JP2001257500A - チップ実装装置およびその装置におけるアライメント方法 - Google Patents
チップ実装装置およびその装置におけるアライメント方法Info
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Abstract
の速度で、従来のボンダー並の精度あるいはそれ以上の
精度でチップ実装を行うことが可能な、チップ実装装置
およびその装置におけるアライメント方法を提供する。 【解決手段】 チップを保持するヘッドを複数有し、該
複数のヘッドを、円軌道上において、少なくともチップ
を受け取る位置と基板上にチップを実装する位置とを含
む複数の位置に移動させる回転機構を備えたチップ実装
装置において、前記円軌道上のチップ実装位置に、基板
ステージ上における基板の位置を認識可能な第1の認識
手段を配置するとともに、前記円軌道上のチップ実装位
置とは異なる位置に、ヘッド上におけるチップの位置を
認識可能な第2の認識手段を配置したことを特徴とする
チップ実装装置、およびそのチップ実装装置におけるア
ライメント方法。
Description
よびその装置におけるアライメント方法に関し、とくに
高速でかつ高精度のアライメントを行うことができるよ
うにしたチップ実装装置およびその装置におけるアライ
メント方法に関する。
おいては、ヘッドが保持しているチップの位置と、その
下方に配されている基板保持ステージに支持されている
基板(例えば、液晶基板等)の位置とを精密に位置決め
した状態においてヘッドを降下させてチップ実装を行う
ようにしている。
の作業効率を高め、タクトタイムを短縮するために、複
数のヘッドを備え、各ヘッドをチップの受取位置と基板
への実装位置とに順次回転させるようにした、いわゆる
ロータリーヘッド式のチップ実装装置が知られている
(たとえば、特開平7−193102号公報)。
ング装置(ボンダー)と、チップマウンティング装置
(マウンター)とに大別できる。ボンダーは、ヘッドに
保持されたチップを加熱・加圧して基板に接合するもの
であり、マウンターは、基本的にヘッドに保持されたチ
ップの加熱を行わず、単にチップを基板上に載置または
仮接着するもので、その後に加熱炉等を用いて本接合で
きるようにしたものである。
装する位置において、実装直前に、対向するチップと基
板の位置をそれぞれ認識し、たとえば、チップの位置と
基板の位置を2視野の認識手段で認識し、両者の相対的
な位置ずれを修正した後実装作業を行うようにしてい
る。位置認識手段としての2視野の認識手段は、通常、
チップ実装位置に進退され、認識前に進入されて認識後
に退避されるようになっている。このように、2視野の
認識手段による相対位置情報に基づいて位置を制御する
ことにより、チップと基板を高精度で接合することが可
能になる(たとえば、5μm程度、あるいはそれ以下の
精度で接合することが可能になる)反面、2視野の認識
手段をチップ実装位置で進退させるので、その間は他の
作業を進行させることができず、一連の装置の動作時間
の短縮には限界がある。したがって、上述のようなロー
タリーヘッド式のチップ実装装置に構成したとしても、
タクトタイムの短縮に限界がある。
式のチップ実装装置の構成はかなり普及しており、高速
実装が可能になっている。通常、この種のマウンターに
おいては、基板の位置認識は、チップ実装位置とは別
の、基板をチップ実装位置に供給する前の位置で行われ
ており、それによって、チップ実装位置における実装を
短時間で行うことができるようにし、装置全体としての
タクトタイムを縮めている。しかし、実際のチップ実装
位置において位置ずれ等を調整していないため、基板と
チップとの接合精度は上がらず、100μm程度の精度
にとどまっている。マウンターは精度がそれ程要求され
ないものに対して使用されてきたが、近年、マウンター
に対する精度要求も高まりつつあり、従来のマウンター
では対応が難しくなってきた。
は、上記のような実情に鑑み、従来のマウンター並の速
度(たとえば、1回のチップ実装時間が1秒)あるいは
それ以上の速度(たとえば、1回のチップ実装時間が1
秒以下)で、従来のボンダー並の精度(たとえば、5μ
