(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続対象部を有する導通支持部材に搭載された電子素子の電極に対して、キャピラリに挿通されたワイヤの一端を接合するファーストボンディング工程と、
上記ワイヤの他端を上記接続対象部に接合するセカンドボンディング工程と、を有するワイヤボンディング方法であって、
上記セカンドボンディング工程は、上記キャピラリを上記接続対象部に対して押し付けることにより、上記導通支持部材側に残存した上記ワイヤの上記他端をくさび状部により上記接続対象部に接合するとともに、上記ワイヤを切断する工程と、
上記ワイヤを一度切断した後に、上記キャピラリから突出した上記ワイヤの先端寄りの部分を溶融させることにより溶融ボールを形成する工程と、
上記キャピラリを上記接続対象部に接近させることにより、上記溶融ボールを上記ワイヤの上記他端に付着させ、上記くさび状部および上記接続対象部を覆うように、上記ワイヤの径よりも大きい径を有する冠部を形成する工程と、
上記ワイヤを送り出しながら上記キャピラリを上記接続対象部から上記冠部の上端よりも上方に離間させる工程と、
上記キャピラリを上記接続対象部から離間する方向に対して直角な方向にスライドさせることにより、上記冠部の上端よりも上方の部分において上記ワイヤにくびれ部を形成する工程と、
上記キャピラリを上記接続対象部からさらに離間させることにより、上記くびれ部において上記ワイヤを切断する工程と、を有することを特徴とする、ワイヤボンディング方法。
【請求項２】
上記溶融ボールを上記ワイヤの上記他端に付着させる工程においては、上記キャピラリと上記導通支持部材とを当接させない、請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項３】
上記ワイヤを送り出しながら上記キャピラリを上記接続対象部から離間させる工程においては、上記キャピラリの先端と上記接続対象部との距離が、上記ワイヤの直径の１．３〜２．２倍となる位置に上記キャピラリを移動させ、
上記くびれ部を形成する工程においては、上記ワイヤの直径の１．０〜１．７倍の距離をスライドさせる、請求項１または２に記載のワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤが挿通されたキャピラリを用いて電子部品を導通支持部材に実装するためのワイヤボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、このようなワイヤボンディング方法の一例によってボンディングされた電子素子の一例を示している。同図に示された電子素子９２は、導通支持部材であるリードフレーム９１に搭載されている。電子素子９２とボンディングパッド９１ａとは、たとえば絶縁性接着剤を用いたダイボンディングによって接合されている。電子素子９２の電極９２ａとパッド９１ｂとは、ワイヤＷによって接合されている。
【０００３】
ワイヤＷによるワイヤボンディングを行うには、キャピラリＣｐを用いる。まず、ボンディングパッド９１ａにボンディングされた電子素子９２の電極９２ａ直上にキャピラリＣｐを位置させる。この状態でキャピラリＣｐからワイヤＷを突出させ、この突出部分を溶解させることにより溶融ボールを形成する。次に、キャピラリＣｐを電極９２ａに接近させ、上記溶融ボールを電極９２ａに付着させる。そして、キャピラリＣｐからワイヤＷを送り出しながらキャピラリＣｐを電極９２ａから離間させる。以上の作業により、電極９２ａに対するファーストボンディング工程が完了する。
【０００４】
次いで、キャピラリＣｐをパッド９１ｂに接近させ、ワイヤＷの先端をパッド９１ｂに対して押し付ける。これにより、ワイヤＷを切断する。このときの押し付け力によって、リードフレーム９１側に残存したワイヤＷの端部が、パッド９１ｂに接合される。この後に、キャピラリＣｐをパッド９１ｂから離間させる。以上の作業により、パッド９１ｂに対するセカンドボンディング工程が完了する。
【０００５】
しかしながら、ワイヤＷの電極９２ａに対するファーストボンディング部が半球状とされているのに対し、ワイヤＷのパッド９１ｂに対するセカンドボンディング部は、薄肉の断面くさび形状とされている。たとえば電子素子９２を含む領域に熱変形が生じると、上記セカンドボンディング部には比較的大きな応力が発生する。このため、上記セカンドボンディング部は、上記ファーストボンディング部と比べて断線するおそれが大きい。一般的に、リフローの手法を用いた面実装が施される電子デバイスにおいては、面実装時の高温により、ワイヤ断線が問題となりやすい。ところが、近年、スルーホール基板に対してリードフレーム９１から延出した外部リードを挿入し、ハンダ付けされる構成とされた電子デバイスにおいても、高密度かつ高速な実装により比較的大きな外力が発生することが多い。