JP2009188079A - ダイボンダおよびダイボンディング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】稼動中において温度変動があっても、チップを高精度にボンディングすることができるダイボンダおよびダイボンディング方法を提供する。
【解決手段】チップ11を吸着しているコレット13をボンディングポジションまで搬送し、ボンディングポジションQでコレット13を鉛直方向に沿って下降させて基材12にチップ11をボンディングする。ボンディングポジションにおいてコレット吸着面13aの高さを検出し、コレット吸着面13aの高さに基づいてボンディングポジションQでの鉛直方向移動量のフィードバック制御を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、リードフレーム等に半導体チップ等をマウントするダイボンダおよびダイボンディング方法に関するものである。
ダイボンダ(例えば、特許文献1および特許文献2)は、ピックアップポジションでチップ(半導体チップ)をコレットにてピックアップし、ボンディングポジションで基材にチップをボンディングするものである。
半導体チップは、まず、シリコンウェーハなどに多数個の半導体素子を形成する。その後、この多数個の半導体素子を形成したウェーハを粘着シートに貼着して、半導体素子間をダイシングによって切断分離して、多数個の半導体チップを製造する。次に、粘着シートを放射方向に伸展させて半導体チップ間の間隔を広げた状態で、粘着シートの周縁部分を金属リングに固定して、粘着シートから半導体チップをコレット(吸着ノズル)で吸着する。これによってピックアップして、リードフレームなどの基材位置に移送して基材にボンディングしている。
すなわち、図4に示すように、このコレット1は、図示省略の移動機構を介して、ピックアップポジションP上での矢印A方向の上昇および矢印B方向の下降と、ボンディングポジションQ上での矢印C方向の上昇および矢印D方向の下降と、ピックアップポジションPとボンディングポジションQとの間の矢印E、F方向の往復動とが可能とされる。そして、移動機構は、例えばマイクロコンピュータ等にて構成される制御手段にて前記矢印A、B、C、D、E、Fの移動が制御される。ピックアップポジションがボンディングポジションよりも高位となっている場合が多い。
ところで、図4に示すように、シリコン裏面に接着層2を持つチップ3をボンディングする場合、リードフレームなどの基材4を例えばヒータレール5等の加熱手段にて加熱する必要がある。そして、コレット1に保持されているチップ3を所定時間の間、所定の荷重をかけることで押し付けて、必要とする接合強度を得ていた。
また、前記移動機構はコレット1をX軸(水平方向軸)、Y軸(X軸と直交する水平方向軸)、及びZ軸(鉛直方向軸)に沿った移動を可能とするものであり、稼動前にティーチングを実行するのが通常である。
この場合、稼動前にマウントポジション(ボンディングポジション)での下死点位置(最下点)のマニュアル設定を実施するものである。
特開2003−174042号公報
前記のように、リードフレームを例えばヒータレール5等の加熱手段にて加熱する場合、リードフレームは、半田の融点以上に加熱する必要がある。そして、複数の半導体チップの搬送が行われる。このため、この温度環境により、稼動開始時と稼動途中とではコレットやコレットを支持しているコレットホルダ等の温度が相違し、ボンディングポジションQでの下降開始時のコレットの吸着面高さが稼動開始時と稼動途中とでは変動する。
したがって、稼動開始時から稼動終了時まで、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップに負荷できなかったり、荷重をチップにかけすぎたりするおそれがある。すなわち、図5に示すように、実線で示す状態でティーチングを行えば、この実線で示す状態から所定量Hだけ下降することになる。この場合、コレット先端面(吸着面)1aの位置(実線で示す位置)を、稼動開始時での位置と稼動最終時の位置との中間位置としている。このため、ボンディングポジションQでの最上点において、例えば、コレット1の吸着面1aが仮想線1a1で示すような位置となったり、仮想線1a2で示すような位置となったりする。このような場合であっても、コレット1は前記所定量Hだけ下降することになる。