m程度のチップ実装精度)あるいはそれ以上の精度(た
とえば、サブミクロンのチップ実装精度)でチップ実装
を行うことが可能な、チップ実装装置およびその装置に
おけるアライメント方法を提供することにある。
ップ実装装置をボンダーに適用した場合には、従来のマ
ウンター並の速度あるいはそれ以上の速度まで実装速度
を上げることができ、それによってタクトタイムの大幅
な短縮を可能とし、本発明に係るチップ実装装置をマウ
ンターに適用した場合には、従来のボンダー並の精度あ
るいはそれ以上の精度でチップ実装を行うことを可能と
することにある。
に、本発明に係るチップ実装装置は、チップを保持する
ヘッドを複数有し、該複数のヘッドを、円軌道上におい
て、少なくともチップを受け取る位置と基板上にチップ
を実装する位置とを含む複数の位置に移動させる回転機
構を備えたチップ実装装置において、前記円軌道上のチ
ップ実装位置に、基板ステージ上における基板の位置を
認識可能な第1の認識手段を配置するとともに、前記円
軌道上のチップ実装位置とは異なる位置に、ヘッド上に
おけるチップの位置を認識可能な第2の認識手段を配置
したことを特徴とするものからなる。本発明において、
第1の認識手段、第2の認識手段は、たとえばCCDカ
メラ、赤外カメラ、X線カメラやセンサーなど認識マー
クを認識する全ての手段を含む。また、チップとは、た
とえばICチップ、半導体チップ、光素子、ウエハーな
ど基板と接合させる側の全ての形態のものを含む。さら
に、基板とは、たとえば樹脂基板、ガラス基板、フィル
ム基板など、チップやウエハーなどと接合される対象物
の全ての形態のものを含む。
の認識手段と上記第2の認識手段が、両認識手段により
認識された基板とチップの位置情報に基づいて、基板と
チップの相対位置のずれをヘッド毎に修正可能な位置制
御手段に接続されていることが好ましい。
記第1の認識手段と上記第2の認識手段により、基板お
よびチップの位置を直接認識することもできるし、ヘッ
ド側に設けられた校正用認識マークを、第2の認識手段
により認識し、同じマークをさらに第1の認識手段によ
り認識し、両認識情報に基づいてキャリブレーションを
行うようにすることもできる。校正用認識マークは、ヘ
ッド自身に付してもよく、ヘッドに組み込まれた校正用
部材(たとえば、透明ガラス板からなる部材)に付して
もよく、さらには、チップと同等の形状を有する校正用
部材(たとえば、透明ガラス板からなる部材)をヘッド
に保持させ、その校正用部材に付してもよい。そして、
ヘッド側に校正用認識マークを設ける場合、上記第2の
認識手段を含むチップの位置読み取り機構が、ヘッド側
に設けられた校正用認識マークを読み取り可能な機構に
構成されているとともに、上記第1の認識手段を含む基
板の位置読み取り機構が、校正用認識マークが設けられ
たヘッドがチップ実装位置に回転されてきたときに同一
の校正用認識マークを読み取り可能な機構に構成され
る。すなわち、同一の校正用認識マークを第2の認識手
段の位置で読み取ることができるようにするとともに、
第1の認識手段の位置でも読み取ることができるように
するために、透明ガラス板を有する構造や穴空き構造を
採用すればよい。
に、該ヘッドに保持されるチップの高さとは異なる高さ
の位置に設けられる場合には、第2の認識手段等による
認識時に焦点合わせの困難性を除去したり、焦点合わせ
時間を短縮するために、各認識手段の位置では、校正用
認識マークの高さを、ヘッドに実際にチップが保持され
る高さに揃えることが好ましい。すなわち、上記第2の
認識手段および上記第1の認識手段による校正用認識マ
ーク読み取り位置において、ヘッド毎に、該校正用認識
マークの高さをヘッドに保持されるチップの高さに合わ
せるヘッド昇降制御手段が設けられていることが好まし
い。個々のヘッド毎に校正することにより、各ヘッド毎
の特性を正確に記憶させておくことが可能になる。
イメント方法は、チップを保持するヘッドを複数有し、
該複数のヘッドを、円軌道上において、少なくともチッ
プを受け取る位置と基板上にチップを実装する位置とを
含む複数の位置に移動させる回転機構を備えたチップ実
装装置におけるアライメント方法において、基板ステー
