CN103635012A - 印刷电路板以及用于制造该印刷电路板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种印刷电路板以及一种用于制造该印刷电路板的方法。该印刷电路板包括:基部基板;绝缘层,形成在基部基板的一个表面或两个表面上;电极层,电极层形成在绝缘层的顶表面上;以及绝缘膜,覆盖绝缘层的除了电极层与绝缘层之间的接合表面之外的表面,以便在保持高的热导率的同时确保高的介电击穿电压。
Description
相关申请的交叉引证
根据美国法典第35章第119条,本申请要求于2012年8月21日提交的标题为“印刷电路板以及用于制造该印刷电路板的方法(PrintedCircuit Board And Method For Manufacturing The Same)”的韩国专利申请系列No.10-2012-0091179的权益,在此将其整体内容通过引证结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板以及一种用于制造该印刷电路板的方法,并且更确切地,涉及一种设置有覆盖绝缘层表面的绝缘膜的印刷电路板以及一种用于制造该印刷电路板的方法。
背景技术
通常,通过将铜的薄板等附接至苯酚树脂绝缘板、环氧树脂绝缘板等形成微电极层并形成部件安装于其中的孔来制造印刷电路板(PCB)。印刷电路板用于保持多个电子部件、使所安装的电子部件彼此电连接、并且使相邻电路彼此绝缘。
最近,随着移动通信装置和电子产品的轻盈性和纤薄性已快速进展,印刷电路板的技术已突然发展为适于多层、高密度和多功能的产品。特别地,在一些领域中的一个最重要的问题正是大量热的产生,上述领域为音频功率模块、用于PDP的功率模块、马达控制器、LED灯、发光二极管背光单元(LED BLU)、热电材料、高输出半导体器件等领域。因此,存在这样的需求,即,采取有效的热辐射结构以便防止产品可靠性的降级。
图1是示出了阻燃(FR-4)印刷电路板(即,根据相关技术的印刷电路板)的横截面视图。
如所示出的,根据相关技术的FR-4印刷电路板具有这样的结构,在该结构中,绝缘层130布置在基部基板(base substrate,底基板,基衬底)110与铜电极层120之间。更详细地,通过将环氧树脂131浸渍在由交叉纬线和经线类的编织布制成的玻璃纤维132中来制造绝缘层130。当通过将绝缘层130制成片状来制造PCB时,通过在电解铜箔的两个表面上执行真空热压缩并形成电极层120(该电极层基于光学工艺形成有印刷电极层),来制造包铜层压件(CCL)。所述光学工艺通常包括诸如在PCB行业中已知的光致抗蚀剂涂覆、曝光、蚀刻、光致抗蚀剂去除等的工艺。因此,这些工艺以下被称为光学工艺。
在通常的FR-4PCB中,绝缘层130具有大约75μm或者更大的厚度,并且玻璃纤维132和环氧树脂131通常具有如0.25W/mK的极低热导率(thermal conductivity,导热系数),使得FR-4PCB用作用于LED和高输出半导体器件的PCB是不适当的。当绝缘层130的厚度减小时,甚至在相同热导率的情况下热阻也可能减小,但所需的介电击穿电压降低。因此,在减小绝缘层130的厚度方面存在限制性。此外,因为环氧树脂的介电常数是低的,所以需要使用厚的绝缘层,以便获得足够的绝缘性能。因为绝缘层的厚度厚,热阻可能突然增大,并且因为环氧树脂与基部基板具有不足的粘附力并充分吸收湿气,产品的可靠性可能降级。
为了增加热导率以及介电击穿电压,通常将具有优良热导率的金属或者合金用作基部基板,并且金属(例如,铝)的基部基板经受阳极氧化以便产生氧化铝绝缘层。作为另一种结构,韩国专利特开出版物No.10-2010-0099475(在下文中,相关技术文献)提出这样的基板,该基板被构造成包括基部基板、形成在基部基板上的第一界面绝缘膜、形成在第一界面绝缘膜上的绝缘层、形成在绝缘层上的第二界面绝缘膜、以及形成在第二界面绝缘膜上的电极层。
