(57)【要約】      （修正有）【課題】有機ブリッジを使用したマルチチップ接続を可能とするデバイス及び製造方法を提供する。【解決手段】有機パッケージ基板３０２は、埋め込まれた有機ブリッジ３０４を有する。有機ブリッジは、ダイ３１８，３１９を有機ブリッジにより相互に接続可能とする接続構造を有する。有機ブリッジは、金属配線層３１４、金属パッド層３１６および交互に配置された複数の誘電体層３１２を有するが、基板層を有さない。数層のみを有する実施形態では、有機パッケージ基板の最上層または上側の数層内に埋め込まれる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ポリマー基板と、
前記基板に埋め込まれた有機ポリマーブリッジと、
前記有機ポリマーブリッジの第１ロケーションに配置された第１接続構造、および、前記有機ポリマーブリッジの第２ロケーションに配置された第２接続構造と、
前記有機ポリマーブリッジにおいて、前記第１接続構造と前記第２接続構造とを接続する導電経路と、を備えるマイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項２】
前記有機ポリマー基板は、凹部を有し、
前記有機ポリマーブリッジは、有機ポリマーを使用して前記凹部に埋め込まれている、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項３】
前記有機ポリマー基板および前記有機ポリマーブリッジは、同じ有機ポリマーから形成されている、請求項２に記載のマイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項４】
前記有機ポリマー基板および前記有機ポリマーブリッジは、異なる有機ポリマーから形成されている、請求項２に記載のマイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項５】
前記有機ポリマー基板は、第１配線幅および第１配線間隔を有する設計規則の第１セットを使用して形成され、
前記有機ポリマーブリッジは、第２配線幅および第２配線間隔を有する設計規則の第２セットを使用して形成される、請求項１から４の何れか一項に記載のマイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項６】
前記第１配線幅は、前記第２配線幅より大きく、
前記第１配線間隔は、前記第２配線間隔よりも大きい、請求項５に記載のマイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項７】
前記有機ポリマーブリッジの全厚みは、約２０μｍ未満である、請求項１から６の何れか一項に記載のマイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項８】
複数のダイを接続する有機ブリッジであって、
前記有機ブリッジは、
金属配線層と、
金属パッド層と、
交互に配置された複数の有機ポリマー誘電体層と、を備え、
実質的にシリコンで形成された層を備えない、有機ブリッジ。
【請求項９】
全ての層を合わせた厚みが、約３０μｍ未満である請求項８に記載の有機ブリッジ。
【請求項１０】
全ての層を合わせた厚みが、約１５μｍである請求項８に記載の有機ブリッジ。
【請求項１１】
前記金属パッド層は、複数の接続構造を有する、請求項８から１０の何れか一項に記載の有機ブリッジ。
【請求項１２】
前記複数の接続構造のうちの第１の接続構造は、第１ダイを接続し、
前記複数の接続構造のうちの第２の接続構造は、第２ダイを接続する、請求項１１に記載の有機ブリッジ。
【請求項１３】
更なる金属層と、
更なる交互に配置された有機ポリマー誘電体層と、を更に備える請求項８から１２の何れか一項に記載の有機ブリッジ。
【請求項１４】
有機ポリマーパッケージ基板と、
有機ポリマーブリッジと、を備えるマイクロエレクトロニクスパッケージであって、
前記有機ポリマーブリッジは、
金属パッド層と、
金属配線層と、
交互に配置された複数の有機ポリマー誘電体層と、を有し、
前記有機ポリマーブリッジは、前記有機ポリマーパッケージ基板に埋め込まれている、マイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項１５】
