JP2009038161A - Light emitting element storage package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、LEDという。)等の複数個の発光素子を搭載し収納するための発光素子収納用パッケージに関し、より詳細には、発光素子からの発光を効率的に発光させることができる発光素子収納用パッケージに関する。 The present invention relates to a light emitting element storage package for mounting and storing a plurality of light emitting elements such as light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs), and more particularly, to efficiently emit light from the light emitting elements. The present invention relates to a light emitting element storage package that can emit light automatically.
従来からLED等の発光素子を収容するためには、樹脂や、セラミックで作製された発光素子収納用パッケージが用いられている。一方、一般照明や大画面液晶用バックライト、自動車用ランプ等のような高い光出力を必要とする用途の発光素子は、消費電力が大きくなり、発熱する発光素子の熱を取り除かなければ、発光素子の温度が上昇して発光効率が低下して高い光出力が得られないという問題を有している。このような発光素子を樹脂製の発光素子収納用パッケージに収納した場合には、樹脂の熱伝導率が低いために発光素子への投入電力を増加させて光出力を上げると発生する高熱を取り除くことができず、発光素子の温度が上昇して逆に高い光出力が得られないこととなっている。また、樹脂製のパッケージは、このパッケージを鉛フリー半田等で実装するとき等に更に加熱があるので、樹脂の耐熱性の問題を抱えている。更に、樹脂製のパッケージは、発光素子に紫外光を含む発光素子を多く用いるので、樹脂の耐光性(UV劣化)の問題を抱えている。そこで、最近では、発光素子収納用パッケージには、熱伝導性、耐熱性、耐光性が高く、放熱性に優れるアルミナ(Al2O3)や、窒化アルミニウム(AlN)等からなるセラミック製のパッケージが多く用いられるようになってきている。 Conventionally, in order to accommodate light emitting elements such as LEDs, a light emitting element accommodation package made of resin or ceramic has been used. On the other hand, light-emitting elements that require high light output, such as general lighting, backlights for large-screen LCDs, and lamps for automobiles, consume more power and emit light without removing the heat generated by the light-emitting elements. There is a problem that a high light output cannot be obtained due to a decrease in luminous efficiency due to an increase in temperature of the element. When such a light-emitting element is housed in a resin-made light-emitting element housing package, since the thermal conductivity of the resin is low, the high heat generated when the light output is increased by increasing the input power to the light-emitting element is removed. In other words, the temperature of the light-emitting element rises and a high light output cannot be obtained. In addition, since the resin package is further heated when the package is mounted with lead-free solder or the like, the resin package has a problem of heat resistance of the resin. Furthermore, since the resin package uses many light emitting elements including ultraviolet light as the light emitting elements, there is a problem of light resistance (UV degradation) of the resin. Therefore, recently, a package made of a ceramic made of alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), or the like that has high heat conductivity, heat resistance, light resistance, and excellent heat dissipation is used as the light emitting element storage package. Are increasingly being used.
