DE10238582A1 - Integrierte Schaltung und Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus einer getesteten integrierten Schaltung und einer elektrischen Einrichtung - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt eine integrierte Schaltung bereit mit: mindestens einer elastisch deformierbaren Erhebung (11) auf einem Schaltungssubstrat (10) einer integrierten Schaltung; einer Kontaktierungseinrichtung (13) auf der Erhebung (11) zum Vorsehen einer elektrischen Anbindung; DOLLAR A einer Umverdrahtungseinrichtung (12, 14, 15) zum elektrischen Verbinden eines aktiven Halbleiterabschnitts der integrierten Schaltung (12) mit der Kontaktierungseinrichtung (13); wobei die Umverdrahtungseinrichtung (12, 14, 15) um die flexible Erhebung (11) am Fuß der Erhebung (11) ringförmig ausgebildet ist und dieser Ring (15) mit der Kontaktierungseinrichtung (13) elektrisch leitend verbunden ist. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus einer getesteten integrierten Schaltung (10) und einer elektrischen Einrichtung (16) bereit.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus einer getesteten integrierten Schaltung und einer elektrischen Einrichtung.
- Integrierte Schaltungen bzw. Halbleitervorrichtungen in Wafer-Level-Packages (WLP) sind im Gegensatz zu Standard-Packages auf einer vollständigen, d.h. noch nicht aufgeteilten, Silizium-Wafer-Scheibe aufgebaut. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht in der Möglichkeit, daß man die einzelnen bereits verpackten integrierten Schaltungen bereits auf Wafer-Ebene in einem Parallelprozeß testen kann.
- Verbindungseinrichtungen bzw. -elemente z.B. von einem Package zu einer Leiterplatte bei in Flip-Chip-Technologie verwendeten DRAM-Einheiten bzw. -Packages müssen zwei Hauptanforderungen erfüllen. Erstens müssen die DRAM-Packages nach dem Verpacken der Halbleiterplättchen bzw. -dies getestet werden. Deshalb wird die Verbindungseinrichtung eingesetzt, um einen vorübergehenden Kontakt zu der Testleiterplatte herzustellen. Zum Ausbalancieren der Höhenabweichungen weist eine in Z-Richtung, d.h. normal zur Oberfläche des Packages, flexible bzw. nachgiebige Verbindungseinrichtung viele Vorteile auf. Beispielsweise kann aufgrund der einfachen Kontaktmethode über eine Druckkontaktierung unter Deformation der flexiblen Verbindungseinrichtung eine preiswerte Testleiterplatte eingesetzt werden. Ein vernünftiges Testen der integrierten Schaltung bzw. Halbleitereinrichtung auf Wafer-Ebene ist nur mit flexiblen Verbindungseinrichtungen bzw. Kontaktierungseinrichtungen möglich.
- Die zweite Anforderung an eine Verbindungseinrichtung besteht darin, einen elektrischen Kontakt zu einer Leiterplatte, einer weiteren integrierten Schaltung oder einer Modulplatte vorzusehen. Diese sollte eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen und mechanische Spannungen kompensieren, welche aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Chip und Leiterplatte auftreten, die normalerweise noch von einem Füllmaterial unterstützt werden, und für eine feste, robuste Anbindung an die Leiterplatte bzw. die andere integrierte Schaltung zu sorgen hat.
- Standard-Verbindungselemente, wie z.B. Lotkugeln, können stets nur eine der beiden Anforderungen, aber nicht beide gleichzeitig erfüllen. Üblicherweise werden Lotkugeln als feste Verbindungseinrichtungen eingesetzt. Mit einer Unterfüllung stellen diese einen verlässlichen Kontakt dar. Zur Steigerung der Verlässlichkeit bei Verbindungselementen der zweiten Ebene, d.h. für eine dauerhafte elektrische Anbindung z.B. an eine Leiterplatte, sind Ringe aus einem Polymer um die Lotkugel bekannt. Die Festigkeit eines Packages wäre bereits durch die Lotkugeln ohne Unterfüllung gegeben. Während des Komponententests müssen bei einer derartigen Anordnung komplexe Klammermechanismen eingesetzt werden. Für einen Test auf Wafer-Ebene ist keine Lösung bei Lotkugeln als Verbindungseinrichtungen bekannt.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Schaltung bereitzustellen, welche eine Kontaktierungseinrichtung aufweist, die sowohl für einen Funktionstest der integrierten Schaltung auf Wafer-Ebene als auch für eine dauerhafte elektrische Anbindung geeignet ist, ebenso wie ein Verfahren zur Herstellung einer getesteten integrierten Schaltung auf einer elektrischen Einrichtung bereitzustellen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene integrierte Schaltung und durch das Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.
- Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im wesentlichen darin, eine Kontaktierungseinrichtung vorzusehen, welche flexibel bzw. nachgiebig für einen Test einer Halbleitereinrichtung, z.B. auf Wafer-Ebene, ist, und die Eigenschaften einer herkömmlichen Lotkugel beim Zusammenbau der zweiten Ebene, d.h. der Anbindung an eine weitere elektrische Einrichtung, wie beispielsweise eine weitere integrierte Schaltung oder eine Leiterplatte, aufweist. Das Kontaktierungselement ist somit flexibel zum Testen der integrierten Schaltung und robust bzw. fest nach der Montage auf einer weiteren elektrischen Einrichtung.
- In der vorliegenden Erfindung wird das eingangs erwähnte Problem insbesondere dadurch gelöst, daß eine integrierte Schaltung mindestens eine elastisch deformierbare Erhebung aufweist, auf welcher eine Kontaktierungseinrichtung vorgesehen ist, welche über eine Umverdrahtungseinrichtung mit einem aktiven Halbleiterabschnitt des Schaltungssubstrats elektrisch verbunden ist, wobei die Umverdrahtungseinrichtung um die Erhebung am Fuß der Erhebung einen Ring bildet. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindungseinrichtung vorgesehen, welche flexibel ist für einen Test auf Wafer-Ebene und für einen Aufbau im Verbund mit einer weiteren elektrischen Einrichtung, wie beispielsweise einer Leiterplatte, in Lot eingebettet werden kann, um ein lotkugelähnliches Verbindungselement zu erzeugen.
- In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Erfindungsgegenstandes.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung verläuft die Umverdrahtungseinrichtung gerade, mäanderförmig, spiralförmig, schlingenförmig oder zick-zack-förmig auf der nachgiebigen Erhebung bis zur Kontaktierungseinrichtung.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Umverdrahtungseinrichtung geschichtete Metallisierungen auf.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Kontaktierungseinrichtung eine korrosionsbeständige, vorzugsweise mit Lot benetzbare, Oberflächenmetallisierung auf.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Kontaktierungseinrichtung zur vorübergehenden elektrischen Kontaktierung einer Test- bzw. Meßeinrichtung zum Durchführen eines Tests der integrierten Schaltung auf Wafer-Ebene vorgesehen.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Kontaktierungseinrichtung mit einer weiteren integrierten Schaltung und/oder einer Leiterplatte dauerhaft elektrisch kontaktiert.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die flexible Erhöhung bei einer Anbindung an eine weitere integrierte Schaltung und/oder eine Leiterplatte vollständig von Lot umgeben.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die integrierte Schaltung kopfüber, d.h. in Flip-Chip-Technologie, auf der weiteren integrierten Schaltung und/oder der Leiterplatte angeordnet.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die nachgiebige Erhebung halbkugelförmig ausgebildet.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die nachgiebige Erhebung aus einem nicht leitfähigen Grundstoff, wie beispielsweise Silikon, hergestellt.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer integrierten Schaltung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 eine Draufsicht eines Ausschnitts einer integrierten Schaltung gemäß1 zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
3 eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer Leiterplatte zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