然而,当氧化铝绝缘层通过在铝基部基板上执行阳极氧化而制成时,氧化铝绝缘层具有这样的多孔结构,该多孔结构充满空气从而导致在电极层与下部铝基部基板之间引起空气火花,这使得难以确保高的介电击穿电压。另外,需要花费大量处理时间以使绝缘层以均匀厚度生长,并且很难以确保足够的绝缘性能。
此外,在相关技术文献中提出的基板的情况下,这些界面绝缘膜应当堆叠在绝缘层的两个表面上,并且因此,工序的数目增加,这导致成本和生产率的降级。此外,界面膜由氧化物或者氮化物形成,并且因此,像氧化铝绝缘层一样具有许多孔,这使得难以确保高的介电击穿电压。
[相关技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)专利文件:韩国专利特开出版物No.10-2010-0099475。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种印刷电路板以及一种制造该印刷电路板的方法,所述印刷电路板能够确保高的介电击穿电压,同时通过将具有低空气渗透率的绝缘膜覆盖在绝缘层的表面上来保持高的热导率。
为了实现所述目的,根据本发明的一个方面,提供一种印刷电路板,包括:基部基板,由能够阳极化处理的金属(anodizable metal,可阳极氧化的金属)形成;绝缘层,形成在基部基板的一个表面或者两个表面上;电极层,形成在绝缘层的顶表面上;以及绝缘膜,覆盖绝缘层的除了电极层与绝缘层之间的接合表面(bonding surface,粘接面,结合面)之外的表面,并且高度等于或者小于电极层的高度。
此外,绝缘层由金属氧化物形成。
此外,绝缘膜具有低的空气渗透率。
此外,绝缘膜由光敏材料形成。
此外,电极层包括种子层(seed layer,籽层,籽晶层)和金属层,该金属层是利用种子层作为引入线(lead-in wire)通过电镀而形成,以及
种子层被布置在金属层的底表面上或者布置在金属层的底表面和侧面上。
为了实现所述目的,根据本发明的另一方面,提供一种印刷电路板,包括:基部基板;绝缘层,形成在基部基板的一个表面或者两个表面上;
电极层,形成在绝缘层的顶表面上;以及绝缘膜,覆盖绝缘层的除了电极层与绝缘层之间的接合表面之外的表面并部分地结合于电极层中。
此外,绝缘膜的顶表面与电极层之间的接合长度2L是电极层的宽度W的0.1倍到0.6倍。
为了实现所述目的,根据本发明的另一方面,提供一种用于制造印刷电路板的方法,包括:(a)制备基部基板;(b)在基部基板的一个表面或者两个表面上形成绝缘层;(c)形成覆盖绝缘层的表面的绝缘膜;(d)在电极层的区域中对绝缘膜进行蚀刻,以加工开放部;以及
(e)镀覆(plating,镀)开放部的内部,以便形成电极层。
此外,步骤(e)包括:镀覆完全地覆盖绝缘膜和开放部的金属层;以及
根据预定图案对金属层进行蚀刻。
此外,通过在绝缘膜的顶表面上、绝缘层的通过开放部暴露的顶表面上、以及开放部的内壁中形成种子层并且对作为引线线路(lead-wire line)的种子层进行电镀,来形成金属层。
此外,步骤(e)包括:仅在绝缘层的通过开放部而暴露的顶表面上形成种子层;以及利用种子层作为引入线(lead-in wire)来填充和镀覆开放部。
此外,在步骤(e)中形成的电极层的宽度等于开放部的宽度。
此外,在步骤(e)中形成的电极层的宽度大于开放部的宽度。
附图说明
图1是根据相关技术的印刷电路板的横截面视图。
图2是根据本发明的一个示例性实施方式的印刷电路板的横截面视图。
图3是根据本发明另一个的示例性实施方式的印刷电路板的横截面视图。
图4是根据本发明另一个的示例性实施方式的印刷电路板的横截面视图。
图5至图9是连续示出了制造根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板的过程的视图。
具体实施方式
通过以下参照附图对实施方式的描述,本发明的各种优点和特征以及实现它们的方法将变得显而易见。然而,本发明可以多种不同的形式进行修改,并且本发明不应当局限于这里所阐述的实施方式。可提供这些实施方式使得本公开充分且完整,并且将对本领域技术人员充分传达本发明的范围。贯穿本说明书,同样的参考标号表示同样的元件。