仮想線1a1に示すように、正規位置(基準位置)よりも吸着面1aが低位となった場合、最下点が設定した位置よりも低位となってチップ1に過大な荷重を負荷することになる。逆に、仮想線1a2に示すように、正規位置よりも吸着面が高位となった場合、最下点が設定した位置よりも高位となって、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップに負荷できないことになる。
本発明は、上記課題に鑑みて、稼動中において温度変動があっても、チップを高精度にボンディングすることができるダイボンダおよびダイボンディング方法を提供する。
本発明のダイボンダは、チップを吸着しているコレットをボンディングポジションまで搬送し、このボンディングポジションでコレットを鉛直方向に沿って下降させて基材にチップをボンディングするダイボンダにおいて、ボンディングポジションにおいてコレット吸着面の高さを検出する高さ検出手段と、この高さ検出手段にて検出されたコレット吸着面の高さに基づいてボンディングポジションでのコレットの鉛直方向移動量を制御する制御手段とを備えたものである。
本発明のダイボンダによれば、高さ検出手段にて、ボンディングポジションにおいてコレット吸着面の高さを検出することができる。また、この検出したコレット吸着面の高さに基づいて制御手段にてボンディングポジションでのコレットの鉛直方向移動量を制御することになる。すなわち、温度変動等があっても、ボンディングポジションでの鉛直方向移動の最下点でのコレット吸着面の高さ位置を一定とすることができ、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップに負荷できる。
制御手段は、予め設定された移動方向及び移動量に従ってコレットが移動するように制御する基本制御手段と、前記高さ検出手段にて検出した高さに基づいて前記基本制御手段のボンディングポジションでのコレットの鉛直方向移動量をフィードバック制御する補正制御手段とを備えるのが好ましい。
コレットは、基本制御手段によって、予め設定された移動方向及び移動量に従って移動することができ、安定したボンディング作業を行うことができる。また、温度等の影響を受けて、コレットの吸着面が基準位置に対して変動(変位)したときは、補正制御手段にて、この変動(変位)に応じて、ボンディングポジションでの鉛直方向移動量を変更することができる。
ところで、ピックアップポジションでは、通常、突き上げピンにてチップを突き上げ、その状態で下降してきたコレットの吸着面にチップが吸着される。このため、最下点でのコレット吸着面の高さ位置が相違すれば、チップの吸着(受渡)作業に支障をきたすことになる。すなわち、最下点でのコレット吸着面の高さ位置が基準設定位置よりも低ければ、突き上げピンとコレット吸着面との間にチップが挟まった状態となって、チップが突き上げピンによって傷付いたりする場合がある。逆に、最下点でのコレット吸着面の高さ位置が基準設定位置よりも高ければ、チップが吸着面に吸着しなかったり、吸着しても位置がずれた状態であったりする。
そこで、ピックアップポジションにおいてコレット吸着面の高さを検出する高さ検出手段と、この高さ検出手段にて検出されたコレット吸着面の高さに基づいてピックアップポジションでのコレットの鉛直方向移動量を制御する制御手段とを備えたものであってもよい。
このように、ピックアップポジション側における鉛直方向移動量を制御するものでは、稼動中にコレット吸着面の高さ位置に変動があっても、ピックアップするのに最適な鉛直方向移動量でもってチップをピックアップすることができる。
本発明のダイボンディング方法は、チップを吸着しているコレットをボンディングポジションまで搬送し、このボンディングポジションでコレットを鉛直方向に沿って下降させて基材にチップをボンディングするダイボンディング方法において、ボンディングポジションにおいてコレット吸着面の高さを検出し、そのコレット吸着面の高さに基づいてボンディングポジションでの鉛直方向移動量のフィードバック制御を行うものである。
本発明のダイボンディング方法によれば、コレットの吸着面が基準位置に対して変動(変位)したとしても、この変動(変位)に応じて、ボンディングポジションでの鉛直方向移動量を変更することができる。このため、稼動中においても、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップに負荷できる。
フィードバック制御をボンディング毎に行うようにしても、所定ボンディング回数毎に行うようにしてもよい。
特に、チップのピックアップポジションにおけるウェーハリング交換直後においては、前回のウェーハに対するボンディング工程から比較的長時間経過しており、ボンディングボジションでのコレット吸着面の高さが大きく変動しているおそれがある。このため、ウェーハリング交換直後においてフィードバック制御を行うのが好ましい。