ジ上の基板の位置については、前記円軌道上のチップ実
装位置で、第1の認識手段により認識し、各ヘッドに保
持されたチップの位置については、前記円軌道上のチッ
プ実装位置に至る前のチップ実装位置とは異なる位置
で、第2の認識手段により認識し、両認識手段による基
板とチップの位置情報に基づいて、チップ実装位置にお
ける基板とチップの相対位置を目標精度内に制御するこ
とを特徴とする方法からなる。
側に設けられた校正用認識マークを前記第2の認識手段
により読み取った後、その校正用認識マークがヘッドと
ともにチップ実装位置に回転されてきたときに該校正用
認識マークを前記第1の認識手段により読み取り、両読
み取り情報に基づいて、ヘッド毎に位置校正量を求める
ことが好ましい。
る場合には、該校正用認識マークを第2の認識手段およ
び第1の認識手段により読み取る際、それぞれの読み取
り位置において、ヘッドを昇降させることにより、校正
用認識マークの高さをヘッドに保持されるチップの高さ
と同一の高さに合わせることが好ましい。
およびその装置におけるアライメント方法においては、
いわゆるロータリーヘッド方式でヘッドがチップ受取位
置から基板上へのチップ実装位置へと回転されるが、チ
ップ実装位置に至る前の途中の位置で、第2の認識手段
によりチップの位置が認識されるとともに、基板の位置
は、そのチップおよび該チップを保持しているヘッドが
チップ実装位置に至る前に、第1の認識手段により認識
される。したがって、従来のボンダーのように、チップ
実装位置において認識手段を進退させ、チップ実装位置
において基板とチップの両方の位置を認識する場合に比
べて、相対位置合わせのための各位置認識時間が大幅に
短縮され、一連のチップ実装のための動作時間全体が大
幅に短縮されて、タクトタイムが短縮される。つまり、
従来のマウンター並の動作速度、あるいはロータリーヘ
ッド回転中に基板マーク及びチップマークを読み取るた
め、それ以上の動作速度とすることが可能になる。
置認識をチップ実装位置で行うようにしているので、少
なくとも基板の位置認識精度が大幅に向上され、従来の
ボンダー並の精度を確保することが可能になる。とく
に、校正用認識マークを用いて、同一の校正用認識マー
クを第2の認識手段および第1の認識手段の両方の位置
で読み取るようにすれば、チップ実装位置へと回転移動
されるヘッドの位置ずれ特性等を、ヘッド毎に把握する
ことが可能になり、極めて高精度の位置合わせが可能に
なる。つまり、高速実装のために、複数のヘッドが次々
とチップ実装位置へと回転移動される構成でありなが
ら、チップ実装位置における基板とチップとの精密な位
置合わせが可能になり、従来のボンダー並の精度、ある
いはそれ以上の精度を確保することが可能になる。
およびその装置におけるアライメント方法では、従来の
マウンター並の動作速度あるいはそれ以上の動作速度で
の高速実装が可能になると同時に、従来のボンダー並の
精度あるいはそれ以上の精度での高精度実装が可能にな
る。
形態を図面を参照して説明する。図1ないし図3は、本
発明の一実施態様に係るチップ実装装置を示している。
図1において、チップ実装装置1は、吸着等によりチッ
プ2を保持するヘッド3と、その下方に設けられ、回路
基板や液晶基板等からなる基板4を吸着等により保持す
る基板保持ステージ5を有している。ヘッド3は、その
下端に設けられたツール6の下面側にチップ2を吸着等
により保持できるようになっており、チップ実装装置1
がボンダーとして構成される場合にはツール6にヒータ
ーが内蔵されて加熱可能な構成とされ、マウンターとし
て構成される場合にはヒーターは内蔵されない。つま
り、ツール6は、ヒーターを備えている形態であっても
なくてもよい。
ライドテーブル7上に固定され、スライドテーブル7の
スライド動作により、基板保持ステージ5に保持された
基板4上でのチップ実装位置を必要に応じてずらすこと
ができるようになっている。スライドテーブル7は、水
平方向におけるX軸方向、それと直角方向のY軸方向、
および上下方向のZ軸方向の位置調整と、回転軸周りの
θ方向の角度調整とが可能な可動テーブル8上に設けら
れている。基板フィード装置9からスライドテーブル7
