CN103477451A - 用于制造至少一个光电子半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
说明一种用于制造至少一个光电子半导体器件的方法,具有下列步骤:a)提供载体(1),该载体具有第一表面(11)和与该第一表面(11)相对置的第二表面(12);b)在载体(1)的第一表面(11)上设置至少一个光电子半导体芯片(2),其中该光电子半导体芯片(2)用至少一个n侧区(21)和至少一个p侧区(24)构成,并且以n侧区(21)或者p侧区(24)施加在第一表面(11)上;c)在半导体芯片(2)的外表面(23)和载体(1)的第一表面(11)的露出的部位上设置电气绝缘的包封(3);d)部分除去电气绝缘的包封(3),其中在除去后光电子半导体芯片(2)的背离载体(1)的至少一个主面(22)至少局部地没有电气绝缘的包封(3)。
Description
说明一种用于制造至少一个光电子半导体器件的方法以及一种光电子半导体器件。
要解决的任务在于,说明一种用于制造光电子半导体器件的成本有利的方法。
根据本方法的至少一种实施方式,在第一步骤中提供载体,该载体具有第一表面和与该第一表面相对置的第二表面。第一表面和第二表面是载体的外表面的一部分。所述载体例如可以涉及用电气绝缘的材料——例如塑料或者陶瓷材料——构成的装配板。同样可以想到,载体是柔韧的并且例如作为薄膜构造。
根据本方法的至少一种实施方式,在下一步骤中在载体的第一表面上设置至少一个光电子半导体芯片,其中该光电子半导体芯片用至少一个n侧区和至少一个p侧区构成。这里该光电子半导体芯片以它的n侧区或者它的p侧区施加在第一表面上。例如该光电子半导体芯片用外延生长的半导体本体构成。N侧区和p侧区能够局部地通过该半导体本体的半导体层序列构成。“N侧和p侧”在这种关联中意味着,该半导体本体具有这样的区域,这些区域关于它们的导电性构成“n或者p导电”。
光电子半导体芯片可以涉及发光二极管芯片。发光二极管芯片可以涉及发射从紫外光到红外光的范围内的辐射的荧光或激光二极管芯片。根据本方法的至少一种实施方式,在下一步骤中在半导体芯片的外表面和载体的第一表面的露出的部位上设置电气绝缘的包封。例如光电子半导体芯片在它的外表面上具有至少一个侧面和背离载体的至少一个主面。该主面可以通过n侧区或者p侧区构成。侧面与载体和/或半导体芯片的主延伸方向横向地延伸。在设置电气绝缘的包封后电气绝缘的包封完全覆盖半导体芯片的外表面和载体的第一表面的所有露出的部位。优选在电气绝缘的包封一方和由该电气绝缘的包封覆盖的部位之间既不构造出缝隙也不构造出中断。换句话说至少一个光电子半导体芯片在设置电气绝缘的包封后完全被其包封。
根据本方法的至少一种实施方式,在下一步骤中部分除去电气绝缘的包封,其中在除去后光电子半导体芯片的背离载体的至少一个主面至少局部地没有电气绝缘的包封。“没有”意味着,至少一个光电子半导体芯片的背离载体的主面至少部分地不由电气绝缘的包封覆盖。最大的可能是,主面的没有电气绝缘的包封的区域最大到10%、优选最大到5%由电气绝缘的包封覆盖。
根据本方法的至少一种实施方式,在第一步骤中提供载体,该载体具有第一表面和与该第一表面相对置的第二表面。在下一步骤中在该载体的第一表面上设置至少一个光电子半导体芯片,其中该光电子半导体芯片用至少一个n侧区和至少一个p侧区构成。该光电子半导体芯片用n侧区或者p侧区施加在第一表面上。在下一步骤中在半导体芯片的外表面和载体的第一表面的露出的部位上设置电气绝缘的包封。另外在下一步骤中部分除去电气绝缘的包封,其中在除去后光电子半导体芯片的背离载体的至少一个主面至少局部地没有电气绝缘的包封。
这里说明的用于制造一种光电子半导体器件的方法在此尤其是基于这样的认识:光电子半导体器件的制造可能经常与高的成本关联。特别是例如光电子半导体器件的光电子半导体芯片的单个接触在制造期间可能是花费大的和耗时的。