前記有機ポリマーブリッジは、約１５μｍから約２０μｍの厚みを有する、請求項１４に記載のマイクロエレクトロニクスパッケージ。
【請求項１６】
金属配線層と、
金属パッド層と、
交互に配置された複数の有機ポリマー誘電体層と、を有する有機ブリッジを準備する段階と、
凹部が形成された有機パッケージ基板を準備する段階と、
有機ポリマーを使用して、前記有機ブリッジを、前記有機パッケージの前記凹部に接合する段階と、を備える方法。
【請求項１７】
前記有機ブリッジの全ての層を合わせた厚みは、約１５μｍ未満である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記有機ブリッジの全ての層を合わせた厚みは、約２０μｍ未満である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属パッド層は、複数の接続構造を有し、
前記方法は更に、
前記複数の接続構造のうちの第１接続構造に第１ダイを接合する段階と、
前記複数の接続構造のうちの第２接続構造に第２ダイを接合する段階とを備え、
前記第１ダイを接合する段階および前記第２ダイを接合する段階は、熱圧着ボンディングにより行われる、請求項１６から１８の何れか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記有機ブリッジは、前記有機パッケージ基板の単層の層内に接合される、請求項１６から１９の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、集積回路（ＩＣ）ダイ、マルチチップパッケージおよびこれらに関連する方法に関する。より詳細には、実施形態は、高密度接続構造を有するダイを相互接続するために、有機パッケージ基板の有機ブリッジを使用することに関する。
【０００２】
［優先権情報］
本願は、２０１２年１２月２０日出願の米国出願13/722,203号の優先権を主張するものであり、上記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
性能を向上させるべく、プロセッシングユニットパッケージ内に複数のダイを横並べにまたはマルチチップモジュール（ＭＣＭ）形式で集積する、プロセッシングユニット製品が増えている。従来のＭＣＭ形式では、複数のチップダイが、基板内の接続部を介して相互接続されている。入出力（ＩＯ）容量を大きくする一つの方法として、ダイ間に局所的に非常に高密度に配線を有する埋め込みＩＯブリッジダイを使用して、ダイを接続することが挙げられる。高密度の金属構造をシリコン基板にパターニングするのは、従来技術の方法である。この技術により、非常に精細で、サイズが一貫したバックエンド金属配線が可能となり、多数のＩＯ接続を提供することができる。しかしながら、有機パッケージとシリコンブリッジとでは、熱膨張係数（ＣＴＥ）が大きく異なり、複数の材料間での剥離およびクラックにつながる。また、シリコンブリッジが基板に設けられた後に、ＭＣＭの製造に複数の工程が行われ、この製造工程自体が、剥離およびクラックにつながる可能性がある。更に、ローカルＩＯを増やすべく、シリコンから形成された外付けブリッジを埋め込むことにより、シリコンブリッジを非常に薄くすることができるが、基板にシリコンブリッジを埋め込むのは難しい。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】ある実施形態に係る、一般的なマイクロエレクトロニクスの工程を示した図である。
【０００５】
【図２】ある実施形態に係る、マイクロエレクトロニクスパッケージの平面図である。
【０００６】
【図３】ある実施形態に係る、基板内に配置された有機ブリッジの断面図である。
【０００７】
【図４】ある実施形態に係る、有機ブリッジを生成する工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の詳細な説明および添付の図面には、当業者が実施可能な程度に詳細に実施形態が例示されている。その他の実施形態では、構造的な、論理的な、電子的な変更、工程の変更およびその他の変更を組み込んでもよい。ある実施形態の部分および特徴は、その他の実施形態の対応するものに含まれてもよいし、置き換えられてもよい。添付の特許請求の範囲に記載する実施形態は、これら特許請求の範囲の全ての均等物を含む。
【０００９】
