JPH1135893A - シート状ホットメルト接着剤、および半導体装置 - Google Patents
シート状ホットメルト接着剤、および半導体装置Info
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Abstract
ト状ホットメルト接着剤、このようなシート状ホットメ
ルト接着剤により半導体素子をこの素子取付部に接着し
てなる、信頼性の優れる半導体装置を提供する。 【解決手段】 シート状ホットメルト接着剤において、
このシートの両面にホットメルト接着剤を有し、このシ
ートの内部にスペーサーを有することを特徴とするシー
ト状ホットメルト接着剤、このようなシート状ホットメ
ルト接着剤により半導体素子をこの素子取付部に接着し
てなることを特徴とする半導体装置。
Description
ト接着剤、および半導体装置に関し、詳しくは、精度良
く接着し、応力緩和特性を有するシート状ホットメルト
接着剤、このようなシート状ホットメルト接着剤により
半導体素子をこの素子取付部に接着してなる、信頼性の
優れる半導体装置に関する。
できるホットメルト接着剤は、半導体素子をこの素子取
付部に接着するための接着剤としても使用されており、
例えば、集積回路を有するシリコンウェハ上にホットメ
ルト接着剤を塗布した後、このウェハを切断した半導体
素子をこの素子取付部に接着する方法が提案されている
(特開昭61−201432号公報参照)。
せて用いるため、これにより半導体素子をこの素子取付
部に接着する際には、この接着剤がこの素子の周囲には
み出したり、この接着剤の厚さが変化したりして、精度
良く接着できないという問題があった。また、ホットメ
ルト接着剤により半導体素子をこの素子取付部に接着し
てなる半導体装置が熱衝撃を受けた場合には、この接着
剤の応力緩和効果が乏しく、この半導体装置の信頼性が
低下してしまうという問題があった。
課題について鋭意検討した結果、本発明に到達した。す
なわち、本発明の目的は、精度良く接着し、応力緩和特
性を有するシート状ホットメルト接着剤、このようなシ
ート状ホットメルト接着剤により半導体素子をこの素子
取付部に接着してなる、信頼性の優れる半導体装置を提
供することにある。
メルト接着剤は、このシートの両面にホットメルト接着
剤を有し、このシートの内部にスペーサーを有すること
を特徴とする。また、本発明の半導体装置は、このよう
なシート状ホットメルト接着剤により半導体素子をこの
素子取付部に接着してなることを特徴とする。
トメルト接着剤を詳細に説明する。本発明のシート状ホ
ットメルト接着剤は、このシートの両面にホットメルト
接着剤を有し、このシートの内部にスペーサーを有する
ことを特徴とする。このスペーサーは、本発明のシート
状ホットメルト接着剤が加熱軟化した場合に、この接着
剤の半導体素子からのはみ出しを抑制し、この接着剤の
厚さを保ち、さらに、この接着剤の応力緩和特性を向上
させるためのものである。このため、このスペーサーの
最大厚さは、本発明のシート状ホットメルト接着剤の厚
さの10%以上であることが好ましい。これは、このス
ペーサーの最大厚さが、この接着剤の厚さの10%未満
であると、加熱軟化時の接着剤の厚さの調整が困難とな
り、接着の精度が低下する傾向があるからである。
ホットメルト接着剤としては、ブチルゴム系接着剤、ニ
トリルゴム系接着剤等の有機ゴム系接着剤;エチレン系
接着剤、ポリプロピレン系接着剤、エチレン・プロピレ
ン共重合体系接着剤、イソブチレン系接着剤等のポリオ
レフィン系接着剤;エポキシ系接着剤、シリコーン変性
エポキシ樹脂系接着剤、アクリル変性エポキシ樹脂系接
着剤等のエポキシ系接着剤;シリコーン系接着剤、シリ
コーン変性ポリイミド系接着剤等のシリコーン系接着
剤;その他、ポリビニルアセタール系接着剤、ポリアミ
ド系接着剤、ポリイミド系接着剤、ポリエステル系接着
剤が例示され、特に、シリコーン系接着剤であることが
好ましい。このようなホットメルト接着剤は単に加熱軟
化するのみのものでもよく、また、加熱軟化した後、硬
化するものでもよい。特に、半導体素子をこの素子取付
