿物をドクターブレード法またはカレンダーロール法を採用することによってグリーンシート(生シート)とし、しかる後、このグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して略四角形状に加工するとともにこれを複数枚積層し、焼成することによって製作される。
また、絶縁基板2が、例えば樹脂から成る場合は、所定の形状に成形できるような金型を用いて、トランスファーモールド法またはインジェクションモールド法等によって成形することによって形成することができる。また、例えばガラスエポキシ樹脂のように、ガラス繊維から成る基材に樹脂を含浸させたものであってもよい。この場合は、ガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって形成することができる。
絶縁基板2は、下面2aを有している。
この絶縁基板2において、下面2aに外部電極3が設けられており、また電子部品11が搭載される主面から下面2aの外部電極3にかけてビアホール導体、スルーホール導体等の貫通導体を含む配線導体3aが被着形成されている。外部電極3および配線導体3aは、絶縁基板2がセラミックスから成る場合は、タングステン(W),モリブデン(Mo),マンガン(Mn),銀(Ag),銅(Cu)等の金属粉末メタライズから成り、絶縁基板2用のセラミックグリーンシートに外部電極3および配線導体3a用の導体ペーストをスクリーン印刷法等によって所定形状で印刷して、セラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、絶縁基板2の所定位置に形成される。内部導体のうち、セラミックグリーンシートを厚み方向に貫通する貫通導体は、導体ペーストを印刷することによってセラミックグリーンシートに形成した貫通孔を充填しておけばよい。このような導体ペーストは、タングステン(W),モリブデン(Mo),マンガン(Mn),銀(Ag),銅(Cu)等の金属粉末に適当な溶剤およびバインダーを加えて混練することによって、適度な粘度に調整して作製される。なお、絶縁基板2との接合強度を高めるために、ガラス、セラミックスを含んでいても構わない。
また、外部電極3および配線導体3aは、絶縁基板2が樹脂から成る場合には、銅,金,アルミニウム,ニッケル,クロム,モリブデン,チタンおよびそれらの合金等の金属材料から成る。例えば、ガラスエポキシ樹脂から成る樹脂シート上に配線導体の形状に加工した銅箔を転写し、銅箔が転写された樹脂シートを積層して接着剤で接着することによって形成する。樹脂シートを厚み方向に貫通する貫通導体は、導体ペーストの印刷、めっき法によって樹脂シートに形成した貫通孔の内面に被着形成するか、貫通孔を充填して形成すればよい。また、金属箔、金属柱を樹脂から成る絶縁基板2に一体化させたり、絶縁基板2にスパッタリング法,蒸着法等,めっき法等を用いて被着させたりして形成される。
外部電極3は、図1、図4、図5にドット模様で示されているように、絶縁基板2の下面2aに切り欠き部8を形成し、この切り欠き部8に設けられるようにしてもよい。外部電極3は、半田等のろう材6を介して実装基板21に形成されている外部電気回路の電極パッド22に電気的に接続されている。なお、外部電極3は図1、図2(b)、図3(a)、図3(b)、図4に示されているように、絶縁基板2の下面2aから、絶縁基板2の主面または絶縁基板2の主面と反対側の他の主面にかけて形成されるようにすることによって、配線基板1を含む電子装置がろう材6によって実装基板21に接合される場合に、配線基板1の外部電極3と実装基板21の電極パッド22との間に形成されるろう材6がフィレットを有するものとなって接合強度を大きくすることが可能となり、好ましい。
絶縁基板2の下面2aは凹部4が形成されており、絶縁基板2は凹部4に突出部5を有している。なお、縦断面視において突出部5は、凹部4から、凹部4が成す空間に突出するように形成されている。
電子部品11は、配線基板1の主面に搭載されている。なお、電子部品11は、主面に電子部品11を収納する収納部2bを設けて、収納部2bに搭載されるようにしてもよい。電子部品11の搭載方法は、ワイヤボンディングまたはフリップチップ接続であり、図1においてはワイヤボンディングによる接続構造が示されている。
本実施形態の配線基板1においては、下面2aを有する絶縁基板2と、下面2aに設けられた外部電極3とを含み、絶縁基板2の下面2aに凹部4が形成されており、絶縁基板2は凹部4に突出部5を有している。
このように、絶縁基板2が凹部4に突出部5を有していることによって、配線基板1を含む電子装置をろう材6によって実装基板21に接合するとともに、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に樹脂7が設けられている場合に突出部5が樹脂7に入り込むように形成されやすくすることができ、また、樹脂7が突出部5の上面に設けられて、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に埋め込むように形成された樹脂7と、配線基板1との接合強度が大きいものとなって、本発明の一つの態様による配線基板1は、実装信頼性に関して向上された電子装置を実現することが可能となる。