这里说明的方法现在使得能够在一个方法步骤中同时电接触例如多个光电子半导体芯片。换句话说,事后除去电气绝缘的包封并且从而至少部分地露出光电子半导体芯片的主面使得能够尽可能简单地和节省时间地制造光电子半导体器件。
根据至少一种实施方式,在除去电气绝缘的包封后光电子半导体芯片的背离载体的主面完全没有电气绝缘的包封。例如电气绝缘的包封在除去后在竖直方向上与光电子半导体芯片的背离载体的主面齐平地封闭。“竖直方向”在这种关联中指垂直于载体的主延伸方向的方向。在这种情况下电气绝缘的包封例如能够完全覆盖光电子半导体芯片的侧面。例如电气绝缘的包封的背离载体的表面与光电子半导体芯片的背离载体的主面一起构成一个连通的和连续的平面。这就是说,在横向,也就是说平行于载体的主延伸方向,在电气绝缘的包封和光电子半导体芯片的主面之间既不构造出缝隙也不构造出中断。
根据至少一种实施方式,电气绝缘的包封的除去通过使电气绝缘的包封均匀地削薄(Dünnen)进行。例如该削薄借助化学的和/或机械的研磨和/或蚀刻方法进行。“削薄”是指,在除去电气绝缘的包封期间该包封的最大竖直伸展被减小。“均匀地”在这种关联中指,在电气绝缘的包封的整个横向伸展上该包封在削薄后具有在制造容差的范围内恒定的竖直伸展,也就是说厚度。
根据至少一种实施方式,在下一步骤中至少在主面上设置至少一个印制线路结构,其中该印制线路结构与半导体芯片直接接触,并且在p侧或者n侧被导电接触。如果半导体芯片以它的n侧区施加在载体的第一表面上,则可以想到,该印制线路结构在p侧导电接触半导体芯片。印制线路结构在这种情况下涉及p侧的印制线路结构。这对于半导体芯片以它的p侧区施加在载体的第一表面上的情况相应成立。印制线路结构至少局部地与光电子半导体芯片的主面直接接触。该主面可以与电气绝缘的包封齐平地封闭,使得印制线路结构与通过主面和电气绝缘的包封构造的面直接接触。例如印制线路结构的施加借助在光电子半导体芯片的外表面上蒸镀和/或压印至少印制线路结构的材料来进行。例如印制线路结构通过单个地和/或连通地构造的、彼此导电连接的导体电路和/或接触部位构成。换句话说,印制线路结构在外部的电气接触的情况下构成p接触部或者n接触部。例如印制线路结构使用导电的材料——例如金属和/或导电的粘接剂——构成。
根据至少一种实施方式,在下一步骤中在印制线路结构的背离半导体芯片的侧上设置至少一个器件载体。在印制线路结构的背离半导体芯片的该侧上可以构造外表面。例如在该外表面上设置器件载体。该器件载体在其它方法期间用于机械地稳定载体和在载体上施加的、由电气绝缘的包封和光电子半导体芯片构成的复合体。
根据本方法的至少一种实施方式,在下一步骤中除去载体,其中在除去载体后至少局部地露出n侧区或者p侧区。例如露出的区域局部地通过光电子半导体芯片的其它背离器件载体的主面构成。于是该光电子半导体芯片具有至少一个主面和至少一个其它主面,其中两个主面彼此相对置。这就是说,在除去器件载体后光电子半导体芯片的背离器件载体的其它主面能够与电气绝缘的包封的其它背离器件载体的表面一起构成一个连通的并且连续的面。这里电气绝缘的包封的表面和其它表面也彼此相对置。
根据本方法的至少一种实施方式,在下一步骤中在光电子半导体芯片的辐射射出面上设置至少一个导电的透明氧化物层,其中该导电的透明氧化物层在n侧或者p侧导电接触半导体芯片。例如辐射射出面涉及光电子半导体芯片的背离器件载体的其它主面。如果半导体芯片以它的n侧区施加在载体的第一表面上,则辐射射出面通过该n侧区构成。例如导电的透明氧化物层在外部电气接触后来的光电子半导体器件的情况下构成n接触。这对于半导体芯片以它的p侧区施加在载体的第一表面上设置的情况相应成立。在这种情况下辐射射出面通过p侧区构成。“透明”在这种关联中指,氧化物层至少对于从光电子半导体芯片主要产生的电磁辐射来说至少到80%、优选到大于90%是辐射可穿透的。例如导电的透明氧化物层用TCO材料(透明的导电氧化物)构成。于是例如TCO材料涉及例如氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化钛、氧化铟或者氧化铟锡(ITO)的材料。除例如ZnO、SnO2或者In2O3的二价的金属氧化合物外,三价的金属氧化合物例如Zn2SnO4、CdSnO3、ZnSnO3、MgIn2O4、GaInO3、Zn2In2O5或者In4Sn3O12或者上述材料的混合物都属于TCO材料。此外TCO材料不强制地对应于化学计算的组成,并且也能够是p或n掺杂的。
