JP2012168077A - センサーデバイス、モーションセンサー、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から加わる衝撃などの応力の緩和が可能な小型のセンサーデバイス、モーションセンサー、及び、これらを用いた電子機器を提供する。
【解決手段】センサーデバイス１は、基部２１、基部２１から延伸された検出用振動腕及び駆動用振動腕、外部接続端子２９を有する振動ジャイロ素子２０と、ＩＣチップ１０とを備えている。第１の電極１１、及び、第１の電極１１に配線１６を介して電気的に接続されて能動面１０ａ側の第１の電極１１と平面視で重ならない位置に設けられた第２の電極１７により構成された複数の電極部１８と、能動面１０ａと第２の電極１７との間に設けられた樹脂層としての応力緩和層１５と、を有し、振動ジャイロ素子２０が、外部接続端子２９と第２の電極１７との接合部材１２を介した接続によってＩＣチップ１０に保持されている。第２の電極１７は、第１の電極１１から略同じ方向に同じ長さだけずらせて設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサーデバイス、モーションセンサー、及び、それらを用いた電子機器に関する。

従来、加速度や角速度などをセンシングするモーションセンサーにおいては、センサー素子と、該センサー素子を駆動する機能を有する回路素子とを備えたセンサーデバイスを用いた構成が知られている。
例えば、特許文献１には、センサー素子としての振動ジャイロ素子（ジャイロ振動片）と回路素子としての半導体装置（以下、半導体装置という）とを備えたセンサーデバイスがパッケージに収納されたモーションセンサーとしてのジャイロセンサー（圧電発振器）が開示されている。

特許文献１に記載のジャイロセンサーの構成では、半導体装置が支持基板に固着され、支持基板に形成されたリード配線部と電気的に接続されている。また、センサー素子（振動ジャイロ素子）は、支持基板に固着されたリード線に接続されることによって、半導体装置と空隙を保ち該半導体装置と平面視で重なるように配置されている。このように、弾性を有するリード線によってセンサー素子を保持することにより、外部からセンサー素子に加わる衝撃をリード線の撓みによって緩和し、センサー素子に外力が加わることによる誤検出などの悪影響を抑制する構成となっている。

特開２００５−２９２０７９号公報（図１２）

しかしながら、特許文献１に記載のジャイロセンサーでは、外部から加わる衝撃によりリード線が撓んだ場合に、半導体装置と、センサー素子とが互いに干渉しないように、両者間にリード線の撓み量を超える空隙を設ける必要がある。この結果、上記ジャイロセンサーは、センサーデバイスの厚さが増加し、総厚が厚くなってしまうという課題を有している。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかるセンサーデバイスは、基部、該基部から延伸された振動部、及び、外部接続端子を有する振動片と、半導体装置と、を備え、前記半導体装置は、該半導体装置の第１の面に設けられた第１の電極、及び、前記第１の電極に配線を介して電気的に接続されて前記第１の電極と平面視で重ならない位置にずらせて設けられた第２の電極により構成された複数の電極部と、前記第１の面と前記第２の電極との間に設けられた樹脂層と、を有し、前記振動片が、前記外部接続端子と前記第２の電極との接合部材を介した接続によって前記半導体装置に保持され、前記複数の電極部において、前記第２の電極が前記第１の電極から同じ方向にずらせて設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、センサーデバイスは、半導体装置の第１の面において、第１の電極と、その第１の電極と樹脂層を介して配線により電気的に接続された第２の電極とにより構成された電極部を複数有し、第２の電極と振動片の外部接続端子とが接合部材を介して接続され、半導体装置上に振動片が保持されている。このとき、全ての第２の電極が、第１の電極と平面視で重ならないように略同じ方向にずらせて配置されている。
この結果、全ての電極部において熱による配線の収縮が同一方向に生ずるので、配線の収縮により振動片に加わる応力が抑制され、これにより、配線を介して振動片に応力が加わることにより振動モードや周波数特性が不安定になったり、配線や接続部に応力が加わることにより断線したりする不具合を回避することができる。
また、半導体装置上に樹脂層を介して振動片を保持する構造となっているので、樹脂層により外部から加わる衝撃などが緩和されて振動片に伝達され難くなり、振動片の安定した振動特性が保持される。
さらに、半導体装置と振動片とが、接合部材により確保される隙間を設けて接合されるので、上述した支持基板を介した従来例のようにリード線の撓み量を考慮した空隙が不要となり、厚さが低減された薄型のセンサーデバイスを提供することができる。
したがって、小型（薄型）で、感度の高いセンサーデバイスを提供することができる。

