JPH0258782B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0258782B2 JPH0258782B2 JP57036142A JP3614282A JPH0258782B2 JP H0258782 B2 JPH0258782 B2 JP H0258782B2 JP 57036142 A JP57036142 A JP 57036142A JP 3614282 A JP3614282 A JP 3614282A JP H0258782 B2 JPH0258782 B2 JP H0258782B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- circuit
- input
- voltage
- resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
- H10D89/60—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は静電破壊防止回路を有する半導体集積
回路に関する。近年電子産業において、集積回
路、大規模集積回路あるいは超大規模集積回路が
極めて多量に使用されているが、これらの部品を
とり扱う上に於いてしばしば静電気による破壊が
生じ大きな問題となつてきている。しかも、最近
半導体集積回路の高集積密度化、スイツチングの
高速化を計るため、回路構成素子が微細寸法化お
よび浅い接合構成となり益々静電破壊が発生し易
くなつてきている。
回路に関する。近年電子産業において、集積回
路、大規模集積回路あるいは超大規模集積回路が
極めて多量に使用されているが、これらの部品を
とり扱う上に於いてしばしば静電気による破壊が
生じ大きな問題となつてきている。しかも、最近
半導体集積回路の高集積密度化、スイツチングの
高速化を計るため、回路構成素子が微細寸法化お
よび浅い接合構成となり益々静電破壊が発生し易
くなつてきている。
例えば第1図に示すような従来回路において、
接地端子3に対し負の静電電圧が入力端子1に印
加された場合は、集積回路間の不整合により発生
する反射波の負の電圧を抑えるために、入力端子
1と接地端子3との間に接続された入力クランプ
シヨツトキ―バリア―・ダイオード4(以下入力
クランプSBDと略記)により、入力ゲートシヨ
ツトキー・バリア―・ダイオード5(以下入力ゲ
ートSBDと略記)が静電気から保護されるが、
接地端子3あるいは電源端子2に対し正の静電電
圧が入力端子1に印加されると、上記入力クラン
プSBD4はほとんど入力回路に対する保護効果
を持たず、入力ゲートSBD5あるいは極端な場
合入力クランプSBD4までも破壊されてしまう。
以下詳細に説明する。
接地端子3に対し負の静電電圧が入力端子1に印
加された場合は、集積回路間の不整合により発生
する反射波の負の電圧を抑えるために、入力端子
1と接地端子3との間に接続された入力クランプ
シヨツトキ―バリア―・ダイオード4(以下入力
クランプSBDと略記)により、入力ゲートシヨ
ツトキー・バリア―・ダイオード5(以下入力ゲ
ートSBDと略記)が静電気から保護されるが、
接地端子3あるいは電源端子2に対し正の静電電
圧が入力端子1に印加されると、上記入力クラン
プSBD4はほとんど入力回路に対する保護効果
を持たず、入力ゲートSBD5あるいは極端な場
合入力クランプSBD4までも破壊されてしまう。
以下詳細に説明する。
第1図に示す従来回路に於いて、接地端子3に
対し、入力端子1に負の静電電圧が印加された場
合、静電気の放電電流が入力クランプSBD4を
順方向に流れるため入力回路は静電気から保護さ
れる。
対し、入力端子1に負の静電電圧が印加された場
合、静電気の放電電流が入力クランプSBD4を
順方向に流れるため入力回路は静電気から保護さ
れる。
しかしながら、これとは逆に接地端子3あるい
は電源端子2に対し正の大きな静電電圧が入力端
子1に印加された場合は、入力ゲートSBD5お
よび入力クランプSBD4は極度に逆バイアス状