部に接着してなる半導体装置の信頼性が良好であること
から、この接着剤は加熱軟化した後、硬化するものであ
ることが好ましい。加熱軟化した後、硬化するホットメ
ルト接着剤の硬化反応としては、脱アルコール縮合反
応、脱水素縮合反応、脱水縮合反応等の縮合反応;ヒド
ロシレーション反応、エポキシドの開環重合反応等の付
加反応;有機過酸化物や紫外線によるラジカル重合反応
が例示される。
おけるスペーサーとしては、有機系材質または無機系材
質が例示される。この有機系材質からなるスペーサー
は、このシート状ホットメルト接着剤の可とう性を向上
させて、この接着剤の応力緩和効果を向上させることが
できる。このような有機系材質としては、軟化点を有し
ない硬化有機樹脂あるいは軟化点が上記のホットメルト
接着剤の軟化点よりも高い有機樹脂が例示され、例え
ば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、
フッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリサルファイド
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン
樹脂、シリコーン樹脂が挙げられ、さらに、この有機系
材質はゴム質であることが好ましく、例えば、ブチルゴ
ム、EPDMゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムが挙げ
られ、特に、シリコーンゴムであることが好ましい。ま
た、無機系材質からなるスペーサーは、このシート状ホ
ットメルト接着剤の熱膨張率を低下させ、この接着剤の
応力緩和効果を向上させることができる。このような無
機系材質としては、シリカ、アルミナ、ガラス、石英、
アルミノシリケート、酸化チタン、炭化ケイ素、窒化ケ
イ素、窒化ホウ素、銀、銅、ステンレススチール、アル
ミニウムが例示され、特に、シリカ、ガラスであること
が好ましい。このようなスペーサーの形状としては、ほ
ぼ平坦で均一な厚さのシート状、部分的に孔を有するシ
ート状、表面に凹凸を有するシート状、中央部の厚さが
端部の厚さより大きなシート状等のシート状、あるい
は、球状、扁平形状、不定形状等の粒状が例示され、好
ましくは、シート状である。また、このスペーサーの形
状が粒状である場合には、シート状ホットメルト接着剤
の厚さを精度よく調整できることから、平均粒径に対す
る粒径の比が3以上である粒子の比率が全粒子の1重量
%以下であるような粒状のスペーサーであることが好ま
しく、特には、球状のスペーサーであることが好まし
い。このスペーサーがシート状である場合の本発明のシ
ート状ホットメルト接着剤を図1(1)に示した。また、
このスペーサーが粒状である場合の本発明のシート状ホ
ットメルト接着剤を図1(2)に示した。
製する方法としては、スペーサーがシート状である場合
には、このスペーサーの表面にホットメルト接着剤を塗
布する方法が例示される。この方法としては、ホットメ
ルト接着剤を加熱軟化させたものをスペーサーの表面に
塗布する方法、ホットメルト接着剤を有機溶剤で希釈し
たものをスペーサーの表面に塗布した後、有機溶剤を除
去する方法が例示される。有機溶剤で希釈したホットメ
ルト接着剤を塗布する方法としては、スプレーコーティ
ング、スピンコーティング、印刷塗布、刷毛塗りが例示
される。また、スペーサーが粒状である場合には、この
スペーサーとホットメルト接着剤を混合した後、これを
シート状に成形する方法が例示される。この方法として
は、ホットメルト接着剤を加熱軟化させた状態でスペー
サーと混合した後、これをシート状に成形する方法、ホ
ットメルト接着剤を有機溶剤で希釈した状態でスペーサ
ーと混合してシート状に成形した後、有機溶剤を除去す
る方法が例示される。
ト状であるが、均一な厚さのシート状、表面に凹凸を有
するシート状、中央部の厚さが端部の厚さよりも厚いシ
ート状が例示され、特に、接着面積の大きい基材にこの
接着剤を加熱軟化させて接着させる際に、これらの界面
に気泡を抱き込みにくいことから、中央部の厚さが端部