光电子半导体芯片的这种借助这里说明的方法通过印制线路结构和/或导电的透明氧化物层的接触允许在电气接触半导体芯片时例如放弃位置耗费大的接合线接触部。因此半导体芯片的外表面可以借助这里说明的电气接触选取特别小的尺寸。另外通过这里说明的对半导体芯片的装配和连接,固定半导体芯片的辐射几何结构,并且例如不受电气绝缘的包封的在横向上的不同厚度的影响。如果要在载体上设置多个半导体芯片,则可以把这些半导体芯片在向载体上装配前例如着色,由此能够实现半导体芯片的狭窄的色度坐标控制。
根据本方法的至少一种实施方式,载体用基础元件和用在该基础元件的外表面上设置的、电气绝缘的装配元件构成,其中装配元件至少局部地用塑料构成并且光电子半导体芯片设置在装配元件的背离基础元件的外表面上。例如装配元件是塑料薄膜。例如在把光电子半导体芯片设置在电气绝缘的装配元件的背离基础元件的外表面上的期间基础元件对于至少局部地用塑料构成的装配元件构成机械上的增强,同时装配元件特别能够实现尽可能简单地、没有问题地在装配元件上设置光电子半导体芯片。基础元件可以以平板或者圆盘的形式构造。例如基础元件和装配元件的材料不同。这就是说基础元件和装配元件的材料至少不一致。这里基础元件可以用金属、半导体材料和/或玻璃构成。
根据本方法的至少一种实施方式,器件载体用电气绝缘的器件层和导热的冷却体构成,其中器件载体以电气绝缘的器件层的背离导热的冷却体的外表面设置在印制线路结构上。例如电气绝缘的器件层涉及用氧化物——例如氧化铝——或者用氮化铝构成的层。例如导热的冷却体用导电材料——例如金属——构成。电气绝缘的器件层还例如将导电的冷却体与印制线路结构电气隔离。由此例如避免器件载体和/冷却体和印制线路结构之间的短路。例如冷却体用电镀的方法构成。在这种情况下,在把冷却体施加在器件层的外表面上之前可以施加粘附层(英语也称Seed layer,籽晶层)。该粘附层实现和/或简化冷却体在电镀方法期间的施加和构造。例如粘附层用铜或金构成。
根据本方法的至少一种实施方式,多个光电子半导体芯片设置在载体的第一表面上,其中至少两个光电子半导体芯片发射不同颜色的光。例如多个光电子半导体芯片包括分别发射不同颜色的光——例如蓝色、红色或者绿色光的半导体芯片。换句话说,借助这里说明的方法能够特别成本有利和简单地制造发射光的RGB模块和/或(照明)显示器。
根据至少一种实施方式,电气绝缘的包封是反射辐射的或者吸收辐射的。“反射辐射的”特别指,电气绝缘的包封对于主要在光电子半导体芯片内产生的电磁辐射至少反射到80%、优选到大于90%。在这种情况下对于后来的光电子半导体器件的外部的观察者电气绝缘的包封显现为白色。例如为此在电气绝缘的包封内引入反射辐射的颗粒,这些颗粒例如用TiO2、BaSO4、ZnO、ZrO2、或者AlxOy中的至少一种材料构成或者包含所述材料的一种。例如通过光电子半导体芯片的侧面射出的电磁辐射通过反射辐射的包封被从该包封反射回到半导体芯片内并且例如朝着辐射射出面的方向反射。换句话说,可以这样安排:反射辐射的电气绝缘的包封提高光电子半导体器件的辐射输出耦合效率。“辐射输出耦合效率”在这种关联中指从该半导体器件输出耦合的光能与主要在光电子半导体芯片内产生的光能的比。在吸收辐射的电气绝缘的包封的情况下,该包封对于外部的观察者显现为黑色或者彩色。例如在电气绝缘的包封内引入碳黑颗粒。在这种情况下能够提高辐射射出面和电气绝缘的包封的背离器件载体的其它表面之间的明暗对比度。例如对于外部的观察者光电子半导体器件通过在运行中提高明暗对比度而显现得更亮。