態となる。ここで、通常入力クランプSBD4は
回路の正常動作時の入力漏洩電流を小さくし、し
かも入力耐圧を高めるためガードリング構造の
SBDが用いられその耐圧は30ボルト程ある。し
かしながら、回路の閾値電圧が低くならぬように
入力ゲートSBD5は順方向電圧の低いSBDとす
る必要があり、同一構成面積に於いて順方向電圧
が低いガードリングのないSBDで構成される。
従つておのずと入力ゲートSBD5のブレークダ
ウン電圧は低くなり15V程度となる。
は電源端子2に対し正の大きな静電電圧が入力端
子1に印加された場合は、入力ゲートSBD5お
よび入力クランプSBD4は極度に逆バイアス状
態となる。ここで、通常入力クランプSBD4は
回路の正常動作時の入力漏洩電流を小さくし、し
かも入力耐圧を高めるためガードリング構造の
SBDが用いられその耐圧は30ボルト程ある。し
かしながら、回路の閾値電圧が低くならぬように
入力ゲートSBD5は順方向電圧の低いSBDとす
る必要があり、同一構成面積に於いて順方向電圧
が低いガードリングのないSBDで構成される。
従つておのずと入力ゲートSBD5のブレークダ
ウン電圧は低くなり15V程度となる。
このような集積回路構造に於いて、前述の如く
入力端子1に正の静電電圧が印加されると入力ゲ
ートSBD5が激しくブレークダウンし、静電電
荷は入力端子1から、入力ゲートSBD5、入力
プルアツプ抵抗6を経て電源端子2へ、あるいは
入力ゲートSBD5から次段トランジスタ7のベ
ースへと放電される。このとき、入力に印加され
た静電電圧が高い場合はおのずと入力ゲート
SBD5を逆方向に流れる静電電荷放電電流が大
きくなり入力ゲートSBD5は破壊されてしまう。
また極端な場合は入力クランプSBD4までも破
壊されてしまう。
入力端子1に正の静電電圧が印加されると入力ゲ
ートSBD5が激しくブレークダウンし、静電電
荷は入力端子1から、入力ゲートSBD5、入力
プルアツプ抵抗6を経て電源端子2へ、あるいは
入力ゲートSBD5から次段トランジスタ7のベ
ースへと放電される。このとき、入力に印加され
た静電電圧が高い場合はおのずと入力ゲート
SBD5を逆方向に流れる静電電荷放電電流が大
きくなり入力ゲートSBD5は破壊されてしまう。
また極端な場合は入力クランプSBD4までも破
壊されてしまう。
これを改善するために入力ゲートSBD5の面
積を大きくすることが考えられるが、SBD5の
面積を大きくすることは、そのダイオードの容量
が大きくなることを意味し、多入力回路構成の場
合次段トランジスタ7のベース点の容量が増加し
回路のスイツチングスピードの低下をまねき好ま
しくない。また入力ゲトSBD5の面積を大きく
することはチツプ面積の増大をまねき高集積密度
化に極めて不利となる。しかもこの面積を大きく
することの効果そのものも多くは望めない。
積を大きくすることが考えられるが、SBD5の
面積を大きくすることは、そのダイオードの容量
が大きくなることを意味し、多入力回路構成の場
合次段トランジスタ7のベース点の容量が増加し
回路のスイツチングスピードの低下をまねき好ま
しくない。また入力ゲトSBD5の面積を大きく
することはチツプ面積の増大をまねき高集積密度
化に極めて不利となる。しかもこの面積を大きく
することの効果そのものも多くは望めない。
以上述べた通り、第1図に示すような従来回路
は、接地端子あるいは電源端子に対し正の静電電
圧が入力端子に印加された場合入力ゲートSBD、
入力クランプSBD等の入力回路素子が破壊され
易いという大きな欠点を有していた。
は、接地端子あるいは電源端子に対し正の静電電
圧が入力端子に印加された場合入力ゲートSBD、
入力クランプSBD等の入力回路素子が破壊され
易いという大きな欠点を有していた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
で、入力端子に印加された正の静電電圧に対して
効果的な静電破壊防止回路を具備した半導体集積
回路を提供することを目的とする。
で、入力端子に印加された正の静電電圧に対して
効果的な静電破壊防止回路を具備した半導体集積
