CN114347395B - 半导体光学器件的封装方法及其使用的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体光学器件的封装方法及其使用的装置，涉及半导体封装技术领域，通过设置封装模具具有第一注塑腔体、第二注塑腔体、第三注塑腔体，进而可以通过多步注入工艺，以分别形成不透明封装层和透明封装层，改善了光学器件封装结构的遮光性能，控制发射光或入射光的具体方向，进而提高半导体光学器件封装结构的精确性和灵敏度，且可以提高半导体光学器件封装结构的外观性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种半导体光学器件的封装方法及其使用的装置。
背景技术
在半导体光学器件的封装过程中，通常使用注塑成型工艺来形成封装结构，注塑成型工艺是指将熔融的原料通过加压、注入、冷却、脱离等操作制作一定形状的半成品件的工艺过程。而注塑机是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备，注射成型是通过注塑机和模具来实现的。
而现有的半导体光学器件的注塑过程中，通常是利用注塑机将一透明塑料包裹所述半导体光学器件，进而便于环境光的进入或者是半导体光学器件发射光的射出。由于仅仅通过一次注塑工艺形成半导体光学器件封装结构，上述结构不易控制发射光或入射光的具体方向，进而容易导致半导体光学器件封装结构的精确性和灵敏度降低。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种半导体光学器件的封装装置，其用于形成半导体光学器件封装结构，包括：
注塑模具，所述注塑模具包括第一壳体和第二壳体；
所述第一壳体包括盖板和第一边框，在所述第一壳体中设置第一注塑腔体，所述第一注塑腔体通过连接件固定连接至所述第一边框，在所述第一注塑腔体的顶盖中设置一开口，并在所述盖板中设置与所述开口对应的第一贯通孔，所述第一贯通孔位于所述盖板的中间区域，在所述第一注塑腔体中设置第二注塑腔体，所述第二注塑腔体通过一伸缩轴实现上下移动，在所述伸缩轴中设置第一注塑通道，所述第一注塑通道用于向所述第二注塑腔体注入透明封装材料，且所述第一注塑通道不向所述第一注塑腔体注入透明封装材料；
所述第二壳体包括底板和第二边框，在所述第二壳体中设置第三注塑腔体，所述第三注塑腔体通过连接件固定连接至所述第二边框，在所述第二边框中设置第二注塑通道，所述第二注塑通道用于向所述第一注塑腔体、第三注塑腔体注入不透明封装材料，在所述第三注塑腔体的底面的外侧依次设置第一加热模块、围绕所述第一加热模块的第二加热模块、围绕所述第二加热模块的第三加热模块以及围绕所述第三加热模块的第四加热模块；
其中，所述第一加热模块的加热温度大于所述第二加热模块的加热温度，所述第二加热模块的加热温度大于所述第三加热模块的加热温度，以及所述第三加热模块的加热温度大于所述第四加热模块的加热温度。
根据本发明的实施例，还包括：第一加料构件和第一注射装置，所述第一注射装置包括第一料筒、第一螺杆和第一喷嘴，所述第一加料构件与所述第一料筒的一端连接，所述第一螺杆设置在所述第一料筒内，所述第一喷嘴设置在所述第一料筒的另一端，其中，所述第一注塑通道与所述第一喷嘴连通。
根据本发明的实施例，还包括：第二加料构件和第二注射装置，所述第二注射装置包括第二料筒、第二螺杆和第二喷嘴，所述第二加料构件与所述第二料筒的一端连接，所述第二螺杆设置在所述第二料筒内，所述第二喷嘴设置在所述第二料筒的另一端，其中，所述第二注塑通道与所述第二喷嘴连通。
根据本发明的实施例，在所述第二边框的内侧设置环形凹槽，所述环形凹槽用于承载待封装半导体光学器件模块，在所述第一边框上设置第一环形密封槽，在所述第二边框上设置与所述第一环形密封槽对应的第二环形密封槽，进而在所述第一环形密封槽和第二环形密封槽中设置环形密封圈。