に供給されてきた基板4は、チップ実装位置Aにて位置
決めされる。実装直前の位置決めは、チップ実装位置A
の上方に設けられた、基板の位置の認識手段としての第
1の認識手段10による基板4の位置認識情報と、後述
の第2の認識手段からのチップ2の位置認識情報とに基
づく、相対位置合わせ制御指令に応じて行われる。
設けられており、回転駆動されるロータリーヘッドユニ
ット11に、その回転方向に等配(本実施態様では90
度毎)に取り付けられている。各ヘッド3は、ロータリ
ーヘッドユニット11の各腕12に昇降ユニット13を
介して取り付けられており、本実施態様では、各ヘッド
3は、一定の直線軌道に沿ってZ軸方向に昇降動作のみ
行うことができるようになっている。ただし、このヘッ
ド3に対しても、上述した基板側と同様に、X軸方向、
Y軸方向、θ方向の微調整が可能な機構を設けてもよ
い。ロータリーヘッドユニット11の回転動作により、
4個のヘッド3は、一定の円軌道14に沿って回転方向
に移動されることになる。
に、少なくとも、ヘッド3がチップ2を受け取るチップ
受取位置Bと、前述のチップ実装位置Aとが設定され
る。チップ受取位置Bとチップ実装位置Aとは180度
反対位置に設定されており、本実施態様では、この間の
途中の90度位置に、さらにフラックスあるいはペース
ト転写のための転写位置Cが設定されている。転写位置
Cには、チップ2のバンプに対してフラックスあるいは
ペーストを転写する転写ユニット15が設けられてい
る。
チップ実装位置Aに至る間の位置で、かつ、チップ実装
位置Aとは異なる位置に、本実施態様では、転写位置C
とチップ実装位置Aの丁度中間の45度位置Dに、ヘッ
ド3上におけるチップ2の位置を認識する認識手段とし
ての第2の認識手段16が設けられている。第2の認識
手段16は、本実施態様では図3に示すように、プリス
ム17を介して、円軌道14の外側方から非接触にてチ
ップ2の位置を認識できるようになっている。第1の認
識手段10は、たとえば図3に示すように、基本的に、
第1の認識手段10の下方にヘッド3が位置していない
時に、下方の基板4の位置を上方から認識できるように
なっている。ただし、ヘッド3に貫通穴を形成しておけ
ば、ヘッド3がチップ実装位置Aにあるときにも、第1
の認識手段10で基板4の位置を上方から認識すること
が可能となる。位置Dにおける第2の認識手段16によ
るチップ2の位置認識情報と、チップ実装位置Aにおけ
る第1の認識手段10による基板4の位置認識情報と
は、図2に示すようにマイクロコンピュータからなる制
御装置18に入力され、制御装置18で両位置情報から
チップ2と基板4のチップ実装位置Aにおける相対位置
関係が演算され、その演算に基づいて目標相対位置精度
内に修正するための相対位置修正量が演算される。この
演算は、ヘッド3毎に行われ、順次回転移動されてくる
各ヘッド3のそれぞれに対して、高精度のアライメント
が行われる。相対位置の修正は、本実施態様では、制御
装置18からの指令信号に基づき、基板4側で、すなわ
ち、可動テーブル8側で行われる。ただし前述したよう
に、ヘッド3側で行うことも可能であり、両側で行うこ
とも可能である。
に、キャリブレーションの機能を持たせることができ
る。たとえば図4に示すように、ヘッド3内に透明ガラ
ス板部材19を設け、その透明ガラス板部材19に校正
用認識マーク20を付しておく。この校正用認識マーク
20を、第2の認識手段16の設置位置Dとそのマーク
がチップ実装位置Aに移動されてきたときの両方の位置
にて、第2の認識手段16と第1の認識手段10で読み
込むのである。同一の校正用認識マーク20を読み込む
ので、ヘッド3毎に、そのヘッド3の位置ずれ特性を把
握でき、その情報に基づいてキャリブレーションすべき
量をヘッド3毎に記憶させておけば、毎回のチップ実装
におけるチップ2と基板4との相対位置修正にフィード
バックすることが可能になる。
高さ方向における位置が、実際にヘッド3に保持される
チップ2(図4に2点鎖線で図示)の高さ方向における
位置とは異なるので、校正用認識マーク20を読み取る
際に第2の認識手段16の焦点合わせを容易にかつ迅速
に行うことができるよう、第2の認識手段16の設置位