一方、従来から発光素子収納用パッケージには、明るい光を得るために1つの発光素子収納用パッケージに複数個の発光素子を搭載して全体として輝度を向上させることが行われている。この発光素子収納用パッケージには、平板状のセラミック基板の上面の導体配線パターンにワイヤボンド方式や、フリップチップ方式等で複数個の発光素子を実装している。このワイヤボンド方式とは、発光素子を発光素子収納用パッケージに予め設けるダイボンドパッドに接合させた後、Au線からなるボンディングワイヤを用いて発光素子の上面に設ける電極パッドと、発光素子収納用パッケージのワイヤボンドパッドを接続させる方式である。また、フリップチップ方式とは、発光素子の下面に設ける電極パッドに予めAu−Sn等のろう材を蒸着して、このろう材を介して発光素子収納用パッケージの電極端子パッドに直接発光素子を接続させるようにして発光素子の上面側を解放する方式である。あるいは、フリップチップ方式とは、発光素子の下面に設ける電極パッドに電解めっき法や、転写バンプ法や、ボールボンディング法等でAuバンプを形成し、このAuバンプを介して発光素子収納用パッケージの電極端子パッドに直接発光素子を接続させるようにして発光素子の上面側を解放させる方式である。上記のワイヤボンド方式は、発光素子の上面側にボンディングワイヤが存在することとなり、発光素子からの発光を遮るように作用して発光素子からの発光効率を低下させることとなるので、発光効率の低下を防止するためには、発光素子の上面側を解放させるフリップチップ方式が有利となっている。そして、発光素子収納用パッケージには、複数個の発光素子を囲繞するように反射体が設けられ、全体として輝度を向上させることが行われている。 On the other hand, conventionally, in order to obtain bright light, a plurality of light emitting elements are mounted on one light emitting element storing package to improve brightness as a whole. In this light emitting element storage package, a plurality of light emitting elements are mounted on a conductor wiring pattern on the upper surface of a flat ceramic substrate by a wire bond method, a flip chip method or the like. In this wire bonding method, after a light emitting element is bonded to a die bond pad provided in advance in a light emitting element storage package, an electrode pad provided on the upper surface of the light emitting element using a bonding wire made of Au wire, and a light emitting element storage package The wire bond pad is connected. In the flip chip method, a brazing material such as Au-Sn is vapor-deposited in advance on an electrode pad provided on the lower surface of the light emitting element, and the light emitting element is directly applied to the electrode terminal pad of the light emitting element storage package through the brazing material. In this method, the upper surface side of the light emitting element is released. Alternatively, the flip chip method is a method in which an Au bump is formed on an electrode pad provided on the lower surface of a light emitting element by an electrolytic plating method, a transfer bump method, a ball bonding method, or the like. In this method, the light emitting element is directly connected to the electrode terminal pad to release the upper surface side of the light emitting element. In the above wire bonding method, there is a bonding wire on the upper surface side of the light emitting element, and the light emitting efficiency from the light emitting element is lowered by acting to block the light emission from the light emitting element. In order to prevent the decrease, a flip chip method in which the upper surface side of the light emitting element is released is advantageous. The light-emitting element storage package is provided with a reflector so as to surround a plurality of light-emitting elements, and the luminance is improved as a whole.
従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子をフリップチップ方式で接合するキャビティ部を複数個有する回路基板のキャビティ部の壁面を反射面として、発光素子からの発光効率を向上させることができるようにするパッケージが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子をワイヤボンド方式で接合するキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板のキャビティ部に設ける反射体の壁面を反射面として、発光素子からの発光効率を向上させることができるようにするパッケージが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
更に、従来の発光素子収納用パッケージには、発光素子を容易に位置決めして配列して接合するためのキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板の壁面が垂直からなるキャビティ部に押圧して実装することができるにするパッケージが開示されている(例えば、特許文献4参照)。
The conventional light emitting device storage package can improve the light emission efficiency from the light emitting device by using the wall surface of the cavity portion of the circuit board having a plurality of cavity portions to which the light emitting device is joined by the flip chip method as a reflection surface. A package is disclosed (for example, see Patent Document 1).
Further, in the conventional light emitting element storage package, the light emission efficiency from the light emitting element is obtained by using the reflector wall surface provided in the cavity portion of the ceramic multilayer substrate having a plurality of cavity portions for joining the light emitting elements by wire bonding as a reflecting surface. There is disclosed a package that makes it possible to improve (see, for example, Patent Document 2).
Further, in the conventional light emitting element storage package, the wall surface of the ceramic multilayer substrate having a plurality of cavity parts for easily positioning, arranging and bonding the light emitting elements is pressed and mounted on the vertical cavity part. A package that can be used is disclosed (see, for example, Patent Document 4).