これにより、このような電子デバイスにおいても、ワイヤ断線が大きな問題となってきている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−５１０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ワイヤ断線を抑制することが可能なワイヤボンディング方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によって提供されるワイヤボンディング方法は、接続対象部を有する導通支持部材に搭載された電子素子の電極に対して、キャピラリに挿通されたワイヤの一端を接合するファーストボンディング工程と、上記ワイヤの他端を上記接続対象部に接合するセカンドボンディング工程と、を有するワイヤボンディング方法であって、上記セカンドボンディング工程は、上記キャピラリを上記接続対象部に対して押し付けることにより、上記導通支持部材側に残存した上記ワイヤの上記他端をくさび状部により上記接続対象部に接合するとともに、上記ワイヤを切断する工程と、上記ワイヤを一度切断した後に、上記キャピラリから突出した上記ワイヤの先端寄りの部分を溶融させることにより溶融ボールを形成する工程と、上記キャピラリを上記接続対象部に接近させることにより、上記溶融ボールを上記ワイヤの上記他端に付着させ、上記くさび状部および上記接続対象部を覆うように、上記ワイヤの径よりも大きい径を有する冠部を形成する工程と、上記ワイヤを送り出しながら上記キャピラリを上記接続対象部から上記冠部の上端よりも上方に離間させる工程と、上記キャピラリを上記接続対象部から離間する方向に対して直角な方向にスライドさせることにより、上記冠部の上端よりも上方の部分において上記ワイヤにくびれ部を形成する工程と、上記キャピラリを上記接続対象部からさらに離間させることにより、上記くびれ部において上記ワイヤを切断する工程と、を有することを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、上記セカンドボンディング工程によって形成されるセカンドボンディング部には、上記溶融ボールが付着後凝固した部分が形成される。この部分は、上記接続対象部に対して溶着した状態で形成されやすい。このため、上記セカンドボンディング部を上記接続対象部から剥離しにくいものとすることが可能である。したがって、上記ワイヤの断線を抑制することができる。また、上記くびれ部を形成した後に上記キャピラリを上記接続対象部から離間させると、上記くびれ部に引張応力が集中的に発生することとなり、上記くびれ部を選択的に破断させることが可能である。これにより、上記セカンドボンディング部を意図しない突起などを有さない適切な形状に仕上げることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶融ボールを上記ワイヤの上記他端に付着させる工程においては、上記キャピラリと上記導通支持部材とを当接させない。このような構成によれば、上記セカンドボンディング工程において、上記キャピラリを上記接続対象部に対して繰り返し押し付けることがない。したがって、上記セカンドボンディング工程に要する時間が不当に長くなることを回避することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ワイヤを送り出しながら上記キャピラリを上記接続対象部から離間させる工程においては、上記キャピラリの先端と上記接続対象部との距離が、上記ワイヤの直径の１．３〜２．２倍となる位置に上記キャピラリを移動させ、上記くびれ部を形成する工程においては、上記ワイヤの直径の１．０〜１．７倍の距離をスライドさせる。このような構成によれば、上記セカンドボンディング工程によって形成されるセカンドボンディング部を意図しない突起などを有さない適切な形状に仕上げるのに好適である。
【００１２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係るワイヤボンディング方法の一例を用いて製造した受光モジュールを示している。同図に示された受光モジュールＡは、リードフレーム１、受光素子２、駆動ＩＣ３、および樹脂パッケージ４を備えている。
【００１５】
リードフレーム１は、受光素子２および駆動ＩＣ３を支持しつつ互いを導通させるために用いられるものであり、本発明で言う導通支持部材の一例に相当する。リードフレーム１は、たとえば銅製のプレートを打ち抜き加工することによって形成されており、ボンディングパッド１１、パッド１２、および外部リード１３を有している。ボンディングパッド１１は、受光素子２がダイボンディングされる部分である。パッド１２は、受光素子２とリードフレーム１とを導通させるためのワイヤＷを接合するための部分であり、本発明で言う接続対象部の一例に相当する。外部リード１３は、リードフレーム１のうち樹脂パッケージ４から突出した部分であり、受光モジュールＡを実装するために用いられる。受光モジュールＡをたとえば回路基板Ｓに実装するには、回路基板Ｓに設けられたスルーホールＳａに外部リード１３を貫通させる。そして、外部リード１３と回路基板Ｓの配線パターン（図示略）とをハンダＳｄによって接合する。