チップのピックアップポジションにおける温度低下に基づいて、ピックアップポジションでの鉛直方向の移動量を制御するようにすることも可能である。
本発明では、温度変化の影響を受けて、稼動開始時と稼動途中とで、コレット吸着面の高さが変動しても、ボンディングポジションでの鉛直方向移動量としては、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップに負荷できる量となる。このため、稼動開始から稼動終了まで、安定して高精度のボンディング作業を行うことができ、品質のバラツキが少なくなる。
基本制御手段と補正制御手段とを備えたものでは、ボンディングポジションでの鉛直方向移動量の補正の信頼性の向上を図ることができる。
ピックアップポジション側における鉛直方向移動量を制御するようにすれば、稼動中にコレット吸着面の高さ位置に変動があっても、ピックアップするのに最適な鉛直方向移動量でもってチップをピックアップすることができる。このため、チップを高品質状態に保持できるともに、ダイボンディング作業の安定化を図ることができる。
フィードバック制御をボンディング毎に行うようにした場合、全ボンディング工程を高精度に行うことができる。通常、ボンディング毎にコレット吸着面の高さが変動するものではないので、所定ボンディング回数毎に行うようにしても、ボンディング作業の精度が低下するものではない。このため、所定ボンディング回数毎に行うようにすれば、制御の簡略化を図ることができる。
ウェーハリング交換直後においてフィードバック制御を行うことによって、このような温度変動の大きい状態であっても、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップに負荷できる。
チップのピックアップポジションにおける温度低下に基づいて、ピックアップポジションでの鉛直方向の移動量を制御するものでは、チップのピックアップポジションの工程でも、チップのピックアップ作業が安定する。
以下本発明の実施の形態を図1〜図3に基づいて説明する。
本発明に係るダイボンダは、図2に示すように、ウェーハから切り出されるチップ11を(ピックアップポジションP)にてピックアップして、リードフレームなどの基材12のボンディングポジションQに移送(搭載)するものである。ウェーハは、金属製のリング(ウェーハリング)に張設されたウェーハシート上に粘着されており、ダイシング工程によって、多数のチップ11に分断(分割)される。
このダイボンダは、コレット13を備える。このコレット13は、移動機構19(図1参照)にて、ピックアップポジションP上での矢印A方向の上昇および矢印B方向の下降と、ボンディングポジションQ上での矢印C方向の上昇および矢印D方向の下降と、ピックアップポジションPとボンディングポジションQとの間の矢印E、F方向の往復動とが可能とされる。移動機構19は制御手段22にて前記矢印A、B、C、D、E、Fの移動が制御される。なお、移動機構19としては、シリンダ機構、ボールねじ機構、モーターリニア機構等の種々の機構にて構成することができ,XYZθ軸ステージや、XYZθ方向に移動可能なロボットアーム等を使用することができる。
コレット13は、その下端面(吸着面)13aに開口する吸着用の吸着孔が形成され、この吸着孔に図外の真空発生器が接続されている。この真空発生器の駆動にて吸着孔のエアが吸引され、チップ11が真空吸引され、コレット13の下端面にチップ11が吸着する。なお、この真空吸引(真空引き)が解除されれば、コレット13からチップ11が外れる。真空発生器としては、例えば、高圧空気を開閉制御してノズルよりディフューザに放出して拡散室に負圧を発生させるエジェクタ方式のものを採用できる。
また、多数のチップ11に分断(分割)されたウェーハは、例えばXYθテーブル15上に配置され、このXYθテーブル15には突き上げピンを備えた突き上げ手段が配置される。すなわち、突き上げ手段によって、ピックアップしようとするチップ11を下方から突き上げ、粘着シートから剥離しやすくする。この状態で、下降してきたコレット13にこのチップ11が吸着する。
基材12は基材加熱手段16にて加熱される。基材加熱手段16は例えばヒータが内蔵されたヒータレール(図示省略)からなる。そして、基材12はヒータレール上を例えば矢印G方向に間欠的に搬送される。