しかしながら、前述したような従来の発光素子収納用パッケージは、次のような問題がある。
(1)複数個の発光素子を平板状の同一面にフリップチップ方式で実装する発光素子収納用パッケージは、隣接する発光素子間で光の干渉が発生し、光が吸収されて全体としての輝度の低下となっている。
(2)特開平11−161197号公報で開示される発光素子収納用パッケージは、フリップチップ方式で発光素子の上面側を解放して発光効率を向上させることができると共に、隣接する発光素子間で光の干渉を防止して光の吸収のない発光を前方に発光させることができるものの、キャビティ部がプリント基板に形成されて熱伝導率が低く発光素子の放熱性と、耐熱性が低くパッケージとしての信頼性に問題があると共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができなくなっている。
(3)特開2004−335518号公報で開示される発光素子収納用パッケージは、隣接する発光素子間で光の干渉を防止して光の吸収のない発光を前方に発光させることができるものの、ワイヤボンド方式で発光素子の上面側のボンディングワイヤの存在で発光効率を低下させると共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができなくなっている。
(4)特開2006−93523号公報で開示される発光素子収納用パッケージは、隣接する発光素子間で光の干渉を防止して光の吸収のない発光をさせることができると共に、フリップチップ方式で発光素子の上面側を解放して発光効率を向上させることができるものの、壁面が垂直からなるキャビティ部で発光を前方に発光させる反射効率が低いと共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができなくなっている。
However, the conventional light emitting element storage package as described above has the following problems.
(1) In a light emitting element storage package in which a plurality of light emitting elements are mounted on the same flat surface by a flip chip method, light interference occurs between adjacent light emitting elements, and the light is absorbed so that the luminance as a whole It is a decline.
(2) The light emitting element storage package disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-161197 can improve the light emission efficiency by releasing the upper surface side of the light emitting element by a flip chip method, and between adjacent light emitting elements. Although it can prevent light interference and emit light without light absorption forward, the cavity part is formed on the printed circuit board, and the thermal conductivity is low, the heat dissipation of the light emitting element and the heat resistance are low, so as a package There is a problem in the reliability of the light emitting device, and it is impossible to improve the light emission efficiency of the entire light emission of the plurality of light emitting elements.
(3) Although the light emitting element storage package disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-335518 can prevent light interference between adjacent light emitting elements and emit light without light absorption forward, In the wire bonding method, the presence of the bonding wire on the upper surface side of the light emitting element reduces the light emission efficiency, and the light emission efficiency of the entire light emission of the plurality of light emitting elements cannot be improved.
(4) The light emitting element storage package disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-93523 can prevent light interference between adjacent light emitting elements and emit light without absorbing light. Although the light emission element can release the upper surface side to improve the light emission efficiency, it has a low reflection efficiency for emitting light forward in the cavity portion whose wall surface is vertical, and the entire light emission of the plurality of light emission elements. The luminous efficiency cannot be improved.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、複数個の隣接する発光素子間の光の干渉を防止すると共に、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させる放熱性と、信頼性の高い発光素子収納用パッケージを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and prevents heat interference between a plurality of adjacent light emitting elements, and improves heat dissipation efficiency of the entire light emission of the plurality of light emitting elements. Another object of the present invention is to provide a highly reliable light-emitting element storage package.
前記目的に沿う本発明に係る発光素子収納用パッケージは、発光素子を囲繞して収納するためのキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板と、セラミック多層基板の上面外周部に接合して複数個のキャビティ部を包含して発光素子からの発光を反射させるための反射体を有する。 A light emitting device storage package according to the present invention that meets the above-described object is provided with a ceramic multilayer substrate having a plurality of cavity portions for surrounding and storing the light emitting devices, and a plurality of bonded to the outer peripheral portion of the upper surface of the ceramic multilayer substrate. A reflector for reflecting light emitted from the light emitting element is included so as to include the cavity portion.
ここで、上記の発光素子収納用パッケージは、キャビティ部の壁面、及び反射体内周側の反射面が上方側の開口を広くするテーパー状からなるのがよい。 Here, the light-emitting element storage package preferably has a tapered shape in which the wall surface of the cavity portion and the reflection surface on the circumferential side of the reflector widen the opening on the upper side.
