DE3328408C2 - Formpreßeinrichtung zum dichten Einbetten von Halbleiter-Chips durch Umspritzen mit einer Preßmasse - Google Patents

Formpreßeinrichtung zum dichten Einbetten von Halbleiter-Chips durch Umspritzen mit einer Preßmasse

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DE3328408C2 DE19833328408 DE3328408A DE3328408C2 DE 3328408 C2 DE3328408 C2 DE 3328408C2 DE 19833328408 DE19833328408 DE 19833328408 DE 3328408 A DE3328408 A DE 3328408A DE 3328408 C2 DE3328408 C2 DE 3328408C2
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Abstract

Eine Formpreßeinrichtung für das abdichtende Einbetten (Versiegeln) von Halbleiter-Chips, bestehend aus einem feststehenden, oberen Formenteil und einem dem oberen Formenteil gegenüberliegenden, unteren Formenteil. Der untere, bewegliche Formenteil besitzt eine Vielzahl sich durch diesen erstreckender Füll- oder Beschickungstöpfe, und jeder dieser Töpfe mit einem darin ständig eingebrachten Kolben. Die Kolben sind so vorgesehen, daß sie durch Zylinder nach oben bewegt werden können, die an einer Aufspannplatte des unteren Formentiels befestigt sind, wodurch die durch die Kolben in die einzelnen Hohlräume eingespritzte Preßmasse unter gleichbleibenden Konditionen nur über Angüsse und Angußstege zugeführt wird. Die Formpreßeinrichtung ist klein in ihren Abmessungen und reduziert in der Höhe.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Formpreßeinrichtung entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs.
Eine Formpreßeinrichtung dieser Gattung ist nach der DE-OS 19 43 210 bekannt. Eine derartige Formpreßeinrichtung ist weiterhin im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung anhand der F i g. I und 5 beschrieben.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird darin gesehen, zur Verbesserung der Qualität als umspritzte Halbleiter-Chips eine Formpreßeinrichtung dieser Gattung so zu gestalten, daß die durch die Preßkolben in die einzelnen Formhohlräume der Form eingespritzte Preßmasse allen Angüssen und Angußstegen unter gleichbleibenden Bedingungen zugeführt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs enthaltenen Merkmale vorgeschlagen.
Da allen Transferzylindern der Formpreßeinrichtung gemäß der Erfindung mit den Formhohlräumen nur über Angüsse und Angußstege in Verbindung stehen, ist der Weg der geschmolzenen Preßmasse in der Länge wesentlich verkürzt. Folglich wird die Menge der restlichen, ausgehärteten Preßmasse, welche nach dem Formpreßvorgang überflüssig ist, bedeutend reduziert, dadurch erhöht sich der Nutzungsgrad der Preßmasse, und es wird weiterhin eine Materialeinsparung erzielt.
Da die Wegstrecken /wischen den einzelnen Transferzylindern und den zugeordneten Formhohlräumen gleich sind, können die Bedingungen der unter Druck in die Hohlräume eingespritzten geschmolzenen Preßmasse gleichmäßig gehalten werden, wodurch formgcpreßic Teile aus Preßmasse und darin enthaltenen Halbleiter-Chips zur Verfugung stehen, die von gleichmäßiger und ausgezeichneter Güte sind.
Darüberhinaus bietet die Formpreßeinrichtung, deren Transferzylinder im unteren Formenteil angeordnet sind, deren Preßkolben von unten ständig passend in die Transferzylinder eingefahren sind, und deren zugeordnete Kolben-Zylindereinheiten für die vertikale Auf- und Abwärtsbewegung der Preßkolben an der bewegbaren Formaufspannplatte befestigt sind, die folgenden.
überragenden Vorteile.
Es besteht nicht die Notwendigkeit, einen speziellen Zwischenraum für das Auffüllen mil Preßmassc vorzusehen, was bei der herkömmlichen Formpreßeinrichtung unentbehrlich ist, noch besteht die Notwcndigkeil.
dii Preßkolben aus den Transfer/.y lindern nach oben herauszuziehen, um dann Preßmasse einfüllen zu können. Im Endergebnis kann dann die Gesamthöhe der Formpreßeinrichtung um den entsprechenden Betrag verringert werden, so daß, auch wenn der Türsturz oder die Decke des Aufstellungsraums der Formpreßeinrichtung niedrig ist, diese bequem aufgestellt oder von einer Stelle zur anderen umgesetzt werden kann.
