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JP2012151423A - 電子部品の製造方法 - Google Patents

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Hiroki Takanashi
弘樹 高梨
Michihiro Takayama
道寛 高山
Hitoshi Ueda
仁 上田
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Abstract

【課題】積層体にダイアフラムを強く密着させて貼り合わせを行っても、積層体の周縁部が変形することがない電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】ラミネート時には、ダイアフラムによって保護シート52が積層体1の両側から斜め下方向に向けてが引っ張られる応力が加わる。しかしながら、この応力は、積層体1の周囲に配されたスペーサ50によって受け止められる。
【選択図】図5

Description

本発明は、電子部品の製造方法に関し、詳しくは、積層体を貼り合わせる技術に関する。
例えば、薄膜太陽電池モジュールは、透明基板の上に表面電極、半導体層などの発電層、裏面電極を形成した表面基板と、裏面ガラス基板やバックシート(裏面保護シート)などの裏面基板との間に、EVAなどの充填材を挟んで貼り合わせることで、積層体が形成される。
こうした太陽電池の貼り合わせ工程において、発電体が形成された表面基板、充填材、裏面基板を含む積層体を貼り合わせ装置の加熱ステージに載置して、加熱し、充填材を軟化させて、表面基板と裏面基板との貼り合わせを行う。
この時、例えば、積層体を載置したステージ側を真空にして、ダイアフラムを介して上側を大気圧環境にすることによって、ダイアフラムが積層体に強く押し付けられる。これにより、充填材を介して積層体を隙間無く密着させることができる(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−308358号公報
しかしながら、こうした太陽電池モジュールの貼り合わせ時に積層体にダイアフラムを強く密着させて貼り合わせを行うと、積層体の端部領域、特にダイアフラムに密着する積層体の上層(裏面基板)のエッジ部分が、ダイアフラムに強く押されてステージ側に曲げられた(ダレた)状態となる。そして、この状態でラミネート工程が完了して充填材が冷却されると、積層体のエッジ部分が変形した状態になる場合があった。裏面基板が変形していると残留応力が残り、裏面基板が破損しやすくなるという課題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、積層体にダイアフラムを強く密着させて貼り合わせを行っても、積層体の周縁部が変形することがない電子部品の製造方法を提供する。
上記課題を解決するために、本発明は次のような電子部品の製造方法を提供する。
即ち、本発明の電子部品の製造方法は、貼り合わせ装置のステージに積層体を配置する工程と、該積層体の周囲の少なくとも一部に、前記積層体の積層方向における最上面と同じか、それよりも高いスペーサを配置する工程と、ダイアフラムを介して隣接する第一空間と第二空間のうち、前記積層体を前記第一空間に配し、前記第二空間の内圧を前記第一空間よりも高めて、前記ダイアフラムで前記積層体を加圧する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする
前記ステージに前記スペーサを設置した後、該前記スペーサで区画された領域に前記積層体を配置すればよい。
また、前記スペーサは、前記積層体の周囲に間欠的に配されればよい。
前記スペーサの最上面は、前記積層体に隣接する領域から遠ざかるに従って、高さが漸増する形状であればよい。
また、前記スペーサの最上面は、湾曲面であってもよい。
前記ダイアフラムで前記積層体を加圧する工程において、前記積層体を加熱すればよい。 また、前記積層体は太陽電池であり、前記積層体は、表面基板、充填材、裏面基板を含み、前記ステージを加熱しつつ前記積層体を加圧すればよい。
本発明の電子部品の製造方法によれば、積層体の貼り合わせ時に、ダイアフラムにより端部に強い応力が加わらないように、積層体の周囲に配されたスペーサによって受け止める。このような貼り合わせ工程によって、積層体の特に端部(エッジ部分)が潰れたり変形したりすることを効果的に防止することが可能になる。