また、上記の発光素子収納用パッケージは、反射体の高さがキャビティ部の深さより大きいのがよい。 In the light emitting element storage package, the height of the reflector is preferably larger than the depth of the cavity portion.
請求項1又はこれに従属する請求項2又は3記載の発光素子収納用パッケージは、発光素子を囲繞して収納するためのキャビティ部を複数個有するセラミック多層基板と、セラミック多層基板の上面外周部に接合して複数個のキャビティ部を包含して発光素子からの発光を反射させるための反射体を有するので、隣接する発光素子間の光の干渉をセラミック多層基板に形成するキャビティ部で防止すると共に、熱伝導率が高く放熱性に優れ、耐熱性が高く信頼性に優れるセラミック多層基板で放熱性と、信頼性を確保し、しかも、セラミック多層基板の上面外周部に設ける複数個のキャビティ部を包含する反射体で複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができる。
The light emitting element storage package according to
特に、請求項2記載の発光素子収納用パッケージは、キャビティ部の壁面、及び反射体内周側の反射面が上方側の開口を広くするテーパー状からなるので、発光素子からの発光を前方に集中させて発光させることができ、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができる。
In particular, the light-emitting element storage package according to
特に、請求項3記載の発光素子収納用パッケージは、反射体の高さがキャビティ部の深さより大きいので、複数個の発光素子の発光を効率的に反射させて発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができる。
Particularly, in the light emitting element storage package according to
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図1(A)、(B)はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージの平面図、A−A’線縦断面図である。
Subsequently, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention.
Here, FIGS. 1A and 1B are a plan view and a longitudinal sectional view taken along line AA ′ of a light emitting element storage package according to an embodiment of the present invention, respectively.
図1(A)、(B)に示すように、本発明の一実施の形態に係る発光素子収納用パッケージ10は、熱伝導率に優れ、放熱性のよいセラミック多層基板11を基体として用いている。このセラミック多層基板11は、形状を限定するものではないが、外形形状が、例えば、平面視して矩形からなり、中央部にLED等の発光素子12を囲繞して収納するための、例えば、平面視して円形からなるキャビティ部13を複数個有している。このセラミック多層基板11には、通常、アルミナ(Al2O3)や、窒化アルミニウム(AlN)や、低温焼成セラミック等からなる複数枚のセラミックグリーンシートが用いられ、キャビティ部13用の貫通孔を形成した1又は複数枚のセラミックグリーンシートと、平板状の1又は複数枚のセラミックグリーンシートが重ね合わされて積層され、焼成して形成されている。このキャビティ部13は、そこに収納される発光素子12からの発光の側部側への広がりを壁面14で制限でき、隣接する発光素子12間の光の干渉、即ち光の吸収によって発生する輝度の低下を防止することができるように作用している。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a light emitting element storage package 10 according to an embodiment of the present invention uses a ceramic multilayer substrate 11 having excellent thermal conductivity and good heat dissipation as a base. Yes. Although the shape of the ceramic multilayer substrate 11 is not limited, the outer shape is, for example, a rectangular shape in plan view, and surrounds and stores the light emitting element 12 such as an LED in the center, for example, A plurality of cavity portions 13 having a circular shape in plan view are provided. The ceramic multilayer substrate 11 is usually made of a plurality of ceramic green sheets made of alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), low-temperature fired ceramic, and the like, and has a through hole for the cavity portion 13. The formed one or more ceramic green sheets and the flat one or more ceramic green sheets are laminated and laminated and fired. The cavity 13 can limit the spread of light emitted from the light emitting element 12 accommodated in the cavity 13 to the side wall side by the