此外说明一种光电子半导体器件。
例如可以借助这里说明的方法制造该光电子半导体器件,如与一种或者多种上面提到的实施方式结合说明的那样。这就是说,对于在这里说明的方法所实施的特征也对于这里说明的光电子半导体器件公开。
根据至少一种实施方式,光电子半导体器件包括器件载体,该器件载体具有外表面和与该外表面相对置的装配面。另外光电子半导体器件包括设置在外表面上的至少一个印制线路结构。此外光电子半导体器件包括至少一个光电子半导体芯片,其中该光电子半导体芯片用至少一个n侧区和至少一个p侧区构成,并且用p侧区或者n侧区施加在印制线路结构上。这里印制线路结构在p侧或者n侧导电接触半导体芯片。此外光电子半导体器件包括电气绝缘的包封,该包封设置在半导体芯片和印制线路结构的外表面的露出的部位上,其中光电子半导体芯片的背离器件载体的至少一个辐射射出面至少局部地没有电气绝缘的包封。另外光电子半导体器件包括设置在辐射射出面上的至少一个导电的透明氧化物层,其中该导电的透明氧化物层在n侧或者p侧导电接触半导体芯片。
下面根据实施例和所属的附图详细阐述这里说明的方法以及这里说明的光电子半导体器件。
图1A到1G示出用于通过这里说明的方法制造一个实施例的各个制造步骤,其中
图1G示出借助这里说明的方法制造的光电子半导体器件的实施例。
在实施例和附图中给相同的或者相同作用的组成部分分别配备相同的附图标记。所示出的元件不应该看作是按正确比例绘制的,相反为更好地理解夸大地显示各个元件。
图1A以示意的侧视图示出第一步骤,其中首先提供载体1,该载体具有第一表面11和与该第一表面11相对置的第二表面12。载体1用基础元件102和在该基础元件102的外表面101上设置的、电气绝缘的装配元件200构成。基础元件102特别可以用金属、半导体材料和/或玻璃构成。当前电气绝缘的装配元件200完全用塑料构成。在装配元件200的背离基础元件102的外表面201上设置多个发射辐射的、光电子半导体芯片2。特别装配元件200的背离基础元件102的外表面201至少局部地构成载体1的第一表面11。光电子半导体芯片2分别用至少一个n侧区21和至少一个p侧区24构成,并且当前用n侧区21施加在载体1的第一表面11上。每一个光电子半导体芯片2都包括适合发射电磁辐射的至少一个有源区。光电子半导体芯片2能够发射颜色分别不同的光。例如至少一个光电子半导体芯片2分别发射红色光、绿色光或者蓝色光。
在图1B中以示意的侧视图示出,如何在下一步骤中在半导体芯片2的外表面23和载体1的第一表面11的露出部位上设置电气绝缘的包封3。该电气绝缘的包封3特别可以反射辐射地或者吸收辐射地构造。例如电气绝缘的包封3用一种基质材料——例如硅、环氧化物和/或硅和环氧化物的混合物——构成,在基质材料内引入可预先规定的浓度的反射辐射的或者吸收辐射的颗粒。例如反射辐射的颗粒涉及特别能够用TiO2构成的颗粒。对于外部的观察者来说在这种情况下电气绝缘的包封3显现为白色。例如对于外部的观察者来说光电子半导体芯片2完全由电气绝缘的包封3覆盖,并且从而对于外部的观察者来说不可见。
在图1C中以示意的侧视图示出,如何在下一步骤中借助均匀的削薄从光电子半导体芯片2的p侧区24的背离载体1的主面22上完全除去电气绝缘的包封3。这里该主面22是半导体芯片2的外表面23的一部分。换句话说,在部分地除去电气绝缘的包封3后p侧区24的背离载体1的主面22完全没有电气绝缘的包封3。
在图1D中以示意的侧视图示出,如何在下一步骤中在主面22上和在电气绝缘的包封3的背离载体1的表面上施加p侧的印制线路结构4。该p侧的印制线路结构4用一种导电的材料——例如金属和/或导电的塑料——构成。在施加该p侧的印制线路结构4后它以它的外表面44例如完全在电气绝缘的包封3的背离载体1的表面上和在主面22上延伸。借助p侧的印制线路结构4能够单个地和彼此分开地电气控制和运行光电子半导体芯片2。
