JPH06316458A - 誘電体磁器 - Google Patents
誘電体磁器Info
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- JPH06316458A JPH06316458A JP5103119A JP10311993A JPH06316458A JP H06316458 A JPH06316458 A JP H06316458A JP 5103119 A JP5103119 A JP 5103119A JP 10311993 A JP10311993 A JP 10311993A JP H06316458 A JPH06316458 A JP H06316458A
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- JP
- Japan
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- porcelain
- dielectric
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- oxygen
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】ＺｒおよびＮｂのうち少なくとも一種を含有す
る酸化物誘電体磁器であって、焼成後の磁器を酸素濃度
６〜８ｐｐｍの還元雰囲気中９００℃の温度で熱処理し
たとき、該熱処理前後の酸素空孔濃度変化量が５×１０
18個／ｃｍ3 以下の誘電体磁器である。 【効果】Ｑ値の低下を抑制し、銅厚膜手法を用いた銅導
体回路基板として、マイクロ波領域において高いＱ値を
有する磁器を提供することができる。
る酸化物誘電体磁器であって、焼成後の磁器を酸素濃度
６〜８ｐｐｍの還元雰囲気中９００℃の温度で熱処理し
たとき、該熱処理前後の酸素空孔濃度変化量が５×１０
18個／ｃｍ3 以下の誘電体磁器である。 【効果】Ｑ値の低下を抑制し、銅厚膜手法を用いた銅導
体回路基板として、マイクロ波領域において高いＱ値を
有する磁器を提供することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にマイクロ波領域で
の共振器や回路基板材料として適した誘電体磁器に関す
る。
の共振器や回路基板材料として適した誘電体磁器に関す
る。
【０００２】
【従来技術】現在、マイクロ波回路技術の進歩により、
種々の誘電体基板を用いて、マイクロストリップ線路を
主とする伝送線路及びその線路波長を利用した共振器，
カプラ，フィルター等のマイクロ波回路素子が普及しつ
つある。これらの誘電体基板材料に要求される特性とし
て、小型化の要求に対して比誘電率が大きいこと、高周
波での誘電損失が小さいこと、言い換えればＱ値が大き
いこと、共振周波数の温度に対する変化が小さいこと等
が主として挙げられる。信頼性に対しては化学的に安定
であること、機械的強度が高いことが挙げられる。
種々の誘電体基板を用いて、マイクロストリップ線路を
主とする伝送線路及びその線路波長を利用した共振器，
カプラ，フィルター等のマイクロ波回路素子が普及しつ
つある。これらの誘電体基板材料に要求される特性とし
て、小型化の要求に対して比誘電率が大きいこと、高周
波での誘電損失が小さいこと、言い換えればＱ値が大き
いこと、共振周波数の温度に対する変化が小さいこと等
が主として挙げられる。信頼性に対しては化学的に安定
であること、機械的強度が高いことが挙げられる。
【０００３】従来、この種の誘電体磁器としては、例え
ば、ＢａＯ−ＴｉＯ2 系材料，ＢａＯ−ＲＥＯ−ＴｉＯ
2 （但し、ＲＥＯは希土類元素酸化物、以下同様）系材
料およびＣａＺｒＯ3 系材料などが知られている。
ば、ＢａＯ−ＴｉＯ2 系材料，ＢａＯ−ＲＥＯ−ＴｉＯ
2 （但し、ＲＥＯは希土類元素酸化物、以下同様）系材
料およびＣａＺｒＯ3 系材料などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
した材料は高周波領域で導体損失が小さく、信頼性の高
い銅を導体材料とする場合、通常、従来の高誘電率基板
では導体膜付け方法として薄膜手法が用いられている
が、このような薄膜手法では、高コストで、リードタイ
ムが長くなると共に、所定膜厚を得るために工程数が増
加するという問題があった。
した材料は高周波領域で導体損失が小さく、信頼性の高
い銅を導体材料とする場合、通常、従来の高誘電率基板
では導体膜付け方法として薄膜手法が用いられている
が、このような薄膜手法では、高コストで、リードタイ
