JP2005057125A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント回路基板等の回路基板に配置したときの配線抵抗を低減させた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device with reduced wiring resistance when placed on a circuit board such as a printed circuit board.
従来の半導体装置では、半導体集積回路の内部電極であるグランド或いは電源電極の取り出し口は半導体集積回路の周辺部に配置されるのが一般的であり、そのため半導体集積回路の内部の素子から非常に細いアルミニュウムや銅の金属配線で半導体集積回路の周辺部に配置された電極取り出し口に接続する必要があった。また、半導体集積回路の電極取り出し口とプリント回路基板等の回路基板の電極との接続は、半導体集積回路の電極と銅合金等のリードと呼ばれ金属板或いはバンプ又はランドを金あるいはアルミニュウム又は銅のワイヤーで接合するか、又は金、はんだ、スズ等のバンプで接合して行い、かつ半導体集積回路、半導体集積回路の電極とリード、バンプ、又はランドとの接合部、リード又はバンプ又はランド等を機械的ストレス等から保護するため、エポキシ樹脂、ポリイミドなどの合成樹脂で封止している。
なお、稀には半導体集積回路の中央付近に内部電極の取り出し口を設け、そこからワイヤーでリードに接続する場合もある。
In a conventional semiconductor device, a ground or power supply electrode, which is an internal electrode of a semiconductor integrated circuit, is generally arranged at a peripheral portion of the semiconductor integrated circuit. It was necessary to connect to the electrode lead-out port arranged in the peripheral part of the semiconductor integrated circuit with thin aluminum or copper metal wiring. In addition, the connection between the electrode outlet of the semiconductor integrated circuit and the electrode of the circuit board such as a printed circuit board is called a lead of a semiconductor integrated circuit and a copper alloy or the like, and a metal plate or bump or land is made of gold, aluminum or copper. Bonded with a wire, or bonded with a bump such as gold, solder, tin, etc., and a semiconductor integrated circuit, a junction between a semiconductor integrated circuit electrode and a lead, bump, or land, a lead, bump, or land Is sealed with a synthetic resin such as epoxy resin or polyimide.
In rare cases, a lead-out port for the internal electrode may be provided near the center of the semiconductor integrated circuit, and the lead may be connected to the lead from there.
図9は、特定の文献に記載されたものではないが従来の半導体装置1の1例を模式的に示す断面図である。半導体装置1の半導体集積回路10は接着剤又ははんだによりダイパッド12上に取り付けられており、かつ図中上部、即ちその能動面上には保護膜26が形成されていると共に、その保護膜26の複数の電極取り出し口22,24を通して半導体集積回路10の一端が内部電極に接続された金属配線20の他端に接続されたワイヤー18がリード16に接続されており、かつエポキシ樹脂等で樹脂封止18されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of a conventional semiconductor device 1 that is not described in a specific document. The semiconductor integrated
このように従来の半導体装置1は、半導体集積回路10の内部電極(内部素子)から半導体集積回路の周辺部に配置された電極取り出し口22まで非常に細い金属配線20で接続し、かつ半導体集積回路10の電極取り出し口22,24からワイヤー18でリード16に接続する必要があったため、配線長が長くなり、その分電気抵抗値の増加を招き、特性劣化の要因となっていた。
また、半導体集積回路の中央付近に電極取り出し口を設けた構造の半導体集積回路では、前記構造の半導体装置よりも配線抵抗を若干低減することができるが、電極取り出し口とリードとを金属細線で接続しなければならずかつその細線長が長くなるため、いずれにしろ電気抵抗値の増大を招き、特性劣化の要因となっていた。
加えて、近年は半導体集積回路の微細化が益々進んだ結果、金属配線、金属細線は益々細くなる傾向にあるため、この要因による特性劣化も益々顕著になりつつある。
なお、半導体装置において、ICチップに金属突起(金属バンプ)を設け、この金属突起に金属部材(金属棒)を載置して、両者を例えば非導電性接着等で固定して、金属棒端部を露出させた構造の半導体装置が知られているが(特許文献1参照)、これは専ら放熱を目的としたものであって、金属棒はICチップの電極に接続されてものではない。
As described above, the conventional semiconductor device 1 is connected by the very
Further, in a semiconductor integrated circuit having a structure in which an electrode lead-out port is provided near the center of the semiconductor integrated circuit, the wiring resistance can be slightly reduced as compared with the semiconductor device having the above structure, but the electrode lead-out port and the lead are made of thin metal wires. Since it has to be connected and the length of the thin wire becomes long, the electrical resistance value is increased anyway, which causes deterioration of characteristics.