そして、このダイボンダは、図1に示すように、基本制御手段20と補正制御手段21とを有する前記制御手段22を備える。基本制御手段20は、予め設定された移動方向及び移動量に従ってコレットが移動するように制御するものである。なお、制御手段22、延いては基本制御手段20と補正制御手段21とは例えばマイクロコンピュータにて構成できる。
すなわち、基本制御手段20は、ピックアップポジションPでの矢印A、B方向の上下動及びその移動量、矢印E、F方向の水平移動及びその移動量、ボンディングポジションQでの矢印C、D方向の上下動及びその移動量を制御する。この場合、稼動前にティーチングを実行し、コレット13が順次矢印B、A、E、D,C,Fを移動するように基本制御手段20にプログラミング(ティーチング)されている。
また、補正制御手段21は、高さ検出手段25にて検出したコレット吸着面13aの高さに基づいて基本制御手段20のボンディングポジションQでの鉛直方向移動量をフィードバック制御するものである。
高さ検出手段25は、リミットスイッチやマイクロスイッチなどの機械式スイッチの接触式のセンサ、近接センサ、光電センサ、超音波センサ等の非接触式のセンサ等を使用することができる。近接センサとは、非接触で検出物体が近づいたことを検出するセンサであって、電磁誘導を利用した高周波発振型、磁石を用いた磁気型、静電容量の変化を利用した静電容量型等がある。また、光電センサは、可視光線、赤外線などの光を、投光部から信号光として発射し、検出物体によって反射する光を受光部で検出(反射型)したり、しゃ光される光量の変化を受光部で検出(透過型・回帰反射型)し出力信号を得るようにしたりするものである。超音波センサは、センサヘッドから超音波を発信し、対象物で反射してくる超音波を再度センサヘッドで受信し、この音波の発信から受信までの時間を計測することで対象物の位置を検出するものである。
高さ検出手段25にて検出されたコレット吸着面13aの高さのデータが補正制御手段21に入力される。補正制御手段21では、その検出されたコレット吸着面13aの高さ(検出高さ)と、基本制御手段20で設定されているコレット吸着面13aの高さ(基準高さ)とを比較する。そして、検出高さが基準高さと相違する場合に、その相違量を考慮して矢印D方向の下降量を補正する。つまりフィードバック制御して、ボンディングポジションQでの最下点のコレット吸着面13aの位置を、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップ11に負荷できる位置とする。
コレット吸着面13aの高さ検出位置としては、ボンディングポジションQでの下降開始時(最上点)であっても、ボンディングポジションQでの下降終了時(最下点)であっても、ボンディングポジションQの上昇時や下降時であってもよい。ボンディングポジションQでの下降終了時(最下点)での高さ位置検出としては、ボンディング時の押圧力を圧力センサにて検出して、この押圧力によって検出するものであってもよい。
高さ検出位置としては、ボンディングポジションQでの下降開始時(最上点)や上昇開始時(最下点)であれば、ボンディングポジションQでの全下降量を補正することによって、ボンディングポジションQでの最下点のコレット吸着面13aの位置を制御することができる。また、下降途中では、その検出位置が既知であるため、コレット13が下降してきて、その検出位置を吸着面が通過することによって、この検出位置でのコレット吸着面13aの変動量を検出できる。このため、検出位置からの下降量を補正することによって、ボンディングポジションQでの最下点のコレット吸着面13aの位置を、制御することができる。
次に、前記したダイボンダを使用したボンディング方法を説明する。まず、ピックアップポジションP上で、矢印B方向にコレット13を移動(下降)させて、XYθテーブル15上のチップ11をコレット吸着面13aに吸着させる。この際、突き上げ手段によって、ピックアップしようとするチップ11を下方から突き上げられる。次に、コレット13を矢印A方向に沿ってコレット13を上昇させた後、矢印E方向に沿って水平移動させて、ボンディングポジションQ上に位置させる。
その後、矢印Dのように鉛直方向に沿って一定量だけチップ11を下降させる。そして、最下点でコレット13によるチップ11の吸着を解除して、チップ11の実装を行う。実装後は、前記下降量だけ矢印C方向に上昇させた後、矢印F方向に水平移動させて、ピックアップポジションP上に戻し、次のチップ11のピックアップを行う。以後は前記工程を順次行い、ウェーハリング上の全チップ11をボンディングポジションQ上の被実装部(アイランド部)に実装する。