ムが長くなると共に、所定膜厚を得るために工程数が増
加するという問題があった。
【０００５】このような問題を解決するため、高性能
化，低コスト化，及びリードタイムの短縮化に有利な銅
厚膜手法が用いられている。この銅厚膜手法は、通常銅
厚膜を温度約９００℃、酸素濃度が５〜８ｐｐｍの還元
性雰囲気で焼き付けることにより行っていた。ここで誘
電体基板として従来のチタン酸塩系磁器を用いた場合、
この熱処理工程により磁器が還元してしまい、誘電特性
の劣化を引き起こすという問題があった。
化，低コスト化，及びリードタイムの短縮化に有利な銅
厚膜手法が用いられている。この銅厚膜手法は、通常銅
厚膜を温度約９００℃、酸素濃度が５〜８ｐｐｍの還元
性雰囲気で焼き付けることにより行っていた。ここで誘
電体基板として従来のチタン酸塩系磁器を用いた場合、
この熱処理工程により磁器が還元してしまい、誘電特性
の劣化を引き起こすという問題があった。
【０００６】本発明は、上記の欠点を鑑み案出されたも
ので、マイクロ波回路基板の小型化，高信頼性化を可能
とするため、誘電率（ε）およびＱ値が高く、誘電率の
温度特性（τε）が小さく安定で、且つ高強度で、銅厚
膜形成可能な誘電体磁器を提供することを目的とするも
のである。
ので、マイクロ波回路基板の小型化，高信頼性化を可能
とするため、誘電率（ε）およびＱ値が高く、誘電率の
温度特性（τε）が小さく安定で、且つ高強度で、銅厚
膜形成可能な誘電体磁器を提供することを目的とするも
のである。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、誘電特
性、特にＱ値の支配要因について、種々検討した結果、
誘電体磁器中のＱ値が磁器中の酸素空孔濃度により決定
され、銅厚膜焼付け時等の還元雰囲気下での熱処理によ
る酸素空孔濃度の変化を抑えることにより、銅厚膜形成
が可能であり、銅導体回路基板として、十分な特性を有
する材料を提供することが可能であることを知見した。
性、特にＱ値の支配要因について、種々検討した結果、
誘電体磁器中のＱ値が磁器中の酸素空孔濃度により決定
され、銅厚膜焼付け時等の還元雰囲気下での熱処理によ
る酸素空孔濃度の変化を抑えることにより、銅厚膜形成
が可能であり、銅導体回路基板として、十分な特性を有
する材料を提供することが可能であることを知見した。
【０００８】本発明は、ＺｒおよびＮｂのうち少なくと
も一種を含有する酸化物誘電体磁器であって、焼成後の
磁器を酸素濃度６〜８ｐｐｍの還元雰囲気中９００℃の
温度で熱処理したとき、該熱処理前後の酸素空孔濃度変
化量が５×１０18個／ｃｍ3以下の誘電体磁器である。
も一種を含有する酸化物誘電体磁器であって、焼成後の
磁器を酸素濃度６〜８ｐｐｍの還元雰囲気中９００℃の
温度で熱処理したとき、該熱処理前後の酸素空孔濃度変
化量が５×１０18個／ｃｍ3以下の誘電体磁器である。
【０００９】酸素空孔量の変化は、熱重量法によって求
められるもので、例えば、酸素分圧［Ｐｏ2 ］1 で焼成
された磁器を［Ｐｏ2 ］1 と違う酸素分圧［Ｐｏ2 ］2
で熱処理し、磁器中の酸素空孔濃度を変更させる。この
熱処理前後の磁器の単位体積当りの重量変化から酸素空
孔濃度の変化量△［Ｖｏ”］が求められる。
められるもので、例えば、酸素分圧［Ｐｏ2 ］1 で焼成
された磁器を［Ｐｏ2 ］1 と違う酸素分圧［Ｐｏ2 ］2
で熱処理し、磁器中の酸素空孔濃度を変更させる。この
熱処理前後の磁器の単位体積当りの重量変化から酸素空
孔濃度の変化量△［Ｖｏ”］が求められる。
【００１０】本発明の誘電体磁器は、誘電体磁器の組成
として、Ｚｒ，Ｎｂ等の還元されにくい元素を含有させ
たり、組成中にＭｎを添加したり、従来より低温（例え
ば、６００℃程度）での熱処理を行う等の熱処理条件を
調整することにより、銅厚膜形成前後の誘電体磁器の酸
素空孔濃度変化量△［Ｖｏ”］を５×１０18個／cm3以
下に抑えることができる。ここで、酸素空孔濃度変化量
△［Ｖｏ”］を５×１０18個／cm3 以下としたのは、５
×１０18個／cm3 より多いとＱ値の低下率が大きくな
り、Ｑ値が大幅に低下するからである。酸素空孔濃度変
化量は、特に１×１０18個／cm3 以下が望ましい。この
ような誘電体磁器は、例えば、表面および／または内部
に銅厚膜を形成し、銅厚膜基板として使用することがで
きる。
として、Ｚｒ，Ｎｂ等の還元されにくい元素を含有させ
たり、組成中にＭｎを添加したり、従来より低温（例え
ば、６００℃程度）での熱処理を行う等の熱処理条件を
調整することにより、銅厚膜形成前後の誘電体磁器の酸
素空孔濃度変化量△［Ｖｏ”］を５×１０18個／cm3以