In addition, in recent years, as the miniaturization of semiconductor integrated circuits has progressed, metal wiring and metal thin wires tend to become thinner. Therefore, characteristic deterioration due to this factor is becoming more and more remarkable.
In a semiconductor device, a metal protrusion (metal bump) is provided on an IC chip, a metal member (metal bar) is placed on the metal protrusion, and both are fixed by, for example, non-conductive bonding, and the end of the metal bar A semiconductor device having a structure in which a portion is exposed is known (see Patent Document 1), but this is exclusively for heat dissipation, and the metal rod is not connected to the electrode of the IC chip.
本発明は従来の半導体装置における上記問題を解決すべくなされたものであって、その目的は、半導体装置の半導体集積回路内部の素子からプリント基板等の外部端子までの配線抵抗を大幅に改善し、特性劣化を最小限に止めることである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in conventional semiconductor devices, and its purpose is to greatly improve the wiring resistance from the elements inside the semiconductor integrated circuit of the semiconductor device to the external terminals such as a printed circuit board. It is to minimize the deterioration of characteristics.
上記目的を達成するため、
請求項1の発明は、半導体集積回路と、該半導体集積回路の電極端子と基板電極とを接続する導電手段を有し、樹脂封止した半導体装置において、上記半導体集積回路上に順に積層して設けた保護膜及び金属膜を有し、該金属膜が上記保護膜の開孔部分で半導体集積回路の内部電極と接続し、かつ該金属膜を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項2の発明は、請求項1に記載された半導体装置において、上記金属膜が応力緩和層を備えていることを特徴とする半導体装置である。
請求項3の発明は、請求項2に記載された半導体装置において、上記金属膜は第1及び第2の金属膜からなり、該第1及び第2の金属膜は上記応力緩和層を介在させて少なくとも1箇所で接続されており、上記第2の金属膜を半導体装置の表面、若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項4の発明は、請求項1に記載された半導体装置において、上記第1の金属膜に接合された金属板を有し、かつ該金属板を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項5の発明は、請求項2又は3に記載された半導体装置において、上記第2の金属膜に接合された金属板を有し、かつ該金属板を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項6の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載された半導体装置において、上記第1及び第2の金属膜は金、アルミニュウム、銅又はそれを主成分とする合金からなり、上記応力緩和層はポリイミド、エポキシ樹脂、その他のエラストマー又はプラストマーであることを特徴とする半導体装置である。
請求項7の発明は、請求項1ないし6に記載された半導体装置において、半導体集積回路を搭載したダイパッドを有し、該ダイパッドを半導体装置の表面若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項8の発明は、請求項1ないし7のいずれかに記載された半導体装置において、半導体装置の表面あるいは裏面側で上記封止樹脂から露出させた金以外の金属膜又は金属板の表面にメッキ層を有することを特徴とする半導体装置である。
To achieve the above objective,
The invention according to claim 1 is a semiconductor device having a semiconductor integrated circuit and conductive means for connecting an electrode terminal of the semiconductor integrated circuit and a substrate electrode, and is sequentially laminated on the semiconductor integrated circuit in a resin-sealed semiconductor device. A protective film and a metal film provided; the metal film is connected to an internal electrode of the semiconductor integrated circuit at an opening portion of the protective film; and the metal film is sealed on the front or back side of the semiconductor device. A semiconductor device characterized by being exposed from a resin.
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the metal film includes a stress relaxation layer.
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device of the second aspect, the metal film includes first and second metal films, and the first and second metal films interpose the stress relaxation layer. The semiconductor device is characterized in that the second metal film is exposed from the sealing resin on the front surface or the back surface side of the semiconductor device.
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the semiconductor device includes a metal plate bonded to the first metal film, and the metal plate is sealed on the front surface or the back surface side of the semiconductor device. A semiconductor device characterized by being exposed from a resin.
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second or third aspect, the semiconductor device includes a metal plate bonded to the second metal film, and the metal plate is disposed on the front surface or the back surface side of the semiconductor device. A semiconductor device characterized by being exposed from a sealing resin.
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the first and second metal films are made of gold, aluminum, copper, or an alloy mainly containing the metal film. The stress relaxation layer is a semiconductor device characterized by being made of polyimide, epoxy resin, other elastomer or plastomer.
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects, the semiconductor device further includes a die pad on which a semiconductor integrated circuit is mounted, and the die pad is exposed from the sealing resin on a front surface or a back surface side of the semiconductor device. This is a semiconductor device.