置Dにおいて、ヘッド3を昇降させて校正用認識マーク
20の高さをチップ2の高さに合わせることが好まし
い。本実施態様では焦点合わせのためにヘッド3を下降
させる。同様に、図5に示すように、チップ実装位置A
においても、校正用認識マーク20を読み取る際に第1
の認識手段10の焦点合わせを容易にかつ迅速に行うこ
とができるよう、ヘッド3を昇降させて校正用認識マー
ク20の高さをチップ2の高さに合わせることが好まし
い。このように校正用認識マーク20の読み取り位置を
チップ2の高さに合わせることにより、第2の認識手段
16および第1の認識手段10を、問題なく、実際のチ
ップ2および基板4の位置認識に使用するとともに、同
一の校正用認識マーク20読み取りによる上記キャリブ
レーションにも使用できる。
ヘッド3内に校正用認識マーク20を付した透明ガラス
板部材19を設ける構造の他、ヘッド3のいずれかの部
位に単に校正用認識マークを付しておくだけの構造も可
能である。また、透明ガラス板部材19をヘッド3内に
設けることなく、チップ2と同等の形状の校正用基準チ
ップ(図示略)を準備し、それをたとえば透明ガラスで
形成してその上に校正用認識マークを付しておくことも
できる。このようにすれば、上述の如き校正用認識マー
ク20の高さ制御の必要がなくなるので、操作が容易化
できるとともに、校正用認識マーク20の高さ制御に起
因する最終制御精度悪化の不安も解消できる。
位置に配置することによってチップ実装位置Aにてチッ
プを基板に実装している(ヘッド3が停止している)と
きにチップ2の位置認識を行う形態に構成してもよい。
手段16は、転写位置Cとチップ実装位置Aの中間45
度の位置に配置しているが、転写位置Cとチップ実装位
置Aの円軌道上であれば45度以外の位置に配置しても
よい。
識手段16は、転写位置Cにてチップにペーストなどの
接着材を転写する際に位置ズレを生じない条件の場合、
チップ受取位置Bの位置またはチップ受取位置Bと転写
位置Cの円軌道上に位置する形態に設けてもよく、円軌
道上に設けた場合はヘッド3がチップ認識位置Dを通過
中または停止してチップ位置を認識する形態に構成して
もよい。
においては、複数のヘッド3が回転移動されるロータリ
ーヘッド方式が採用され、チップ実装位置Aに至る前の
位置Dにてチップ2の位置を第2の認識手段16により
認識できるので、チップ2がチップ実装位置Aに到達し
た後に2視野の認識手段で読み込む従来のボンダーに比
べ、まず、チップ2の位置認識時間を大幅に短縮でき
る。このチップ2の位置認識は、位置Dにてヘッド3の
回転移動を停止することなく行うことも可能であるか
ら、より一層の時間短縮が可能である。そして、第1の
認識手段10による基板4の位置認識についても、基板
4の上方にヘッド3が到達していないときに上方から行
うことができるから、基板4の位置認識時間も大幅に短
縮できる。すなわち、ヘッド3に保持されているチップ
2がチップ実装位置Aに到達した時点では、すでにチッ
プ2の位置認識と基板4の位置認識が完了している状態
とすることができる。したがって、従来のボンダーに比
べ大幅な時間短縮が可能となる。
置Aに設置されているので、従来のマウンターのように
チップ実装位置A外に設置されている場合に比べ、基板
4の位置認識精度が大幅に向上される。そして、事前に
認識されているチップ2の位置情報と、基板4の位置情
報とに基づいて、両者の相対位置が目標とする精度内に
納まるよう、位置修正が行われ、実際に実装される前の
精度の良いアライメントが行われる。
一の校正用認識マーク20を第2の認識手段16と第1
の認識手段10の両方で読み込み、それらの情報に基づ
いてキャリブレーションするようにすれば、各ヘッド3
毎の特性やくせを精度良く事前に把握でき、それを実際
のチップ実装時の位置合わせ制御に組み込むことによ
り、ロータリーヘッド方式でありながら、極めて高精度
のアライメントが可能になる。つまり、従来のボンダー
並、あるいはそれ以上の精度を十分に確保することが可
能になる。
時に、極めて高精度のアライメントが可能になる。とく
に、本発明をボンダーに適用した場合には、タクトタイ
ムの大幅な短縮効果が得られ、マウンターに適用した場