下に抑えることができる。ここで、酸素空孔濃度変化量
△［Ｖｏ”］を５×１０18個／cm3 以下としたのは、５
×１０18個／cm3 より多いとＱ値の低下率が大きくな
り、Ｑ値が大幅に低下するからである。酸素空孔濃度変
化量は、特に１×１０18個／cm3 以下が望ましい。この
ような誘電体磁器は、例えば、表面および／または内部
に銅厚膜を形成し、銅厚膜基板として使用することがで
きる。
【００１１】本発明の誘電体磁器は、具体的にはｘＭ1
Ｏ・ｙＺｒＯ2 ・ｚＭ2 Ｏ5/2 と組成式を表したとき、
０．９＜ｘ≦１．１、０．５≦ｙ＜１．０、０＜ｚ≦
０．５であることが望ましい。但し、Ｍ1 はＣａ，Ｓ
ｒ，Ｂａのうち少なくとも一種であり、Ｍ2 はＮｂ，Ｔ
ａのうち少なくとも一種である。また、この組成物に、
希土類金属酸化物、特にＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｃｅ，Ｓｍを
添加した組成が望ましい。
Ｏ・ｙＺｒＯ2 ・ｚＭ2 Ｏ5/2 と組成式を表したとき、
０．９＜ｘ≦１．１、０．５≦ｙ＜１．０、０＜ｚ≦
０．５であることが望ましい。但し、Ｍ1 はＣａ，Ｓ
ｒ，Ｂａのうち少なくとも一種であり、Ｍ2 はＮｂ，Ｔ
ａのうち少なくとも一種である。また、この組成物に、
希土類金属酸化物、特にＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｃｅ，Ｓｍを
添加した組成が望ましい。
【００１２】また、遷移金属酸化物、特にＣｒ，Ｍｎ，
Ａｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも一種を添加しても良い。
Ａｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも一種を添加しても良い。
【００１３】本発明の誘電体磁器は、例えば、ＣａＣＯ
3 ，ＢａＣＯ3 ，ＳｒＣＯ3 の少なくとも一種の粉末
と、ＺｒＯ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 の少なくとも一種の粉末をボ
ールミル混合し、１０００〜１５００℃で１〜３時間仮
焼した後、所定のバインダーを加えて、公知の成形方法
により成形した後、脱バインダー処理を行い、１４００
〜１７００℃の温度で１〜６時間大気中で焼成すること
により得られる。
3 ，ＢａＣＯ3 ，ＳｒＣＯ3 の少なくとも一種の粉末
と、ＺｒＯ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 の少なくとも一種の粉末をボ
ールミル混合し、１０００〜１５００℃で１〜３時間仮
焼した後、所定のバインダーを加えて、公知の成形方法
により成形した後、脱バインダー処理を行い、１４００
〜１７００℃の温度で１〜６時間大気中で焼成すること
により得られる。
【００１４】
【作用】本発明の誘電体磁器では、焼成後の中性または
還元性雰囲気中での熱処理前後における単位体積当たり
の重量変化に基づいて算出される酸素空孔濃度変化量が
５×１０18個／ｃｍ3 以下とすることにより、熱処理に
よるＱ値の低下率を抑制することが可能となり、高Ｑ値
を実現することが可能となる。
還元性雰囲気中での熱処理前後における単位体積当たり
の重量変化に基づいて算出される酸素空孔濃度変化量が
５×１０18個／ｃｍ3 以下とすることにより、熱処理に
よるＱ値の低下率を抑制することが可能となり、高Ｑ値
を実現することが可能となる。
【００１５】即ち、マイクロ波誘電体磁器のＱ値の低下
率が磁器中の酸素空孔濃度により決定され、還元雰囲気
下での熱処理によるＱ値の低下は、磁器中の酸素空孔濃
度が増加するためであるという知見に基づくものであ
る。つまり、マイクロ波領域での誘電特性はおもにイオ
ン分極により発現する。３次元結晶格子のイオン分極に
よる複素誘電率は２原子１次元の格子振動モデルを用い
て簡略して考えることができ、その誘電率ε’（ω）は
数１で与えられる。
率が磁器中の酸素空孔濃度により決定され、還元雰囲気
下での熱処理によるＱ値の低下は、磁器中の酸素空孔濃
度が増加するためであるという知見に基づくものであ
る。つまり、マイクロ波領域での誘電特性はおもにイオ
ン分極により発現する。３次元結晶格子のイオン分極に
よる複素誘電率は２原子１次元の格子振動モデルを用い
て簡略して考えることができ、その誘電率ε’（ω）は
数１で与えられる。
【００１６】
【数１】
【００１７】なお、式中、ωT は格子振動の横波の光学
モードの角周波数、ε（無限大）は電子分極による比誘
電率、ε（０）はマイクロ波より低い周波数における比
