CN1771506A - 无线识别半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种无线识别半导体装置及其制造方法，由表面上有多个电极的多个无线识别半导体芯片构成，通过用引线将该多个半导体芯片的电极之间连接成该多个半导体芯片中的各个呈链式，能连续地制造插入物，能具有降低无线识别半导体装置的成本的效果。

Description

无线识别半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及以低成本制作无线识别半导体装置的技术。
背景技术
本说明书中参照的文献如下。根据文献编号参照该文献。
[文献1]日本特开2000-76406号公报
[文献2]日本特表2001-518220号公报
无线识别半导体与条型码相比较，具有许多优点，但存在半导体本身的成本、天线的连接成本大的问题，做不到与条型码替换的程度。
通过增加能从一个晶片取得的芯片数，能用低成本制造无线识别半导体。例如，将一个芯片做成约0.05mm见方，从12英寸晶片能取得2800万个芯片。因此，通过缩小芯片尺寸，能降低制造成本。
另外，为了低成本地制造无线识别半导体，考虑减少将天线连接在如上所述缩小了芯片尺寸的微小的芯片上的成本。像以往那样，用真空镊子等将小芯片一个一个地钳住，与小电极对准位置连接起来，要求装置具有高精度，由此导致成本上升，生产率下降，批量生产性低，所以成本增高。
另外，作为与本申请相关联的技术，能举出下述两种技术。
文献1中公开了：在非接触IC卡的半导体芯片中，用引线键合器形成由引线(wire)构成的线圈，连接在该半导体芯片上的技术。
文献2中公开了：在晶片上在凸点之间进行引线键合，此后切断该引线中央，将引线留在焊盘上，将该引线用于下一个工序中的芯片和封装体的连接的技术。
发明内容
简略地说明本说明书中公开的发明的代表例如下。
通过引线将互相分离的无线识别半导体芯片的电极之间连接成链状，将上述引线切断成适当的长度，使其具有作为天线的功能。由此，能容易地进行无线识别半导体芯片的制造。
附图说明
图1表示本发明的引线连接结构实施例。
图2表示本发明的引线切断结构实施例。
图3表示本发明的引线环的实施例。
图4表示本发明的引线环的另一实施例。
图5表示本发明的引线环的另一实施例。
图6是表示本发明的晶片上的引线键合的实施例的剖面图。
图7表示本发明的引线连接结构的另一实施例。
图8表示本发明的引线切断结构的另一实施例。
图9表示本发明的带(tape)上的引线结构的实施例。
图10表示本发明的带上的引线结构的另一实施例。
图11表示本发明的带上的引线结构的另一实施例。
图12表示本发明的嵌入纸中的平面结构的实施例。
图13表示将本发明的带卷绕起来的结构的实施例。
图14表示对本发明的带上的芯片进行引线键合的实施例。
图15表示本发明的嵌入纸中的截面结构的实施例。
图16表示无线识别半导体装置的电路结构。
图17表示本发明的对引线天线芯片进行纸嵌入的实施例。
图18是表示本发明的晶片上的引线键合的实施例的平面图。
图19表示检查本发明的带上的芯片的实施例。
具体实施方式
图16中示出了无线识别半导体装置的电路结构。170是半导体芯片。天线161与接地点(天线)162成对地存在。从天线通过电极168、169输入的电磁波在整流电路163中整流后，产生直流电压。电荷利用该直流电压而被蓄积在电容器164中。时钟电路165是从载于电磁波中的信号抽出时钟的电路。电源接通复位电路167是接收时钟信号，设定存储电路166的初始值的电路。存储电路由计数器、译码器、具有存储信息的存储单元、以及写入电路等构成。这些数字电路按照时钟信号同步地工作。将电磁波的调制的信号解调后，产生时钟信号。调制方式中有：用振幅进行调制的ASK方式、用频率进行调制的FSK方式、以及用相位进行调制的PSK方式等。也可能是将它们组合起来的方式。整流电路由电容器和二极管等构成，将交流波形变换成直流波形。