合には、チップ実装の大幅な精度向上効果が得られる。
なお、透明基板や裏面にマークのある基板など下方から
認識マークを認識できる形態または下方から直視できな
い場合でも認識手段に赤外線やX線などの透過手段を用
いて認識できる場合に対しては、下方に基板マーク読み
込み用の第1の認識手段を設置してもよい。
装装置およびその装置におけるアライメント方法によれ
ば、とくに、ボンダーのタクトタイムを大幅に短縮する
ことができ、マウンターのチップ実装精度を大幅に向上
することができる。
略斜視図である。
示す概略構成図である。
手段による位置認識の様子を示す概略斜視図である。
ッドの昇降動作を示す概略縦断面図である。
ッドの昇降動作を示す概略縦断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 チップを保持するヘッドを複数有し、該
複数のヘッドを、円軌道上において、少なくともチップ
を受け取る位置と基板上にチップを実装する位置とを含
む複数の位置に移動させる回転機構を備えたチップ実装
装置において、前記円軌道上のチップ実装位置に、基板
ステージ上における基板の位置を認識可能な第1の認識
手段を配置するとともに、前記円軌道上のチップ実装位
置とは異なる位置に、ヘッド上におけるチップの位置を
認識可能な第2の認識手段を配置したことを特徴とする
チップ実装装置。 - 【請求項2】 前記第1の認識手段と前記第2の認識手
段が、両認識手段により認識された基板とチップの位置
情報に基づいて、基板とチップの相対位置のずれをヘッ
ド毎に修正可能な位置制御手段に接続されている、請求
項1のチップ実装装置。 - 【請求項3】 前記第2の認識手段を含むチップの位置
読み取り機構が、ヘッド側に設けられた校正用認識マー
クを読み取り可能な機構に構成されているとともに、前
記第1の認識手段を含む基板の位置読み取り機構が、前
記校正用認識マークが設けられたヘッドがチップ実装位
置に回転されてきたときに同一の校正用認識マークを読
み取り可能な機構に構成されている、請求項1または2
のチップ実装装置。 - 【請求項4】 前記校正用認識マークが、前記ヘッド
に、該ヘッドに保持されるチップの高さとは異なる高さ
の位置に設けられており、前記第2の認識手段および前
記第1の認識手段による校正用認識マーク読み取り位置
において、ヘッド毎に、該校正用認識マークの高さをヘ
ッドに保持されるチップの高さに合わせるヘッド昇降制
御手段が設けられている、請求項3のチップ実装装置。 - 【請求項5】 チップを保持するヘッドを複数有し、該
複数のヘッドを、円軌道上において、少なくともチップ
を受け取る位置と基板上にチップを実装する位置とを含
む複数の位置に移動させる回転機構を備えたチップ実装
装置におけるアライメント方法において、基板ステージ
上の基板の位置については、前記円軌道上のチップ実装
位置で、第1の認識手段により認識し、各ヘッドに保持
されたチップの位置については、前記円軌道上のチップ
実装位置に至る前のチップ実装位置とは異なる位置で、
第2の認識手段により認識し、両認識手段による基板と
チップの位置情報に基づいて、チップ実装位置における
基板とチップの相対位置を目標精度内に制御することを
特徴とする、チップ実装装置におけるアライメント方
法。 - 【請求項6】 ヘッド側に設けられた校正用認識マーク
を前記第2の認識手段により読み取った後、その校正用
認識マークがヘッドとともにチップ実装位置に回転され
てきたときに該校正用認識マークを前記第1の認識手段
により読み取り、両読み取り情報に基づいて、ヘッド毎
に位置校正量を求める、請求項5のチップ実装装置にお
けるアライメント方法。 - 【請求項7】 前記校正用認識マークを前記ヘッド内に
設け、該校正用認識マークを前記第2の認識手段および
前記第1の認識手段により読み取る際、それぞれの読み
取り位置において、前記ヘッドを昇降させることによ
り、前記校正用認識マークの高さをヘッドに保持される
チップの高さと同一の高さに合わせる、請求項6のチッ
プ実装装置におけるアライメント方法。
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