の厚さよりも厚いシート状であることが好ましい。
る。本発明の半導体装置は、上記のようなシート状ホッ
トメルト接着剤により半導体素子をこの素子取付部に接
着してなることを特徴とする。この半導体装置に用いら
れるシート状ホットメルト接着剤は上述のとおりであ
る。このような半導体装置としては、ダイオード、トラ
ンジスタ、サイリスタ、モノリシックIC、ハイブリッ
ドIC、LSI、VLSIが例示される。これらの半導
体装置において、半導体素子としては、ダイオード、ト
ランジスタ、サイリスタ、モノリシックIC、さらには
ハイブリッドIC、LSI、VLSI等の半導体チップ
を搭載した回路基板素子が例示される。また、この半導
体素子取付部としては、回路基板、チップキャリア、タ
ブが例示される。
るために、本発明の半導体装置の一例であるハイブリッ
ドIC(断面図)を図2に、LSI(断面図)を図3
に、LSIモジュール(断面図)を図4にそれぞれ示し
た。これらの図面により説明すると、図2で示される半
導体装置は、半導体素子1がシート状ホットメルト接着
剤2により回路基板3に接着されており、この半導体素
子1と外部リードに接続した回路配線4とがボンディン
グワイヤ5により電気的に接続されている。この回路基
板3の材質としては、セラミック、ガラス、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ベークライト樹
脂、メラミン樹脂、ガラス繊維強化エポキシ樹脂が例示
される。また、この回路配線4の材質としては、金、
銅、アルミニウム、銀−パラジウム、インジウムチンオ
キサイド(ITO)が例示される。また、このボンディ
ングワイヤ5の材質としては、金、銅、アルミニウムが
例示される。また、この半導体素子1は封止樹脂6によ
り樹脂封止されていてもよい。この封止樹脂6を形成す
る樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリ
フェニレンサルファイド樹脂が例示される。また、この
回路基板3上には、この半導体素子1の他にも、抵抗、
コンデンサー、コイル等の電気部品が搭載されていても
よい。
体素子1がシート状ホットメルト接着剤2により回路基
板7に接着しており、この半導体素子1と回路基板(チ
ップキャリア)7上の回路配線4とがバンプ(リード)
8により電気的に接続されている。この回路基板7の材
質としては、ポリイミド樹脂、セラミック、ガラス繊維
強化エポキシ樹脂が例示される。また、この回路配線4
の材質としては、前記と同様のものが例示される。ま
た、このバンプ8の材質としては、金、アルミニウム、
ハンダが例示される。また、この半導体素子1と回路基
板7との間のバンプ8の周囲を樹脂9により含浸しても
よい。この樹脂9を形成する樹脂としては、液状硬化性
シリコーン組成物、液状硬化性エポキシ樹脂組成物が例
示される。また、この半導体素子1は封止樹脂6により
樹脂封止されてもよい。この封止樹脂6を形成する樹脂
としては、前記と同様のものが例示される。
体素子1が回路基板3上の回路配線とボンディングワイ
ヤ5により電気的に接続された通称、チップキャリアと
呼ばれる回路基板素子がシート状ホットメルト接着剤2
により回路基板7に接着されており、この回路基板7上
の回路配線4と回路基板3上の回路配線がバンプ8によ
り電気的に接続されている。この回路基板3の材質とし
ては、前記と同様のものが例示される。また、このボン
ディングワイヤ5の材質としては、前記と同様のものが
例示される。また、この回路基板7の材質としては、前
記と同様のものが例示される。また、このバンプ8の材
質としては、前記と同様のものが例示される。また、こ
の回路基板3と回路基板7との間のバンプ8の周囲は樹
脂9により含浸されてもよく、さらに、この半導体素子
1は封止樹脂6により樹脂封止されてもよい。この樹脂
9を形成する樹脂としては、前記と同様のものが例示さ
れる。また、この封止樹脂6を形成する樹脂としては、
前記と同様のものが例示される。
により説明する。図2で示される半導体装置を製造する