【００１６】
受光素子２は、たとえばＰＩＮフォトダイオードであり、本発明で言う電子素子の一例に相当する。受光素子２は、外部のリモコン送信機から発せられた赤外線を受光すると、それに応じた光起電力を生じて電流を流すように構成されている。この受光素子２は、ボンディングパッド１１に対して、たとえば絶縁性接着剤を用いてダイボンディングされている。駆動ＩＣ３は、受光素子２に流れる電流を出力信号に変換して外部の制御機器に出力するものであり、電流／電圧変換回路、増幅回路、リミット回路、検波回路などを備えている。駆動ＩＣ３は、ワイヤＷおよびリードフレーム１を介して受光素子２と導通している。
【００１７】
樹脂パッケージ４は、受光素子２、駆動ＩＣ３、およびリードフレーム１の一部を封止し、これらを保護するためのものである。樹脂パッケージ４は、たとえば染料を含んだエポキシ樹脂からなり、赤外線を透過させる一方、たとえば可視光に対する透光性が小さいものとされている。樹脂パッケージ４のうち受光素子２の正面に位置する部分には、ドーム状のレンズ４ａが形成されている。このレンズ４ａは、受光モジュールＡ外から進行してきた赤外線を屈折させて受光素子２へと集光するためのものである。
【００１８】
ワイヤＷは、受光素子２および駆動ＩＣ３を互いに導通させ、さらにこれらをリードフレーム１に導通させるためのものであり、たとえばＡｕ製である。図示されたワイヤＷのうち、受光素子２の電極２ａとパッド１２とを接続しているワイヤＷを例に挙げると、このワイヤＷは、ファーストボンディング部Ｗ１とセカンドボンディング部Ｗ２と連結部Ｗ３とを有している。ファーストボンディング部Ｗ１は、ワイヤＷのうち電極２ａと接合された部分であり、冠部Ｗ１ａが形成されている。セカンドボンディング部Ｗ２は、ワイヤＷのうちパッド１２と接合された部分であり、冠部Ｗ２ｂが形成されている。連結部Ｗ３は、ファーストボンディング部Ｗ１とセカンドボンディング部Ｗ２とを連結する部分である。
【００１９】
次に、受光モジュールＡの製造過程における、本発明に係るワイヤボンディング方法の一例について、図２〜図１４を参照しつつ以下に説明する。
【００２０】
まず、図２に示すように、リードフレーム１のボンディングパッド１１に受光素子２をダイボンディングしておく。受光素子２の電極２ａの直上にキャピラリＣｐを位置させる。キャピラリＣｐには貫通孔が形成されており、この貫通孔からＡｕ製のワイヤＷを送り出し自在となっている。キャピラリＣｐからワイヤＷを突出させる。このワイヤＷの突出部分に対してスパークを飛ばすなどにより、突出部分を溶融させる。これにより、溶融ボールＷｂを形成する。
【００２１】
次に、図３に示すように、キャピラリＣｐを電極２ａへと接近させる。溶融ボールＷｂが電極２ａに付着する位置でキャピラリＣｐの接近を停止する。溶融ボールＷｂは、電極２ａに沿って下端が平坦となるとともに、電極２ａに対して溶着する。また、溶融ボールＷｂの上部がキャピラリＣｐの上記貫通孔先端部分に充填される。これにより、電極２ａ上に冠部Ｗ１ａが形成される。
【００２２】
次に、図４に示すようにキャピラリＣｐを電極２ａから離間させる。この離間動においては、ワイヤＷをキャピラリから相対的に送り出すことにより、冠部Ｗ１ａが電極２ａに接合された状態を保つ。以上の作業により、ワイヤＷの電極２ａに対するファーストボンディング工程が完了し、ファーストボンディング部Ｗ１が形成される。
【００２３】
次に、図５に示すように、ワイヤＷを送り出しながらキャピラリＣｐをパッド１２へと移動させる。そして、キャピラリＣｐをパッド１２に対して押し付ける。上述した電極２ａ直上からパッド１２までキャピラリＣｐを移動させる間に送り出されたワイヤＷの部分が、図１に示す連結部Ｗ３となる。図５に示すように、キャピラリＣｐの先端とパッド１２とによって挟まれることにより、ワイヤＷが切断される。また、パッド１２側に残ったワイヤＷの先端は断面くさび形状のくさび状部Ｗ２ａとなる。このくさび状部Ｗ２ａは、キャピラリＣｐからの押し付け力によりパッド１２に対して接合されている。
【００２４】
次に、図６に示すように、ワイヤＷを送り出しながらキャピラリＣｐをパッド１２から離間させる。そして、図７に示すように、ワイヤＷの送り出しを停止した状態で、キャピラリＣｐをパッド１２からさらに離間させる。これにより、キャピラリＣｐはワイヤＷの先端部分が露出した状態でパッド１２直上に待機した状態となる。ワイヤＷの突出長さは、図２で示した溶融ボールＷｂを形成するのに適した長さとする。
【００２５】
次に、図８に示すように、キャピラリＣｐを図中左方に移動させる。この移動により、キャピラリＣｐから突出するワイヤＷをくさび状部Ｗ２ａの直上に位置させる。そして、図９に示すように、ワイヤＷの先端にスパークを飛ばすことなどにより、溶融ボールＷｂを形成する。
【００２６】