また、この発光素子収納用パッケージ10は、セラミック多層基板11の上面外周部に接合して複数個のキャビティ部13を包含する平面視して、例えば、円形リング状からなる反射体15を有している。この反射体15には、上記と同様のセラミック製、KV(Fe−Ni−Co系合金、商品名「Kovar(コバール)」)や、42アロイ(Fe−Ni系合金)等のセラミック多層基板と熱膨張係数が近似する金属製、あるいは、樹脂製等が用いられ、特に材質が限定されるものではないが、反射率の高いものが好ましい。そして、通常、反射体15は、ろう材や、ガラスや、樹脂等からなる接合剤でセラミック多層基板11の上面外周部に接合されている。この反射体15内周側の反射面16は、複数個の発光素子12からの発光を全体として反射させることができ、複数個の発光素子12の全体としての発光効率を向上させることができるように作用している。 The light emitting element storage package 10 includes a reflector 15 made of, for example, a circular ring in plan view including a plurality of cavities 13 bonded to the outer periphery of the upper surface of the ceramic multilayer substrate 11. ing. The reflector 15 includes a ceramic multilayer substrate such as KV (Fe—Ni—Co alloy, trade name “Kovar”), 42 alloy (Fe—Ni alloy), etc. A metal or a resin having a similar thermal expansion coefficient is used, and the material is not particularly limited, but a high reflectance is preferable. In general, the reflector 15 is bonded to the outer peripheral portion of the upper surface of the ceramic multilayer substrate 11 with a bonding agent made of brazing material, glass, resin, or the like. The reflecting surface 16 on the inner peripheral side of the reflector 15 can reflect the light emitted from the plurality of light emitting elements 12 as a whole, and can improve the light emitting efficiency of the plurality of light emitting elements 12 as a whole. It is acting on.
上記の発光素子収納用パッケージ10に収納される発光素子12は、実装形態として、特に、制限されるものではないが、キャビティ部13の底部に形成された発光素子接続端子パッド17にバンプ18等を介して接合されるフリップチップ方式で実装するのが好ましい。このフリップチップ方式での実装は、ワイヤボンド方式のようなボンディングワイヤが発光素子12の上面側に存在するというようなことがないので、上面側への発光の発光効率を向上させることができる。上記の発光素子接続端子パッド17の形成は、セラミックグリーンシートにタングステン(W)や、モリブデン(Mo)等からなる高融点金属からなる導体ペーストを用いてスクリーン印刷でパターンを形成し、セラミックと、導体金属を還元雰囲気中の1550℃程度(セラミックがAl2O3の場合)の高温で同時焼成することで形成することができる。なお、発光素子接続端子パッド17と電気的に導通状態とする外部接続端子パッド19を含む導体配線パターン20や、ビア21等は、発光素子接続端子パッド17の形成と同時に形成している。また、図示しないが、セラミック多層基板11の上面外周部に接合される反射体15が金属からなる場合には、上記と同様に反射体15が接合される部位のセラミック多層基板11の上面に導体パターンを形成することで、ろう材との接合を可能としている。
The light emitting element 12 housed in the light emitting element housing package 10 is not particularly limited as a mounting form, but the light emitting element
上記の発光素子収納用パッケージ10のキャビティ部13の壁面14は、上方側の開口を広くするテーパー状からなるのがよい。また、上記の発光素子収納用パッケージ10の反射体15内周側の反射面16は、上記のキャビティ部13の壁面14と同様に、上方側の開口を広くするテーパー状からなるのがよい。このキャビティ部13の壁面14、及び反射体15内周側の反射面16をテーパー状とする発光素子収納用パッケージ10に収納された発光素子12は、それぞれの発光素子12からの発光を前方に集中させて発光させることができ、複数個の発光素子12の全体の発光の発光効率を向上させることができるように作用している。なお、キャビティ部13の壁面14と、反射体15内周側の反射面16のテーパー角度は、特に制限されるものではないが、両方が略同じ角度か、反射体15の方が鋭角からなるのが好ましい。これにより、複数個の発光素子12からの発光は、より前方に集中させて発光させることが可能となる。
The
上記の発光素子収納用パッケージ10の反射体15の高さhは、キャビティ部13の深さdより大きい、h>dであるのがよい。発光素子収納用パッケージ10は、キャビティ部13の深さdより大きい反射体15の高さhによって、発光素子からの発光を前方に集中させて発光させることができ、複数個の発光素子の全体の発光の発光効率を向上させることができるように作用している。 The height h of the reflector 15 of the light emitting element storage package 10 is preferably greater than the depth d of the cavity portion 13 and h> d. The light emitting element storage package 10 can emit light by concentrating the light emitted from the light emitting elements forward by the height h of the reflector 15 which is larger than the depth d of the cavity portion 13. It is acting so that the light emission efficiency of the light emission can be improved.