誘電率、γは減衰定数である。
モードの角周波数、ε（無限大）は電子分極による比誘
電率、ε（０）はマイクロ波より低い周波数における比
誘電率、γは減衰定数である。
【００１８】さらにマイクロ波領域においてはωT ＞＞
ωであるので数２及び数３のように近似される。
ωであるので数２及び数３のように近似される。
【００１９】
【数２】
【００２０】
【数３】
【００２１】したがってＱ値は格子振動を減衰させるγ
が大きくなると低下する。
が大きくなると低下する。
【００２２】銅厚膜を形成する等の熱処理において、γ
を大きくする要因について検討したところ、結晶格子中
の酸素空孔が、格子振動を減衰させるγを大きくするこ
とがわかり、酸素空孔量の増加が、Ｑ値の低下を招くこ
とがわかった。即ち、酸素空孔量の変化を小さくするこ
とにより、γの変化も小さくなり、それにともない磁器
のＱ値の変化も小さくすることができる。
を大きくする要因について検討したところ、結晶格子中
の酸素空孔が、格子振動を減衰させるγを大きくするこ
とがわかり、酸素空孔量の増加が、Ｑ値の低下を招くこ
とがわかった。即ち、酸素空孔量の変化を小さくするこ
とにより、γの変化も小さくなり、それにともない磁器
のＱ値の変化も小さくすることができる。
【００２３】
【実施例】出発原料として純度９９％以上のＣａＣ
Ｏ3 ，ＢａＣＯ3 ，ＭｇＣＯ3 ，ＺｒＯ2 ，ＴｉＯ2 ，
Ｎｂ2 Ｏ5 の各粉末を用いてそれらをモル比で表１にな
るように秤量後、純水を加え樹脂ボールを用いて一昼夜
ボールミル混合を行なった。この混合物を乾燥後、１２
００℃で２時間仮焼した後、約１重量％のバインダーを
加えてから整粒し、得られた粉末を約１０００ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力でプレス成形して約２５ｍｍ×２５ｍｍ×１
ｍｍの歪みのない、基板状の成形体を作製した。
Ｏ3 ，ＢａＣＯ3 ，ＭｇＣＯ3 ，ＺｒＯ2 ，ＴｉＯ2 ，
Ｎｂ2 Ｏ5 の各粉末を用いてそれらをモル比で表１にな
るように秤量後、純水を加え樹脂ボールを用いて一昼夜
ボールミル混合を行なった。この混合物を乾燥後、１２
００℃で２時間仮焼した後、約１重量％のバインダーを
加えてから整粒し、得られた粉末を約１０００ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力でプレス成形して約２５ｍｍ×２５ｍｍ×１
ｍｍの歪みのない、基板状の成形体を作製した。
【００２４】その後４００℃で４時間脱バインダー処理
をした後、１５００℃の温度で２時間空気中において焼
成した。
をした後、１５００℃の温度で２時間空気中において焼
成した。
【００２５】得られた基板形状の磁器を平面研磨しサン
プルを得た。このサンプルを用いて空洞共振器法によ
り、共振周波数ｆが４〜６ＧＨｚにて誘電率（ε）およ
び１ＧＨｚでのＱ値（１／ｔａｎδ）を測定しＱｆ値を
求めた。そして、還元雰囲気（酸素濃度６〜８ｐｐｍ）
において９００℃にて熱処理し、銅厚膜を形成した。磁
器の誘電率，Ｑｆ値および熱処理前後の酸素空孔濃度変
化量並びにＱｆ値の低下率を求めた。結果を表１に示
す。
プルを得た。このサンプルを用いて空洞共振器法によ
り、共振周波数ｆが４〜６ＧＨｚにて誘電率（ε）およ
び１ＧＨｚでのＱ値（１／ｔａｎδ）を測定しＱｆ値を
求めた。そして、還元雰囲気（酸素濃度６〜８ｐｐｍ）
において９００℃にて熱処理し、銅厚膜を形成した。磁
器の誘電率，Ｑｆ値および熱処理前後の酸素空孔濃度変
化量並びにＱｆ値の低下率を求めた。結果を表１に示
す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１からも明らかなように、チタン酸塩系
である試料Ｎo.１は焼成後のＱ値は高いが、還元雰囲気
における熱処理前後の酸素空孔濃度変化量は、７．８×
１０18個／cm3 以上と大きくＱｆ値も大きく低下し、本
発明の範囲外である。これに対してＺｒ酸塩系である試
料Ｎo,２〜６および９，１０は、熱処理前後の酸素空孔
濃度変化量は小さく、Ｑｆ値の変化も誤差の範囲で一致
した。またＮｂ酸塩系である試料Ｎo,７，８は、熱処理
前後の酸素空孔濃度変化量は小さく、Ｑｆ値の変化も誤
差の範囲で一致した。試料Ｎo.１１は焼成後のＱｆ値は
高い。熱処理前後の酸素空孔濃度変化量は、５．０×１
０18個／cm3 であるが、それほどＱｆ値は低下せず十分
なＱｆ値を維持している。本発明の誘電体磁器は、銅厚
膜焼付け後の誘電率は１０以上、１ＧＨｚでのＱｆ値は
５０００以上、温度特性は±１００ppm ／℃以内の優れ