次に、図１０に示すように、キャピラリＣｐをパッド１２に対して再度接近させる。このときのキャピラリＣｐの先端とパッド１２との距離Ｖ0が１５μｍ±１０μｍ程度となる位置においてキャピラリＣｐを停止させる。これにより、くさび状部Ｗ２ａとパッド１２の一部とを覆うように冠部Ｗ２ｂが形成される。
【００２７】
次に、図１１に示すように、ワイヤＷを送り出しながらキャピラリＣｐをパッド１２から離間させる。このとき、キャピラリＣｐを、その先端とパッド１２との距離Ｖが、ワイヤＷ直径の１．３〜２．２倍となる位置に移動させる。本実施形態においては、ワイヤＷの直径は３０μｍ程度とされている。したがって、距離Ｖを４０〜６５μｍ程度とすることが好ましい。キャピラリＣｐをこのような位置とすることにより、冠部Ｗ２ｂがキャピラリＣｐから露出した状態となる。
【００２８】
次に、図１２に示すように、キャピラリＣｐをパッド１２から離間させる方向と垂直である方向にスライドさせる。このとき、溶融ボールＷｂが変形することによって形成された冠部Ｗ２ｂおよび冠部Ｗ２ｂから上方に延びる部分は、いまだＡｕの融点付近の温度となっている。このため、冠部Ｗ２ｂから上方に延びる部分がキャピラリＣｐのスライド動によりせん断変形を受ける。この結果、冠部Ｗ２ｂの上方にくびれ部Ｗ２ｃが形成される。くびれ部Ｗ２ｃは、冠部Ｗ２ｂをはじめその周辺部分よりも断面積が顕著に小となっている。くびれ部Ｗ２ｃを適切に形成するためには、キャピラリＣｐをスライドさせる距離Ｈを、ワイヤＷの直径の１．０〜１．７倍とすることが好ましい。本実施形態においては、ワイヤＷの直径が３０μｍ程度であるため、距離Ｈを３０〜５０μｍ程度とする。
【００２９】
次に、図１３に示すように、キャピラリＣｐをパッド１２から離間させる。本実施形態においては、このときワイヤＷを送り出しながらキャピラリＣｐを離間させている。したがって、冠部Ｗ２ｂおよびくびれ部Ｗ２ｃには、キャピラリＣｐを離間させることによる引張力は作用しない。
【００３０】
次に、図１４に示すように、ワイヤＷの送り出しを停止させた状態で、キャピラリＣｐをパッド１２からさらに離間させる。すると、ワイヤＷが上方へと引っ張られることとなり、この引張力が冠部Ｗ２ｂおよびくびれ部Ｗ２ｃに作用する。くびれ部Ｗ２ｃは、断面積が顕著に小であるために、この引張力によって切断される。以上の作業により、パッド１２に対するワイヤＷのセカンドボンディング工程が完了し、セカンドボンディング部Ｗ２が形成される。この後は、ワイヤＷによってワイヤボンディングすべき他の電極またはパッドに対して、同様のワイヤボンディングを施す。
【００３１】
次に、本実施形態のワイヤボンディング方法の作用について説明する。
【００３２】
本実施形態によれば、ファーストボンディング部Ｗ１だけでなくセカンドボンディング部Ｗ２にも冠部Ｗ２ｂが形成される。冠部Ｗ２ｂは、溶融したＡｕからなる溶融ボールＷｂを用いてパッド１２とくさび状部Ｗ２ａとの接合部分を覆うように形成されたものである。このため、冠部Ｗ２ｂは、パッド１２に対して強固に接合されている。このような構成とされたセカンドボンディング部Ｗ２は、たとえば受光モジュールＡを実装するときに生じる熱変形や、搬送時および使用時における衝撃などによって応力が生じても、容易にはパッド１２から剥離しない。したがって、ワイヤＷの断線を抑制することができる。
【００３３】
セカンドボンディング工程においては、くさび状部Ｗ２ａを形成した後に、再びキャピラリＣｐをパッド１２へと接近させることにより冠部Ｗ２ｂを形成する。しかしながら、くさび状部Ｗ２ａを形成するときとは異なり、冠部Ｗ２ｂを形成するときには、キャピラリＣｐをパッド１２に対して押し付けることはなされない。キャピラリＣｐの先端をパッド１２から距離Ｖ0の位置まで接近させ、直ちに離間させる手順となっている。このため、キャピラリＣｐを押し付けるための時間をワイヤボンディング時間にいたずらに加入してしまうことがない。したがって、ワイヤ断線を抑制しつつ、ワイヤボンディングに要する時間が不当に長くなってしまうことを回避することができる。
【００３４】
発明者らの試験研究によれば、図１１および図１２に示した距離Ｖおよび距離Ｈを上述した大きさとすれば、冠部Ｗ２ｂを適切に形成することができることが判明した。図１５は、距離Ｖおよび距離Ｈを上述した範囲とした場合に形成されたセカンドボンディング部Ｗ２の一例の拡大写真である。同図に示すように、冠部Ｗ２ｂには意図しない突起などが生じておらず、比較的良好な形状となっている。これは、距離Ｖおよび距離Ｈを上述した範囲とすることにより、周辺部分よりも断面積が顕著に小であるくびれ部Ｗ２ｃを確実に形成することができるためであると考えられる。比較例として、距離Ｖおよび距離Ｈを上述した範囲外とした場合に形成されたセカンドボンディング部Ｗ２を図１６に示す。この場合、冠部Ｗ２ｂには意図しない余分な突起が認められる。これは、くびれ部Ｗ２ｃが適切に形成されなかったために、くびれ部Ｗ２ｃ以外の部分においてワイヤＷが引きちぎられてしまったためであると考えられる。様々な条件で試験した結果、距離Ｖおよび距離Ｈを、それぞれワイヤＷの直径の１．３〜２．２倍、および１．０〜１．７倍とすれば、図１６に示された意図しない突起の発生率を０％、あるいは数％程度とすることができた。