［適用例２］上記適用例にかかるセンサーデバイスにおいて、前記電極部夫々における前記配線の長さが略同じであることを特徴とする。

これによれば、温度の変化に伴う各電極部の配線の熱収縮がセンサーデバイスにおいてさらに一様に生じることにより、配線の収縮により振動片に加わる応力をより抑えることができる。

［適用例３］上記適用例にかかるセンサーデバイスにおいて、前記配線の熱膨張係数が前記半導体装置の基材の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。

［適用例４］上記適用例にかかるセンサーデバイスにおいて、前記配線の熱膨張係数が前記基部および前記振動部の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。

上記構成のセンサーデバイスは、電極部の配線の熱膨張係数が、半導体装置の基材や振動片の熱膨張係数よりも大きいときに、上記した配線の熱収縮による振動片への応力の抑制効果をより発揮して、センサーデバイスの感度を保持する効果を奏する。

［適用例５］本適用例のモーションセンサーは、上記適用例のいずれかに記載のセンサーデバイスと、前記センサーデバイスを収納するパッケージと、を有し、前記センサーデバイスが、前記パッケージに収納されていることを特徴とする。

これによれば、モーションセンサーは、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を奏するセンサーデバイスを備えたモーションセンサーを提供できる。
加えて、モーションセンサーは、薄型化されるとともに耐衝撃性の高いセンサーデバイスを用いることから、薄型化及び耐衝撃性の向上を実現することが可能となる。

［適用例６］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれか一項に記載のセンサーデバイス、または、モーションセンサーを備えていることを特徴とする。

上記構成の電子機器は、上記適用例のセンサーデバイス、または、モーションセンサー、即ち、振動モードや周波数温度特性が安定して周波数ばらつきが抑制された高感度のセンサーデバイス、または、モーションセンサーを備えているので、高機能で安定した特性を有する。

センサーデバイスの第１の実施形態の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は、半導体装置としてのＩＣチップ側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 ＩＣチップの電極部の配置を上側から俯瞰して模式的に説明する平面図。 第１の実施形態のセンサーデバイスのＩＣチップと振動片としての振動ジャイロ素子との接合部分を拡大して説明する模式図であり、（ａ）は、ＩＣチップの電極部を上側から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）に振動ジャイロ素子が接合された状態の正断面図。 センサー素子としての振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図。 振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図。 センサーデバイスの変形例を部分的に拡大して示す模式図であり、（ａ）は、ＩＣチップの電極部を上側から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）の同じ部分に振動ジャイロ素子が搭載された状態を示す正断面図。 上記実施形態または変形例のセンサーデバイスを搭載したモーションセンサーとしてのジャイロセンサーを示す模式図であり、（ａ）は、上側から俯瞰した平面図、（ｂ）は、正断面図。 上記実施形態及び変形例のセンサーデバイス、または、ジャイロセンサー（モーションセンサー）を搭載した電子機器の例を示す模式図であり、（ａ）は、デジタルビデオカメラの斜視図、（ｂ）は、携帯電話機の斜視図、（ｃ）は、情報携帯端末（ＰＤＡ）の斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。

（第１の実施形態）
〔センサーデバイス〕
図１は、センサーデバイスの一実施形態の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は、ＩＣチップ側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
また、図２は、ＩＣチップの電極部の配置を上側から俯瞰した平面図である。
また、図３は、センサーデバイスのＩＣチップと振動片としての振動ジャイロ素子との接合部分を拡大して説明する模式図であり、（ａ）は、ＩＣチップの電極部を上側から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）に振動ジャイロ素子が接合された状態の正断面図である。

図１に示すように、センサーデバイス１は、能動面側に複数の第１の電極を有する半導体装置としてのＩＣチップ１０と、前記第１の電極と電気的に接続される外部接続端子を有する振動ジャイロ素子（ジャイロ振動片）２０と、を備えている。ＩＣチップ１０は、能動面１０ａ側に積層された樹脂層としての応力緩和層１５と、応力緩和層１５上に配置され第１の電極１１と配線１６を介して電気的に接続された第２の電極１７を有し、この第２の電極１７と外部接続端子とが接合部材１２を介して電気的に接続されることにより、振動ジャイロ素子２０がＩＣチップ１０上に隙間を設けて保持されている。