回路を提供することを目的とする。
本発明によれば、コレクタが入力端子に、エミ
ツタが接地端子または電源端子に接続されたトラ
ンジスタと該トランジスタのベース・エミツタ間
に接続された、ダイオードと抵抗の直列接続回路
を含んでなる静電破壊防止回路を有することを特
徴とし、入力静電耐圧の大幅に改善された半導体
集積回路を得ることができる。
ツタが接地端子または電源端子に接続されたトラ
ンジスタと該トランジスタのベース・エミツタ間
に接続された、ダイオードと抵抗の直列接続回路
を含んでなる静電破壊防止回路を有することを特
徴とし、入力静電耐圧の大幅に改善された半導体
集積回路を得ることができる。
次に本発明をその実施例に従い図面を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
第2図は本発明の一実施例を示す回路接続図で
ある。本発明回路が第1図に示す従来回路と異な
るところは、新たに、ベース、エミツタ間に
SBD9と抵抗10の直列回路が接続されたエミ
ツタ接地のトランジスタ8のコレクタを入力端子
1に接続したことである。以下このような本発明
静電破壊防止回路の動作について述べる。
ある。本発明回路が第1図に示す従来回路と異な
るところは、新たに、ベース、エミツタ間に
SBD9と抵抗10の直列回路が接続されたエミ
ツタ接地のトランジスタ8のコレクタを入力端子
1に接続したことである。以下このような本発明
静電破壊防止回路の動作について述べる。
いま入力端子1に正の静電電圧が印加された場
合、本発明により新たに付加された静電破壊防止
回路のトランジスタ8のコレクタ、ベース接合が
逆バイアスとなり、まず逆バイアス漏洩電流がコ
レクタ―ベース―BD9―抵抗10を経て接地端
子3へと流れる。入力端子1の電圧の上昇に伴な
い上記漏洩電流ILCBが増加し、SBD9を抵抗10
の直列接続回路の電位降下が、トランジスタ8の
ベース・エミツタ間順方向閾値電圧VBE8に達する
と、漏洩電流ILCBの一部がトランジスタ8のベー
ス端子へ流れ込みトランジスタ8が導通し、入力
端子へ流れ込んだ静電気放電電流の大部分がトラ
ンジスタ8の導通電流としてコレクタへ流れ込
み、そのエミツタから接地端子へと流れ出る。
合、本発明により新たに付加された静電破壊防止
回路のトランジスタ8のコレクタ、ベース接合が
逆バイアスとなり、まず逆バイアス漏洩電流がコ
レクタ―ベース―BD9―抵抗10を経て接地端
子3へと流れる。入力端子1の電圧の上昇に伴な
い上記漏洩電流ILCBが増加し、SBD9を抵抗10
の直列接続回路の電位降下が、トランジスタ8の
ベース・エミツタ間順方向閾値電圧VBE8に達する
と、漏洩電流ILCBの一部がトランジスタ8のベー
ス端子へ流れ込みトランジスタ8が導通し、入力
端子へ流れ込んだ静電気放電電流の大部分がトラ
ンジスタ8の導通電流としてコレクタへ流れ込
み、そのエミツタから接地端子へと流れ出る。
ここでトランジスタ8は静電破壊防止の目的の
みで考えるならばベース開放が望ましいが、この
場合通常動作時トランジスタ8のベースへ何らか
の漏洩電流ILが流れ込むとやはりトランジスタ8
が能動状態となりその漏洩電流ILのhFE倍のコレ
クタ電流が流れ込む。すなわちトランジスタ8を
ベース開放とすることは、通常動作に於いて入力
に高レベル電圧が印加されたときの高レベル入力
電流IIHの増大をまねき好ましくない。
みで考えるならばベース開放が望ましいが、この
場合通常動作時トランジスタ8のベースへ何らか
の漏洩電流ILが流れ込むとやはりトランジスタ8
が能動状態となりその漏洩電流ILのhFE倍のコレ
クタ電流が流れ込む。すなわちトランジスタ8を
ベース開放とすることは、通常動作に於いて入力
に高レベル電圧が印加されたときの高レベル入力
電流IIHの増大をまねき好ましくない。
一放、上記漏洩電流ILが存在しても容易にトラ
ンジスタ8のベースが駆動されることがないよう
にするたトランジスタ8のベースと接地間に抵抗
のみを接続することも考えられるが、この場合、
抵抗が小さすぎると、入力端子1に静電電圧が印