在本说明书中所使用的术语是用于解释这些实施方式,而不是限制本发明。在本说明书中单数形式包括复数形式,除非明确说明与之相反。词语“包括(comprise)”以及变型(诸如“包括(comprises)”或者“包括(comprising)”),应当理解为暗示包括所陈述的组分、步骤、操作和/或者元件,但不排除任何其他的组分、步骤、操作和/或者元件。
在下文中,将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式的构造及作用效果。
图2是根据本发明的一个示例性实施方式的印刷电路板的横截面视图。
参照图2,根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板可被构造成包括基部基板210、绝缘层220、绝缘膜230、以及电极层240。
根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板可以是使由LED或者高输出半导体器件产生的热散发的散热基板。因此,根据本发明的示例性实施方式,基部基板210可由具有优良热导率的材料形成,并且在不特别限定的情况下可由任何材料形成。
然而,如下所述,当绝缘层220通过阳极化处理或者等离子体电解氧化处理而形成时,基部基板210需要由能够阳极化处理的金属形成。例如,基部基板210可优选地由铝(Al)、镁(Mg)、锰(Mn)、锌(Zn)、钛(Ti)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)、以及它们的合金中的至少任何一种构成的金属形成。
另外,当基部基板210可能由上述金属材料形成时,基部基板210具有大于由通常的树脂层形成的基板的刚度,并且因此具有对翘曲的抗性。
形成在一个表面上或者整个基部基板210上的绝缘层220是绝缘层,以便防止电极层240与基部基板210电短路。绝缘层220可通过在上述金属材料的基部基板210的表面上执行阳极化处理或者等离子体电解氧化处理来形成,以便实现更高的热导率。
在这种情况下,绝缘层220由金属氧化物形成。例如,如果设想的是基部基板210的材料是铝(Al),那么绝缘层220可由通过使铝阳极化处理而形成的氧化铝Al2O3形成。
氧化铝(Al2O3)具有优良的绝缘性能和热导率,并且因此,在即使厚度薄的情况下,也在充分确保基部基板210与电极层240之间的绝缘性能的同时,展现了优良的散热效果。因此,当绝缘层220由金属氧化物形成时,绝缘层220的厚度可根据基板的使用而具有在几μm到几百μm范围内的适当值。
同时,绝缘层220由其中结合有通常的环氧树脂的玻璃纤维、对其添加了陶瓷填料的环氧树脂等形成。然而,如上所述,诸如氧化铝(Al2O3)的金属氧化物具有比树脂更优良的绝缘性能和热导率,并且本发明具有这样的特征,该特征在于,绝缘膜230形成在绝缘层220的表面上,所述绝缘层由金属氧化物形成且具有多孔结构。因此,绝缘层220优选地由通过阳极化处理或者等离子体电解氧化处理而形成的金属氧化物形成。
电极层240可以是可将电信号传递至各个元件的信号层,并且可以是直接接合至半导体器件的焊盘层(pad layer,衬垫层)。可替换地,电极层240可以是用于电源的地面或者电极层。在图2的实施方式中,电极层240作为焊盘层而示出,但也可构造成信号层或者者用于电源的地面或者电极层。
更详细地描述电极层240的结构,电极层240可构造成包括种子层241和金属层242,其中,种子层241和金属层242可包括从由具有优良电导率的镍、铜、金、银、锡、和钴组成的组中选出的任一种或者两种。
种子层241是利用无电镀覆工艺(electroless plating process,无电镀工艺)或者溅射工艺而形成在绝缘层220上的金属膜,并且金属层242可通过利用种子层241作为引入线电镀而形成。除此之外,金属层242可通过本领域技术人员已知的各种镀覆方法来形成,并且种子层241可根据镀覆方法而省去。
此外,种子层241可仅形成在金属层242的底表面上,并且如在图2中所示,根据待在下面描述的制造方法,可形成在金属层242的侧面上及其底表面上。