まず、センサーデバイス１におけるセンサー素子としての振動ジャイロ素子２０について詳細に説明する。
振動ジャイロ素子２０は、圧電材料である水晶を基材（主要部分を構成する材料）として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。
そして、振動ジャイロ素子２０は、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有している。なお、所定の厚みは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。

また、振動ジャイロ素子２０を成す平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。
振動ジャイロ素子２０は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）により形成されている。なお、振動ジャイロ素子２０は、１枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の振動ジャイロ素子２０は、ダブルＴ型と呼ばれる構成となっている。詳述すると、振動ジャイロ素子２０は、中心部分に位置する基部２１と、基部２１からＹ軸に沿って延伸された振動部としての１対の検出用振動腕２２ａ，２２ｂと、検出用振動腕２２ａ，２２ｂと直交するように、基部２１からＸ軸に沿って延伸された１対の連結腕２３ａ，２３ｂと、検出用振動腕２２ａ，２２ｂと平行になるように、各連結腕２３ａ，２３ｂの先端側からＹ軸に沿って延伸された振動部としての各１対の駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂと、を備えている。

各検出用振動腕２２ａ，２２ｂの先端側には、他の部分より幅が大きい（Ｘ軸方向の長さが大きい）略矩形状の錘部２６ａ，２６ｂを有している。同様に、二対の駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ及び駆動用振動腕２５ａ，２５ｂそれぞれの先端側には、他の部分より幅が大きい略矩形状の錘部２７ａ，２７ｂ及び錘部２８ａ，２８ｂを有している。これら錘部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂによって、振動ジャイロ素子２０は、小型化を図りながら角速度の検出感度を向上させることができる。

また、振動ジャイロ素子２０は、一対の支持部１９ａ，１９ｂを備えている。このうち一方の支持部１９ａは、一対の検出用振動腕２２ａ，２２ｂのうちの一方の検出用振動腕２２ａに対してＹ軸の正の方向に配置されている。また、他方の支持部１９ｂは、一対の検出用振動腕２２ａ，２２ｂのうち他方の検出用振動腕２２ｂに対してＹ軸の負の方向側に配置されている。各支持部１９ａ，１９ｂのＸ軸方向の長さは、各検出用振動腕２２ａ，２２ｂの錘部２６ａ，２６ｂのＸ軸方向の長さよりも大きく、例えば、一対の連結腕２３ａ，２３ｂ及び基部２１のＸ軸方向の長さの合計と同じ程度である。なお、図示の例では、各支持部１９ａ，１９ｂの平面形状は略矩形であるが、特に限定されるものではない。支持部１９ａ，１９ｂは、各検出用振動腕２２ａ，２２ｂと、各駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂとから離間して配置されている。各支持部１９ａ，１９ｂは、接合部材１２を介してＩＣチップ１０に固定される部位となる。

図１（ａ）に示すように、基部２１から一方の支持部１９ａまでの間には、一対の梁９ａ，９ｃが設けられている。このうち一方の梁９ａは、基部２１から検出用振動腕２２ａと駆動用振動腕２４ａとの間を通って延出されて支持部１９ａに接続され、他方の梁９ｃは、基部２１から検出用振動腕２２ａと駆動用振動腕２５ａとの間を通って延出されて支持部１９ａに接続されている。
同様に、基部２１から他方の支持部１９ｂまでの間には、一対の梁９ｂ，９ｄが設けられている。このうち一方の梁９ｃは、基部２１から検出用振動腕２２ｂと駆動用振動腕２４ｂとの間を通って延出されて支持部１９ａに接続され、他方の梁９ｄは、基部２１から検出用振動腕２２ｂと駆動用振動腕２５ｂとの間を通って延出されて支持部１９ｂに接続されている。各梁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、図示するようなＳ字形状をそれぞれ有することができる。このように、細長く蛇行した形状を有する梁９ａ〜９ｄによって各支持部１９ａ，１９ｂと基部２１が接続されることによって、振動ジャイロ素子２０の要部がＸ軸方向及びＹ軸方向に弾性を得ることができる。