また、図1〜図5に示されているように、突出部5が凹部4に沿って設けられていると、凹部4を形成した箇所全体にわたって突出部5を樹脂7に入り込むように形成することができ、配線基板1と実装基板21との接合強度を向上させることができる。
突出部5は、例えば、絶縁基板2の下面2aの幅が2.5mm、凹部4の底面の幅が0.30
mmのとき、突出部5は片側0.01mm以上突出している。
突出部5は、絶縁基板2と同じ材料の絶縁体または金属導体を凹部4の側面に設けて形成してもよい。
また、図1(a)、図4(a)に示されているように、凹部4が溝状に形成されている場合には、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に樹脂7が設けられている場合に配線基板1を含む電子装置に溝状の凹部4に対し略垂直に外力が加わったとしても、溝状の凹部4と実装基板21との間に埋め込むように形成された樹脂7に対して応力が分散されるものとなり、好ましい。
また、図2、図3、図4(b)に示されているように、突出部5の下面と絶縁基板2の下面2aとが同一平面上にある場合には、配線基板1を含む電子装置がろう材6によって実装基板21に接合され、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に樹脂7が設けられている場合に突出部5と実装基板21との間に形成される樹脂7が十分な量となり、その結果、突出部5の上面に樹脂7が多く溜まるものとなって、大きな樹脂7の塊を形成することができ、好ましい。
また、図3(b)に示されているように、突出部5は上面に凹状の曲面が形成されている場合には、配線基板1を含む電子装置がろう材6によって実装基板21に接合され、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に樹脂7が設けられている場合にろう材6が凹部4内に溜まりやすいものとなるとともに、突出部5が樹脂7により入り込むように形成されやすくすることができて、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に埋め込むように形成された樹脂7と、配線基板1との接合強度が大きいものとなり、好ましい。
また、図3(a)、図4(b)に示されているように、突出部5は上面を水平方向に平坦状に形成する場合には、配線基板1を含む電子装置がろう材6によって実装基板21に接合され、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に樹脂7が設けられている場合に突出部5を大きく突出させることができ、突出部5の上面に樹脂7が多く溜まるものとなって、より大きな樹脂7の塊を形成することができ、好ましい。
また、図2(b)、図3(c)に示されているように、突出部5は上面が傾斜して平坦状となっている場合には、突出部5の厚みが薄いものとはならず、配線基板1を取り扱うときの外力によって、突出部5に割れ、欠け等が発生しにくいものとなるとともに、突出部5の上面に樹脂7が溜まるものとなって、樹脂7の塊を大きく形成することができ、好ましい。
また、図1、図4に示されているように、絶縁基板2の下面2aに外部電極3が複数設けられており、縦断面視において凹部4が外部電極3に挟まれるように配置されている場合には、縦断面視において配線基板1を含む電子装置を実装基板21に略左右対称に接合することができ、その結果電子装置を実装基板21に実装する場合に傾斜しにくいものとすることが可能となり、例えば加速度センサ素子等のセンサ素子を搭載した電子装置を精度良く検知できるものとすることができ、好ましい。
また、図1(a)、図4(a)に示されているように、凹部4が絶縁基板2の下面2aを平面方向に貫くように形成されている場合には、樹脂7を配線基板1の凹部4と実装基板21との間に容易に埋め込むことができ、好ましい。なお、図4(a)に示されているように、凹部4が絶縁基板2の下面2aを平面方向に縦横に貫くように形成されている場合には、樹脂7を配線基板1の凹部4と実装基板21との間に広がるように埋め込むことができ、樹脂7と配線基板1との接合面積を大きいものとすることができて、樹脂7と配線基板1との接合強度を大きいものとすることが可能となり、好ましい。
また、図2に示されているように、縦断面視において凹部4の両端の断面積が該両端の間に位置する箇所の断面積より大きい場合には、樹脂7を配線基板1の凹部4と実装基板21との間に凹部4の端部から容易に埋め込むことが可能となるとともに、平面視で凹部4が貫く方向に対し垂直方向にも樹脂7を形成することができ、樹脂7と配線基板1との接合強度がより大きいものとなり、好ましい。
また、図5に示されているように、絶縁基板2の下面2aにおいて、下面2aの内側における凹部4の幅が下面2aの外側における凹部4の幅より大きいものとなっており、樹脂7と配線基板1との接合面積を大きいものとすることができて、樹脂7と配線基板1との接合強度を大きいものとすることが可能となり、好ましい。