加され、トランジスタ8のコレクタ、ベース接合
がブレークダウンしたときの電流が相当大きくな
らないと抵抗の電位降下がトランジスタ8のベー
ス・エミツタ間接合順方向電圧以上とならないた
めトランジスタ8が作動し得ない。すなわち、こ
の抵抗が小さすぎると抵抗の電位降下がトランジ
スタ8のベース、エミツタ間順方向電圧になる前
にトランジスタ8のコレクタ、ベース接合ブレー
クダウン電流がトランジスタ8の破壊にいたる限
界電流値を起えてしまい、トランジスタ8が何ら
回路の保護作用を呈し得ないようにトランジスタ
8自身が破壊してしまう。従つて、トランジスタ
8のベースと接地間に抵抗のみを接続する場合こ
の抵抗値は極めて大きなものでなければならず、
実験では15kΩ程度必要であつた。このことは、
この抵抗を半導体集積回路として構成するに多大
の面積を必要とし高集積密度化に著るしく不向き
であることを示す。
ンジスタ8のベースが駆動されることがないよう
にするたトランジスタ8のベースと接地間に抵抗
のみを接続することも考えられるが、この場合、
抵抗が小さすぎると、入力端子1に静電電圧が印
加され、トランジスタ8のコレクタ、ベース接合
がブレークダウンしたときの電流が相当大きくな
らないと抵抗の電位降下がトランジスタ8のベー
ス・エミツタ間接合順方向電圧以上とならないた
めトランジスタ8が作動し得ない。すなわち、こ
の抵抗が小さすぎると抵抗の電位降下がトランジ
スタ8のベース、エミツタ間順方向電圧になる前
にトランジスタ8のコレクタ、ベース接合ブレー
クダウン電流がトランジスタ8の破壊にいたる限
界電流値を起えてしまい、トランジスタ8が何ら
回路の保護作用を呈し得ないようにトランジスタ
8自身が破壊してしまう。従つて、トランジスタ
8のベースと接地間に抵抗のみを接続する場合こ
の抵抗値は極めて大きなものでなければならず、
実験では15kΩ程度必要であつた。このことは、
この抵抗を半導体集積回路として構成するに多大
の面積を必要とし高集積密度化に著るしく不向き
であることを示す。
本発明の場合SBD9はこの改善を目的として
挿入されたものであり、SBD9の順方向電圧に
よりそれを直列接続された抵抗10の抵抗値が小
さくともわずかのトランジスタ8のコレクタ、ベ
ース接合ブレークダウン電流が流れただけでこの
直列回路の電位降下がトランジスタ8のベース、
エミツタ間を順方向バイアス以上になるという効
果を有する。従つて本考案回路の抵抗10は、ト
ランジスタ8のベースを抵抗のみで接地した場合
に比較し著るしく小さな抵抗値で十分となり、お
のずと小面積にて集積回路化が可能となる。
挿入されたものであり、SBD9の順方向電圧に
よりそれを直列接続された抵抗10の抵抗値が小
さくともわずかのトランジスタ8のコレクタ、ベ
ース接合ブレークダウン電流が流れただけでこの
直列回路の電位降下がトランジスタ8のベース、
エミツタ間を順方向バイアス以上になるという効
果を有する。従つて本考案回路の抵抗10は、ト
ランジスタ8のベースを抵抗のみで接地した場合
に比較し著るしく小さな抵抗値で十分となり、お
のずと小面積にて集積回路化が可能となる。
例えば、トランジスタ8のベース、エミツタ接
合を順バイアスするに必要な電圧をVBE8、トラン
ジスタ8が破壊にいたつてしまうコレクタ、ベー
ス接合ブレークダウン電流をICBD、本発明回路の
SBD9の導通電流がICBDのときの順方向電圧を
Vs、抵抗10の抵抗値をR、およびトランジス
タ8のベースが抵抗のみで接地された場合の抵抗
値をR′とすると、2つの回路がそれぞれ静電破
壊防止回路として動作するためには下式が成立し
なければならない。
合を順バイアスするに必要な電圧をVBE8、トラン
ジスタ8が破壊にいたつてしまうコレクタ、ベー
ス接合ブレークダウン電流をICBD、本発明回路の
SBD9の導通電流がICBDのときの順方向電圧を
Vs、抵抗10の抵抗値をR、およびトランジス
タ8のベースが抵抗のみで接地された場合の抵抗
値をR′とすると、2つの回路がそれぞれ静電破
壊防止回路として動作するためには下式が成立し
なければならない。