根据本发明的实施例，所述第一注塑腔体和所述第一边框之间进行可拆卸连接，所述第三注塑腔体和所述第二边框之间进行可拆卸连接。
根据本发明的实施例，所述环形凹槽的底面设置多个凸柱，所述凸柱用于固定所述半导体光学器件模块。
根据本发明的实施例，在所述第一注塑腔体的所述顶盖上设置出气孔。
本发明还提出一种半导体光学器件的封装方法，其使用上述的半导体光学器件的封装装置，具体包括以下步骤：
（1）提供一半导体光学器件模块，所述半导体光学器件模块包括电路基板，设置在所述电路基板下表面的第一芯片，设置在所述电路基板上表面的第二芯片和光学芯片，所述电路基板中设置注塑通孔；
（2）将所述半导体光学器件模块设置在所述第二边框的所述环形凹槽上；
（3）将所述第一壳体和所述第二壳体卡合，使得所述第一注塑腔体和所述第三注塑腔体通过所述注塑通孔以形成第一密封腔，利用所述伸缩轴将所述第二注塑腔体向下移动形成包围所述光学芯片的第二密封腔；
（4）接着通过第二注射装置的所述第二喷嘴和所述第二注塑通道向所述第一密封腔注入不透明封装材料；
（5）接着利用所述第一加热模块、第二加热模块、第三加热模块、第四加热模块对所述不透明封装材料进行加热固化处理，以形成第一封装层，所述第一封装层包裹所述第一芯片和所述第二芯片；
（6）接着利用所述伸缩轴将所述第二注塑腔体向上移动，接着通过所述第一注射装置的所述第一喷嘴和所述第一注塑通道向所述第二注塑腔体注入透明封装材料，进而进行固化处理，以形成第二封装层，所述第二封装层包裹所述光学芯片；
（7）将所述第一壳体和所述第二壳体分离；
（8）去除多余的第一封装层和第二封装层，得到半导体光学器件封装结构。
根据本发明的实施例，所述第二封装层的熔点小于所述第一封装层的熔点。
根据本发明的实施例，所述第一芯片为无源元件，所述第二芯片为控制芯片，所述控制芯片控制所述光学芯片。
本发明具有以下有益技术效果：
（1）所述半导体光学器件的封装装置包括第一注射装置和第二注射装置，进而便于形成不透明封装层和透明封装层；
（2）注塑模具的上下壳体的设计可以便于半导体光学器件封装结构的封装；
（3）通过分别设置第一注塑腔体、第二注塑腔体、第三注塑腔体，进而可以通过多步注入工艺，以分别形成不透明封装层和透明封装层，改善了半导体光学器件封装结构的遮光性能，控制发射光或入射光的具体方向，进而提高半导体光学器件封装结构的精确性和灵敏度，且可以提高半导体光学器件封装结构的外观性；
（4）通过在所述第三注塑腔体的底面的外侧依次设置第一加热模块、围绕所述第一加热模块的第二加热模块、围绕所述第二加热模块的第三加热模块以及围绕所述第三加热模块的第四加热模块，并设置所述第一加热模块的加热温度大于所述第二加热模块的加热温度，所述第二加热模块的加热温度大于所述第三加热模块的加热温度，以及所述第三加热模块的加热温度大于所述第四加热模块的加热温度，在利用该些加热模块对不透明封装层进行加热固化处理时，由于中心区域的固化温度较高，有利于中心区域的快速固化，且从中心区域向外围区域延伸，固化温度逐渐减少，当中心区域已经固化时，外围区域并未固化，在固化热应力的作用下，有利于不透明封装层中的气泡从中心区域向外围区域转移，进而从不透明封装层中排出，进而可以提高不透明封装层的密封特性。
附图说明
图1为本发明的半导体光学器件的封装装置的注塑模具的剖视图；
图2为使用本发明的半导体光学器件的封装装置进行第一封装层的注塑的示意图；
图3为使用本发明的半导体光学器件的封装装置进行第二封装层的注塑的示意图；