次に、本実施形態の配線基板1の製造方法について説明する。
絶縁基板2は、例えば酸化アルミニウム(Al)質焼結体からなり、その主面に電子部品11が搭載される収納部2bを有している。この絶縁基板2は、主成分が酸化アルミニウム(Al)である酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、Alの粉末に焼結助材としてシリカ(SiO),マグネシア(MgO),カルシア(CaO)等の粉末を添加し、さらに適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加し、次にこれらの混合物を混錬してスラリー状となす。その後、従来周知のドクターブレード法等の成形方法によって多数個取り用のセラミックグリーンシートを得る。
このセラミックグリーンシートを用いて、以下の(1)〜(5)の工程により配線基板
1が作製される。
(1)凹部4となる部位、突出部5となる部位、切り欠き部8となる部位および収納部2bとなる部位の打ち抜き金型を用いた打ち抜き工程。
(2)絶縁基板2の下面2aに形成された切り欠き部8の内面から絶縁基板2の主面または絶縁基板2の主面と反対側の他の主面にかけて形成された外部電極3、電子部品11が搭載される主面から下面2aの外部電極3にかけてビアホール導体、スルーホール導体等の貫通導体を含む配線導体3aをそれぞれ形成するための導体ペーストの印刷塗布工程。
(3)各絶縁層となるセラミックグリーンシートを積層してセラミックグリーンシート積層体を作製する工程。
(4)このセラミックグリーンシート積層体を個々の絶縁基板2となる積層体に切断分離し、これらを焼成して各外部電極3を有する焼結体を得る工程。
(5)外部電極3を保護して酸化防止するとともにろう付けを容易にするための金属メッキ層を外部電極3の表面に被着する工程。
この配線基板1は、これを多数個取りで一括して作製できることから、セラミックスからなる基板上に金属製の枠体を設けたタイプの半導体パッケージに比べて低コストで製造でき高い汎用性を有する。この場合、焼成して得られた多数個取り形成の配線基板1の外縁となる箇所に沿って分割溝を形成しておき、この分割溝に沿って破断させて分割する方法、またはスライシング法等により配線基板1の外縁となる箇所に沿って切断する方法等を用いることができる。なお、分割溝は、焼成後にスライシング装置により多数個取りで形成する配線基板1の厚みより小さく切り込むことによって形成することができるが、多数個取りで形成する配線基板1用のセラミックグリーンシート積層体にカッター刃を押し当てたり、スライシング装置により生成形体の厚みより小さく切り込んだりすることによって形成してもよい。
ここで、セラミックグリーンシートの突出部5となる部位の形成方法は、セラミックグリーンシートを打ち抜き、各絶縁層となるセラミックグリーンシートの積層後に突出部5が形成されるように、打ち抜き金型を用いてセラミックグリーンシートを打ち抜いて突出部5の上面となる箇所が平坦状となるように形成すればよい。または、多数個取りで形成した配線基板1用のセラミックグリーンシート積層体の配線基板1の下面2aとなる箇所において、凹部4となる部位の一部が突出して突出部5が形成されるようにセラミックグリーンシート積層体の両主面に平面透視で凹部4となる箇所に重なるようにカッター刃または押型等を押し当てて、突出部5の上面となる箇所が凹状の曲面または傾斜した平坦状となるように形成してもよい。また、セラミックグリーンシートに形成する突出部5は凹部4となる箇所に突出部5となる厚さに印刷塗布した金属ペーストまたはセラミックペーストを形成してもよい。また、金属ペーストで形成した突出部5の表面にセラミックペーストを塗布して形成してもよい。
次に、セラミックグリーンシートの切り欠き部8となる貫通孔の内面への導体ペーストの塗布は、スクリーン印刷法等の印刷法に限らず、セラミックグリーンシート積層体の切断後に現われる切り欠き部8の内面に筆塗り法等で塗布することもできるが、筆塗り法は実用性に乏しいため、スクリーン印刷法により導体ペーストを充填した後、適当な圧力で導体ペーストを吸引することで形成する方法が良い。
また、セラミックグリーンシート積層体から切り出した個々の積層体または配線基板1
を多数個取りとするセラミックグリーンシート積層体を焼成することにより、各外部電極3が焼成されて被着形成される。すなわち、切り欠き部8の内面の外部電極3は5〜30μmの厚さで形成され、また、電子部品11が電気的に接続される入出力端子の配線導体3aが、5〜25μmの厚さで形成される。
さらに、各外部電極3、および配線導体3aの絶縁基板2の表面に露出した箇所を保護するとともに酸化防止し、また電子部品11や実装基板21の電極パッド22との接合強度を高めるために、外部電極3の表面に、厚さ0.5〜10μmのNiメッキ層を被着させるか、ま
たはこのNiメッキ層および厚さ0.5〜3μmの金(Au)メッキ層を順次被着させるの
がよい。