方法としては、つぎのような方法が例示される。半導体
素子1にシート状ホットメルト接着剤2を貼り付けた
後、この接着剤2に回路基板3を貼り付けるか、また
は、この回路基板3上にこの接着剤2を貼り付けた後、
この接着剤2に半導体素子1を貼り付け、次いで、この
接着剤2を加熱軟化させる。この接着剤2を加熱軟化さ
せる方法としては、加熱板、熱風、輻射熱、赤外線、高
周波、超音波等の手段が挙げられる。この際、この接着
剤2を押圧しながら加熱することが好ましい。その後、
半導体素子1と回路配線4をボンディングワイヤ5によ
り電気的に接続する。続いて、この半導体素子1を必要
により封止樹脂6により樹脂封止する。
る方法としては、次のような方法が例示される。半導体
素子1にシート状ホットメルト接着剤2を貼り付けた
後、この接着剤2に回路基板7を貼り付けるか、また
は、この回路基板7にこの接着剤2を貼り付けた後、こ
の接着剤2に半導体素子1を貼り付け、次いで、この接
着剤2を加熱軟化させる。この接着剤2を加熱軟化させ
る方法としては、上記のような方法が例示される。その
後、この半導体素子1と回路配線4とをバンプ8の融着
により電気的に接続する。続いて、このバンプ8の周囲
を必要により樹脂9により含浸し、さらに、この半導体
素子1を必要により封止樹脂6により樹脂封止する。
る方法としては、次のような方法が例示される。半導体
素子1と回路基板3上の回路配線をボンディングワイヤ
5により電気的に接続したチップキャリアにシート状ホ
ットメルト接着剤2を貼り付け、次いで、この接着剤2
に回路基板7を貼り付けるか、または、回路基板7にこ
の接着剤2を貼り付け、次いで、この接着剤2に上記の
回路基板3を貼り付け、次いで、この接着剤2を加熱軟
化させる。この接着剤2を加熱軟化させる方法として
は、上記のような方法が例示される。その後、この回路
基板3と回路基板7とをバンプ8の融着により電気的に
接続する。続いて、このバンプ8の周囲を必要により樹
脂9により含浸し、さらに、この半導体素子1を必要に
より封止樹脂6により樹脂封止する。
び半導体装置を実施例により詳細に説明する。なお、シ
ート状ホットメルト接着剤の加熱軟化時のはみ出しの程
度、半導体装置の信頼性は次のようにして評価した。
時のはみ出しの評価方法]シート状ホットメルト接着剤
の加熱軟化時のはみ出しの程度を図5で示した試験体に
より評価した。すなわち、シート状ホットメルト接着剤
をガラス板A(5cm×5cm)上に、1cm×1cm
×1mmとなるように貼り付け、さらにこの接着剤上に
同様のガラス板A’を貼り付けた後、これを150℃の
熱風循環式オーブンにより2時間加熱して、これらのガ
ラス板を接着した試験体を5個作成した。そして、これ
らのガラス板A−A’間の接着剤Bが加熱前の位置から
はみ出た接着剤Cの長さの平均{(a+b+c+d)/
4}を求め、これらの試験体5個の平均値によりそれぞ
れ比較した。
で示した半導体装置を作成し、この信頼性の評価を行っ
た。図2の半導体装置は、次にようにして作成した。表
面に印刷により形成された回路基板4および端部に外部
リードを有するガラス繊維強化エポキシ樹脂製の回路基
板3上にシート状ホットメルト接着剤2(8mm×8m
m)を貼り付け、次いで、この接着剤2に半導体素子1
を貼り付けた後、150℃の熱風循環式オーブンにより
2時間加熱することにより、半導体素子1を回路基板3
に接着させた。次に、半導体素子1と回路配線4をボン
ディングワイヤ5により電気的に接続した。その後、こ
の半導体素子1をエポキシ系封止樹脂で樹脂封止した。
このエポキシ系封止樹脂は、80℃の熱風循環式オーブ
ンにより1時間加熱した後、150℃の熱風循環式オー
ブンにより2時間加熱することにより硬化させた。この
ようにして20個の半導体装置を作製した。
30分間および+120℃で30分間静置することを1
サイクルとする、サーマルサイクルテストを100サイ
クルおよび500サイクル実施した後、外部リード間の
電気導通試験を行い、導通不良の半導体装置の数(不良
率)を求めた。
で示した半導体装置を作成し、この信頼性の評価を行っ