图4为利用所述半导体光学器件的封装装置形成的半导体光学器件封装结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1 是本发明所提供的半导体光学器件的封装装置的注塑模具的剖视图。如图1所示，所述半导体光学器件的封装装置包括第一加料构件和第一注射装置，所述第一注射装置包括第一料筒、第一螺杆和第一喷嘴，所述第一加料构件与所述第一料筒的一端连接，所述第一螺杆设置在所述第一料筒内，所述第一喷嘴设置在所述第一料筒的另一端。第二加料构件和第二注射装置，所述第二注射装置包括第二料筒、第二螺杆和第二喷嘴，所述第二加料构件与所述第二料筒的一端连接，所述第二螺杆设置在所述第二料筒内，所述第二喷嘴设置在所述第二料筒的另一端；注塑模具，所述注塑模具包括第一壳体100和第二壳体200。
在具体的实施例中，所述第一壳体100和所述第二壳体200的形状为圆柱形状或者是方柱形状，所述第一壳体100和所述第二壳体200的材质为不锈钢、铸铁、铜、陶瓷中的一种，进而使得其具有足够的刚性和耐高温性能，进一步的，所述第一壳体100和所述第二壳体200之间相互接合在一起形成一腔体，或者是可以相互分离以便于半导体光学器件封装结构的取出。
在具体的实施例中，所述第一壳体100包括盖板101和第一边框102，所述盖板101和所述第一边框102可以是一体成型，也可以是分别制造形成，进而通过连接构件将所述盖板101和所述第一边框102接合在一起，以围成一向下的开口。
在具体的实施例中，所述第一壳体100中设置第一注塑腔体103，所述第一注塑腔体103通过连接件固定连接至所述第一边框102，在所述第一注塑腔体103的顶盖中设置一开口，并在所述盖板101中设置与所述开口对应的第一贯通孔，所述第一贯通孔位于所述盖板的中间区域，在所述第一注塑腔体103中设置第二注塑腔体104，所述第二注塑腔体104通过一伸缩轴105实现上下移动，所述伸缩轴105穿过所述第一贯通孔进而可以便于进入或伸出所述所述第一壳体100，在所述伸缩轴105中设置第一注塑通道1051，所述第一注塑通道1051用于向所述第二注塑腔体104注入透明封装材料，且所述第一注塑通道1051不向所述第一注塑腔体103注入透明封装材料，所述第一注塑通道1051与所述第一喷嘴（未图示）连通。
在具体的实施例中，所述第一注塑腔体103和所述第一边框102之间进行可拆卸连接，进而便于第一注塑腔体103的更换与清洗，进而在所述第一注塑腔体103的所述顶盖上设置出气孔（未图示），相应的，所述第一壳体100上同样设置与所述出气孔相连通的出气孔。
在具体的实施例中，该伸缩轴105可以通过驱动电机实现上下移动以带动所述所述第二注塑腔体104的升降。具体的，该伸缩轴105贯通所述盖板101以进行驱动电机的驱动，在所述伸缩轴105中设置第一注塑通道1051，进而实现功能集成化。
所述第二壳体200具有与所述第一壳体100相类似的形状，所述第二壳体200包括底板201和第二边框202，所述底板201和第二边框202可以是一体成型，也可以是分别制造形成，进而通过连接构件将所述底板201和第二边框202接合在一起，以围成一向上的开口。在所述第二壳体200中设置第三注塑腔体203，所述第三注塑腔体203通过连接件固定连接至所述第二边框202，在所述第二边框202中设置第二注塑通道204，所述第二注塑通道204用于向所述第一注塑腔体、第三注塑腔体注入不透明封装材料，所述第二注塑通道204与所述第二喷嘴（未图示）连通，在所述第三注塑腔体203的底面的外侧依次设置第一加热模块301、围绕所述第一加热模块301的第二加热模块302、围绕所述第二加热模块302的第三加热模块303以及围绕所述第三加热模块303的第四加热模块304。
在具体的实施例中，所述第一加热模块301的加热温度大于所述第二加热模块302的加热温度，所述第二加热模块302的加热温度大于所述第三加热模块303的加热温度，以及所述第三加热模块303的加热温度大于所述第四加热模块304的加热温度。