本発明の電子部品の製造方法を好適に適用できる太陽電池モジュールの構成例を示す断面図である。 太陽電池の層構造を示す拡大断面図である。 本発明の電子部品の製造方法に用いられる貼り合わせ装置(ラミネータ)の構成例を示す断面図である。 本発明の電子部品の製造方法を示す断面図である。 本発明の電子部品の製造方法を示す断面図である。 スペーサの様子を示す斜視図である。 スペーサの他の形態を示す斜視図である。 スペーサの他の形態を示す斜視図である。 スペーサの他の形態を示す斜視図である。 スペーサの他の形態を示す断面図である。 スペーサの他の形態を示す断面図である。 従来の貼り合わせ時の積層体の様子を示した断面図である。
以下、本発明に係る電子部品の製造方法について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために、一例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
まず、本発明の電子部品の製造方法を好適に適用可能な積層体の一例である太陽電池モジュールの構成を説明する。
図1は、太陽電池モジュールの一例を示す断面図である。太陽電池モジュール(積層体)1は、表面基板11の上に光電変換体12が形成され、充填材21を介して裏面基板22を貼り合わせることで形成される。
充填材21の材質は、樹脂が好ましく、特に熱により軟化する樹脂(熱可塑性樹脂)が裏面基板を密着させるために好ましい。具体的な一例として、充填材21はEVAに例示される。
裏面基板22は、例えばガラス基板、樹脂基板、金属箔を挟んだバックシートが例示され、特に、水蒸気(水)の透過率が低く、紫外線に対して耐久性があるものが好ましい。
また、太陽電池モジュール1の光電変換体12上に例えば二つの棒状の集電電極4,4が設けられ、これら集電電極4にフィルム状の取り出し電極3がそれぞれ接続される。そして、太陽電池モジュール1で発電された電気が、集電電極4を介して取り出し電極3により、外部へ取り出せるようになっている。
光電変換体12は、複数の発電領域が直列に接続された構造を有し、両端の対向する二つの周縁部に沿って、集電電極4,4が配置されている。そして、集電電極4上には、取り出し電極3の一方の端部が配置されており、取り出し電極3及び集電電極4が電気的に接続されている。取り出し電極3の他方の端部側は、電気を容易に取り出せるように、光電変換体12の表面から立ち上がるように曲げられている。取り出し電極3及び集電電極4の材質としては、銀(Ag)、銅(Cu)等の金属が例示できる。
こうした太陽電池モジュール(積層体)1においては、取り出し電極3と光電変換体12との間に、絶縁シート2が配置されており、取り出し電極3と光電変換体12とが接触しないようになっている。
絶縁シート2の材質は、樹脂類であることが好ましく、合成樹脂であることがより好ましい。
好ましい合成樹脂としては、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂が例示できる。
絶縁シート2は公知のもので良く、市販品を使用しても良い。例えば、絶縁シート2との材質として充填材21と同じEVAを使用することもできる。
図2は光電変換体の要部を示す拡大断面図である。
ここに示す光電変換体12は、表面基板11の一面11aに、少なくとも第一電極(下部電極)層13、半導体層14、第二電極(上部電極)層15がこの順に積層されてなる。
表面基板11は、例えば、ガラスや透明樹脂等、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されていれば良い。このような表面基板11の他面11b側から太陽光を入射させることで、太陽電池モジュール1を発電させることができる。
第一電極層13は、透明な導電材料、例えば、TCO、ITOなどの光透過性の金属酸化物で形成されていれば良い。
また、第二電極層15は、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の導電性の金属膜で形成されていれば良い。