た誘電特性を有することが判る。
である試料Ｎo.１は焼成後のＱ値は高いが、還元雰囲気
における熱処理前後の酸素空孔濃度変化量は、７．８×
１０18個／cm3 以上と大きくＱｆ値も大きく低下し、本
発明の範囲外である。これに対してＺｒ酸塩系である試
料Ｎo,２〜６および９，１０は、熱処理前後の酸素空孔
濃度変化量は小さく、Ｑｆ値の変化も誤差の範囲で一致
した。またＮｂ酸塩系である試料Ｎo,７，８は、熱処理
前後の酸素空孔濃度変化量は小さく、Ｑｆ値の変化も誤
差の範囲で一致した。試料Ｎo.１１は焼成後のＱｆ値は
高い。熱処理前後の酸素空孔濃度変化量は、５．０×１
０18個／cm3 であるが、それほどＱｆ値は低下せず十分
なＱｆ値を維持している。本発明の誘電体磁器は、銅厚
膜焼付け後の誘電率は１０以上、１ＧＨｚでのＱｆ値は
５０００以上、温度特性は±１００ppm ／℃以内の優れ
た誘電特性を有することが判る。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の誘電体磁器
は、ＺｒおよびＮｂのうち少なくとも一種を含有する酸
化物誘電体磁器であって、還元雰囲気（酸素濃度６〜８
ｐｐｍ）における温度９００℃での熱処理前後の酸素空
孔濃度変化量を５×１０18個／ｃｍ3 以下に制御するこ
とにより、Ｑ値の低下を抑制し、高性能化、低コスト化
及びリードタイムの短縮化に有利な銅厚膜手法を用いた
銅導体回路基板として、マイクロ波領域において高いＱ
値を有する磁器を提供することができる。これにより、
共振器あるいは回路基板材料としての用途に対し信頼性
を高めると同時に小型化も可能とすることができる。
は、ＺｒおよびＮｂのうち少なくとも一種を含有する酸
化物誘電体磁器であって、還元雰囲気（酸素濃度６〜８
ｐｐｍ）における温度９００℃での熱処理前後の酸素空
孔濃度変化量を５×１０18個／ｃｍ3 以下に制御するこ
とにより、Ｑ値の低下を抑制し、高性能化、低コスト化
及びリードタイムの短縮化に有利な銅厚膜手法を用いた
銅導体回路基板として、マイクロ波領域において高いＱ
値を有する磁器を提供することができる。これにより、
共振器あるいは回路基板材料としての用途に対し信頼性
を高めると同時に小型化も可能とすることができる。
Claims (1)
- 【請求項１】ＺｒおよびＮｂのうち少なくとも一種を含
有する酸化物誘電体磁器であって、焼成後の磁器を酸素
濃度６〜８ｐｐｍの還元雰囲気中９００℃の温度で熱処
理したとき、該熱処理前後の酸素空孔濃度変化量が５×
１０18個／ｃｍ3 以下であることを特徴とする誘電体磁
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10311993A JP3180990B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 銅導体回路基板の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10311993A JP3180990B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 銅導体回路基板の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06316458A true JPH06316458A (ja) | 1994-11-15 |
| JP3180990B2 JP3180990B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=14345703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10311993A Expired - Fee Related JP3180990B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 銅導体回路基板の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3180990B2 (ja) |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP10311993A patent/JP3180990B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3180990B2 (ja) | 2001-07-03 |
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