図１は、ある実施形態に係る、一般的なマイクロエレクトロニクスの工程を示した図である。図に示すように、参照番号１００で示される工程は、基板製造工程１０２、ブリッジ製造工程１０４およびこれらのアセンブリ工程１０８から構成されており、これらの工程により、マルチチップパッケージ１１０のようなマイクロエレクトロニクスパッケージ／デバイスが製造される。
【００１０】
点線で示されているダイ製造工程１０６は、ダイを、アセンブリ工程１０８で基板上およびブリッジで組み立てることができ、または、後で別個の工程で組み立てることができることを意味している。ダイ製造工程１０６は、最終製品に組み込まれる所望のダイを製造できる任意の工程であってよい。本開示では重要でないことから、ダイ製造工程１０６について詳細に説明はしない。
【００１１】
基板製造工程１０２は、例えば、マルチチップパッケージで使用してもよい好適なパッケージ基板を製造する任意の工程を含んでよい。別の基板製造工程１０２により、特定のパッケージ基板に特に有効となるように工程を調整してもよい。つまり、パッケージ基板および基板製造工程１０２は、パッケージ基板（およびブリッジの配置）に応じて調整可能であり、ブリッジ自体に依存するものではない。つまり、より安価な工程、生産性の高い工程、大量生産が可能な工程、並びに、導電体上およびパッケージ基板内に余裕のある配置を可能とする工程、これら工程の組み合わせとしてもよく、または、その他の特定の基準または基準の組み合わせを可能としてもよい。典型的なパッケージ基板は、エポキシのような有機ポリマーから形成される。パッケージ基板は、シリカ、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の様々な材料を有機ポリマーに添加した材料で形成されてもよく、それにより、所望のガラス転移温度またはその他の所望の特性のような特定の特性を達成してもよい。
【００１２】
基板製造工程１０２によって製造されたパッケージ基板は、様々な層、および、配線および接点のような構成を含んでもよい。一例として、基板は、約４０μｍの配線幅および約４０μｍの配線間隔の設計規則を使用して形成される。同様に、積層される層が存在する場合には、これらの層の厚みを、有機ブリッジを形成するのにブリッジ製造工程１０４で使用される層の厚みよりも、大きくすることができる。
【００１３】
ブリッジ製造工程１０４は、パッケージ基板に配置するのに好適な高密度接続ブリッジを製造する工程を含んでよい。この工程の一例について、図４を参照して以下に説明する。ブリッジは、基板がなく、エポキシのような有機ポリマー（例えば、数層の積層体のみ、または、ルーティング層およびパッド層を含む１つの積層体）から形成されてもよい。一実施形態では、ブリッジ製造工程１０４で形成される有機ブリッジの厚みは、約３０μｍ未満である。別の実施形態では、ブリッジ製造工程１０４で形成される有機ブリッジは、約１５μｍの厚みを有する。
【００１４】
基板を有さないブリッジの実施形態において、ブリッジが、アセンブリ工程１０８の一部としてパッケージ基板に配置される場合には、ブリッジは、パッケージ基板において下部で、層の外形に共形となる。これにより、クラック、欠けまたは剥離のような材料間の問題の発生を最小にすることができる。ブリッジが薄く形成されることにより、工程および／またはパッケージのｚ高さ要求を満たすのが容易になる。基板なしで製造される実施形態では、ブリッジ製造工程１０４は、低コストの再利用可能ガラスキャリアを使用することができる。
【００１５】
有機ブリッジを形成するブリッジ製造工程１０４で使用される有機ポリマーは、基板の有機ポリマーと同じであってもよいし、異なっていてもよい。これら材料が共に有機であることから、（例えば、シリコンで形成されたブリッジと比べて）界面接着性が良い。また、これら材料が共に有機であることから、クラック、欠け、剥離、および、異種材料を使用することで発生するその他の問題の発生を、最小にすることができる。
【００１６】
ブリッジ製造工程１０４は、高密度ＩＯ接続を支持するべく、ブリッジに、小型の高密度配置を形成するように設計されてもよい。一実施形態では、有機ブリッジ製造工程１０４は、約３μｍ以下の配線幅および約３μｍ以下の配線間隔の設計規則を使用して製造される。別の実施形態では、有機ブリッジ製造工程１０４は、一部の領域または一部の層では、約３μｍ未満の配線幅および配線間隔を使用し、ブリッジの別の領域および層ではこれよりも大きな配線幅および配線間隔を使用する（例えば、約１０μｍの配線幅および約１０μｍの配線間隔）。