4 eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer Leiterplatte gemäß3 nach einem weiteren Verfahrensschritt zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
5 eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines Verbunds aus einer Leiterplatte und einer integrierten Schaltung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
6 eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts des Verbunds gemäß5 nach einem weiteren Verfahrensschritt zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
-
1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer integrierten Schaltung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - In
1 ist ein Ausschnitt einer integrierten Schaltung10 bzw. einer Halbleitereinrichtung dargestellt, welche vorzugsweise in Wafer-Form vorliegt. Auf die integrierte Schaltung bzw. das Schaltungssubstrat10 ist eine Erhebung11 aufgebracht, welche vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen flexiblen bzw. nachgiebigen Material, wie z.B. Silikon, besteht, und insbesondere halbkugelförmig gebildet ist. Auf das Schaltungssubstrat10 ist ebenfalls eine Umverdrahtungseinrichtung12 aufgebracht, welche insbesondere mit einem aktiven Halbleiterabschnitt (nicht dargestellt) auf dem Schaltungssubstrat10 verbunden ist, und vorzugsweise einen mehrschichtigen Aufbau aufweist. - Die Umverdrahtungseinrichtung
12 weist einen Abschnitt13 auf der Spitze der insbesondere in Z-Richtung, also normal zur Oberfläche der integrierten Schaltung flexiblen Erhebung11 , auf, die eine Kontaktierungseinrichtung13 bildet. Diese Kontaktierungseinrichtung13 ist z.B. kreisförmig vorgesehen und die beiden Abschnitte14 , die die Kontaktierungseinrichtung13 mit der Umverdrahtungseinrichtung12 auf der Halbleitereinrichtung10 verbindet, vorzugsweise an der Oberfläche der flexiblen Erhebung11 gebildet. Dieser Verbindungsabschnitt14 kann sowohl wie dargestellt auf direktem Weg zwischen der Umverdrahtungseinrichtung12 auf dem Schaltungssubstrat10 und der Kontaktierungseinrichtung13 auf der flexiblen Erhebung11 verlaufen, aber auch spiralförmig, mäanderförmig, schlingenförmig oder zick-zack-förmig vorgesehen sein, wodurch eine bessere Flexibilität und Bruchfestigkeit der Umverdrahtungseinrichtung14 auf der Oberfläche der flexiblen Erhebung11 bereitgestellt wird. Darüber hinaus besitzt die Umverdrahtungseinrichtung12 einen Abschnitt15 auf der Oberfläche des Schaltungssubstrats10 , welcher die flexi ble Erhebung11 ringförmig, vorzugsweise in einem geschlossenen Ring15 , umgibt. - Die Umverdrahtungseinrichtungen
12 ,14 ,15 und die Kontaktierungseinrichtung13 werden z.B. durch Aufsputtern einer Trägerschicht, dem Auftragen und der Strukturierung eines Photolacks in einem photochemischen Prozeß, elektrochemischen Plattieren mehrerer weiterer Metallisierungen, Entfernen der Photolackmaske und Entfernen der Trägerschicht in Ätzprozessen oder auf andere Weise erzeugt. Daraus ergibt sich ein mehrschichtiger Aufbau dieser Einrichtungen12 ,13 ,14 ,15 , welche als Abschlußschicht vorzugsweise eine korrosionsbeständige und insbesondere leicht mit Lot benetzbare Metallisierung, wie z.B. aus Gold, aufweisen. Somit wird eine flexible Verbindungseinrichtung11 ,12 ,13 ,14 ,15 geschaffen, welche bei einem Test der integrierten Schaltung10 auf Wafer-Ebene eine Kontaktierung der Kontaktierungseinrichtung13 unter elastischer Deformation der flexiblen Erhebung11 ermöglicht, um nach dem Test für eine dauerhafte elektrische Kontaktierung mit Lot versehen zu werden. -
2 zeigt eine Draufsicht eines Ausschnitts einer integrierten Schaltung gemäß1 zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - In