トランジスタ8が抵抗のみで接地された場合;
R′―ICBD>VBE8 ……(1)
本考案回路の場合 ;
Vs+R・ICBD>VBE8 ……(2)
一般にVBE8は0.7V,Vsは0.6V程度であり、こ
の値を(1),(2)式に代入し整理するとR′:R=
7:1となり、本考案回路の場合は、SBD9を
挿入しない場合に比較し抵抗値は1/7で良いこと になり、例えSBD9の構成面積が余分に必要に
なるとはいえ、SBD9と抵抗10は同一の島内
に小面積にて集積回路構成することが可能であ
り、高集積密度化に極めて有利となる。
の値を(1),(2)式に代入し整理するとR′:R=
7:1となり、本考案回路の場合は、SBD9を
挿入しない場合に比較し抵抗値は1/7で良いこと になり、例えSBD9の構成面積が余分に必要に
なるとはいえ、SBD9と抵抗10は同一の島内
に小面積にて集積回路構成することが可能であ
り、高集積密度化に極めて有利となる。
第3図は、第2図に示す本発明回路を集積回路
にて構成したときのSBD9と抵抗10のみの構
成断面図であり、第4図はその平面パターン図を
示す。図において、101はP型半導体基板、1
02はN型エピタキシヤル領域、103はP型絶
縁領域、104はP型半導体領域、105は高不
純物濃度のN型半導体領域、106はシリコン酸
化膜、107,107′,107″は金属シリサイ
ド層、108,108′,108″は配線域を示
し、107″と102の間にSBD9が、P型半導
体領域104により抵抗10が形成されている。
図からもわかる通り、高不純物濃度のN型半導体
領域105、金属シリサイド層107′、および
配線領域108′により、SBD9と抵抗10が直
列接続される。
にて構成したときのSBD9と抵抗10のみの構
成断面図であり、第4図はその平面パターン図を
示す。図において、101はP型半導体基板、1
02はN型エピタキシヤル領域、103はP型絶
縁領域、104はP型半導体領域、105は高不
純物濃度のN型半導体領域、106はシリコン酸
化膜、107,107′,107″は金属シリサイ
ド層、108,108′,108″は配線域を示
し、107″と102の間にSBD9が、P型半導
体領域104により抵抗10が形成されている。
図からもわかる通り、高不純物濃度のN型半導体
領域105、金属シリサイド層107′、および
配線領域108′により、SBD9と抵抗10が直
列接続される。
尚試作実験により調査した結果、入力端子に、
接地端子あるいは電源端子に対し正の静電電圧を
印加したとき、第1図に示す従来回路の静電耐圧
が150V程度しかなかつたのに対し本考案回路の
静電耐圧は500V以上となり大幅に静電耐圧が改
善された。
接地端子あるいは電源端子に対し正の静電電圧を
印加したとき、第1図に示す従来回路の静電耐圧
が150V程度しかなかつたのに対し本考案回路の
静電耐圧は500V以上となり大幅に静電耐圧が改
善された。
尚、以上の説明に於いては、ダイオード9が
SBDの場合について述べたが、ダイオード9が
トランジスタ8のベース、エミツタ接合より低い
順方向電圧であれば、本発明の効果を有すること
はいうまでもない。また本発明回路の静電破壊防
止回路のトランジスタ8のエミツタと抵抗の一端
を、接地端子に限らず電源端子に接続しても発明
の効果は変らない。なお又、抵抗10はダイオー
ド9自身の直列抵抗を利用してもかまわない。更
に、集積回路の入力回路の形式如何にかかわらず
本発明を適用しうることは改めて説明するまでも
ない。
SBDの場合について述べたが、ダイオード9が
トランジスタ8のベース、エミツタ接合より低い
順方向電圧であれば、本発明の効果を有すること
はいうまでもない。また本発明回路の静電破壊防
止回路のトランジスタ8のエミツタと抵抗の一端
を、接地端子に限らず電源端子に接続しても発明
の効果は変らない。なお又、抵抗10はダイオー
ド9自身の直列抵抗を利用してもかまわない。更
に、集積回路の入力回路の形式如何にかかわらず
本発明を適用しうることは改めて説明するまでも
ない。
以上述べた通り、本発明回路によれば、ほとん