在具体的实施例中，在所述第二边框202的内侧设置环形凹槽，所述环形凹槽的底面设置多个凸柱，所述凸柱用于固定所述半导体光学器件模块。所述环形凹槽用于承载待封装半导体光学器件模块400。所述待封装半导体光学器件模块400包括电路基板401，设置在所述电路基板401下表面的第一芯片402，设置在所述电路基板401上表面的第二芯片403和光学芯片404，所述电路基板401中设置注塑通孔。更具体的，所述凸柱通过嵌入到所述电路基板401中，以固定所述半导体光学器件模块。
在具体的实施例中，在所述第一边框102上设置第一环形密封槽，在所述第二边框202上设置与所述第一环形密封槽对应的第二环形密封槽，进而在所述第一环形密封槽和第二环形密封槽中设置环形密封圈（未图示），当所述第一壳体100和所述第二壳体200卡合时，所述第一边框102和所述第二边框202贴合在一起，由于环形密封圈的存在，以密封所述第一边框102和所述第二边框202贴合处。
在具体的实施例中，所述第三注塑腔体203和所述第二边框202之间进行可拆卸连接，进而便于第三注塑腔体203的更换与清洗。
基于上面介绍的半导体光学器件的封装装置，本发明还提供了一种光学器件的封装方法，其使用上述半导体光学器件的封装装置，具体包括以下步骤：
（1）提供一半导体光学器件模块，所述半导体光学器件模块包括电路基板，设置在所述电路基板下表面的第一芯片，设置在所述电路基板上表面的第二芯片和光学芯片，所述电路基板中设置注塑通孔。
（2）将所述半导体光学器件模块设置在所述第二边框的所述环形凹槽上。
（3）将所述第一壳体和所述第二壳体卡合，使得所述第一注塑腔体和所述第三注塑腔体通过所述注塑通孔以形成第一密封腔，利用所述伸缩轴将所述第二注塑腔体向下移动形成包围所述光学芯片的第二密封腔。
（4）接着通过第二注射装置的所述第二喷嘴和所述第二注塑通道向所述第一密封腔注入不透明封装材料。
（5）接着利用所述第一加热模块、第二加热模块、第三加热模块、第四加热模块对所述不透明封装材料进行加热固化处理，以形成第一封装层，所述第一封装层包裹所述第一芯片和所述第二芯片。
（6）接着利用所述伸缩轴将所述第二注塑腔体向上移动，接着通过所述第一注射装置的所述第一喷嘴和所述第一注塑通道向所述第二注塑腔体注入透明封装材料，进而进行固化处理，以形成第二封装层，所述第二封装层包裹所述光学芯片。
（7）将所述第一壳体和所述第二壳体分离。
（8）去除多余的第一封装层和第二封装层，得到半导体光学器件封装结构。
其中，所述第二封装层的熔点小于所述第一封装层的熔点。
其中，所述第一芯片为无源元件，所述第二芯片为控制芯片，所述控制芯片控制所述光学芯片。
具体的，可以首先参见图2，将带封装的半导体光学器件模块设置在所述第二边框202的所述环形凹槽上，所述待封装半导体光学器件模块400包括电路基板401，设置在所述电路基板401下表面的第一芯片402，设置在所述电路基板401上表面的第二芯片403和光学芯片404，所述电路基板401中设置注塑通孔。更具体的，所述凸柱通过嵌入到所述电路基板401中，以固定所述半导体光学器件模块。
接着将所述第一壳体100和所述第二壳体200卡合，使得所述第一注塑腔体和所述第三注塑腔体通过所述注塑通孔以形成第一密封腔，利用所述伸缩轴将所述第二注塑腔体向下移动形成包围所述光学芯片第二密封腔。使得所述第一密封腔和所述第二密封腔相互分离，接着通过第二注射装置的所述第二喷嘴和所述第二注塑通道向所述第一密封腔注入不透明封装材料。具体的，所述不透明封装材料为含有黑色染料或其他颜色染料的环氧树脂。
接着利用所述第一加热模块301、第二加热模块302、第三加热模块303、第四加热模块304对所述不透明封装材料进行加热固化处理，以形成第一封装层501，所述第一封装层501包裹所述第一芯片402和所述第二芯片403。