例えば、太陽電池モジュール(積層体)1が薄膜シリコン太陽電池を成す場合、半導体層14は、図1の上部に示すように、p型シリコン膜17とn型シリコン膜18との間にi型シリコン膜16を挟んだpin接合構造を成す。そして、この半導体層14に太陽光が入射すると、電子とホールが生じて、p型シリコン膜17とn型シリコン膜18との電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで第一電極層13と第二電極層15との間に電位差が生じる(光電変換)。なお、シリコン膜は、アモルファス型、マイクロクリスタル型等、いずれでも良い。
光電変換体12は、通常、スクライブ線によって、例えば、外形が短冊状の多数の区画素子に分割される(図示略)。この区画素子は、互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子同士の間で、例えば、電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体12は、多数の区画素子を全て電気的に直列に繋いだ形態となり、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線は、例えば、基板11の一面に均一に光電変換体12を形成した後、レーザー等によって光電変換体12に所定の間隔で溝を形成することにより形成すれば良い。
なお、半導体層としてpin接合構造が一層であるものを例示しているが、これに限定されず、pin接合構造が二層又は三層等、複数層であるタンデム型でも良い。かかるタンデム型の半導体層の場合、照射する光の波長により、光電変換を行う層を調節するようにできる。
また、太陽電池モジュール(積層体)1は、公知のもので良く、例えば、アモルファス型、マイクロクリスタル型等が例示でき、さらに、薄膜型、タンデム型等が例示できるが、これらに限定されない。
図3は、本発明に係る電子部品の製造方法に好適に用いられる貼り合わせ装置(ラミネータ)を示す断面図である。
この貼り合わせ装置30は、例えば、太陽電池モジュール1の貼り合わせ工程に用いられる。なお、以下の説明では、貼り合わせ前後の太陽電池モジュール1を積層体1と称する。
貼り合わせ装置(ラミネータ)30は、本体部31と、この本体部31に被貼り合わせ加工物である積層体1を導入する搬入コンベア(ステージ)32と、本体部31から貼り合わせ加工された積層体1を搬出する搬出コンベア(ステージ)33とを備えている。ここで、積層体1は、光電変換体12が形成された表面基板11と、充填材21を構成する材料からなるシート材と、裏面基板22を重ねたものとして例示される。
本体部31は、下チャンバ(第一空間)34と、この下チャンバ34に対向して形成される上チャンバ(第二空間)35とを備えている。下チャンバ34は、周囲にステージである移動コンベア(ステージ)36が循環移動可能に形成されている。
こうした移動コンベア(ステージ)36の両端部は、搬入コンベア(ステージ)32の一端部、および搬出コンベア(ステージ)33の一端部と近接するように形成されており、被搬送物である積層体1を搬入コンベア32から移動コンベア(ステージ)36を経て搬出コンベア(ステージ)33に至るまでスムーズに移動させることができる。
また、下チャンバ(第一空間)34には、移動コンベア(ステージ)36に近接するようにヒータ37が形成されている。このヒータ37は、積層体1を所定の温度に加熱する。
こうした下チャンバ34には、下チャンバ34内部を減圧させるポンプや開閉バルブ、配管等から構成される内圧調整機構38が形成されている。
上チャンバ(第二空間)35は、端部に形成されたOリング41が移動コンベア(ステージ)36を挟んで下チャンバ34に密着する閉鎖位置と、下チャンバ34から上方に離間して積層体1を移動可能な開放位置との間で上下動可能に形成されている。
こうした上チャンバ35の内部には、積層体1を上から押圧するために押圧手段としてのダイアフラム42が形成されている。貼り合わせ時には、下チャンバ(第一空間)34と上チャンバ(第二空間)35とは、このダイアフラム42を介して互いに隣接した空間を構成する。
こうしたダイアフラム42は、例えばゴムシートであればよい。また、ダイアフラム42の積層体1側に上チャンバ35の内部に取り付けられた押圧シートを設けても良い。
また、このダイアフラム42と上チャンバ35の内部との間の空間に空気を出し入れするためのポンプや開閉バルブ、配管等から構成される内圧調整機構43が形成されている。こうした内圧調整機構43によって、ダイアフラム42を移動コンベア(ステージ)36の方向に向けて膨らませたり、移動コンベア(ステージ)36から離したりすることができる。