ど素子数およびチツプサイズを増加させることな
しに、半導体集積回路の静電耐圧を著しく高める
という極めて大きな効果を奏することができる。
ど素子数およびチツプサイズを増加させることな
しに、半導体集積回路の静電耐圧を著しく高める
という極めて大きな効果を奏することができる。
第1図は従来の半導体集積回路入力部を示す回
路接続図、第2図は本発明の一実施例を示す入力
回路接続図、第3図は第2図のSBD9と抵抗1
0に関する半導体集積回路構成断面図、第4図
は、第3図の平面パターン図である。 1…信号入力端子、2…電源端子、3…接地端
子、4,5,9…SBD、6,10…抵抗、7,
8…トランジスタ、101…P型基板、102…
N型エピタキシヤル領域、103…P型絶縁領
域、104…P型半導体領域、105…高不純物
濃度のN型半導体領域、106…シリコン酸化
膜、107,107′,107″……金属シリサイ
ド層、108,108′,108″…配線領域。
路接続図、第2図は本発明の一実施例を示す入力
回路接続図、第3図は第2図のSBD9と抵抗1
0に関する半導体集積回路構成断面図、第4図
は、第3図の平面パターン図である。 1…信号入力端子、2…電源端子、3…接地端
子、4,5,9…SBD、6,10…抵抗、7,
8…トランジスタ、101…P型基板、102…
N型エピタキシヤル領域、103…P型絶縁領
域、104…P型半導体領域、105…高不純物
濃度のN型半導体領域、106…シリコン酸化
膜、107,107′,107″……金属シリサイ
ド層、108,108′,108″…配線領域。
Claims (1)
- 1 コレクタが入力端子に、エミツタが接地端子
または電源端子に接続されたトランジスタと該ト
ランジスタのベース、エミツタ間に接続された、
ダイオードと抵抗の直列接続回路を含んでなる静
電破壊防止回路を有することを特徴とする半導体
集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57036142A JPS58153361A (ja) | 1982-03-08 | 1982-03-08 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57036142A JPS58153361A (ja) | 1982-03-08 | 1982-03-08 | 半導体集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58153361A JPS58153361A (ja) | 1983-09-12 |
| JPH0258782B2 true JPH0258782B2 (ja) | 1990-12-10 |
Family
ID=12461536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57036142A Granted JPS58153361A (ja) | 1982-03-08 | 1982-03-08 | 半導体集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58153361A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60117653A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-25 | Fujitsu Ltd | 半導体集積回路装置 |
| JP2892754B2 (ja) * | 1989-03-15 | 1999-05-17 | 松下電器産業株式会社 | サージ保護装置 |
-
1982
- 1982-03-08 JP JP57036142A patent/JPS58153361A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58153361A (ja) | 1983-09-12 |
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