在更优选的实施例中，所述第一加热模块301的加热温度为200-300℃，进而，所述第二加热模块302的加热温度比所述第一加热模块301的加热温度小5-10℃，所述第三加热模块303的加热温度比所述第二加热模块302的加热温度小5-10℃，所述第四加热模块304的加热温度比所述第三加热模块303的加热温度小5-10℃。
接着如图3所示，接着利用所述伸缩轴105将所述第二注塑腔体104向上移动，接着通过所述第一注射装置的所述第一喷嘴和所述第一注塑通道1051向所述第二注塑腔体104注入透明封装材料，进而进行固化处理，以形成第二封装层502，所述第二封装层502包裹所述光学芯片404。更具体的，所述第二封装层的熔点小于所述第一封装层的熔点。以便于在较低的温度下对所述第二封装层502进行固化，更具体的，所述第二封装层可以为任何合适的树脂材料。
最后，如图4所示，去除多余的第一封装层501和第二封装层502，得到半导体光学器件封装结构500。
本发明具有以下有益技术效果：所述半导体光学器件的封装装置包括第一注射装置和第二注射装置，进而便于形成不透明封装层和透明封装层；注塑模具的上下壳体的设计可以便于半导体光学器件封装结构的封装；通过分别设置第一注塑腔体、第二注塑腔体、第三注塑腔体，进而可以通过多步注入工艺，以分别形成不透明封装层和透明封装层，改善了半导体光学器件封装结构的遮光性能，控制发射光或入射光的具体方向，进而提高半导体光学器件封装结构的精确性和灵敏度，且可以提高半导体光学器件封装结构的外观性；通过在所述第三注塑腔体的底面的外侧依次设置第一加热模块、围绕所述第一加热模块的第二加热模块、围绕所述第二加热模块的第三加热模块以及围绕所述第三加热模块的第四加热模块，并设置所述第一加热模块的加热温度大于所述第二加热模块的加热温度，所述第二加热模块的加热温度大于所述第三加热模块的加热温度，以及所述第三加热模块的加热温度大于所述第四加热模块的加热温度，在利用该些加热模块对不透明封装层进行加热固化处理时，由于中心区域的固化温度较高，有利于中心区域的快速固化，且从中心区域向外围区域延伸，固化温度逐渐减少，当中心区域已经固化时，外围区域并未固化，在固化热应力的作用下，有利于不透明封装层中的气泡从中心区域向外围区域转移，进而从不透明封装层中排出，进而可以提高不透明封装层的密封特性。
本发明中使用的表述“示例性实施例”、“示例”等不是指同一实施例，而是被提供来着重描述不同的特定特征。然而，上述示例和示例性实施例不排除他们与其他示例的特征相组合来实现。例如，即使在另一示例中未提供特定示例的描述的情况下，除非另有陈述或与其他示例中的描述相反，否则该描述可被理解为与另一示例相关的解释。
本发明中使用的术语仅用于示出示例，而无意限制本发明。除非上下文中另外清楚地指明，否则单数表述包括复数表述。
虽然以上示出并描述了示例实施例，但对本领域技术人员将明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可做出变形和改变。
Claims (10)
1.一种半导体光学器件的封装装置，其用于形成半导体光学器件封装结构，其特征在于：包括：注塑模具，所述注塑模具包括第一壳体和第二壳体；
所述第一壳体包括盖板和第一边框，在所述第一壳体中设置第一注塑腔体，所述第一注塑腔体通过连接件固定连接至所述第一边框，在所述第一注塑腔体的顶盖中设置一开口，并在所述盖板中设置与所述开口对应的第一贯通孔，所述第一贯通孔位于所述盖板的中间区域，在所述第一注塑腔体中设置第二注塑腔体，所述第二注塑腔体通过一伸缩轴实现上下移动，在所述伸缩轴中设置第一注塑通道，所述第一注塑通道用于向所述第二注塑腔体注入透明封装材料，且所述第一注塑通道不向所述第一注塑腔体注入透明封装材料；
所述第二壳体包括底板和第二边框，在所述第二壳体中设置第三注塑腔体，所述第三注塑腔体通过连接件固定连接至所述第二边框，在所述第二边框中设置第二注塑通道，所述第二注塑通道用于向所述第一注塑腔体、第三注塑腔体注入不透明封装材料，在所述第三注塑腔体的底面的外侧依次设置第一加热模块、围绕所述第一加热模块的第二加热模块、围绕所述第二加热模块的第三加热模块以及围绕所述第三加热模块的第四加热模块；