また、積層体1の一面(最上面)に密着する保護シート52を更に設けてもよい。この保護シート52は、ダイアフラム42の汚れ防止や積層体1の汚れ防止のためにダイアフラム42と積層体1の間に配置される。
次に、本発明の電子部品の製造方法を、図3〜5を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、電子部品の製造方法の一例として、積層体である太陽電池を貼り合わせる工程を例示する。
図4、図5は、電子部品の製造方法の一例を段階的に示した断面図である。
本発明の電子部品の製造方法の一例として、積層体である太陽電池を貼り合わせる際には、貼り合わせ装置(ラミネータ)30の搬入コンベア(ステージ)32に、スペーサ50を設置する(図4(a)参照)。
このスペーサ50は、図6に示すように、積層体1の周囲を囲うことが可能なロ字型の枠状体であればよい。スペーサ50は、断面が例えば矩形であればよく、図4(c)に示すように、鉛直方向の高さh1が、このスペーサ50の内側に後工程で積層体1を挿入した際に、積層体1の積層方向である高さh2と同じか、または高くなるように形成されていれば良い。
スペーサ50は、後工程で貼り合わせを行う際に、積層体1(特に充填材)や保護シート52に対して貼り付かない材質で形成されているのが好ましく、例えば、テフロン(登録商標)、セラミックス、あるいはテフロン(登録商標)コーティングした金属などが挙げられる。また、表面を粗面にして積層体1や保護シート52が貼り付き難くした耐熱樹脂なども好ましい。
次に、この搬入コンベア(ステージ)32に設置したスペーサ50の内側の空間内に、積層体1を設置(載置)する(図4(b)参照)。積層体1の設置は、ロボットや、専用の治具などで積層体1を支持して行えばよい。
なお、こうした順番とは逆に、まず、搬入コンベア(ステージ)32に積層体1を設置して、この後に、この積層体1の周囲を覆うようにスペーサ50を設置する手順であっても良い。
こうして、搬入コンベア(ステージ)32に積層体1と、その周囲を囲むスペーサ50とが設置されると、次に、搬入コンベア(ステージ)32、およびそれに連なる貼り合わせ装置30の本体部31の移動コンベア(ステージ)36を、図3中の矢印M方向に動かす。これにより、スペーサ50で囲われた積層体1は、貼り合わせ装置30の本体部31内に導入され、移動コンベア(ステージ)36上に載置される。そして、積層体1の最上面、およびスペーサ50の最上面を覆う位置に保護シート52がセットされる(図4(c)参照)。
保護シート52は、充填材を軟化させる温度に対して耐熱性があり、積層体1やスペーサ50に貼り付き難いものが好ましい。
本体部31に保護シート52がセットされると、次に、上チャンバ(第二空間)35が降下し、端部に形成されたOリング41が移動コンベア(ステージ)36を挟んで下チャンバ(第一空間)34に密着する閉鎖位置に移動する。
そして、下チャンバ34内部を減圧させる内圧調整機構38が動作し、下チャンバ34を減圧する。また、移動コンベア(ステージ)36に近接するように配されたヒータ37が動作し、積層体1を所定の温度に加熱する。こうした加熱は、充填材21が軟化する程度の温度まで行われれば良く、加熱温度は充填材21を構成する材料の軟化温度に応じて設定されれば良い。
充填材21は、例えば、太陽電池モジュール1に用いる場合には、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性などが要求される。これらの要求を満たす樹脂としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−アクリル酸メチル共重合体(EMA)、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(EEA)、ポリビニルブチラール樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。
特に、EVAは、太陽電池用途としてバランスのとれた物性を有しており好ましい。ただし、そのままでは熱変形温度が低いために容易に高温使用条件下で変形やクリープが生じるので、架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。EVAの場合は有機過酸化物で架橋するのが一般的である。有機過酸化物による架橋は、有機過酸化物から発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原子を引き抜いて、C−C結合を形成することによって行われる。有機過酸化物の活性化方法には、熱分解、レドックス分解およびイオン分解が知られている。一般には熱分解法が好んで行われている。