Da die Preßkolben mi; der Form zusammen gleichzeitig beheizt werden, ist die Heizeinrichtung für die exklusive Verwendung mit den Prcßkolbcn. wie .sie für die herkömmliche Einrichtung unentbehrlich ist, nicht länger erforderlich. Firner ermöglicht die besondere Anordnung nach der Erfindung, den Weg, den die Preßkolben zurücklegen, wesentlich zu reduzieren, womit Transferzylinder geringerer Abmessungen eingesetzt werden können, und wodurch schließlich auch die Abmessungen der Formpreßeinrichtung insgesamt und die Kosten für die Aufstellung und Installation reduziert werden können.
Ein Ausführungsbeispiel einer Formpreßeinrichtung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine teils aufgeschnittene Vorderansicht einer herkömmlichen Formpreßeinru.-htung
F i g. 2 bis 4 eine bevorzugte Ausl'ührungsform einer Formpreßeinrichtung,
Fig. 2 eine teils aufgeschnittene Vorderansicht der Formpreßeinrichtung,
Fig. 3 eine teils aufgeschnittene Vorderansicht, darstellend die Formpreßeinrichtung im Zustand der geöffneten Form,
Fig.4 eine Perspektivansicht, teils längsgcschniiten. der wichtigsten Teile des oberen und unteren Formenteils,
Fig. 5(1) und (11) eine Vorderansicht und eine Draufsicht der restlichen mit dem Preßling verbliebenen Pre3masse, wie es von der herkömmlichen Formpreßeinrichtung nach F i g. 1 produziert wird, und
F i g. 6 (I) und (II) eine Vorderansicht und eine Drauf-
H sieht der restlichen, mit dem Preßling verbliebenen, Preßmasse, wie es von der Formpreßeinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel produziert wird.
Die Ausfiihrungsform der Formpreßeinriehtimg für das Versiegeln von Halbleiter-Chips in Preßmassc wird mit Bezug auf die F i g. 2 bis 4 und F i g. 6 beschrieben.
Die Formpreßeinrichtung nach dem Ausführungsbei spiel besteht aus einem feststehenden, oberen Formenteil 106, der unterhalb eines l'rcsscntisches 102 am oberen Ende eines Rahmenteil 101 befestigt ist. und einem unteren, bewegbaren Formenteil 113 in Anordnung oberhalb einer bewegbaren Formaiil'spannplatle 108. die durch einen Hubmechanisimis 107 mit einem im unteren Bereich des Rahmcngeslells 101 ungeordneten
I lydraulikzylinder auf- und abbewegt werden kann.
Der feststehende, obere Formenteil 106 ist an der unteren Seite des feststehenden Pressentisches 102 über eine wärmeisolierende Platte (nicht dargestellt), einen Abslandsblock 104 und eine Platte 105 befestigt, während der bewegbare, untere Formenteil 113 an der oberen Seile der bewegbaren Formaufspannplatte 108 über eine wärmeisolic-cndc Platte 109, einen Abstandsblock 111 und eine Platte 112 befestigt ist. Entsprechend angeordnet in einem durch den Abstandsblock 104 definierten Zwischenraum 144 und einem durch den Abstandsblock 111 definierten Raum 123 sind Auswerferplatten 126 und 127 mit Auswerfei stiften 124 und 125 für das Kntformcn der Preßlinge aus den Formhohlräumen 118 und 120 im oberen und unteren Fornienteil 106j 113 vorgesehen. Zusammenwirkend mit der oberen Auswerfcrplatte 126 ist eine Druckfeder 145 für diese Platte, ein Rückdrückstift 129 für das Niederdrücken der unteren Auswerferpiaitc 127 beim Zusammenfahren der For-
.n*J nln Λ Mpiirnpfnrrtift 13Λ fitf ^4C U«P4nrln. IIU \lll MUjnvilviJtilt a^v iui uu5 ii^iuwoiv
sen der in einem Anguß 119 verbliebenen, ausgehärteten Preßmasse. Die Feder 145 dient dem Hochziehen der Auswerferstifte 124 und 130 beim Zusammenfahren der Formenteile 106,113, bis die unteren Enden mit der unteren Fläche der Formhohlräume 118 und des Angusses 119 abschneiden. Der feststehende Pressentisch 102 ist mit einer Betätigungsvorrichtung 146 versehen, besiehcnd aus einem den Auswerferstift 124 niederdrükkendcn Hydraulikzylinder. Folglich, wenn die Kolbenslange 147 der Betätigungsvorrichtung abgesenkt ist, wird die Auswerferplatte 126 gegen die Kraft der Feder 145 herabgedrückt.