本发明中的半导体芯片，代表性地如图16所示，最少由两个端子(168、169)构成。外带的天线(161、162)中一旦收到电波，便流过高速的交流电流。为了使该电流在半导体芯片内流动，而施加来自天线的电压，有两个端子是必要且充分的。这两个端子在半导体芯片上由称为焊盘的例如30～50微米见方的电极构成，这些焊盘与天线的端子连接。
图1中示出了第一实施例。第一引线11与第一半导体芯片12a的第一半导体芯片的第一电极12b连接，第二引线13与第一半导体芯片12a的第一半导体芯片的第二电极12c连接，另外，第二引线13与第二半导体芯片14a的第二半导体芯片的第一电极14b连接，第三引线15与第二半导体芯片14a的第二半导体芯片的第二电极14c连接，另外第三引线15与第三半导体芯片16a的第三半导体芯片的第一电极16b连接，第四引线17与第三半导体芯片16a的第三半导体芯片的第二电极16c连接。另外，各电极对12b和12c、14b和14c、16b和16c与图16中的电极161、162对应。
通过用引线将芯片表面上的电极连接成链状，由连续的后继工序，能连续地连接具有作为天线功能的引线。关于制作工序将在后面详细说明。
为了连接电极和引线，通过使用引线键合装置等现有的设备，例如作为引线的尺寸、材料，用直径为10～50微米的铝或金等，能连接在30～50微米见方的电极上。
图2中示出了第二实施例。该图2示出了在图1所示的结构中，将第二引线13切断分割，使切断了的第二引线13a和切断了的另一条第二引线13b分离，将第三引线15切断分割，使切断了的第三引线15a和切断了的另一条第三引线15b分离的状态。其他结构与图1相同。
通过切断引线(13、15、17)，被分离的引线(13a、13b、15a、15b)具有作为偶极天线的功能。各半导体芯片(12a、14a、16a)成为被连接在电极上的引线具有作为天线的功能的形态，呈能作为无线识别半导体装置使用的状态。切断后的引线的长度可以由所要求的通信距离决定。另外，通信距离依赖于半导体芯片的功耗，可以根据所使用的技术等级加以提高。
另外，通过将图1中的半导体芯片12a、14a、16a张贴在芯片带状的媒体上，能提高操作的方便性。
芯片之间的电极的连接形态中，可以想象有各种变形，不限定于特定的配置形状，这是事先要说明的。
图3示出了本发明的第三实施例。示出了连接成链状的第一引线11连接在第一半导体芯片12a的第一半导体芯片的第一电极12b上，另外第二引线13连接在第一半导体芯片的第二电极12c上，环状引线31连接在第一半导体芯片的第一电极12b和第一半导体芯片的第二电极12c上的状态。另外，各电极对12b和12c对应于图16中的电极161和162。
虽然用引线11、13a形成天线，但通过使半导体芯片的输入阻抗和天线11、13a的阻抗相匹配，能使性能最佳化。环状引线31作为电感是有效的，通过调整环形状，能获得最佳性能。这里所说的最佳，意味着通信距离的最大化。
将引线呈环状地连接在被连接成链状的图1中的各半导体芯片(12a、14a、16a)上的电极(12b和12c、14b和14c、16b和16c)上，能制作该环状引线31。
在该第三实施例中，关于环的形状，通过确保图6中的引线键合器61的高度和半导体芯片的距离，能决定环的尺寸。这一点与一般将半导体芯片安置在半导体封装体中，在半导体芯片的称为接合焊盘的端子和半导体封装体的称为接线柱的端子之间，一一对应地进行引线键合的工作相同。即，由于各半导体芯片的接合焊盘和半导体封装体的接线柱之间的距离不同，所以首先，引线键合器在半导体芯片的接合焊盘上进行了引线键合之后，根据预先将引线程序化了的数值，调整引线的提升高度，此后在半导体封装体的接线柱上进行键合工作。在本发明的环的形成中，通过调整引线的提升高度，在规定的场所进行键合工作，能调整环的形成形状。由半导体芯片的两个端子的输入阻抗决定环形状的最佳值。
图4中示出了第四实施例。连续引线41连接在第一半导体芯片12a的第一半导体芯片的第一电极12b上，另外，设想保持其状态直接连接在下一个半导体芯片的电极上。示出了这时，环状引线31连接在第一半导体芯片的第一电极12b和第一半导体芯片的第二电极12c上的状态。各电极对12b和12c对应于图16中的电极161和162。