また、フッ素樹脂フィルムも、耐候性、耐汚染性に優れているため好ましく用いられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、あるいは四フッ化エチレン−エチレン共重合体などが挙げられる。耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の両立と透明性の観点では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が特に優れている。
そして、次に、上チャンバ35に接続された内圧調整機構43を動作させ、上チャンバ35を例えば大気圧開放を行う。これによって、上チャンバ35、即ち第二空間の内圧が、下チャンバ34(第一空間)よりも高められる。ゴムシートなど柔軟な部材で構成されたダイアフラム42は、減圧されている下チャンバ34に向かって膨らむ。
なお、この時、上チャンバ35に接続された内圧調整機構43によって上チャンバ35内を加圧して、ダイアフラム42を下チャンバ34に向けて膨らませても良い。
ダイアフラム42が下チャンバ34に向けて膨らむと、このダイアフラム42によって、積層体1の最上層20a、およびスペーサ50の最上面50aが保護シート52を介して上から押さえられる(図5(a)参照)。
そして、ヒータ37によって加熱されて、充填材21が軟化温度まで加熱され、充填材21が表面基板11と裏面基板22の中に隙間なく充填ざれ、積層体1が貼り合わされる。。
こうした積層体1に対する貼り合わせ時には、ダイアフラム42によって端部が下チャンバ34に向けて押し付けられるために、保護シート52、あるいはダイアフラム42によって、積層体1の両側から斜め下方向(移動コンベア(ステージ)36の方向)に向けて、引っ張られる応力が加わる。また、積層体1の上面端部には応力が集中し、他の部分より大きな力が加わる。
従来、こうした応力が加わると、図12に示すように、積層体101の特に上層の両側(エッジ領域)102は、ダイアフラム42によって斜め下方向Vに引っ張られ、ステージ104側に曲げられた(ダレた)状態となる。その結果、積層体101のエッジ領域102が変形した状態になってしまっていた。
しかしながら、本発明では、積層体1の両側から斜め下方向(移動コンベア(ステージ)36の方向)に向けて引っ張られる応力は、積層体1の周囲に配されたスペーサ50によって受け止められる。
特に、スペーサ50は、積層体1の高さと同じか、それよりも高く形成されているので、積層体1の端部でも水平方向の応力Kしか加わらず、高さ方向(積層体1の積層方向)の応力は全く加わらない。
一方、スペーサ50は、硬質の材料で形成されているので、端部に移動コンベア(ステージ)36方向の応力が加わっても、潰れたり変形したりすることは無い。
このようなスペーサ50の作用によって、積層体1は両側のエッジ部分を含めて全く変形することなく、積層体1を押さえることができる。
この後、上チャンバ35が下チャンバ34から離れるように上方向に移動して開放位置にされる。
そして、移動コンベア(ステージ)36、およびそれに連なる貼り合わせ装置30の搬出コンベア(ステージ)33を、図3中の矢印M方向に動かす。これにより、スペーサ50で囲われ、充填材21で貼り合わされた積層体1は、本体部31から出されて搬出コンベア(ステージ)33に移動する。
そして、積層体1の周囲を覆っていたスペーサ50と保護シート52とを取り除くと、太陽電池モジュール(貼り合わせ後の積層体)1が得られる。
なお、スペーサ50は、再び次の積層体1のラミネート工程に使用することができる。
なお、上述した実施形態ではスペーサ50を、搬入コンベア(ステージ)32で配置する構成が説明されたが、その他、保護シート52に一体とされたスペーサ50を、積層体1に被せる方法、貼り合わせ装置内に設置する方法、ダイアフラム42や上チャンバ35の内部に取り付けられた押圧シートにスペーサ取り付けて置く方法、積層体1と共に移動する台を設け、その台とスペーサとを一体として配置する方法など、配置方法は限定されない。
また、上述した実施形態では、保護シート52が使用される例を示したが、保護シート52を使用せず、積層体1に直接、ダイアフラム42を接触させる方法であっても良い。