Ferner ist die Auswerferplatte 127 mit einem Druckstift 135 im umgekehrten Verhältnis zum Drückstift 129 der Auswcrferplattc 126 versehen. Die untere Fläche der Auswcrferplatte 127 besitzt Federn 148 für das Hochdrücken dieser Platte, wenn die Form geöffnet ist. Diese Federn sind nach unten zusammengedrückt durch die Auswcrfcrplatte 127, die durch den gegen den Rückdrückstift 129 anliegenden Rückdrückstifte 135 beim Schließen der Form abgesenkt wird. An diesem Punkt sind die oberen Enden der Auswerferstifte 125 soweit abgesenkt, daß die Enden mit den Bodenflächen der Formhohlräume 120 in dem unteren Formenteil 113 abschneiden. Zwischen den Platten 105 und 112 ist ein Führungrislifl 136 und eine Führungsbuchse 137, die zusammenwirken, um die Position zu halten, wenn die Form geschlossen ist. angeordnet.
An vorbestimmten Stellen am bewegbaren unteren l'onnenieil 113 sind im umgekehrten Verhältnis zum feststehenden, oberen Formenteil 120 Transferzylinder 114 für die Prcßmassc angeordnet, die sich durch den linieren Formenteil 113 erstrecken. Die Preßkolben 115 für die Preßmasse sind von unten ständig in den zugehörigen Transferzylindern 114 eintauchend angeordnet, !•.•der dieser Zylinder 114 ist in kommunizierender Verbindung mit den zugeordneten Formhohlräumen 118 und 120 der oberen und unteren Formenteile 106, 113 über die zugehörigen Angüsse 119 und Angußstege 122.
Die Rückseite der bewegbaren Formaufspannplatte 108 ist mit der erforderlichen Anzahl von kleinen KoI-ben-Zylindereinheitcn 116 für die Auf- und Abwärtsbewegung der Preßkolben 115 versehen. Ferner ist, wie in I·" i g. 3 schematisch dargestellt, an einer Seite der Formpreßeinrichtung eine Palette 150 für das automatische lleniiis/.ichcn der formgepressten, aus der Form herausgehobenen Teile, so angeordnet, daß diese automatisch horizontal zwischen dem oberen und unteren Formenteil 106, 113 ein- und ausgefahren werden kann, wenn die Form geöffnet ist.
Nachfolgend wird nun die Arbeitsweise für das Versiegeln bzw. Umspritzen von Halbleiter-Chips in Preßmasse unter Verwendung der beschriebenen Formeinrichtung erläutert.
Zuerst ist die aus den zwei Formenteilen 106, 113 bestehende und auf die erforderliche Temperatur aufgeheizte Form geöffnet. Es werden dann die Anschlußfah-
:o nen-Rähmchen mit den daran befestigten- Halbleiter-Elementen zwischen die beiden Formenteile 106, 113 eingesetzt, und eine Preßmasse in Form eines hitzehärtbaren Harzes, wie zum Beispie! Epoxyharz, an der Form-Trennlinie (P. L) in die Transferzylinder 114 eingefüllt, worauf die Form geschlossen wird. Nachfolgend werden die Preßkolben 115 nach oben bewegt, um die Preßmasse in den Transferzylindern 114 zu verdichten, woraufhin die Preßmasse unter der Wärmeeinwirkung von den Formteilen 106 und 113 unr' -dem Druck der Preßkoiben 115 schmilzt. Die geschmolzene Preßrnasse wird über die Angüsse 119 und Angußstege 122 in die Formhohlräume 118 und 120 gedrückt, so daß die an den Anschlußfahnen-Rähmchen angeordneten und mit diesen in den Hohlräumen eingesetzten Halble;ter-Elemente durch Formpressen in der Preßmasse versiegelt werden.