ここで、発光素子収納用パッケージ10のセラミック多層基板11に、セラミックの一例であるアルミナを用いた場合の作製方法を簡単に説明する。この作製には、先ず、アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及び、トルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤が加えられ、十分に混練した後、脱泡して粘度2000〜40000cpsのスラリーが作製される。次に、スラリーは、ドクターブレード法等によって、例えば、厚み0.25mmのロール状のシートに形成され、適当なサイズにカットして複数枚のセラミックグリーンシートが作製される。 Here, a manufacturing method when alumina, which is an example of ceramic, is used for the ceramic multilayer substrate 11 of the light emitting element storage package 10 will be briefly described. For this preparation, first, a powder obtained by adding an appropriate amount of a sintering aid such as magnesia, silica, calcia to alumina powder, a plasticizer such as dioctyl phthalate, a binder such as acrylic resin, and toluene, xylene, alcohol A solvent such as the like is added and sufficiently kneaded, and then defoamed to produce a slurry having a viscosity of 2000 to 40000 cps. Next, the slurry is formed into a roll sheet having a thickness of, for example, 0.25 mm by a doctor blade method or the like, and cut into an appropriate size to produce a plurality of ceramic green sheets.
そして、それぞれのセラミックグリーンシートには、打ち抜き金型やパンチングマシーン等を用いて、それぞれの所定位置にキャビティ部13用の貫通孔や、上層と下層との間の導通を形成するためのビア16用の貫通孔が穿設される。次いで、セラミックグリーンシートには、タングステンや、モリブデン等からなる導体ペーストを用いてスクリーン印刷でビア21用の貫通孔に充填したり、発光素子12と電気的に導通状態とするために表面に導体配線パターン20用や、発光素子接続端子パッド17用や、外部接続端子パッド19用等の導体印刷パターンが形成される。これらの印刷が完了したセラミックグリーンシートは、複数枚が重ね合わされ積層体が形成される。そして、次に、高融点金属と、セラミックグリーンシートとを還元性雰囲気の焼成炉で同時焼成してセラミック多層基板11が作製されている。
In each ceramic green sheet, a punching die, a punching machine, or the like is used to form a through hole for the cavity portion 13 in each predetermined position, or a via 16 for forming conduction between the upper layer and the lower layer. A through-hole is drilled. Next, the ceramic green sheet is filled with a conductive paste made of tungsten, molybdenum, or the like into a through hole for the via 21 by screen printing, or a conductor is formed on the surface so as to be electrically connected to the light emitting element 12. Conductor printing patterns for the
本発明の発光素子収納用パッケージは、LED等の発光素子を搭載させて発光効率のよい照明や、ディスプレイ等に用いることができる。 The light-emitting element storage package of the present invention can be used for lighting, a display, or the like with a light-emitting element such as an LED mounted thereon.
10:発光素子収納用パッケージ、11:セラミック多層基板、12:発光素子、13:キャビティ部、14:壁面、15:反射体、16:反射面、17:発光素子接続端子パッド、18:バンプ、19:外部接続端子パッド、20:導体配線パターン、21:ビア 10: Light emitting element storage package, 11: Ceramic multilayer substrate, 12: Light emitting element, 13: Cavity part, 14: Wall surface, 15: Reflector, 16: Reflecting surface, 17: Light emitting element connection terminal pad, 18: Bump, 19: External connection terminal pad, 20: Conductor wiring pattern, 21: Via
Claims (3)
Priority Applications (1)
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