上述した実施形態のスペーサは、積層体の積層方向に沿った側面を全て覆う形状に形成しているが、スペーサは、積層体の周囲に間欠的に配する構成であってもよい。
図7に示したスペーサ60では、積層体61の四隅の角部分61a〜61dに沿ってスペーサ60を配置した例である。こうした角部分61a〜61dは、貼り合わせ時に特にステージ方向(下方向)に応力が集中する部分であるので、この角部分61a〜61dにおけるステージ方向の応力をスペーサ60によって受け止めることにより、貼り合わせ時における積層体61の変形を効果的に防止できる。
図8に示したスペーサ70では、積層体71の四隅を除く側面に沿ってスペーサ70を配置した例である。これによって、特に貼り合わせ時における積層体71の側面中央領域の変形を効果的に防止できる。
図9に示したスペーサ80では、積層体81の四隅を除く側面に沿ってスペーサ80を更に分割して配置した例である。これによって、スペーサ80自体を低コストに形成することができ、また貼り合わせ後の放熱特性にも優れている。
上述した実施形態のスペーサは、長さ方向に直角な断面形状を矩形に形成しているが、スペーサの断面形状は限定されるものではない。
図10に示したスペーサ90では、スペーサ90の最上面90aは、積層体91に隣接する領域から遠ざかるに従って、高さが漸増する傾斜面を成し、台形の断面となっている。こうした形状のスペーサ90によれば、ダイアフラム92を積層体91から遠ざかるに従って上方向(ステージから遠ざかる方向)に引き上げることで、貼り合わせ時にステージ方向に加わる応力を更に効果的に抑止することが可能になる。
図11に示したスペーサ95では、スペーサ95の最上面95aは、上方向(ステージから遠ざかる方向)に突出する湾曲面を成し、カマボコ型の断面となっている。こうした形状のスペーサ95であっても、ダイアフラム97を積層体96から遠ざかるに従って上方向(ステージから遠ざかる方向)に緩やかに引き上げることで、ラミネート時にステージ方向に加わる応力を更に効果的に抑止することが可能になる。
なお、また、本発明の電子部品の製造方法は、積層体にラミネートシートを使用してラミネートする場合にも使用できる。
また、上述した実施形態では、保護シート52が使用される例を示したが、保護シート52を使用せず、積層体1に直接、ダイアフラム42を接触させる方法であっても良い。
1 太陽電池モジュール、20 積層体、34 下チャンバ(第一空間)、35 上チャンバ(第二空間)、36 移動コンベア(ステージ)、50 スペーサ、52 保護シート。

Claims (7)

  1. 貼り合わせ装置のステージに積層体を配置する工程と、
    該積層体の周囲の少なくとも一部に、前記積層体の積層方向における最上面と同じか、それよりも高いスペーサを配置する工程と、
    ダイアフラムを介して隣接する第一空間と第二空間のうち、前記積層体を前記第一空間に配し、前記第二空間の内圧を前記第一空間よりも高めて、前記ダイアフラムで前記積層体を加圧する工程と、
    を少なくとも備えたことを特徴とする電子部品の製造方法。
  2. 前記ステージに前記スペーサを設置した後、該前記スペーサで区画された領域に前記積層体を配置することを特徴とする請求項1記載の電子部品の製造方法。
  3. 前記スペーサは、前記積層体の周囲に間欠的に配されることを特徴とする請求項1または2記載の電子部品の製造方法。
  4. 前記スペーサの最上面は、前記積層体に隣接する領域から遠ざかるに従って、高さが漸増する形状を成すことを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の電子部品の製造方法。
  5. 前記スペーサの最上面は、湾曲面であることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の電子部品の製造方法。
  6. 前記ダイアフラムで前記積層体を加圧する工程において、前記積層体を加熱することを特徴とする請求項1ないし5いずれか1項記載の電子部品の製造方法。
  7. 前記積層体は太陽電池であり、前記積層体は、表面基板、充填材、裏面基板を含み、
    前記ステージを加熱しつつ前記積層体を加圧することを特徴とする請求項1ないし6いずれか1項記載の電子部品の製造方法。
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