在该第四实施例中，通过切断引线41，使其具有作为天线的功能，但通过使半导体芯片12a的输入阻抗和天线41、31的阻抗相匹配，也能使性能最佳化。
图5中示出了第五实施例。该图中连续引线41连接在第一半导体芯片12a的第一半导体芯片的第一电极12b上，另外，设想保持其状态直接连接在下一个半导体芯片的电极上。示出了这时，分支引线51连接在第一半导体芯片的第一电极12c上，该引线连接在连续引线41的中间位置52上。通过将分别连接在半导体芯片12a的各个电极12b、12c上的引线41和引线51连接，形成环53。各电极对12b和12c对应于图16中的电极161和162。该环53作为电感是有效的，通过调整环形状，能获得最佳性能。
引线51和引线41的连接方法，在材料是金的情况下，采用热压接法，在铝的情况下，利用超声波振荡，能容易地进行连接。引线51和引线41连接时的定位，例如采用图像处理技术，找出连接点，通过适当地移动图6中的引线键合器61或吸附台62，能进行连接点的压接或超声波振荡。
上面，在图3、图4、图5的实施例中，通过预先从两个端子测定半导体芯片的内部电路的输入阻抗，调整环状天线的尺寸，能获得最佳性能。
另外，图3、图4、图5中示出了端子12b、12c之间形成的环形状变化的实施例，即使形状变化，也能获得同样的效果。
在第三实施例中用上述的方法，调整引线键合器的高度，通过改变引线的长度，能自由地设定环状天线的尺寸。
图6中示出了连接引线和半导体芯片上的电极的工序及连接装置。另外，图18中示出了图6所示的实施例的平面图。晶片63预先形成了划线槽后，被放置在真空吸附台上。对于晶片的划线，预先将划线带粘贴在厚晶片的背面上，对晶片的表面进行划线。此后，将另一条带粘贴在晶片表面上，将背面的划线带剥离。在此状态下，将晶片放置并吸附在真空吸附台上，将表面上的带剥离，很容易呈图6所示的状态。
如图6所示，用引线键合器61，对位于真空吸附台62上预先形成了划线槽65的晶片63的半导体芯片(12a、14a)分别进行引线键合。第一条引线11连接在第一半导体芯片12a上，另外第二条引线13连接在第一半导体芯片12a上后，再连接在下一个晶片上的第二半导体芯片14a上。晶片中取出(pick up)了第一半导体芯片的部分64呈现在用引线将第一半导体连接成链状的过程。如该图所示，利用引线键合器用引线依次将半导体芯片连接起来。通过这样处理，不用对半导体芯片一个一个地进行处理，能直接在晶片上进行引线键合。
在第五实施例中也说明过，引线和焊盘的连接点的定位方法是：例如采用图像处理技术找出连接点，通过适当地移动引线键合器或吸附台，确定连接点的位置，进行焊盘连接点上的压接或超声波振荡，能进行键合连接。
图7中示出了第六实施例。第一引线11与第一半导体芯片12a的第一半导体芯片的第一电极12b连接，第二引线13与第一半导体芯片12a的第一半导体芯片的第二电极12c连接，另外第二引线13与第二半导体芯片14a的第二半导体芯片的第一电极14b连接，第三引线15与第二半导体芯片14a的第二半导体芯片的第二电极14c连接，另外第三引线15与第三半导体芯片16a的第三半导体芯片的第一电极16b连接，第四引线17与第三半导体芯片16a的第三半导体芯片的第二电极16c连接。图7中的第七实施例与图1中的第一实施例不同，在相邻的半导体芯片的彼此接近的焊盘之间进行引线键合。通过这样处理，能缩短引线键合器61的移动距离，谋求缩短引线键合工序中花费的时间。
图8示出了第七实施例。该图8表示在图7的结构中，将第二引线13切断分割，使切断了的第二引线13a和切断了的另一条第二引线13b分离，将第三引线15切断分割，使切断了的第三引线15a和切断了的另一条第三引线15b分离的状态。其他结构与图7相同。如在第二实施例中所述，通过切断分离引线13、15，而具有作为单独的无线识别半导体装置的功能。