ところで、本発明では、ボンディングポジションQ上で高さ検出手段25にてコレット13の吸着面13aの高さ位置を検出する。そして、基本制御手段20で設定されているコレット吸着面13aの高さ(基準高さ)とを比較する。そして、検出高さが基準高さと相違する場合に、その相違量を考慮して矢印D方向の下降量を補正し、次回のボンディングではこの下降量でもってコレット13を下降させる。検出高さと基準高さとが一致していれば、下降量を補正することなく、基本制御手段20に基づく下降量で矢印D方向に下降させる。
これによって、ボンディングポジションQでの最下点のコレット吸着面13aの位置を制御することができる。このため、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップに負荷でき、チップ11と被実装部(アイランド部)に実装できる。
本発明では、ボンディングポジションQでの温度環境の変化で、コレット13の吸着面13aが基準位置に対して変動(変位)したとしても、この変動(変位)に応じて、ボンディングポジションQでの鉛直方向移動量を変更することができる。このため、稼動中においても、必要とする接合強度を得るための最適な荷重をチップに負荷でき、稼動開始から稼動終了まで、安定して高精度のボンディング作業を行うことができる。
高さ検出手段25にて、ボンディングポジションQにおいてコレット吸着面13aの高さを検出することができ、この検出したコレット吸着面13aの高さに基づいて制御手段にてボンディングポジションQでの鉛直方向移動量を制御することができ、ボンディングポジションQでの鉛直方向移動量の補正の信頼性の向上を図ることができる。
前記実施形態では、フィードバック制御をボンディング毎に行うようにしている。このため、ほぼ全ボンディング工程を高精度に行うことができる利点がある。しかしがら、ボンディング毎にコレット吸着面13aの高さが変動するものではないので、所定ボンディング回数毎に行うようにしても、ボンディング作業の精度が低下するものではない。このため、所定ボンディング回数毎に行うようにすれば、制御の簡略化を図ることができる。所定ボンディング回数毎としては、任意に設定でき、2〜3回毎であっても、さらには5〜6回毎であってもよく、さらには、不定回毎であってもよい。
ダイボンダにおいては、ウェーハリング交換を行うことによって、次のウェーハに対するボンディング工程を行うことになる。このため、ボンディングするチップ11を交換する場合、ウェーハリング交換を行えば、前回のウェーハに対するボンディング工程から比較的長時間経過しており、ボンディングポジションQでのコレット吸着面13aの高さが大きく変動しているおそれがある。このため、ウェーハリング交換直後において本発明のフィードバック制御を行うのが好ましい。
ところで、ピックアップポジションにおいても、ティーチングされている一定の鉛直方向の移動量ではピックアップに不具合が生じる場合がある。すなわち、最下点でのコレット吸着面13aの高さ位置が基準設定位置よりも低ければ、突き上げピンとコレット吸着面13aとの間にチップ11が挟まった状態となって、チップ11が突き上げピンによって傷付いたりする場合がある。逆に、最下点でのコレット吸着面13aの高さ位置が基準設定位置よりも高ければ、チップ11が吸着面13aに吸着しなかったり、吸着しても位置がずれた状態であったりする。
そこで、ダイボンダとしては、ピックアップポジションPにおいてコレット吸着面13aの高さを検出する高さ検出手段(図示省略)と、この高さ検出手段にて検出されたコレット吸着面の高さに基づいてピックアップポジションPでのコレット13の鉛直方向移動量を制御する制御手段(前記制御手段22にて構成できる制御手段)とを備えたものであってもよい。
このように、ピックアップポジション側における鉛直方向移動量を制御するものでは、稼動中にコレット吸着面13aの高さ位置に変動があっても、ピックアップするのに最適な鉛直方向移動量でもってチップ11をピックアップすることができる。このため、チップ11を高品質状態に保持できるともに、ダイボンディング作業の安定化を図ることができる。
また、前記したように、ウェーハリング交換を行った場合、再稼動開始まで時間が空くので、コレット13の温度が低下する。このため、チップ11のピックアップポジションにおける温度低下に基づいて、ピックアップポジションでのコレット13の鉛直方向の移動量を制御するようにしてもよい。
すなわち、前回の最終稼動時から再稼動時までの時間を図3に示すようにタイマ等からなる時間検出手段26で検出し、この時間からコレット13の温度低下量を推定し、予め設定されているこの温度でのコレット13の吸着面13aの高さ位置からこの状態での吸着面13aの高さ位置を算出する。そこで、この算出した吸着面13aの高さ位置を、制御手段22にフィードバックし、ピックアップポジションPでのコレット13の鉛直方向の移動量を制御(調整)することになる。