【００１７】
図２は、ある実施形態に係る、マイクロエレクトロニクスパッケージの平面図である。パッケージ２００は、パッケージ基板２１２、および、パッケージ基板２１２に組み込まれた有機ブリッジ２１４を有する。パッケージ基板２１２は、エポキシのような有機ポリマーを含んでもよい。有機ブリッジ２１４も、エポキシのような有機ポリマーを含んでもよい。有機ブリッジ２１４の有機ポリマーは、パッケージ基板２１２の有機ポリマーと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１８】
有機ブリッジ２１４は、ロケーション２２０に配置された接続構造２１６、および、ロケーション２２２に配置された接続構造２１８を有する。接続構造２１６および接続構造２１８は、複数の接点、例えば、２０８で示されるような接点を含んでよい。接続構造２１６および２１８内の様々な接点が、導電経路によって接続される。図２には、導電経路の例が、２１０として示されている。様々な接点間の接続は、有機ブリッジ２１４によって接続されるダイに適切なようになっている。点線で示されているロケーション２２０および２２１は、有機ブリッジ２１４によって接続されたダイが配置される予定の場所である。
【００１９】
有機ブリッジ２１４上の接続構造２１６および２１８は、典型的には、有機ブリッジ２１４の一端に向かって配置される。したがって、ロケーション２２０および２２２は、有機ブリッジ２１４の端部に向かう場所となる。しかしながら、接続構造２１６および２１８の位置は、有機ブリッジ２１４で接続されるダイによって決まる。
【００２０】
マイクロエレクトロニクスパッケージ２００は、複数の有機ブリッジ２１４を備えてもよく、複数のダイを接続するべく、それぞれが複数の接続構造２１６および２１８を有する。図２では、更なる有機ブリッジが２０２で例示されており、接続構造が２０４で例示されており、ダイを配置する位置が、点線２０６で示されている。これら有機ブリッジ２０２は、有機ブリッジ２１４と同様なものであってよい。接続構造２０４は、接続構造２１６および／または接続構造２１８と同様であってよい。
【００２１】
図３は、ある実施形態に係る、基板内に配置された有機ブリッジ２０２の断面図である。参照番号３００で示されているアセンブリは、基板３０２および有機ブリッジ３０４を備えてもよい。基板３０２は、図１の基板製造工程１０２で形成された基板のような、パッケージ基板３０２であってもよく、エポキシのような有機ポリマーで形成されてもよい。
【００２２】
基板３０２は、ダイ３１８および３１９を基板３０２に接続する、接点３０６を有する。接点３０６およびこれに連結された導電経路（図示せず）は、基板３０２の適切な設計規則に従ってもよい。一実施形態において、基板３０２の設計規則では、組み込み有機ブリッジ３０４の設計規則よりも大きな寸法（例えば、接点３０６の寸法）を可能とする。一例では、基板３０２は、約４０μｍの配線幅および約４０μｍの配線間隔の設計規則を使用して形成される。同様に、積層される層が存在する場合には、これらの層の厚みを、有機ブリッジ３０４を形成するのに使用される層の厚みよりも、大きくすることができる。
【００２３】
基板３０２は、有機ブリッジ３０４を受容する凹部を有する。基板３０２の誘電体層およびその他の層の厚み、ならびに、有機ブリッジ３０４の厚みに応じて、凹部を、最も外側の層または複数の外側の層にまで延在させる。このような凹部を、例えば、レーザスクライビングによって、基板３０２内に形成することができる。
【００２４】
有機ブリッジ３０４は、エポキシのような有機ポリマーで形成されてもよい。有機ブリッジ３０４の有機ポリマーは、基板３０２の有機ポリマーと同じであってもよいし、異なっていてもよい。有機ブリッジ３０４の様々な層の一部が、様々なパターンで示されているが、これは、図面上で周りの要素と区別して見えるようにするためである。
【００２５】
有機ブリッジ３０４は、基板３０２の凹部内に配置されて、有機ポリマーを使用して、有機ブリッジ３０４が凹部に接着される。有機ポリマーは、色素結合フィルム、エポキシ、または、有機ブリッジ３０４を基板３０２に十分接着できるその他の種類の有機ポリマーであってもよい。図３では、有機ブリッジ３０４を基板３０２へ接合する様子が、参照番号３０８で示されている。基板３０２および有機ブリッジ３０４は共に、有機ポリマーを含むので、欠け、クラックおよび剥離のような２つの異種の材料の界面で活性するような問題を最小にするような態様で、層３０８は、有機ブリッジ３０４を基板３０２に接合できる。