其中，所述第一加热模块的加热温度大于所述第二加热模块的加热温度，所述第二加热模块的加热温度大于所述第三加热模块的加热温度，以及所述第三加热模块的加热温度大于所述第四加热模块的加热温度。
2.根据权利要求1所述的半导体光学器件的封装装置，其特征在于：还包括：第一加料构件和第一注射装置，所述第一注射装置包括第一料筒、第一螺杆和第一喷嘴，所述第一加料构件与所述第一料筒的一端连接，所述第一螺杆设置在所述第一料筒内，所述第一喷嘴设置在所述第一料筒的另一端，其中，所述第一注塑通道与所述第一喷嘴连通。
3.根据权利要求2所述的半导体光学器件的封装装置，其特征在于：还包括：第二加料构件和第二注射装置，所述第二注射装置包括第二料筒、第二螺杆和第二喷嘴，所述第二加料构件与所述第二料筒的一端连接，所述第二螺杆设置在所述第二料筒内，所述第二喷嘴设置在所述第二料筒的另一端，其中，所述第二注塑通道与所述第二喷嘴连通。
4.根据权利要求3所述的半导体光学器件的封装装置，其特征在于：在所述第二边框的内侧设置环形凹槽，所述环形凹槽用于承载待封装半导体光学器件模块，在所述第一边框上设置第一环形密封槽，在所述第二边框上设置与所述第一环形密封槽对应的第二环形密封槽，进而在所述第一环形密封槽和第二环形密封槽中设置环形密封圈。
5.根据权利要求4所述的半导体光学器件的封装装置，其特征在于：所述第一注塑腔体和所述第一边框之间进行可拆卸连接，所述第三注塑腔体和所述第二边框之间进行可拆卸连接。
6.根据权利要求4所述的半导体光学器件的封装装置，其特征在于：所述环形凹槽的底面设置多个凸柱，所述凸柱用于固定所述半导体光学器件模块。
7.根据权利要求4所述的半导体光学器件的封装装置，其特征在于：在所述第一注塑腔体的所述顶盖上设置出气孔。
8.一种半导体光学器件的封装方法，其使用如权利要求4-7任一项所述的半导体光学器件的封装装置，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）提供一半导体光学器件模块，所述半导体光学器件模块包括电路基板，设置在所述电路基板下表面的第一芯片，设置在所述电路基板上表面的第二芯片和光学芯片，所述电路基板中设置注塑通孔；
（2）将所述半导体光学器件模块设置在所述第二边框的所述环形凹槽上；
（3）将所述第一壳体和所述第二壳体卡合，使得所述第一注塑腔体和所述第三注塑腔体通过所述注塑通孔以形成第一密封腔，利用所述伸缩轴将所述第二注塑腔体向下移动形成包围所述光学芯片的第二密封腔；
（4）接着通过第二注射装置的所述第二喷嘴和所述第二注塑通道向所述第一密封腔注入不透明封装材料；
（5）接着利用所述第一加热模块、第二加热模块、第三加热模块、第四加热模块对所述不透明封装材料进行加热固化处理，以形成第一封装层，所述第一封装层包裹所述第一芯片和所述第二芯片；
（6）接着利用所述伸缩轴将所述第二注塑腔体向上移动，接着通过所述第一注射装置的所述第一喷嘴和所述第一注塑通道向所述第二注塑腔体注入透明封装材料，进而进行固化处理，以形成第二封装层，所述第二封装层包裹所述光学芯片；
（7）将所述第一壳体和所述第二壳体分离；
（8）去除多余的第一封装层和第二封装层，得到半导体光学器件封装结构。
9.根据权利要求8所述的半导体光学器件的封装方法，其特征在于：所述第二封装层的熔点小于所述第一封装层的熔点。
10.根据权利要求8所述的半导体光学器件的封装方法，其特征在于：所述第一芯片为无源元件，所述第二芯片为控制芯片，所述控制芯片控制所述光学芯片。
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