图9中示出了第八实施例。半导体芯片12a被放置或粘贴在承载带上。引线91连接在半导体芯片12a的电极12b和电极12c上。半导体芯片被连续地放置在承载带上。
图9中示出了放置在承载带上的无线识别半导体芯片12a和引线91的第一连接关系。图9中的第一连接关系能由图14中的连接装置实现。后面将详细说明图14中的连接装置。将半导体芯片粘贴在承载带92(在图14中为145)上，引线键合器147将引线91(在图14中为149)键合在半导体芯片12a的焊盘12b、12c上后，移动引线键合器147或承载带145，使引线伸展开，通过切断，能获得图9中的连接关系。
图10中示出了放置在承载带上的无线识别半导体芯片12a和引线91的第二连接关系。图10中的第二连接关系能由图14中的连接装置实现。引线91将相邻的半导体芯片12a的电极之间连接成半环状。将半导体芯片12a粘贴在承载带92(在图14中为145)上，引线键合器147将引线91键合在半导体芯片的焊盘12b、12c上后，移动引线键合器或承载带，通过移动控制，以便使引线伸展开、并折曲，能获得图10中的连接关系。
图11中示出了放置在承载带上的无线识别半导体芯片12a和引线91的第三连接关系。图11中的第三连接关系能由图14中的连接装置实现。引线91将相邻的半导体芯片的电极之间连接成直线状。将半导体芯片12a粘贴在承载带92(在图14中为145)上，引线键合器147将引线91键合在半导体芯片的焊盘12b、12c上后，移动引线键合器或带，使引线伸展开，通过移动控制，能获得图11中的连接关系。如图11所示，沿直线连接成链式的关系，能高速地进行连接。
图9、图10和图11的特征都是半导体芯片预先被放置在承载带上。通过放置在承载带上，能大量地经济地形成天线。另外如果并行地实施该工序，则能进一步提高批量生产性。
另外，通过将引线91粘贴在承载带92上，也可以保护引线。
另外，在将连接了引线天线的半导体芯片12a嵌入纸中的情况下，如果用溶于水的材料制作承载带，则通过纸嵌入等，能嵌入到纸等中。作为溶于水的材料，有纤维状的淀粉分子结构等。
图12中示出了第九实施例。图12(a)表示第一引线121和第二引线122连接在半导体芯片125上，分别放置在承载带127上的状态。图12(b)表示在纸状媒体(有价证券等)126上，该承载带127被切断，被切断的第一引线123和被切断的第二引线连接在半导体芯片125上的状态。承载带切断后放置在有价证券上，或者局部粘贴在有价证券上后再切断。能采用将通常的带粘贴在纸媒体上进行切断的方法。另外，通过承载带使用溶于水或其他溶剂中的材料，还能使承载带的厚度消失。另外，由于引线预先被粘接在承载带上，所以切断后引线从承载带上分离，能防止形状变得不稳定。
图13中示出了第十实施例。图13(a)表示第一引线121和第二引线122连接在半导体芯片125上，分别放置在承载带127上的状态。图13(b)中的卷绕的承载带131表示放置了多个图13(a)中的半导体芯片125和引线122的承载带127卷绕的状态。
无线识别半导体装置由于粘贴在各种各样的媒体上，所以最后的形态有多种，但图1-图5、图6-图11所示的装置也作为半导体装置中间制造物使用，表示以半导体芯片和天线的粘接形态供给的形态的无线识别半导体装置，是专门称为插入物的装置。
另外，通过缩小12a、14a、16a等所示的芯片尺寸，能增强弯曲、撞击等机械强度。通过在两面上各设置一个电极，在表面及背面上灵活地使用所有的表面积，能形成大电极。另外，通过增加电极的厚度，能进一步增大机械强度。关于芯片厚度，能使用带有减薄到了极限的天线的无线识别半导体。例如，如果使半导体芯片的厚度为10微米，使天线导体的厚度为10微米，则半导体芯片的厚度10微米+上面天线的厚度10微米，变成共计20微米的厚度。如果是该厚度，则放置在纸状媒体上的完成时的厚度如果是100微米，则能容易地十分平坦地完成。
图14(a)～(d)中示出了连接引线和半导体芯片上的电极的工序及连接装置的剖面图。