このようにして形成された配線基板1に、電子部品11を搭載する。図1(b)、図2(b)、図4(b)のように、収納部2bの底面に電子部品11を搭載した電子装置を実装基板21に半田等のろう材6を介して接合することで、収納部2bに搭載した電子部品11が配線導体3a、外部電極3を介して実装基板21の電極パッド22に電気的に接続される。電子部品11は例えば、加速度センサ素子等のセンサ素子、半導体素子、撮像素子、発光素子、容量素子、コイル、抵抗および振動子等である。電子部品11は、配線基板1の配線導体3aとワイヤーボンディングまたはフリップチップ接続され、電子部品11の各電極が金バンプ、はんだ等またはボンディングワイヤーにより電気的に接続される。さらに、いわゆるアンダーフィルとして例えばエポキシ樹脂等の接合材である樹脂7を配線基板1の凹部4と実装基板21との間に設けて、電子モジュールとなる。このとき、樹脂7の一部は凹部4の突出部5の上面に設けられるように形成する。なお、電子部品11の各電極と複数の配線導体3aとの電気的な接続に、上述の金バンプまたは半田を用いる代わりに導電性樹脂(異方性導電樹脂等)から成る接続部材を用いてもよい。
また、電子装置は、上述の半田等のろう材6を用いる代わりに導電性樹脂から成る接合部材を用いて、外部電極3と実装基板21の電極パッド22とを接続させても構わない。また、異方性導電樹脂等の接合部材を実装基板21上に配置した後圧着させることで、配線基板1の外部電極3と実装基板21の電極パッド22とを電気的に接続させるとともに、異方性導電樹脂等の接合部材を配線基板1の凹部4と実装基板21との間に設けるようにしてもよい。この場合、製造工程が簡略化できるとともに、配線基板1の外部電極3と実装基板21の電極パッド22との接続のための接合部材と、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に設ける接合部材とが同一の材料となり、配線基板1と実装基板21との接合箇所全体における接合強度を均一にすることができるため、電子装置に外力が加わったとしても、外力が局所的に集中しにくいものとなり、応力が分散されやすくなるため、好ましい。
本実施形態の配線基板1において、絶縁基板2は凹部4に突出部5を有していることによって、配線基板1を含む電子装置をろう材6によって実装基板21に接合するとともに、配線基板1の凹部4と実装基板21との間に樹脂7が設けられている場合に、突出部5が樹脂7に入り込むように形成されやすくなるため、配線基板1は、実装信頼性に関して向上された電子装置を実現することが可能となる。
本実施形態の電子装置は、上記構成の配線基板1を備えていることによって、実装信頼性に関して向上されている。
本実施形態の電子モジュールは、上記構成の電子装置と、実装基板21と、凹部4と実装基板21との間に設けられた樹脂7とを備えており、樹脂7の一部が凹部4の突出部5の上面に設けられていることによって、配線基板1の実装信頼性に関して向上されている。
1・・・・・配線基板
2・・・・・絶縁基体
2a・・・・下面
3・・・・・外部電極
4・・・・・凹部
5・・・・・突出部
6・・・・・ろう材
7・・・・・樹脂
8・・・・・切り欠き部
11・・・・・電子部品
21・・・・・実装基板

Claims (9)

  1. 下面を有する絶縁基板と、
    前記下面に設けられた外部電極とを備え、
    前記絶縁基板の前記下面に凹部が形成されており、
    前記絶縁基板は前記凹部の側面に突出部を有しているとともに、前記突出部の下面と前記絶縁基板の前記下面とが同一平面上にあることを特徴とする配線基板。
  2. 前記凹部は溝状であることを特徴とする請求項1記載の配線基板。
  3. 前記突出部は上面に凹状の曲面が形成されていることを特徴とする請求項1記載の配線基板。
  4. 前記突出部は上面が平坦状となっていることを特徴とする請求項1記載の配線基板。
  5. 前記絶縁基板の前記下面に前記外部電極が複数設けられており、縦断面視において前記凹部が前記外部電極に挟まれるように配置されていることを特徴とする請求項1記載の配線基板。
  6. 前記凹部は前記絶縁基板の前記下面を平面方向に貫くように形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の配線基板。
  7. 縦断面視において、前記凹部の両端の断面積は該両端の間に位置する箇所の断面積より大きいことを特徴とする請求項記載の配線基板。
  8. 請求項1に記載された配線基板と、
    該配線基板に搭載された電子部品とを備えていることを特徴とする電子装置。
  9. 請求項8に記載された電子装置と、
    該電子装置がろう材により接合されて前記電子装置と対向している実装基板と、
    前記電子装置を構成する前記配線基板の前記凹部と前記実装基板との間に設けられた樹脂とを備えており、
    前記樹脂の一部は前記凹部の突出部の上面に設けられていることを特徴とする電子モジュール。
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