た。図3の半導体装置は、次のようにして作成した。回
路基板7にシート状ホットメルト接着剤2(8mm×8
mm)を貼り付け、次いで、この接着剤2に半導体素子
1を貼り付けた後、150℃の熱風循環式オーブンによ
り2時間加熱して、この半導体素子1を回路基板7に接
着させた。次に、回路基板7上の回路配線4と半導体素
子1を金製のバンプ8により電気的に接続した。そし
て、このバンプ8の周囲をシリコーン系樹脂9で含浸し
た。このシリコーン系樹脂は液状硬化性シリコーン組成
物を含浸した後、150℃の熱風循環式オーブンにより
1時間加熱することにより硬化させた。その後、この半
導体素子1をエポキシ系封止樹脂6で樹脂封止した。こ
のエポキシ系封止樹脂は、80℃の熱風循環式オーブン
により1時間加熱した後、150℃の熱風循環式オーブ
ンにより2時間加熱することにより硬化させた。このよ
うにして20個の半導体装置を作成した。
30分間および+120℃で30分間静置することを1
サイクルとする、サーマルサイクルテストを100サイ
クルおよび500サイクル実施した後、外部リード間の
電気導通試験を行い、導通不良の半導体装置の数(不良
率)を求めた。
で示した半導体装置を作成し、この信頼性の評価を行っ
た。図4の半導体装置は、次にようにして作成した。半
導体素子1と回路基板3上の回路配線をボンディングワ
イヤ5により電気的に接続したチップキャリアを、回路
基板7に貼り付けたシート状ホットメルト接着剤2(2
2mm×22mm)に貼り付けた後、150℃の熱風循
環式オーブンにより2時間加熱して、この回路基板3と
回路基板7を接着させた。次ぎに、回路基板3上の回路
配線と回路基板7上の回路配線4を金製のバンプ8によ
り電気的に接続した。そして、このバンプ8の周囲をシ
リコーン系樹脂9で含浸した。このシリコーン系樹脂は
液状硬化性シリコーン組成物を含浸した後、150℃の
熱風循環式オーブンにより1時間加熱することにより硬
化させた。その後、この半導体素子1をエポキシ系封止
樹脂6で樹脂封止した。このエポキシ系封止樹脂は、8
0℃の熱風循環式オーブンにより1時間加熱した後、1
50℃の熱風循環式オーブンにより2時間加熱すること
により硬化させた。このようにして20個の半導体装置
を作成した。
30分間および+120℃で30分間静置することを1
サイクルとする、サーマルサイクルテストを100サイ
クルおよび500サイクル実施した後、外部リード間の
電気導通試験を行い、導通不良の半導体装置の数(不良
率)を求めた。
A硬さが30であり、厚さが200μmであり、ほぼ平
坦なシリコーンゴムシートを用いた。このシリコーンゴ
ムシートの両面に、軟化温度が80℃であり、加熱後に
ヒドロシレーション反応により硬化するシリコーン系ホ
ットメルト接着剤(東レ・ダウコーニング・シリコーン
社製のTHMX−101、硬化後のシリコーン硬化物の
JIS A硬度 >98)を、平均50μmの厚さで塗
布した。このホットメルト接着剤は、これを予めトルエ
ンに溶解し、これをスプレーコーティングした後、室温
でトルエンを風乾することにより、厚さ300μmであ
り、ほぼ平坦なシート状ホットメルト接着剤を作成し
た。このシート状ホットメルト接着剤の加熱軟化時のは
み出しの程度、半導体装置の信頼性の評価を行い、これ
らの結果を表1に示した。
ーとして、サイズが22mm×22mmであり、中央部
の厚さが220μmであり、端部の厚さが180μmで
あるシリコーンゴムシートを用いた以外は実施例1と同
様にして、中央部の厚さが320μmであり、端部の厚
さが280μmであるシート状ホットメルト接着剤を作
成した。実施例1と同様にして、このシート状ホットメ
ルト接着剤の加熱軟化時のはみ出しの程度、半導体装置
の信頼性の評価を行い、これらの結果を表1に示した。
ンゴム製スペーサーを用いないで、厚さ300μmであ
る、ほぼ平坦なシート状ホットメルト接着剤を作成し
た。実施例1と同様にして、このシート状ホットメルト
接着剤の加熱軟化時のはみ出しの程度、半導体装置の信
頼性の評価を行い、これらの結果を表1に示した。