According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to seventh aspects, the surface of the semiconductor device is exposed on the surface of the metal film or metal plate other than gold exposed from the sealing resin on the front surface or back surface side. A semiconductor device having a plating layer.
本発明によれば、(1)半導体装置内部の半導体集積回路の任意の場所から内部電極を最短距離で基板電極に接合することが可能となり、配線抵抗を非常に小さくすることができる。これにより高速かつ小型化した半導体装置を安定して動作させることができる。また、金属膜又は金属板により半導体集積回路で発生した熱を効率よく放熱することができる。
(2)金属膜に応力緩和膜を備えることにより、半導体集積回路で発生した熱による半導体装置内部における熱応力を緩和し、結合した各要素間の剥離等による故障を防止することができる。
According to the present invention, (1) the internal electrode can be joined to the substrate electrode from the arbitrary position of the semiconductor integrated circuit inside the semiconductor device at the shortest distance, and the wiring resistance can be extremely reduced. As a result, the semiconductor device reduced in speed and size can be stably operated. Further, the heat generated in the semiconductor integrated circuit can be efficiently radiated by the metal film or the metal plate.
(2) By providing the metal film with the stress relaxation film, the thermal stress inside the semiconductor device due to the heat generated in the semiconductor integrated circuit can be relaxed, and failure due to separation between the coupled elements can be prevented.
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図であり、従来のものと同一の箇所には同一の番号を付してある。即ち、半導体装置1の半導体集積回路10は接着剤又ははんだによりダイパッド12上に取り付けられており、かつ図中上部、即ちその能動面上には保護膜26が形成されている。また、その保護膜26の複数の電極取り出し口22,24を介して半導体集積回路10の金属配線20に接続されたワイヤー18がリード16に接続されており、半導体集積回路10、ダイパッド12,ワイヤー18金属配線20,保護膜26等がエポキシ樹脂28により封止されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same portions as those of the conventional one. That is, the semiconductor integrated
ここで、本実施形態では、半導体集積回路10の能動面には従来の電極取り出し口22,24に加えて半導体集積回路10の任意の場所に半導体集積回路の少なくともグランドライン若しくは電源ラインのどちらか一方を取り出す電極取り出し口32を一箇所あるいは複数箇所設け、その部分の保護膜26は除去されている。保護膜26上には、半導体集積回路10の外部端子との接続を行う電極取り出し口32以外の保護膜26の開孔部を除く部分に、蒸着法、若しくはメッキ法で金、アルミニュウム、銅又はそれらを主成分とする合金でできた金属膜を形成している。形成する金属膜の大きさは、半導体集積回路の外部端子との接続を行う電極取り出し口32以外の保護膜の開孔部を除く領域の概ね60〜80%が望ましい。これにより半導体集積回路のグランドライン又は電源ラインのどちらか一方は保護膜26の上に形成された金属膜30と接合される。
この金属膜30は半導体装置1を覆うエポキシ樹脂28から露出しており、この露出した金属膜30とプリント基板の電極(図示せず)とを接続させることにより、従来のように長い金属配線を用いずに半導体集積回路10の電極(電源又はグランド電極)に接続することができる。また、半導体集積回路10で発生した熱を金属膜30を介して外部に放熱することができる。
Here, in the present embodiment, on the active surface of the semiconductor integrated
The
図2は本発明の半導体装置の第2の実施形態を示す模式的断面図である。この実施形態では基本構造は図1に示した半導体装置と同様であり、ただ、第1の実施形態に係る半導体装置1における金属膜30に代えて、半導体集積回路10と半導体装置1の露出部との応力を緩和するために保護膜26の上に形成させた金属膜30aの上にさらにポリイミド等の応力緩和膜34を設け、さらにその上に蒸着法、若しくはメッキ法等で例えば、金、アルミニュウム、銅又はこれらを主成分とする合金でできた金属膜30bを形成させている。半導体集積回路からみて上層の金属膜30bは半導体装置1を封止するエポキシ樹脂28から露出しており、この露出した金属膜30bとプリント基板の電極(図示せず)とを接続させ、下層の金属膜30aと上層の金属膜30bは少なくとも1箇所で接続されている。この構成により、前記第1の実施形態と同様に従来のように長い金属配線を用いずに半導体集積回路10の内部電極(内部素子)を電源又はグランドラインに接続することができるだけでなく、応力緩和層34を備えているので、動作時と非動作時に半導体装置1が加熱と冷却を繰り返すことで、同装置1内部の各要素間の熱膨張率の差により接合部分が剥離して半導体装置1が破損したり或いは接続不良を起こすなどの問題が生じることはない。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the semiconductor device of the present invention. In this embodiment, the basic structure is the same as that of the semiconductor device shown in FIG. 1. However, instead of the