このように、チップ11のピックアップポジションPにおける温度低下に基づいて、ピックアップポジションPでの鉛直方向の移動量を制御するものでは、チップ11のピックアップポジションPの工程でも、チップ11のピックアップ作業が安定する。
このため、温度低下に基づいて、ピックアップポジションPでの鉛直方向の移動量を制御するものでは、吸着面13aの高さ位置を検出して移動量を制御するものを設けなくてよく、また、吸着面13aの高さ位置を検出して移動量を制御するものを設ける場合、温度低下に基づいて制御するものを設けなくてもよい。もちろん、両制御方式を設けてもよい。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、コレット13の吸着面13aの高さを検出する場合、吸着面13a自体を検出するものであっても、吸着面13aにチップ11が吸着されているチップ11の下面(反吸着面側)に高さ位置を検出して、このチップ11の厚さを差し引くようにしてもよい。コレット13としては、金属コレットであっても、樹脂コレットであっても、ラバーコレットであってもよい。
本発明の実施形態を示すダイボンダの簡略ブロック図である。 コレットの移動を示す簡略図である。 本発明の他の実施形態を示すダイボンダの簡略ブロック図である。 従来のコレットの移動を示す簡略図である。 従来の欠点を説明するためのコレットの簡略図である。
符号の説明
11 チップ
13 コレット
13a コレット吸着面
20 基本制御手段
21 補正制御手段
22 制御手段
25 高さ検出手段

Claims (8)

  1. チップを吸着しているコレットをボンディングポジションまで搬送し、このボンディングポジションでコレットを鉛直方向に沿って下降させて基材にチップをボンディングするダイボンダにおいて、
    ボンディングポジションにおいてコレット吸着面の高さを検出する高さ検出手段と、この高さ検出手段にて検出されたコレット吸着面の高さに基づいてボンディングポジションでのコレットの鉛直方向移動量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするダイボンダ。
  2. 前記制御手段は、予め設定された移動方向及び移動量に従ってコレットが移動するように制御する基本制御手段と、前記高さ検出手段にて検出した高さに基づいて前記基本制御手段のボンディングポジションでのコレットの鉛直方向移動量をフィードバック制御する補正制御手段とを備えたことを特徴とするダイボンダ。
  3. ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップポジションするダイボンダであって、
    ピックアップポジションにおいてコレット吸着面の高さを検出する高さ検出手段と、この高さ検出手段にて検出されたコレット吸着面の高さに基づいてピックアップポジションでのコレットの鉛直方向移動量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダイボンダ。
  4. チップを吸着しているコレットをボンディングポジションまで搬送し、このボンディングポジションでコレットを鉛直方向に沿って下降させて基材にチップをボンディングするダイボンディング方法において、
    ボンディングポジションにおいてコレット吸着面の高さを検出し、そのコレット吸着面の高さに基づいてボンディングポジションでのコレットの鉛直方向移動量のフィードバック制御を行うことを特徴とするダイボンディング方法。
  5. 前記フィードバック制御をボンディング毎に行うことを特徴とする請求項4に記載のダイボンディング方法。
  6. 前記フィードバック制御を所定ボンディング回数毎に行うことを特徴とする請求項4に記載のダイボンディング方法。
  7. チップのピックアップポジションにおけるウェーハリング交換直後に前記フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項4に記載のするダイボンディング方法。
  8. チップのピックアップポジションにおける温度低下に基づいて、ピックアップポジションでの鉛直方向の移動量を制御することを特徴とする請求項4に記載のダイボンディング方法。
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