ーを用いないで、サイズが22mm×22mmであり、
中央部の厚さが320μmであり、端部の厚さが280
μであるシート状ホットメルト接着剤を作成した。実施
例1と同様にして、このシート状ホットメルト接着剤の
加熱軟化時のはみ出しの程度、半導体装置の信頼性の評
価を行い、これらの結果を表1に示した。
A硬さが50であり、平均粒径が100μmであり、最
大粒径が280μmであるシリコーンゴム粒子60重量
部と、軟化温度が80℃であり、加熱後に付加反応によ
り硬化するシリコーン系ホットメルト接着剤(東レ・ダ
ウコーニング・シリコーン社製のTHMX−101、硬
化後のシリコーン硬化物のJIS A硬度 >98)1
00重量部をトルエン溶液中で混合し、その後、室温で
風乾してトルエンを除去して、厚さ300μmである、
ほぼ平坦なシート状ホットメルト接着剤を作成した。実
施例1と同様にして、このシート状ホットメルト接着剤
の加熱軟化時のはみ出しの程度、半導体装置の信頼性の
評価を行い、これらの結果を表1に示した。
ーとして、平均粒径が100μmであり、最大粒径が2
50μmであるシリカ粒子を用いた以外は実施例3と同
様にして、厚さ300μmである、ほぼ平坦なシート状
ホットメルト接着剤を作成した。実施例1と同様にし
て、このシート状ホットメルト接着剤の加熱軟化時のは
み出しの程度、半導体装置の信頼性の評価を行い、これ
らの結果を表1に示した。
A硬さが30であり、厚さが200μmであり、ほぼ平
坦なシリコーンゴムシートを用いた。このシリコーンゴ
ムシートの両面に、軟化点が60℃であり、加熱後にエ
ポキシドの開環重合により硬化するシリコーン変性エポ
キシ系ホットメルト接着剤(東レ・ダウコーニング・シ
リコーン社製のTHMX−501、硬化後のエポキシ系
硬化物のJIS A硬度>98)を平均50μmの厚さ
で塗布した。このホットメルト接着剤は、これを予め7
0℃に加熱することにより軟化させた状態でスキージで
平坦に延ばしてコーティングした後、室温で放置するこ
とにより、厚さが300μmであり、ほぼ平坦なシート
状ホットメルト接着剤を作製した。このシート状ホット
メルト接着剤の加熱軟化時のはみ出しの程度、半導体装
置の信頼性の評価を行い、これらの結果を表1に示し
た。
は、精度良く接着し、応力緩和特性を有するという特徴
がある。また、本発明の半導体装置は、このようなシー
ト状ホットメルト接着剤により半導体素子をこの素子取
付部に接着してなるので、優れた信頼性を有するという
特徴がある。
図であり、(1)はスペーサーがシート状である場合のシ
ート状ホットメルト接着剤の断面図であり、(2)はスペ
ーサーが粒状である場合のシート状ホットメルト接着剤
の断面図である。
ドICの断面図である。
面図である。
ュールの断面図である。
ルト接着剤の加熱軟化時にはみ出た接着剤の有無を評価
するために用いた試験体の上面図および側面図である。
着剤 a、b、c、d 加熱前の位置からはみ出たシート状ホ
ットメルト接着剤の長さ
Claims (5)
- 【請求項1】 シート状ホットメルト接着剤において、
このシートの両面にホットメルト接着剤を有し、このシ
ートの内部にスペーサーを有することを特徴とするシー
ト状ホットメルト接着剤。 - 【請求項2】 スペーサーの形状がシート状または粒状
であることを特徴とする、請求項1記載のシート状ホッ
トメルト接着剤。 - 【請求項3】 スペーサーが有機系材質または無機系材
質からなることを特徴とする、請求項1または2記載の
シート状ホットメルト接着剤。 - 【請求項4】 半導体素子をこの素子取付部に接着する
ためのシート状ホットメルト接着剤であることを特徴と
する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のシート状ホ
ットメルト接着剤。 - 【請求項5】 請求項1〜3のいずれか1項に記載のシ
ート状ホットメルト接着剤により半導体素子をこの素子
取付部に接着してなることを特徴とする半導体装置。
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