Wenn die Form geöffnet ist, sind die Auswerferstifte 125 durch die Federn 148 mit der Bewegung des unteren Formenteils 113 nach oben bewegt, wodurch die Harzpreßlinge nach oben und aus den Formhohlräumen 120 und den Angußstegen 122 gedrückt, und damit aus der Form herausgelöst werden. Zu diesem Zeitpunkt bleiben die Preßlinge noch in den Formhohlräumen 118 und den Angüssen 119 im oberen Formenteil 106 hängen, da die zum feststehenden Formenteil 106 gehörige Auswerferplatte 126 durch die Feder 145 angehoben bleibt. In diesem Zustand wird, wie in F i g. 3 dargestelh, die Palette 150 automatisch in eine Position unterhalb des oberen Formenteils 106 eingefahren, woraufhin die Betätigiijigsvorrichtung 146 betätigt und die Kolbenstange 147 abgesenkt wird, dadurch wird die Auswerferplatte 125 gegen die Kraft der Feder 145 nach unten gedruckt, und die Auswerferstifte 124 und 130 lösen die Preßlinge aus der Form, die dann auf die Palette 150 fallen. Die Palette 150 wird dann automatisch aus der Form zurückgezogen, womit die formgepressten Teile automatisch aus der Einrichtung herausgenommen sind.
Das auf diese Weise aus der Formpreßeinrichtung kommende, formgepresste Teil 149 hat, wie aus Fig.6
(I) und (II) ersichtlich. Anschlußfahnen-Rähmchen 138. Harz-Preßlinge 139 mit darin versiegelten Halbleiter-Elemer'en, und ausgehärtete Preßmasseteile 140 und 142, die in den Angüssen 119 und Angußstegen 122 zurückblieben. Folglich sind von diesem formgepresstet.
Teil 149 die restlichen, ausgehärteten Teile 140 und 142 als Verlust anzurechnen, jedoch ist die Gesamtmenge des Verlustes sehr klein, da diese die restliche Harzmenge in den Angüssen 119 und Angußstegen 122 nicht übersteigt. Ferner werden formgepreßte Harzteile gleichmäßiger Qualität erzielt, da die geschmolzene, von den Transferzylindern 114 in die Formhohlräume 118, 120 eingespritzte Preßmasse unter gleichen Bedingungen nur über Angüsse 119 und Angußstege 122 geführt wird.
Außerdem kann die Kolbenzylindereinheit 116, auf der in der Ausführungsform Bezug genommen wurde, die jedoch nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, ebenso an der oberen Fläche der beweebaren Formauf-
spannplatte 108 befestigt sein, und darüberhinaus kann die Kolbenzylindereinheit 116 entweder mit Ausgleichsfedern oder einem Ausgleichs-Manifold versehen sein, um einen nach oben gerichteten Druck auf alle Preßkolben 115 auszuüben.
Zum Stand der Technik sei folgendes ausgeführt:
Die für das abdichtende Einbetten von Halbleiter-Chips verwendete Formpreßeinrichtung ist die sogenannte Preßspritz-Einrichtung.
Die herkömmlichen Formpreßeinrichtungen schließen die in Fig. 1 gezeigte ein, bestehend aus einem am oberen Ende eines Rahmengestells 1 feststehend angeordneten Pressentisch 2. einem an der Unterseite des genannten Pressentisches durch eine Wärmeisolierplatte 3. einen Abstandsblock 4 und eine Platte 5 feststehend angebauten oberen Formenteil 6. einer bewegbaren Formaufspannplatte 8. adaptiert für eine vertikale Bewegung durch einen hydraulischen Zylindermec'nanismus 7, angeordnet im unteren Bereich des kahmens 1, und einem an der oberen Seite dieser Formaufspannplatte 8 durch eine Wärmeisolierplatte 9, eine Platte 10. einen Abstandsblock 11 und eine Platte 12 angebauten, beweglichen unteren Formenteil 13.