【００２６】
有機ブリッジ３０４は、図３では、層３１０、３１２、３１４および３１６として表されている。層３１０は、有機ブリッジ３０４の金属層であり、ブリッジ３０４の一部分とみなしてもよい。層３１４は、誘電体層３１２に埋め込まれた金属配線層である。誘電体層３１２は、エポキシのような有機ポリマーであり、交互に配置された（interleaved）複数の誘電体層３１２を表している。層３１６は、パッド層であり、例えば、接続構造２０４を有機ブリッジ３０４の一部として形成可能な場所である。一実施形態では、有機ブリッジ３０４の設計規則は、約３μｍの配線幅および約３μｍの配線間隔を含む。別の実施形態では、有機ブリッジ３０４の設計規則は、一部の領域または一部の層では、約３μｍ未満の配線幅および配線間隔を使用し、ブリッジの別の領域および層ではこれよりも大きな配線幅および配線間隔を使用する（例えば、約１０μｍの配線幅および約１０μｍの配線間隔）。
【００２７】
有機ブリッジ３０４のある実施形態では、基板３０２を有さない。このような実施形態では、配線層３１４およびパッド層３１６、並びに、場合によっては更なる金属層が全て、誘電体層３１２でインターリーブされるが、基板３０２は使用されない。基板３０２を有さないということは、このような実施形態の有機ブリッジ３０４は、シリコンを実質的に含む層を有さないということを意味する。このような実施形態では、"基板"層は、金属またはエポキシのような有機ポリマーで形成される。有機ポリマーは、シリカ、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の様々な様々な添加物、または、有機ポリマーの所望の特性を変更するその他の添加物を含んでもよい。
【００２８】
一実施形態では、有機ブリッジ３０４は、基板３０２を有さず、約１５μｍの厚みを有する。別の実施形態では、有機ブリッジ３０４は、基板３０２を有さず、約２０μｍ未満の厚みを有する。別の実施形態では、有機ブリッジ３０４は、基板３０２を有さず、約３０μｍ未満の厚みを有する。有機ブリッジ３０４は基板３０２を有さないので、有機ブリッジ３０４が配置される凹部の外形に一致する傾向がある。このような実施形態では、基板３０２がないこと、および、有機ブリッジ３０４が薄いことにより、基板３０２の表面層の半田マスクキャビティに有機ブリッジ３０４を組み込むことが可能になり、超ファインピッチダイを直接、熱圧着ボンディングにより接続することが可能となる。
【００２９】
図４は、ある実施形態に係る、有機ブリッジ３０４を生成する工程を示した図である。このような工程は、例えば、図１のブリッジ製造工程１０４で使用することができる。図４において、４００として総称されているのは、スピンオングラス（ＳｏＧ）技術である。ＳｏＧは、他の技術と比較して、精細なトレースおよび間隔を提供することができることから、例として取り上げている。しかしながら、その他の工程を使用することもできる。
【００３０】
段階４０２では、シリコンまたはガラスで形成されたキャリアウエハを取得する。搬送されてくるキャリアウエハは、最終的な有機ブリッジ３０４の一部を構成することはないため、安価で再利用可能なウエハを使用することができる。
【００３１】
段階４０４では、リリース層および下側誘電体（ＳｏＧ）層が堆積される。上記したように、誘電体層３１２は、エポキシのような有機ポリマーを含む。
【００３２】
段階４０６では、シード層堆積は、例えば、スパッタリングにより行われる。ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）およびシード層のパターニングも行われる。
【００３３】
段階４０８では、ＤＦＲ剥離と共にめっき工程が行われ、次の誘電体層３１２がＳｏＧ技術を使用して塗布される。
【００３４】
段階４１０では、シード層堆積と共に、例えば、スパッタリングによりビアの形成が行われる。ＤＦＲ塗布およびパターニングが実行される。
【００３５】
段階４１２では、最終的な半田レジスト（ＳＲ）層の形成およびパターニングによって、全ての金属層が接続される。