【００３５】
本発明に係るワイヤボンディング方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るワイヤボンディング方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３６】
本発明で言う導通支持部材は、リードフレームに限定されず、いわゆるリジッド基板などであってもよい。上述した受光素子は、本発明で言う電子素子の一例であり、本発明に係るワイヤボンディング方法は、様々な電子素子のボンディングに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るワイヤボンディング方法の一例を用いて製造された受光モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明に係るワイヤボンディング方法のファーストボンディング工程における溶融ボールの形成を示す要部側面図である。
【図３】本発明に係るワイヤボンディング方法のファーストボンディング工程における冠部の形成を示す要部側面図である。
【図４】本発明に係るワイヤボンディング方法のファーストボンディング工程におけるキャピラリの引き上げ動作を示す要部側面図である。
【図５】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程におけるキャピラリの押し付け動作を示す要部側面図である。
【図６】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程におけるキャピラリの引き上げ動作を示す要部側面図である。
【図７】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程におけるワイヤを離間させる動作を示す要部側面図である。
【図８】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程におけるキャピラリのシフト動作を示す要部側面図である。
【図９】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程における溶融ボールの形成を示す要部側面図である。
【図１０】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程における冠部の形成を示す要部側面図である。
【図１１】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程におけるキャピラリの離間動作を示す要部側面図である。
【図１２】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程におけるキャピラリのスライド動作を示す要部側面図である。
【図１３】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程におけるキャピラリの引き上げ動作を示す要部側面図である。
【図１４】本発明に係るワイヤボンディング方法のセカンドボンディング工程におけるワイヤの切断を示す要部側面図である。
【図１５】本発明に係るワイヤボンディング方法によって形成されたセカンドボンディング部を示す顕微鏡写真である。
【図１６】比較例としてのワイヤボンディング方法によって形成されたセカンドボンディング部を示す顕微鏡写真である。
【図１７】従来のワイヤボンディング工程の一例によってワイヤボンディングされた電子素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ｃｐ    キャピラリ
Ｈ      距離
Ｓ      回路基板
Ｓａ    スルーホール
Ｓｄ    ハンダ
Ｖ      距離
Ｗ      ワイヤ
Ｗ１    ファーストボンディング部
Ｗ１ａ  冠部
Ｗ２    セカンドボンディング部
Ｗ２ａ  くさび状部
Ｗ２ｂ  冠部
Ｗ２ｃ  くびれ部
Ｗ３    連結部
Ｗｂ    溶融ボール
１      リードフレーム（導通支持部材）
２      受光素子（電子素子）
２ａ    電極
３      駆動ＩＣ
４      樹脂パッケージ
４ａ    レンズ
１１    ボンディングパッド
１２    パッド（接続対象部）
１３    外部リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１５】
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【図１６】
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