同时,当电极层240是焊盘层时,电极层240可引线接合或者焊接至半导体器件,并且镀覆层243可另外形成在金属层242的顶表面和侧面上,以便防止金属层242的腐蚀。镀覆层243由金(Au)形成,并且通常利用电镀法而形成,但可利用无电镀覆的方法(诸如浸金无电镀镍(Electrolessnickel immersion gold,ENIG,化学镍金)、自催化金无电镀镍(ENAG)、浸金无电镀镍无电镀钯(ENEPIG)等)而形成。
绝缘膜230形成在绝缘层220的顶表面上,并且覆盖在绝缘层220的表面上,除了电极层240与绝缘层220之间的接合表面之外。因此,电极层240的侧面覆盖有如绝缘膜230的厚度高度一样厚的绝缘膜230。在这种情况下,绝缘膜230的高度可形成为低于电极层240或者者可形成为等于电极层240,如在图2中所示。
绝缘膜230由具有小且均匀的颗粒的成分形成,以便防止空气中的氧透过绝缘膜230。因此,绝缘膜230可由具有低空气渗透率和优良绝缘性能的任何材料形成。此外,绝缘层230可更优选地由具有光敏性的材料形成,以便促进通过光学工艺的图案形成。例如,绝缘层230可由光敏聚酰亚胺制成。
当具有低空气渗透率的材料的绝缘膜230形成为具有上述结构时,绝缘层220的表面和电极层240与绝缘层220之间的接合部分A由于绝缘膜230而不暴露于外面。因此,即使绝缘层220由具有多孔结构的金属氧化物形成,绝缘层220也不直接接触空气中的氧气从而防止电极层240与基部基板210之间发生空气电火花,使得根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板能够确保高的介电击穿电压。
在这种情况下,绝缘膜230的厚度可以是几nm到几百μm。当绝缘膜230的厚度太薄时,空气中的氧气可透过绝缘膜230从而接触绝缘层220,并且该厚度不易控制,并且因此,生产率可能降级。相反,当绝缘膜230的厚度太厚时,总的基板的热导率可能降级,并且可能难以实现轻盈且纤薄的基板。因此,绝缘膜230的厚度优选地形成在适当的范围内。
在下文中,将描述根据本发明的另一个示例性实施方式的印刷电路板。
图3是根据本发明另一个的示例性实施方式的印刷电路板的横截面视图。图3的示例性实施方式中的每个部件均由用在图1中的参考标号表示。
参照图3,根据本发明的另一个示例性实施方式,绝缘膜230形成在绝缘层220上,但是具有这样的结构,在该结构中,绝缘膜230部分地结合于电极层240中并且覆盖绝缘层220的除了电极层240与绝缘层220之间的接合表面之外的表面。详细地,绝缘膜230具有这样的结构,在该结构中,绝缘膜230以离电极层240的一端为长度L而结合。除此之外,绝缘膜230的材料和厚度与图2的相同。
这样,电极层240与绝缘层220之间的接合部分A可由于这样的结构而更可靠地与外界空气屏蔽,在该结构中,绝缘膜230部分地结合于电极层240中,从而确保更高的介电击穿电压。
此外,电极层240以对应于绝缘膜230的顶表面与电极层240之间的接合长度2L的区域而接合至绝缘膜230。在结构上,电极层240是弯折的以便接合至绝缘膜230,使得电极层240与绝缘层220之间的粘附力可进一步增大。
同时,绝缘膜230的顶表面与电极层240之间的接合长度2L具有电极层240的宽度W的0.1倍到0.6倍的值。绝缘膜230的顶表面与电极层240之间的接合长度2L越大,上述效果越大。然而,当接合长度2L太大时,可能发生电极层之间的电短路。
图4是根据本发明另一个的示例性实施方式的印刷电路板的横截面视图。
参照图4,根据本发明的另一个示例性实施方式,绝缘层220具有这样的结构,在该结构中,绝缘膜230的成分颗粒231填充在其中。
如上所述,当绝缘层220根据阳极化处理或者等离子体电解氧化处理而由金属氧化物制成时,大量的孔在绝缘层220中形成。因此,如在图4中所示,绝缘膜230的成分颗粒231可在将绝缘膜230施加至绝缘层220的表面的过程期间填充在绝缘层220的孔中。
这样,当绝缘层220的孔由绝缘膜230的成分颗粒231密封时,在电极层240与基部基板210之间不发生空气火花,从而确保更高的介电击穿电压。