基部２１の中心は、振動ジャイロ素子２０の重心位置としての重心Ｇであることができる。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交し、重心Ｇを通るものとする。振動ジャイロ素子２０は、重心Ｇに関して点対称であることができる。即ち、振動ジャイロ素子２０は、ＸＺ平面に関して面対称であり、かつＹＺ平面に関して面対称であることができる。

また、振動ジャイロ素子２０は、検出用振動腕２２ａ，２２ｂに、図示しない検出電極が形成され、駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂに、図示しない駆動電極が形成されている。
振動ジャイロ素子２０は、検出用振動腕２２ａ，２２ｂで、角速度を検出する検出振動系を構成し、連結腕２３ａ，２３ｂと駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂとで、振動ジャイロ素子２０を駆動する駆動振動系を構成している。

振動ジャイロ素子２０は、平面視において、ＩＣチップ１０と重なるようにＩＣチップ１０の能動面１０ａ側に配置されている。
なお、振動ジャイロ素子２０は、基部２１及び各振動腕の表裏面を主面とする。ここでは、基部２１において外部と電気的に接続する面を一方の主面２０ａといい、一方の主面２０ａと対向する面を他方の主面２０ｂという。

振動ジャイロ素子２０の各支持部１９ａ，１９ｂそれぞれの一方の主面２０ａには、上記各検出電極、各駆動電極から引き出された接続電極としての外部接続端子２９が形成されている。各外部接続端子２９は、後述するように、ＩＣチップ１０の対応する第２の電極１７と電気的及び機械的に接続されるものである。

次に、半導体装置としてのＩＣチップ１０について図面に沿って説明する。
ＩＣチップ１０には、能動面１０ａ側にトランジスターやメモリー素子などの半導体素子を含んで構成される集積回路（図示せず）が形成されている。この集積回路には、振動ジャイロ素子２０を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動ジャイロ素子２０に生じる検出振動を検出する検出回路とが備えられている。

ＩＣチップ１０は、図１及び図２に示すように、能動面１０ａ側に設けられた複数の第１の電極（電極パッド）１１、及び、第１の電極１１に配線１６を介して電気的に接続されて能動面１０ａ側の第１の電極１１と平面視で重ならない位置にずらせて設けられた第２の電極１７により構成された複数の電極部１８と、ＩＣチップ１０の能動面１０ａと第２の電極１７との間に順次積層された絶縁膜１４及び応力緩和層１５と、能動面１０ａ側に設けられた接続用端子１３とを備えている。

詳述すると、ＩＣチップ１０の能動面１０ａ上には、絶縁層（パッシベーション膜）１４が積層され、その絶縁膜１４上の、少なくとも振動ジャイロ素子２０の外部接続端子２９と平面視で重なる領域には、弾性を有する絶縁樹脂からなる樹脂層としての応力緩和層１５が形成されている。本実施形態では、ＩＣチップ１０の能動面１０ａの略全面に、絶縁膜１４を介して応力緩和層１５が積層されている。

第２の電極１７は、一端が第１の電極１１に電気的に接続された配線１６の他端と電気的に接続されている。本実施形態では、図３に示すように、絶縁膜１４の開口部１４ａ、及び、応力緩和層１５の開口部１５ａによって外側に露出された第１の電極に一端が接続された配線１６が、応力緩和層１５の開口部１５ａの内壁から上面に引き出され、その配線１６の他端が第２の電極１７に接続されている。
このように、第１の電極１１と第２の電極１７とを平面視で重ならない位置に配置しながら、配線１６により互いに電気的に接続する電極部１８は、微細設計によって位置の制約が大きい第１の電極１１に対して、振動ジャイロ素子２０の外部接続端子２９との接続に供する第２の電極１７の位置を任意にずらして配置し、ＩＣチップ１０における振動ジャイロ素子２０との接続位置の自由度を高めるための重要な構成要素である。
本発明の半導体装置としてのＩＣチップ１０では、上記構成の複数の電極部１８夫々において、全ての第２の電極１７が第１の電極１１から略同じ方向にずらせて設けられている。さらに、本実施形態のＩＣチップ１０では、全ての電極部１８各々における配線１６の略同じ長さとなっている。具体的には、図２に示すＩＣチップ１０の複数の電極部１８（本実施形態では６つの電極部１８）の全てにおいて、図３に示ように、第１の電極１１と第２の電極との平面視での位置関係が、第１の電極１１の中心と第２の電極１７の中心とを結ぶ中心線Ｐ１に沿った方向で、且つ、第１の電極１１の中心と第２の電極１７の中心との距離Ｌだけずらせて配置されている。
上記構成の複数の電極部１８において、各第２の電極１７上には、振動ジャイロ素子との接続に供する接合部材１２が設けられている。接合部材１２は、第２の電極１７と、振動ジャイロ素子２０の対応する外部接続端子２９との電気的な接続をはかるとともに、ＩＣチップ１０と振動ジャイロ素子２０とに所定の隙間を設けるためのスペーサーの機能を果たすものである。