在图1E中以示意的侧视图示出,如何在下一步骤中在p侧的印制线路结构4的背离半导体芯片2的侧上设置器件载体5。特别从图1E可以看出,器件载体5施加在p侧的印制线路结构4的背离载体1的外表面上。器件载体5特别可以用电气绝缘的器件层51和导热的冷却体52构成。为此当前器件载体5以电气绝缘的器件层51的背离导热的冷却体52的外表面53设置在p侧的印制线路结构4上。导热的冷却体52例如用导电的材料——例如铜——构成,因为高的导热性可以带来高的导电性。冷却体52的高导热性于是在后来的半导体器件1000的运行期间通过半导体芯片2产生高的热量生成时可能特别有利,为了使光电子半导体器件1000的运行尽可能无干扰地进行,能够尽可能快地和有效地从半导体芯片2中将该热量生成导出。冷却体2例如借助电镀沉积方法制造。如果冷却体2不仅导热而且导电,则电气绝缘的器件层51将冷却体52和半导体芯片2彼此电气隔离,使得例如在后来的半导体器件1000的运行期间避免冷却体52和例如p侧的印制线路结构4之间的电气短路。例如电气绝缘的器件层51用氧化铝和/或氮化铝构成。例如电气绝缘的器件层51可以借助原子层沉积(英语为:Atomic Layer Deposition,ALD)例如在导热的冷却体52上构成。
在图1F中以示意的侧视图示出,如何在下一步骤中除去载体1,其中在除去载体1后n侧区21例如局部地露出。当前n侧区21局部地通过半导体芯片2的辐射射出面211构成。换句话说,辐射射出面211至少局部地露出。
在图1G中以示意的侧视图示出,如何在下一步骤中在光电子半导体芯片2的辐射射出面211上以及在电气绝缘的包封3的背离器件载体5的其它表面上施加至少一个导电的透明氧化物层6。因此在光电子半导体芯片2内产生的电磁辐射能够不受阻碍地通过光电子半导体芯片2的辐射射出面211穿过导电的透明氧化物层6并且接着从光电子半导体器件1000中射出。这里导电的透明氧化物层6分别在n侧导电接触半导体芯片2。为提高光电子半导体器件1000的辐射输出耦合效率,可以把导电的透明氧化物层6的背离器件载体5的外表面例如可预先规定地结构化。
另外在图1G中示出,如何在导电的透明氧化物层6的背离器件载体5的外表面上设置接触垫7。接触垫7用于在外部在n侧电气接触光电子半导体芯片2。在设置接触垫7后制造这里说明的光电子半导体器件1000。这里作为器件载体5的背离导电的透明氧化物层6的外表面的装配面54用于例如在接触载体上装配光电子半导体器件1000。
本发明不通过根据实施例的说明限制。相反本发明包括每一个新的特征以及这些特征的每一种组合,特别特征的每一种组合都在权利要求中包括,即使该特征或者该组合未在权利要求或者实施例中明确说明。
该专利申请要求德国专利申请10 2011 013 052.7的优先权,它的公开内容由此通过引用合并于此。
Claims (15)
1.用于制造至少一个光电子半导体器件(1000)的方法,该方法至少包括下面的方法步骤:
a)提供载体(1),该载体具有第一表面(11)和与该第一表面(11)相对置的第二表面(12);
b)在载体(1)的第一表面(11)上设置至少一个光电子半导体芯片(2),其中该光电子半导体芯片(2)用至少一个n侧区(21)和至少一个p侧区(24)构成,并且以n侧区(21)或者p侧区(24)施加在第一表面(11)上;
c)在半导体芯片(2)的外表面(23)和载体(1)的第一表面(11)的露出的部位上设置电气绝缘的包封(3);
d)部分除去电气绝缘的包封(3),其中在除去后光电子半导体芯片(2)的背离载体(1)的至少一个主面(22)至少局部地没有电气绝缘的包封(3)。
2.根据上述权利要求所述的方法,
-其中在除去电气绝缘的包封(3)后光电子半导体芯片(2)的p侧区(24)的背离载体(1)的主面(22)完全没有电气绝缘的包封(3),
-其中电气绝缘的包封(3)的除去通过均匀地削薄电气绝缘的包封(3)进行,和
-其中在下一步骤中至少在主面(22)上设置至少一个印制线路结构(4),其中该印制线路结构(4)与半导体芯片(2)直接接触并且在p侧或者n侧被导电接触。