【００３６】
段階４１４では、得られたアセンブリをキャリアウエハから取り外して、ブリッジのダイシング（例えば、アセンブリから、個々の有機ブリッジ３０４へと分離）が行われる。
【００３７】
一般的に、図１から３を参照して説明されたような有機ブリッジ３０４は、数層の厚みを有し、例えば、配線層３１４、パッド層３１６、信号層のグランド層および基準層、および、これらの間を埋める誘電体層３１２のみを含む。このような場合、２層構造の有機ブリッジ３０４の厚みは、約１５μｍである。しかしながら、所望すれば、段階４０８および／または段階４１０で例示した工程を好適に繰り返して、３層構造または４層構造ｍの、厚みが約２０μｍから約３０μｍの有機ブリッジ３０４を実現できる。
【００３８】
上記の詳細な説明では、詳細な説明の一部を構成する添付の図面の参照を含む。図面には、例示として、本開示を実行可能な特定の実施形態が示されている。これらの実施形態は、"例"とも称される。このような例には、図示したまたは説明した要素に加えて、別の要素を含んでもよい。しかしながら、本発明者は、図示されたまたは上記で説明された要素のみが提供される例についても考慮している。更に、本発明者は、特定の例に関して（または１以上の側面に関して）または図示されたまたは説明されたその他の例（または１以上の側面）に関して、図示されたまたは説明された要素の組み合わせまたは置換（または、これらの側面の１以上）を使用した例についても考慮している。
【００３９】
本明細書では、"ａ"または"ａｎ"という言葉は、特許明細書で一般的なように、その他の事例または"少なくとも１つ"または"１以上"という言葉の使用とは関係なく、１つのまたは２つ以上のという意味を含むことを意図して使用している。本明細書では、"または（or）"という言葉は、非排他的な"または"として使用されており、例えば、"ＡまたはＢ"という言葉は、そうでないと明示されない限り、"ＡであるがＢではない"、"ＢであるがＡではない"、および、"ＡおよびＢ"を意味している。本明細書では、"含む（including）"および"in which"は、英語の"comprising"および"wherein"と等価に使用されている。また、添付の特許請求の範囲において、"含む（including）"および"備える（comprising）"という言葉は、制約がない言葉として使用されており、すなわち、このような言葉の後に列挙される要素に加えて、その他の要素を含むシステム、デバイス、物品、成分、処方またはプロセスであっても、特許請求の範囲に含まれると考えられる。更に、添付の特許請求の範囲で使用されている"第１の"、"第２の"および"第３の"等の言葉は、単なる名称に過ぎず、対象物に数値的要件を付与するものではない。
【００４０】
上記の説明は、例示を目的としており、制限することを意図していない。例えば、上記の例（またはその１以上の側面）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。当業者であれば、上記の説明を読むことにより、その他の実施形態を使用することができるであろう。要約は、米国特許規則３７ＣＦＲの１．７２（ｂ）章に従って、読者が、本開示の技術的特質を簡単に掴めるように記載している。したがって、要約は、特許請求の範囲の範囲および意味を解釈または制限するものではない。また、上記の詳細な説明では、様々な特徴をグループ化して、本開示のために単純化している場合がある。この点についても、特許請求されていないが開示されている特徴が、任意の請求項に必要不可欠であると解釈されるべきでない。むしろ、発明の特徴は、開示された特定の実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴にあると考えられる。したがって、添付の特許請求の範囲の記載についても詳細な説明に含まれ、請求項はそれ自体で別個の実施形態として成立していると考えられ、このような実施形態を様々な組み合わせまたは置換で互いに組み合わせることが考えられる。本発明の特徴の範囲は、添付の特許請求の範囲および当該特許請求の範囲の均等物を参照して、決められるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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