第１の電極１１は、ＩＣチップ１０の集積回路に直接導通して形成されたものである。また、能動面１０ａ上には、パッシベーション膜となる絶縁膜１４が形成されており、この絶縁膜１４には、第１の電極１１上に開口部１４ａが形成されている。これにより、各第１の電極１１は、絶縁膜１４の開口部１４ａ内にて外側に露出した状態となっている。
なお、絶縁膜１４は、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの無機絶縁材料によって形成することができる。
また、絶縁膜１４は、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ＢＣＢ（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）及びＰＢＯ（ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｅ）などの樹脂を用いて形成することもできる。

配線１６は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）などによって形成することができる。いずれの材料を使用した場合でも、配線１６は、半導体装置としてのＩＣチップ１０の半導体基板（シリコン基板）、および、振動片としての振動ジャイロ素子２０の基部２１や振動部としての検出用振動腕２２ａ，２２ｂ、駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂの基材（水晶）よりも大きな熱膨張係数を有する。

また、第２の電極１７は、配線１６と電気的接続な可能な導体で形成すればよいが、本実施形態では、配線１６と同一材料の金属により第２の電極１７を形成している。これにより、配線１６と第２の電極１７とを同一工程で形成することができるので製造効率がよいとともに、配線１６と第２の電極１７との電気的な接続信頼性を高くすることができる。
なお、配線１６、及び、第２の電極１７は、上記材料による単層構造のみならず、複数種類の上記材料を組み合わせた積層構造としてもよく、また、複数種類の金属材料の合金を用いて構成してもよい。

また、ＩＣチップ１０に形成された集積回路には、第１の電極１１以外にも、図示しない他の電極が形成されている。この他の電極は、第１の電極１１の場合と同様に配線が接続され、絶縁膜１４の開口部内にて外部に露出する接続用端子１３と接続されている。接続用端子１３は、電気的、あるいは機械的な接続を成すためのパッド状のものである。

第１の電極１１や接続用端子１３、あるいはその他の電極は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、または、これらを含む合金などを用いて形成することができる。特に接続用端子１３については、ワイヤーボンディングの際の接合性を高めるため、その表面にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）のメッキを施しておくのが好ましい。このようにすることで、特にさびによる接触性、接合性の低下を防止することができる。
また、第１の電極１１や接続用端子１３、あるいはその他の電極は、ハンダメッキ、ハンダプリコートなどの最表面処理を施したものとしてもよい。

また、絶縁膜１４は、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの無機絶縁材料によって形成することができる。
また、絶縁膜１４は、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ＢＣＢ（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）及びＰＢＯ（ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｅ）などの樹脂を用いて形成することもできる。

また、応力緩和層１５の材料には、ポリイミドなどの他、弾性樹脂材料として既に公知となっているいずれかの材料を適用することができる。例えば、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ；ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ；ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｅ）等の樹脂層を適用することができる。