3.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中在除去电气绝缘的包封(3)后光电子半导体芯片(2)的p侧区(24)的背离载体(1)的主面(22)完全没有电气绝缘的包封(3)。
4.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中电气绝缘的包封(3)的除去通过均匀地削薄电气绝缘的包封(3)进行。
5.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中在下一步骤中至少在主面(22)上设置至少一个印制线路结构(4),其中该印制线路结构(4)在p侧或者n侧导电接触半导体芯片(2)。
6.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中在下一步骤中在印制线路结构(4)的背离半导体芯片(2)的侧上设置至少一个器件载体(5)。
7.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中在下一步骤中除去载体(1),其中在除去载体(1)后n侧区(21)或者p侧区(24)至少局部地露出。
8.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中在下一步骤中在光电子半导体芯片(2)的辐射射出面(211)上设置至少一个导电的透明氧化物层(6),其中该导电的透明氧化物层(6)在n侧或者p侧导电接触半导体芯片(2)。
9.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中载体(1)用基础元件(102)和在该基础元件(102)的外表面(101)上设置的、电气绝缘的装配元件(200)构成,其中该装配元件(200)至少局部地用塑料构成,并且光电子半导体芯片(2)设置在装配元件(200)的背离基础元件(102)的外表面(201)上。
10.根据权利要求6到9之一所述的方法,
其中器件载体(5)用电气绝缘的器件层(51)和导热的冷却体(52)构成,其中器件载体(5)以电气绝缘的器件层(51)的背离导热的冷却体(52)的外表面(53)设置在印制线路结构(4)上。
11.根据上述权利要求之一所述的方法,其中在载体(1)的第一表面(11)上设置多个光电子半导体芯片(2),其中至少两个光电子半导体芯片(2)发射不同颜色的光。
12.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中电气绝缘的包封(3)是反射辐射的或者吸收辐射的。
13.根据上述权利要求之一所述的方法,
其中光电子半导体器件(1000)作为发射光的RGB模块构造。
14.光电子半导体器件(1000),具有
-器件载体(5),该器件载体具有外表面(53)和与该外表面(53)相对置的装配面(54);
-设置在所述外表面(53)上的至少一个印制线路结构(4);
-至少一个光电子半导体芯片(2),其中该光电子半导体芯片(2)用至少一个n侧区(21)和至少一个p侧区(24)构成,并且以p侧区(21)或n侧区施加在印制线路结构(4)上,其中印制线路结构(4)在p侧或者n侧导电接触半导体芯片(2);
-电气绝缘的包封(3),其设置在半导体芯片(2)和印制线路结构(4)的外表面(23、44)的露出的部位上,其中光电子半导体芯片(2)的背离器件载体(5)的至少一个辐射射出面(211)至少局部地没有该电气绝缘的包封(3);
-设置在辐射射出面(211)上的至少一个导电的透明氧化物层(6),其中该导电的透明氧化物层(6)在n侧或者p侧导电接触半导体芯片(2)。
15.根据上述权利要求所述的光电子半导体器件(1000),
其根据权利要求1到13之一制造。
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