図3は本発明の半導体装置の第3の実施形態を示す模式的断面図である。この実施形態は、第1の実施形態に係る半導体装置1における金属膜30上に金、銅などの金属板40を配置した構造である。この構造は、半導体集積回路10と半導体装置1の表面、あるいは裏面までに距離があり、金属膜30で半導体装置1の表面あるいは裏面に露出させるには生産性的にも経済的にも好ましくない場合に好適であって、金属膜の上に例えば、金、アルミニュウム、銅或いはこれらを主成分とする合金でできた金属板を接合して、その金属板を半導体装置の表面あるいは裏面に露出させている。
この構成により、前記第1の実施形態と同様に従来のように長い金属配線を用いずに半導体集積回路10の内部電極を電源又はグランドラインに接続することができるだけでなく、金属板40はヒートシンクとして機能するから半導体集積回路で発生した熱を一層促進することができる。また、金属膜30と金属板40の接合は金−スズ接合、高温はんだ接合が望ましい。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the semiconductor device of the present invention. This embodiment has a structure in which a
With this configuration, as in the first embodiment, the internal electrode of the semiconductor integrated
図4は本発明の半導体装置の第4の実施形態を示す模式的断面図である。
この実施形態は、第2の実施形態における上層金属層30bの上に第3の実施形態における金属板40を配置した構造である。
即ち、保護膜26の上に形成させた金属膜30aの上にさらにポリイミド等の応力緩和膜34を設け、その上に蒸着法、若しくはメッキ法等で例えば、金、アルミニュウム、銅又はこれらを主成分とする合金でできた金属膜30bを形成させ、更にその上に金属板40を配置した構造である。この場合も、下層の金属膜30aと上層の金属膜30bは少なくとも1箇所で接続されている。
従って、この実施形態の半導体装置1は、第2及び第3の実施形態の備えた前記作用効果を合わせて備えている。即ち、従来のように長い金属配線を用いずに半導体集積回路10を電源又はグランドラインに接続することにより、さらに、ヒートシンクとなる金属板40により半導体集積回路からの放熱が一層促進されるだけでなく、応力緩和膜34により熱応力が緩和されるため、接合部の剥離や隙間の形成が確実に防止でき、半導体装置1は破損することなく常に安定した動作を行うことができる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention.
In this embodiment, the
That is, a
Therefore, the semiconductor device 1 of this embodiment is provided with the above-described effects provided in the second and third embodiments. That is, by connecting the semiconductor integrated
図5は、本発明の半導体装置1の第5の実施形態を示す模式的断面図である。この実施形態は、第4の実施形態においてダイパッド12の下側を封止用エポキシ樹脂から露出させて、ダイパッド12が回路基板に直接接触するように構成されている。そのため、第4の実施形態の作用効果に加え、半導体集積回路10で発生した熱はダイパッド12を通じて回路基板に放熱することができ、その分放熱効率が向上するとの作用効果を得ることができる。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a fifth embodiment of the semiconductor device 1 of the present invention. In this embodiment, the lower side of the
図6は本発明の半導体装置1の第6の実施形態を示す模式的断面図であり、図5に示す半導体装置1におけるダイパッド12、半導体集積回路10、保護膜26、第1金属膜30a、応力緩和膜34、第2の金属膜30b、金属板40を天地逆向きに配置してワイヤー18を介してリード16に接続している。
この構造では、金属板が直接プリント回路基板に直接接続されるから配線抵抗を一層低減することができ、かつ、金属板の熱が直接回路基板に放熱されるとともに、ダイパッド12も封止樹脂から露出するよう構成されているため、ダイパッド12からの放熱も促進される。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a sixth embodiment of the semiconductor device 1 of the present invention. The
In this structure, since the metal plate is directly connected to the printed circuit board, the wiring resistance can be further reduced, the heat of the metal plate is directly radiated to the circuit board, and the
図7は本発明の半導体装置1の第7の実施形態を示す模式的断面図であり、図4に示す半導体装置1におけるダイパッド12、半導体集積回路10、保護膜26、第1金属膜30a、応力緩和膜34、第2の金属膜30b、金属板40を天地逆向きに配置してワイヤー18を介してリード16に接続している。
この構造でも、金属板が直接プリント回路基板に接続されるため、一層短距離で回路基板の電極に接続することができ、その分抵抗を低減することができる。その他の作用効果は図4に記載されたものと同様である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a seventh embodiment of the semiconductor device 1 of the present invention. The
Even in this structure, since the metal plate is directly connected to the printed circuit board, the metal plate can be connected to the electrode of the circuit board at a shorter distance, and the resistance can be reduced accordingly. Other functions and effects are the same as those described in FIG.