上記のような構成のもとに、ＩＣチップ１０に形成された集積回路は、第１の電極１１、配線１６、及び、第２の電極１７からなる電極部１８を介して、接合部材１２により振動ジャイロ素子２０と電気的に接続されるようになっている。これにより、振動ジャイロ素子２０は、ＩＣチップ１０に保持されている。
詳述すると、図３に示すように、ＩＣチップ１０の集積回路は、絶縁膜１４の開口部１４ａおよび応力緩和層１５の開口部１５ａから露出する第１の電極１１に一端が接続された配線１６により応力緩和層１５上に引き出され、その配線１６の他端が第２の電極１７と電気的に接続されている。そして、図２に示すように、第２の電極１７と、振動ジャイロ素子２０の対応する外部接続端子２９とが位置合わせされ、例えば半田バンプなどの導電性の接合部材１２により接合されている。これにより、ＩＣチップ１０において配線１６によって引き出された集積回路が、第２の電極１７、接合部材１２及び、振動ジャイロ素子２０の外部接続端子２９を介して振動ジャイロ素子２０と電気的に接続されるとともに、機械的に接続される。このとき、接合部材１２の接合後の高さ（厚み）によって、振動ジャイロ素子２０とＩＣチップ１０との間に隙間が設けられている。

ここで、センサーデバイス１の振動ジャイロ素子２０の動作について説明する。
図４及び図５は、振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。図４は駆動振動状態を示し、図５（ａ）、図５（ｂ）は、角速度が加わった状態における検出振動状態を示している。
なお、図４及び図５において、振動状態を簡易に表現するために、各振動腕は線で表してある。

まず、振動ジャイロ素子２０の駆動振動状態を説明する。
図４において、ＩＣチップ１０の集積回路（駆動回路）から駆動信号が印加されることにより、振動ジャイロ素子２０は角速度が加わらない状態において、駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂが矢印Ｅで示す方向に屈曲振動を行う。この屈曲振動は、実線で示す振動姿態と２点鎖線で示す振動姿態とを所定の周波数で繰り返している。

次に、この駆動振動を行っている状態で、振動ジャイロ素子２０にＺ軸回りの角速度ωが加わると、振動ジャイロ素子２０は、図５に示すような振動を行う。
まず、図５（ａ）に示すように、駆動振動系を構成する駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ及び連結腕２３ａ，２３ｂには、矢印Ｂ方向のコリオリ力が働く。また同時に、検出用振動腕２２ａ，２２ｂは、矢印Ｂ方向のコリオリ力に呼応して、矢印Ｃ方向に変形する。

その後、図５（ｂ）に示すように、駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ及び連結腕２３ａ，２３ｂには、矢印Ｂ’方向に戻る力が働く。また同時に、検出用振動腕２２ａ，２２ｂは、矢印Ｂ’方向の力に呼応して、矢印Ｃ’方向に変形する。
振動ジャイロ素子２０は、この一連の動作を交互に繰り返して新たな振動が励起される。
なお、矢印Ｂ，Ｂ’方向の振動は、重心Ｇに対して周方向の振動である。そして、振動ジャイロ素子２０は、検出用振動腕２２ａ，２２ｂに形成された検出電極が、振動により発生した水晶の歪を検出することで角速度が求められる。

上記第１の実施形態のセンサーデバイス１によれば、ＩＣチップ１０と振動ジャイロ素子２０とを、接合部材１２により確保される隙間を設けて接合することができる。従って、従来の支持基板を介して接合した場合のように、リード線の撓み量を考慮した空隙が不要となることから、厚みの増大を抑えながら、応力緩和層１５が有する弾性によって外部から加わる衝撃などが緩和されて振動ジャイロ素子２０に伝達され難くなる効果により、振動特性の劣化が抑えられた感度の高いセンサーデバイス１を提供することができる。

上記構成のセンサーデバイス１によれば、ＩＣチップ１０の複数の電極部１８において、第１の電極１１と、その第１の電極１１と応力緩和層１５を介して配線１６により電気的に接続された第２の電極１７とが、第１の電極と平面視で重ならないように略同じ方向に同じ距離だけずらせて配置されている。
この結果、全ての電極部１８において熱による配線１６の収縮が同一方向に略同じ大きさ生ずるので、配線１６の収縮により振動ジャイロ素子２０に加わる応力による歪が抑制される。
特に、配線１６に用いる金属材料は、半導体装置としてのＩＣチップ１０の半導体基板（シリコン基板）や、振動片としての振動ジャイロ素子２０の基部２１や振動部としての検出用振動腕２２ａ，２２ｂ、駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂの基材（水晶）よりも大きな熱膨張係数を有するので、熱による応力を抑える効果が絶大に得られる。
これにより、配線１６を介して振動ジャイロ素子２０に応力が加わることにより振動モードや周波数特性が不安定になったり、配線１６やＩＣチップ１０と振動ジャイロ素子２０との接続部に応力が加わることにより断線したりする不具合を回避することができる。