Im zentralen Bereich des oberen Formenteils 6 ist ein einzelner, sich vertikal erstreckender, zylindrischer Transferzylinder 14 oder Füllraum großer Abmessung vorgesehen, der mit einer Preßmasse in Form eines hitzehärtbaren, synthetischen Harzes, wie Silikonharz oder Epoxharz, gefüllt wird. In Anordnung oberhalb des feststehenden Presse ι, sch es 2 ist ein Betätigungszylinder 16. der mit einem in den Transferzylinder 14 passend in Eingriff kommenden Preßkolben 15 für das Pressen der Masse ausgestattet ist. Ein Raum 17 in einem Bereich oberhalb des Füllraums im Transterzylinder 14 und definiert durch den Abstandsblock 4, dient dem bequemen Einfüllen der Masse in den Transferzylinder 14 Oucf rüiifüüm.
Die Oberfläche des oberen Formenteils 6 besitzt eine Vielzahl von Formhohlräumen 18 für das Formen der oberen Hälfte der Preßlinge, während die Oberfläche des unteren Formenteiis 13 gegenüberliegend dem Füllraum 14 des oberen Formenteils 6 einen Anguß 19 eingeformt besitzt.
Der untere Formenteil 13 ist ebenfalls mit Formhohlräumen 20 versehen, d.e, den Formhohlräumen 18 des oberen Formenteils 6 gegenüberliegend, die unteren Hälften der Preßlinge formen.
Der Anguß 19 steht in kommunizierender Verbindung mit den Formhohlräumen 18 und 20 über Angußkanäle 21. die Durchlässe für die geschmolzene Preßmasse sind, und über die Stege 22. die die Angußkanäle 21 mit den Formhohlräumen 20 im unteren Formenteil 13 verbinden.
Diese herkömmliche Formpreßeinrichtung umfaßt in der dargestellten Anordnung ferner einen Raum 23, Auswerferstifte 24 und 25. Auswerferplatten 26 und 27, eine Feder 28, einen Rückdrückstift 29. einen Drückstift 30, einen Hochdrückstift 31, eine Niederdrückfeder 3Z eine durchgehende Bohrung 33, eine Drückitange 34, einen Rückdrückstift 35. eine Führungssäule 36, eine Führungsbuchse 37 und eine Heizvorrichtung für den Transferkolben.
Wenn nun Halbleiterelemente mittels Formpressen unter Verwendung der obig aufgezeigten, herkömmlichen Formpreßeinrichtung in einer Preßmasse eingeschlossen werden sollen, wird das obere und untere Formenteil 6 und 13 vorab auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt, eine Vielzahl von in Rahmen befestigten Halbleitcrelementen /wischen den Formenieilen 6,!i plaziert und die Form geschlossen, darauffolgend die erforderliche Menge an Har/.prcßiiiasse in den Ttiinsferzylinder 14 über den Raum 17 eingefüllt, und der Preßkolbcn 15 von oben in den Transfcrzylinder 14 ein geführt und die Preßmasse verdichtet, woraufhin die Masse unter Einfluß der Wärme von den Formenieilcn β und 13 und Druck vom Preßkolbcn 15 geschmolzen wird. Die geschmolzene Preßmasse wird dann über ilen Anguß 19, die Angußkanäle 21 und Angußsiege 22 in die oberen und unteren Formhohlriiiime 18 und 20 gedrückt, so daß die Halbleiterclcnienlc an den Nahmen in diesen I ormhohlräumen durch das Formpressen im Harz versiegelt werden.