在下文中,将参照图5至图9描述制造根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板的方法。
图5至图9是连续示出了制造根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板的过程的视图。首先,如在图5中所示,执行制备基部基板210的步骤。
形成基部基板210的材料不特别限制,但如待在下面描述的工艺中一样,当基部基板210受到阳极化处理或者等离子体电解氧化处理以便形成绝缘层时,基部基板210优选地包括能够阳极化处理的金属。
然后,如在图6中所示,执行在基部基板210的一个表面或者两个表面上形成绝缘层220的步骤。
绝缘层220还可通过粘结其中环氧树脂结合于玻璃纤维中的片、或者对其附加陶瓷填料的环氧树脂片来形成,但优选地,根据热导率,通过在金属材料的基部基板210上执行阳极化处理或者等离子体电解氧化处理来形成。
更详细地描述形成绝缘层220的过程,通过将基部基板210在连接至直流电源的正极的同时浸在酸性溶液(电解质溶液)中,由金属氧化物形成的绝缘层220可形成在基部基板210的表面上。
例如,当基部基板210由铝形成时,在基部基板210的表面与电解质溶液反应时,铝离子(Al3+)形成在基部基板210的表面上。在这种情况下,电流密度由于施加给基部基板210电压而集中在基部基板210的基板上,以便局部地发热,并且由于热而形成更多的铝离子(Al3+)。因此,多个沟槽形成在基部基板210的表面上,并且氧离子(O2-)由于电场的力而移动至沟槽以便与铝离子(Al3+)反应,使得可形成由氧化铝(Al2O3)形成的绝缘层220。
当根据该方法而形成绝缘层220时,如在图7中所示,执行形成绝缘膜230的步骤,该绝缘膜完全地覆盖绝缘层220的暴露于外面的表面。
绝缘膜230优选地由光敏材料形成以便加工随后执行的开放部240a,例如,可由光敏聚酰亚胺形成。
形成绝缘膜230的方法可以是本领域技术人员已知的方法。例如,可以应用蒸发法或者诸如溶剂法(solvent process,溶剂精制法)等方法,溶剂法的实例可包括旋涂、浸涂、刮刀(doctor blading,刮胶)、丝网印刷、喷墨印刷、热传递等。
然后,如在图8中所示,执行通过在电极层240的区域中蚀刻绝缘膜230来形成开放部240a的步骤。
开放部240a可通过光学工艺来形成。更详细地对此进行描述,首先将预定图案的掩模(mask,未示出)附接在绝缘膜230上。当绝缘膜230的顶表面暴露于紫外线并且以其中掩模附接至该绝缘膜的状态显影时,被紫外线辐射的部分固化并且保持其状态,而在由掩模覆盖的同时不被紫外线辐射的部分在未固化的情况下被去除,以在期望的位置处形成开放部240a。
然后,执行通过在开放部240a的区域周围执行镀覆处理来形成电极层240的步骤。
可通过仅在绝缘层220的通过开放部240a而暴露的顶表面上通过溅射而形成种子层并且在开放部240a中将所形成的种子层作为引入线进行填充和镀覆,而形成电极层240。
作为另一种方法,如在图9中所示,形成完全覆盖基板的顶表面的金属层242,并且然后可根据预定图案对金属层242蚀刻并使其成形。金属层242可通过电镀形成。为此目的,通过无电镀覆工艺或者溅射工艺,种子层241可形成在绝缘膜230的顶表面、绝缘层220的通过开放部240a而暴露的顶表面、以及开放部240a的内壁上。在这种情况下,种子层241能够以适于执行无电镀覆的厚度来形成。
当种子层241和金属层242形成时,金属层242通过通常的光学方法(包括光致抗蚀剂涂覆、曝光、显影、蚀刻、光致抗蚀剂去除等)而形成图案,以便形成电极层240的期望的图案。
在这种情况下,当通过形成图案而形成的电极层的宽度形成为等于开放部240a的宽度时,其具有与图2的示例性实施方式相同的结构,并且当通过形成图案而形成的电极层的宽度形成为大于开放部240a的宽度时,其具有与图3的示例性实施方式相同的结构。
根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板以及制造该印刷电路板的方法,可在保持高热导率的同时确保高的介电击穿电压,并使绝缘层与电极层之间的粘附力增大。