2 ist auf dem Schaltungssubstrat10 die flexible, in Draufsicht kreisförmige, Erhebung11 dargestellt. Auf dem Schaltungssubstrat10 verläuft eine Umverdrahtungseinrichtung12 z.B. von einem aktiven Halbleiterabschnitt (nicht dargestellt) der integrierten Schaltung10 zu einer Kontaktierungseinrichtung13 , welche sich auf der Spitze der flexiblen Erhebung11 , vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, befindet. Ein Verbindungsabschnitt14 auf der Oberfläche der flexiblen Erhebung11 ist zwischen der Umverdrahtungseinrichtung12 auf dem Schaltungssubstrat10 und der Kontaktierungseinrichtung13 auf der flexiblen Erhebung11 vorgesehen. Die flexible Erhebung11 wird an deren Fuß auf der integrierten Schaltung10 von einem Umverdrahtungsring15 umgeben, welcher vorzugsweise geschlossen ist. -
3 bis6 zeigen Seitenansichten bzw. Querschnittsansichten aus dem Herstellungsverfahren eines Verbundes einer integrierten Schaltung und einer weiteren elektrischen Einrichtung, wie beispielsweise einer Leiterplatte, zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - In
3 ist eine elektrische Einrichtung16 , z.B. eine Leiterplatte, eine weitere integrierte Schaltung oder ein Anschlußmodul dargestellt, welches über eine Kontakteinrichtung17 , z.B. ein Bondpad, verfügt. Gemäß4 ist auf die Kontakteinrichtung17 Lot18 , z.B. in einem Print-Prozeß, aufgebracht. Das Lot liegt vorzugsweise in Form einer Lotpaste vor, welche beispielsweise unter Druck verformbar ist. - In
5 wird nun eine integrierte Schaltung10 kopfüber, d.h. in Flip-Chip-Technologie, mit der Verbindungseinrichtung11 ,12 ,13 ,15 über der Kontakteinrichtung17 der Leiterplatte16 ausgerichtet, wobei die Lotpaste18 vorzugsweise so verformt wird, daß sie die gesamte flexible Erhebung11 umgibt und den Ringabschnitt15 , die Kontaktierungseinrichtung13 und das Verbindungselement14 kontaktiert. Mit anderen Worten wird die flexible Erhebung11 auf dem Schaltungssubstrat10 in der Lotpaste18 plaziert bzw. eingetaucht. - In
6 ist die Anordnung gemäß5 dargestellt, wobei jedoch die Lotpaste18 gemäß5 erhitzt und damit wiederverflüssigt wurde und nach Abkühlung ein festes Lot19 ausbildet, welches vorzugsweise die gesamte flexible Erhebung11 umschließt und einen mechanisch stabilen und elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Schaltungssubstrat10 und der Leiterplatte16 bereitstellt. Diese Struktur weist Eigenschaften (mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit,...) auf, welche gleich oder besser als die einer herkömmlichen Lotkugel sind, wobei mit der gleichen Einrichtung11 ,12 ,13 ,14 ,15 auf dem das Schaltungssubstrat bzw. die integrierte Schaltung10 diese in einem Test auf Wafer-Ebene, z.B. mit einer Meßeinrichtung, getestet werden kann. - Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
- Insbesondere muß der Ring um die flexible Erhebung nicht vollständig geschlossen sein oder notwendigerweise eine runde Form aufweisen, sondern ist auch eckig vorstellbar. Darüber hinaus ist der Verbund auch ohne eine flexible Lotpaste mit festem Lot generierbar. Die Form der flexiblen Erhebung kann ebenfalls abgeändert sein, wie z.B. abgeflacht, quaderförmig oder vieleckig ausgeführt sein.
-
- 10
- integrierte Schaltung bzw. Schaltungssubstrat
- 11
- flexible Erhebung, vorzugsweise aus Silikon
- 12
- Umverdrahtungseinrichtung, insbesondere mehrschichtig
- 13
- Kontaktierungseinrichtung auf flexibler Erhebung
- 14
- Verbindungsabschnitt auf flexibler Erhebung zwischen Kontaktierungseinrichtung und Umverdrahtung auf int. Schaltg.