Nach Fertigstellung der Versiegelung in der IVcU masse durch Formpressen wird die Form geölfnel. und die Preßlinge 39 aus den oberen und unteren lormhuhl· räumen 18 und 20 durch die oberen und unteren Auswerterstitte 24 und 25 herausgedrückt. Die heraustredrückten Preßlinge 39 mit den versiegelten llalbleilerelementen im Preßteil, welches die AnschUißfahncii-Rähmchen 38 enthält, sind durch Teile ausgehiirteicr Preßmasse 40, die im Anguß 19 zurückbleiben. Teile ausgehärteter Preßmasse 41. die in den Angußkaniilen 21 zurückbleiben, und Teile ausgehärteter IVcUma.sso 42, die in den Angußstegen 22 zurückbleiben, miteinander verbunden, wie dies aus F i g. 5 (I) und (II) ersichtlich ist. Folglich ist in der vorbeschriebener,, herkömmlichen I ormpreßeinrichtung der Anteil verbleibender, ausge-
jo härteter Preßmasse, welche nutzlos ist, zwangsläufig groß, was den Nach;eil bringt, daß die prozentuale Nutzbarkeit der Preßmassc sehr niedrig ist.
!m Verhältnis der Position zueinander zwischen dem Anguß 19 und den oberen und unteren Formhohlriiumen 18 und 20, wenn der Zustand der Harzpreßlinge in diesen Formhohlräumen näher dem Anguß !3 mii denen ifi ucfi ΓΟΓΓΠιΐΰιΐιΓϋϋΓΠΟΠ weiter CmiCrrii Vijiil /-\ΪΊ- guß 19 verglichen wird, ist festzustellen, daß die Viskosität der in die einzelnen Formhohlriiumc eingespritzten Preßmasse von Formhohlraum zu Formhohlraum unterschiedlich ist, was darauf zurückzuführen ist, daß sich die Aushärte-Reaktion der Preßmasse während der Zuführung entlang der langen AngußKanäic beschleunigi, mit dem Rcsult.it, daß bei weiter vom Anguß 19 entfernt angeordneten Formhohlräumen die Viskosität der in diese Formhohlräume durch die Angußkaniile 22 gedrückten Preßmasse relativ hoch ist und aus diesem Grunde die Menge der in die Formhohlräume eingespritzten Preßmasse unzureichend ist, was zur Prodiiktion von schadhaften Preßlingen neigt.
Da der Transferzylinder 14 der vorbeschriebenen herkömmlichen Formpreßeinrichtung am oberen Formenteil 6 angeordnet ist, ergibt sich die Notwendigkeil, einen hohen Betätigungszylinder 16 oberhalb des Pressentisches 2 anzubringen, wodurch die Gesamthöhe der Einrichtung wesentlich aufgestockt wird, so daß das installieren der Einrichtung, oder das Umsetzen von einer Stelle zu einer anderen, nicht ungehindert und bequem vorgenommen werden kann.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Formpreßeinrichtung zum dichten Einbetten von Halbleiter-Chips durch Umspritzen mit einer Preßmasse in Formhohlräumen einer Form, die aus einem feststehenden, oberen Formteil und einem bewegbaren, unteren Formteil gebildet ist, mit in einem der Formteile angeordneten Transferzylindern, in denen jeweils ein mit einer zugehörigen Kolben-Zylindereinheit verbundener Preßkolben zum Auspressen eines eingebrachten, bemessenen Preßmassenvolumens verschiebbar geführt ist mit die Formhohlräume mit den Transferzylindern verbindenden Angüssen und Angußstegen und mit jeweils im oberen und unteren Formteil angeordneten, durch Auswerferp'atten betätigbaren Auswerferstiften, dadurch gekennzeichnet, daß die Transferzylinder (114) mit den in ihnen ständig gehaltenen Preßkolben ^VIS) an dem bewegbaren unteren Formteil (113) angeordnet sind, daß die jedem Preßkolben (115) zugeordneten Kolben-Zylindereinheiten (116) an der das bewegbare Formteil (113) aufnehmenden Formaufspannplatte (108) angeordnet sind, daß jeder Formhohlraum (118,120) über einen zugeordneten Ar.gußsteg (122) unmittelbar mit dem Anguß (119) eines Transferzylinders (114) verbunden ist und daß die Auswerferplatte (126) in dem feststehenden Formteil (106) durch eine von der Formöffnungsbewegung unabhängige Betätigungsvorrichtung (1AS) bewegbar sind.
DE19833328408 1982-08-09 1983-08-05 Formpreßeinrichtung zum dichten Einbetten von Halbleiter-Chips durch Umspritzen mit einer Preßmasse Expired DE3328408C2 (de)

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