図8は本発明の半導体装置1の第8の実施形態を示す模式的断面図であり、この実施形態では、ワイヤー18をダイパッド12に接合し、かつダイパッド12の下側に複数のバンプ42を設けて、この複数のバンプ42を介して例えばプリント回路基板の電極に接続される。その他の構成は図5に示す半導体装置1と同様であり、その作用効果もそれと同様である。
以上の各実施形態において、封止樹脂から露出させた金属膜30又は金属板40が金以外のときは、半導体装置1の内部を保護してその腐食防止等をするため、露出させた金属膜30又は金属板40の表面に金若しくははんだ或いはスズメッキを施すことが望ましい。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an eighth embodiment of the semiconductor device 1 of the present invention. In this embodiment, the
In each of the above embodiments, when the
1…半導体装置、10…半導体集積回路、12…ダイパッド、14…接着剤又ははんだ、16…リード、18…ワイヤー、22,24…電極取り出し口、26…保護膜、30…金属膜、32…グランド又は電源ライン、34…応力緩和膜、40…金属板、42…バンプ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 10 ... Semiconductor integrated circuit, 12 ... Die pad, 14 ... Adhesive or solder, 16 ... Lead, 18 ... Wire, 22, 24 ... Electrode extraction port, 26 ... Protective film, 30 ... Metal film, 32 ... Ground or
Claims (8)
上記半導体集積回路上に順に積層して設けた保護膜及び金属膜を有し、該金属膜が上記保護膜の開孔部分で半導体集積回路の内部電極と接続し、かつ該金属膜を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having a semiconductor integrated circuit and a resin-sealed semiconductor device having conductive means for connecting the electrode terminal of the semiconductor integrated circuit and a substrate electrode,
A protective film and a metal film, which are sequentially stacked on the semiconductor integrated circuit; the metal film is connected to an internal electrode of the semiconductor integrated circuit at an opening portion of the protective film; and the metal film is connected to the semiconductor A semiconductor device characterized by being exposed from the sealing resin on the front surface or back surface side of the device.
上記金属膜が応力緩和層を備えていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein the metal film includes a stress relaxation layer.
上記金属膜は第1及び第2の金属膜からなり、該第1及び第2の金属膜は上記応力緩和層を介在させて少なくとも1箇所で接続されており、上記第2の金属膜を半導体装置の表面、若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
The metal film is composed of first and second metal films, and the first and second metal films are connected at least at one position with the stress relaxation layer interposed therebetween, and the second metal film is connected to a semiconductor. A semiconductor device which is exposed from the sealing resin on the front surface or back surface side of the device.
上記第1の金属膜に接合された金属板を有し、かつ該金属板を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device comprising: a metal plate bonded to the first metal film, wherein the metal plate is exposed from a sealing resin on a front surface or a back surface side of the semiconductor device.
上記第2の金属膜に接合された金属板を有し、かつ該金属板を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 or 3,
A semiconductor device comprising: a metal plate bonded to the second metal film, wherein the metal plate is exposed from a sealing resin on a front surface or a back surface side of the semiconductor device.
上記第1及び第2の金属膜は金、アルミニュウム、銅又はそれを主成分とする合金からなり、
上記応力緩和層はポリイミド、エポキシ樹脂、その他のエラストマー又はプラストマーであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first and second metal films are made of gold, aluminum, copper, or an alloy based on it,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is made of polyimide, epoxy resin, other elastomer or plastomer.
半導体集積回路を搭載したダイパッドを有し、該ダイパッドを半導体装置の表面若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein:
A semiconductor device having a die pad on which a semiconductor integrated circuit is mounted, wherein the die pad is exposed from the sealing resin on a front surface or a back surface side of the semiconductor device.
半導体装置の表面あるいは裏面側で上記封止樹脂から露出させた金以外の金属膜又は金属板の表面にメッキ層を有することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device having a plating layer on the surface of a metal film or metal plate other than gold exposed from the sealing resin on the front surface or back surface side of the semiconductor device.
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