- 15
- ringförmiger Umverdrahtungsabschnitt um Fuß der flexiblen Erhebung auf integrierter Schaltung
- 16
- elektrische Einrichtung, z.B. Leiterplatte und/oder weitere integrierte Schaltung
- 17
- Kontakteinrichtung, z.B. Bondpad auf elektrischer Einrichtung
- 18
- Lotpaste, vorzugsweise verformbar
- 19
- abgekühltes wiederverflüssigtes Lot
Claims (14)
- Integrierte Schaltung mit: mindestens einer elastisch deformierbaren Erhebung (
11 ) auf einem Schaltungssubstrat (10 ) der integrierten Schaltung; einer Kontaktierungseinrichtung (13 ) auf der Erhebung (11 ) zum Vorsehen einer elektrischen Anbindung; einer Umverdrahtungseinrichtung (12 ,14 ,15 ) zum elektrischen Verbinden eines aktiven Halbleiterabschnitts der integrierten Schaltung (12 ) mit der Kontaktierungseinrichtung (13 ); wobei die Umverdrahtungseinrichtung (12 ,14 ,15 ) um die flexible Erhebung (11 ) am Fuß der Erhebung (11 ) ringförmig ausgebildet ist, und dieser Ring (15 ) mit der Kontaktierungseinrichtung (13 ) elektrisch leitend verbunden ist. - Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umverdrahtungseinrichtung (
14 ) gerade, mäanderförmig, spiralförmig, schlingenförmig oder zick-zackförmig auf der nachgiebigen Erhebung (11 ) bis zur Kontaktierungseinrichtung (13 ) verläuft. - Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umverdrahtungseinrichtung (
12 ,13 ,14 ,15 ) geschichtete Metallisierungen aufweist. - Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungseinrichtung (
13 ) eine korrosionsbeständige, vorzugsweise mit Lot benetzbare, Oberflächenmetallisierung aufweist. - Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungseinrichtung (
13 ) zur vorübergehenden elektrischen Kontaktierung einer Test- bzw. Meßeinrichtung zum Durchführen eines Tests der integrierten Schaltung auf Wafer-Ebene vorgesehen ist. - Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungseinrichtung (
13 ) mit einer weiteren integrierten Schaltung und/oder einer Leiterplatte (16 ) dauerhaft elektrisch kontaktiert ist und einen Verbund bildet. - Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Erhebung (
11 ) bei einer Anbindung an eine weitere integrierte Schaltung und/oder eine Leiterplatte (16 ) vollständig von Lot (19 ) umgeben ist. - Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung bzw. das Schaltungssubstrat (
10 ) kopfüber, d.h. in Flip-Chip Technologie, auf der weiteren integrierten Schaltung und/oder der Leiterplatte (16 ) angeordnet ist. - Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungseinrichtung (
13 ) sowohl zur vorübergehenden elektrischen Kontaktierung bei einem Test der integrierten Schaltung bzw. des Schaltungssubstrats (10 ) als auch als feste dauerhafte elektrische Verbindung (12, 13, 17, 19) einsetzbar ist. - Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Erhebung (
11 ) halbkugelförmig und/oder abgeflacht oder polygonförmig ausgebildet ist. - Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Erhebung (
11 ) aus einem nicht leitfähigen Kunststoff, wie beispielsweise Silikon, besteht. - Verfahren zur Herstellung eines Verbundes (
10 ,16 ,19 ) aus einer getesteten integrierten Schaltung (10 ) und einer elektrischen Einrichtung (16 ) mit den Schritten: Aufbringen einer flexiblen Erhebung (11 ) auf ein Schaltungssubstrat (10 ) der integrierten Schaltung; Vorsehen einer Umverdrahtungseinrichtung (12 ,13 ,14 ,15 ) auf dem Schaltungssubstrat (10 ) unter Ausbilden eines Rings (15 ) um die flexible Erhebung (11 ) und auf der flexiblen Erhebung (11 ) unter Ausbilden einer Kontaktierungseinrichtung (13 ) auf der flexiblen Erhebung (11 ), wobei der Ring (15 ) und die Kontaktierungseinrichtung (13 ) elektrisch leitend miteinander verbunden sind; Durchführen eines Tests der integrierten Schaltung (10 ) unter vorübergehender Nutzung der Kontaktierungseinrichtung (13 ) auf der flexiblen Erhebung (11 ); Aufbringen von Lot (18 ) auf eine Kontakteinrichtung (17 ) der elektrischen Einrichtung (16 ); Aufsetzen der getesteten integrierten Schaltung bzw. des Schaltungssubstrats (10 ) auf die elektrische Einrichtung (16 ) unter Ausrichtung der Kontaktierungseinrichtung (13 ) auf die mit Lot (18 ) versehene Kontakteinrichtung (17 ) der elektrischen Einrichtung (16 ); und Wiederverflüssigen des Lots (19 ) derart, daß es eine dauerhafte, feste, elektrisch leitfähige Verbindung (19) zwischen der integrierten Schaltung (10 ) und der elektrischen Einrichtung (16 ) ausbildet. - Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung (
16 ) eine weitere getestete integrierte Schaltung und/oder eine Leiterplatte (16 ) ist. - Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot (
19 ) die flexible Erhebung (11 ) beim Wiederverflüssigen vollständig umgibt.
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