图14(a)表示从无芯片卷绕承载带141引出承载带145，用镊子143，将第一半导体芯片144及第二半导体芯片142放置在承载带141上的工序。粘接半导体芯片144后，进行移动，以通过图像处理等来确定场所，移动镊子143和承载带145中的一者或两者，进行定位放置。承载带141，卷绕成有芯片的卷绕带146。
图14(b)表示将图14(a)中所示的有芯片卷绕带146设置在引线键合装置中，引出承载带145，利用键合头147，在第一半导体芯片144的电极上进行了键合后的工序。
图14(c)表示继图14(b)的工序之后，承载带145沿芯片142、144移动，引线149被拉伸过程中的状态。
图14(d)表示继图14(c)的工序之后，承载带进一步移动，将第二半导体芯片142置于键合头正下方进行键合的剖面图，表示承载带145作为引线键合后的带148卷绕起来的工序。
经过这样的图14(a)～(d)的工序，能制作第一至第十实施例所示的半导体装置上的电极和引线的连接关系。
在图14(d)中，虽然示出了引线149不张贴在承载带上的情况的实施例，但也可以使键合头147进行扫描，粘贴在承载带上。
另外，在键合中由于承载带移动，所以能构成高速而且简单的装置。
另外，虽然未特别规定半导体芯片的电极和引线的材料，但如果电极是金，而且引线也是金，则在连接性、耐蚀性方面，比选择其它材料要好，在纸等有水分的工序或使用环境中，能具有优异的可靠性。另外，如果是金线，则它们之间容易连接，适合形成本发明中所示的环状。在图14所示的工序中可以形成的连接关系，为如图1、图3、图4、图5、图7、图9、图10、图11等所示。
通过图像处理等确定引线键合器和带的位置，如果引线或焊盘的位置对准，则基本上能进行任意的连接。但是，如图11所示，如果是沿直线连接成链式的关系，则能高速地进行连接。
另外在100微米见方、50微米见方、10微米见方的微小的芯片的情况下，由于将引线键合后的半导体芯片放置在承载带上，所以操作性好，不管半导体芯片的尺寸，能适用于多种用途。
图15(a)表示第十一实施例。该图表示纸媒体151的剖面图。半导体芯片152上有电极153，连接在引线154上。在纸媒体的情况下，相对于媒体的弯曲，有必要采用强度强的方法，这里，示出了引线和电极的连接位置在纸媒体的截面的中立面上，以便纸弯曲时，不会由于引线的拉伸而发生断线。这里所说的中立面，是指薄膜状的媒体弯曲时，该媒体的表面呈凸面或凹面，这时，观察媒体的截面时，在弯曲时的剖面图中，从表面看起，内部中央附近有不伸展或收缩的部分，将该部分称为中立面。媒体的表面呈凸面时，媒体的表面伸展，另外呈凹面时，媒体的表面收缩。图15(b)中示出了对应于图15(a)中的半导体芯片和天线的平面图。
引线天线由于天线细，所以多个无线识别半导体装置粘贴在各种媒体上时，天线之间的重叠率低，所以天线之间抗干扰性好。引线天线在带有抗碰撞控制功能的无线识别半导体装置中具有好的特征。
图17(a)～(d)中示出了带有引线的无线半导体芯片被放置在纸状媒体上的方法及放置装置的剖面图。
图17(a)中示出了这样的形态：放置了带有引线天线174的半导体芯片179d的承载带177，利用吸附器173沿着导轨175从卷筒171被移动着引出，一旦被定位在规定的场所，用截断器172将其截断，并配置在含有大量水分的凝胶状纸浆176上。
图17(b)示出了图17(a)的下一个工序的如下形态：被截断了的承载带177和半导体芯片179及连接的引线天线174，被配置在凝胶状纸浆176上。
图17(c)示出了图17(b)的下一个工序的如下形态：用含有大量水分的凝胶状纸浆178，覆盖被截断了的承载带177和半导体芯片179d及连接的引线天线174。通过该工序，半导体芯片179d、引线天线、承载带177用凝胶状纸浆176、178夹在中间。