此外,可利用简单的工艺来使热导率以及介电击穿电压增大,而不需如相关技术一样的复杂工艺,从而降低制造成本并提高生产率。
上述详细说明举例说明了本发明。此外,上述内容只是示出并描述了本发明的优选实施方式,并且本发明可在各种组合、变化和环境下使用。即,本领域技术人员应认识到,在不背离本发明概念的原理和精神的情况下,可在这些实施方式中作出替换、修改和变化,本发明的范围在所附权利要求及它们的等同物中限定。尽管已出于示意性的目的公开了本发明的一些示例性实施方式,本领域技术人员应认识到,在不背离如在随附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下,各种修改、增添和替换是可能的。因此,本发明的详细说明不旨在使本发明局限于所公开的实施方式。此外,应当认识到,所附权利要求甚至包括其他实施方式。
Claims (13)
1.一种印刷电路板,包括:
基部基板,所述基部基板由能够阳极化处理的金属形成;
绝缘层,所述绝缘层形成在所述基部基板的一个表面或者两个表面上;
电极层,所述电极层形成在所述绝缘层的顶表面上;以及
绝缘膜,所述绝缘膜覆盖所述绝缘层的除了所述电极层与所述绝缘层之间的接合表面之外的表面,并且所述绝缘膜的高度等于或者小于所述电极层的高度。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板,其中,所述绝缘层由金属氧化物形成。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板,其中,所述绝缘膜具有低的空气渗透率。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板,其中,所述绝缘膜由光敏材料形成。
5.根据权利要求1所述的印刷电路板,其中,所述电极层包括种子层和金属层,所述金属层利用所述种子层作为引入线通过电镀而形成,并且
所述种子层被布置在所述金属层的底表面上或者布置在所述金属层的所述底表面和侧面上。
6.一种印刷电路板,包括:
基部基板;
绝缘层,所述绝缘层形成在所述基部基板的一个表面或者两个表面上;
电极层,所述电极层形成在所述绝缘层的顶表面上;以及
绝缘膜,所述绝缘膜覆盖所述绝缘层的除了所述电极层与所述绝缘层之间的接合表面之外的表面,并且所述绝缘膜部分地结合于所述电极层中。
7.根据权利要求6所述的印刷电路板,其中,所述绝缘膜的顶表面与所述电极层之间的接合长度2L是所述电极层的宽度W的0.1倍到0.6倍。
8.一种用于制造印刷电路板的方法,包括:
(a)制备基部基板;
(b)在所述基部基板的一个表面或者两个表面上形成绝缘层;
(c)形成覆盖所述绝缘层的表面的绝缘膜;
(d)在电极层的区域中对所述绝缘膜进行蚀刻,以加工开放部;以及
(e)镀覆所述开放部的内部,以形成所述电极层。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述步骤(e)包括:镀覆完全地覆盖所述绝缘膜和所述开放部的金属层;以及
根据预定图案对所述金属层进行蚀刻。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,通过在所述绝缘膜的顶表面上、在所述绝缘层的通过所述开放部而暴露的顶表面上、以及在所述开放部的内壁中形成所述种子层并且将所述种子层作为引线线路进行电镀,来形成所述金属层。
11.根据权利要求8所述的方法,其中,所述步骤(e)包括:
仅在所述绝缘层的通过所述开放部而暴露的所述顶表面上形成所述种子层;以及
利用所述种子层作为引入线来填充和镀覆所述开放部。
12.根据权利要求8所述的方法,其中,在所述步骤(e)中形成的所述电极层的宽度等于所述开放部的宽度。
13.根据权利要求8所述的方法,其中,在所述步骤(e)中形成的所述电极层的宽度大于所述开放部的宽度。
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