图17(d)示出了图17(c)的下一个工序的如下形态：利用金属滚筒179a及金属滚筒179b进行所谓压延(calender)处理，压缩含有大量水分的凝胶状纸浆，将水分挤出，进行使表面平坦的处理。该承载带174也可以是溶于水的材料，在最后的工序中带被溶掉而消失。通过这样的工序，能将半导体芯片179d嵌入纸媒体，例如有价证券中。纸币多半通过纸的嵌入制成，在将纸嵌入的状态下，能使无线识别半导体进入。如果呈机械强度足够大的结构，则通过压延处理等，也能进行脱水。有价证券多半采用100微米至200微米的厚度。如果使无线识别半导体芯片的厚度在纸媒体的厚度或更小，例如在100微米或更小，则在放置在纸媒体等上的状态下也能平坦，不会呈现突起状，芯片还能粘贴或包含在凹坑的纸中。
图19表示本发明的另一实施例。该图19表示用引线将芯片之间连接成连锁式(链状)的结构的检查方法。从卷绕承载带190引出承载带145，在承载带145上放置第一半导体芯片191、第二半导体芯片192、第三半导体芯片193、第四半导体芯片194、以及第五半导体芯片195，用引线196连接这些半导体芯片之间。在卷绕承载带190上反复存在这样的半导体芯片和引线的关系，即半导体芯片和引线被连接成连锁式的状态。阅读器197用同轴电缆198连接天线头199，使天线头靠近半导体芯片，利用来自阅读器的信号，发生电磁场，阅读器通过引线接收来自半导体芯片的应答信号。如果该信号正常，半导体芯片就是正品，如果异常，阅读器便断定为次品。如果一个半导体芯片的检查结束，由输送机构移动承载带，将下一个半导体芯片配置在天线头199的正下方。此后，按照与所述的方法同样的方法进行检查。承载带依次卷绕成卷绕带146。能获得在放置在承载带的状态下，半导体芯片被逐个地连续地检查，不需要配备复杂的机构的特征。该情况带来半导体芯片的检查的简单化和高速化，有利于经济地制作包含引线的本半导体装置。
本申请的发明用来制造无线识别半导体装置。

Claims (10)

1、一种无线识别半导体装置，由具有电极的多个互相分离的无线识别半导体芯片构成，其特征在于：
具有连接上述的电极之间的引线，任何一个上述无线识别半导体芯片都通过上述的引线连接在至少一个别的上述无线识别半导体芯片上。
2、根据权利要求1所述的无线识别半导体装置，其特征在于：
上述引线切断后，上述引线形成天线。
3、根据权利要求1所述的无线识别半导体装置，其特征在于：
上述无线识别半导体芯片被放置在带状媒体上。
4、根据权利要求3所述的无线识别半导体装置，其特征在于：
上述带状媒体由溶于液体的材料制成。
5、根据权利要求1所述的无线识别半导体装置，其特征在于：
由引线制成的环状天线连接在上述电极上，
连接着上述环状天线的电极位于同一个上述无线识别半导体芯片上。
6、根据权利要求5所述的无线识别半导体装置，其特征在于：
上述环状天线由多条引线构成。
7、一种无线识别半导体装置的制造方法，至少有两个电极的多个互相分离的无线识别半导体芯片的电极之间利用引线的连接而连结起来，其特征在于：
包括将一个上述无线识别半导体芯片的电极中的一个电极连接在另一个上述无线识别半导体芯片的电极上的第一工序；以及
将上述一个无线识别半导体芯片的电极中的另一个电极连接在与上述另一个无线识别半导体芯片不同的另一个上述无线识别半导体芯片的电极上的第二工序，
通过反复进行上述第一和第二工序，把上述无线识别半导体芯片的电极之间连结起来。
8、根据权利要求7所述的无线识别半导体装置的制造方法，其特征在于：
还包括切断上述引线的工序。
9、一种无线识别半导体装置的制造方法，至少有两个电极的多个互相分离的无线识别半导体芯片的电极之间利用引线的连接而连结起来，其特征在于：
将多个上述无线识别半导体芯片放置在带状媒体上，
进行将一个上述无线识别半导体芯片的电极中的一个电极连接在另一个上述无线识别半导体芯片的电极上的第一连接，
进行将上述一个无线识别半导体芯片的电极中的另一个电极连接在与上述另一个无线识别半导体芯片不同的另一个上述无线识别半导体芯片的电极上的第二连接，
通过反复进行上述第一连接和第二连接，把上述无线识别半导体芯片的电极之间连结起来。
10、根据权利要求9所述的无线识别半导体装置的制造方法，其特征在于：
还切断上述引线。
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