また、上記構成のセンサーデバイス１では、ＩＣチップ１０上に弾性を有する応力緩和層１５を介して振動ジャイロ素子２０を保持する構造となっているので、応力緩和層１５により外部から加わる衝撃などが緩和されて振動ジャイロ素子２０に伝達され難くなり、振動ジャイロ素子２０の安定した振動特性が保持される。
したがって、小型（薄型）で、感度の高いセンサーデバイス１を提供することができる。

次に、上記実施形態のセンサーデバイス１の変形例について図面を参照して説明する。
（変形例１）
図６は、センサーデバイスの変形例１の概略構成を部分的に拡大して示す模式図であり、（ａ）は、ＩＣチップの電極部を上側から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）の同じ部分に振動ジャイロ素子が搭載された状態を示す正断面図である。なお、上記実施形態との共通部分については同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図６に示す本変形例のセンサーデバイス６１において、能動面１０ａ側に積層された絶縁膜１４および応力緩和層１５´と、応力緩和層１５´上に設けられ第１の電極１１と電気的に接続された第２の電極３７とを有するＩＣチップ６０上に、振動ジャイロ素子２０が、接合部材１２を介して電気的な接続をはかりながら保持されている。

ＩＣチップ１０は、能動面１０ａ側に設けられた複数の第１の電極１１と、能動面１０ａと第２の電極１７との間に順次積層された絶縁膜１４及び応力緩和層１５と、を有している。また、第１の電極１１、及び、第１の電極１１に配線を介して電気的に接続されて能動面１０ａ側の第１の電極１１と平面視で重ならない位置にずらせて設けられた第２の電極３７により構成された複数の電極部３８が設けられている。
複数の電極部３８夫々において、全ての第２の電極１７が第１の電極１１から略同じ方向に、且つ、略同じ距離だけずらせて設けられている。

本変形例の電極部３８において、配線は、配線３６と、配線の一部としてのビアホール（Ｖｉａ ｈｏｌｅ）３５とにより構成されている。
具体的には、電極部３８において、第２の電極３７は、一端が第１の電極１１に電気的に接続された配線３６の他端と電気的に接続されている。配線３６の一端は、応力緩和層１５´上において第１の電極１１の上方まで引き回されている。そして、配線３６の一端と第１の電極１１とが、絶縁膜１４の開口部１４ａから応力緩和層１５内を配線３６の一端に向けて貫設された貫通孔、及び、その貫通孔と開口部１４ａとに埋設された導電体からなる配線の一部としてのビアホール３５により電気的に接続されている。これにより、第１の電極１１と、それに対応する第２の電極３７とが電気的に接続されている。

上記構成のセンサーデバイス６１によれば、上記実施形態のセンサーデバイス１と同様に、複数の電極部３８において、熱による応力が同じ方向に略同じ大きさ生ずるようになり、熱による配線の収縮により振動ジャイロ素子２０に加わる応力による歪を抑制しながら、応力緩和層１５´による応力緩和構造を実現することができる。
また、ビアホール３５を利用した応力緩和層１５´の層内配線において、ビアホール３５が第２の電極３７と平面視で重なる位置からずらせて配置されているので、ビアホール３５によって応力緩和層１５´の応力緩和効果が損なわれることがない。なお、応力緩和層１５´として、上記実施形態の応力緩和層１５と同じ材料を用いてもよい。

（第２の実施形態）
〔ジャイロセンサー〕
次に、上記のセンサーデバイスを搭載したモーションセンサーについて、図面を参照しながら説明する。
図７は、上記実施形態のセンサーデバイスを搭載したモーションセンサーとしてのジャイロセンサーの概略構成を示す模式図であり、図７（ａ）は、ジャイロセンサーをパッケージ上面から俯瞰した平面図、図７（ｂ）は、（ａ）の正断面図である。
なお、図７（ａ）では、パッケージの内部の構造を説明する便宜上リッド（蓋体）の図示を省略している。また、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、モーションセンサーとしてのジャイロセンサー２００は、３つのセンサーデバイス（以下、センサーデバイス１Ａ、センサーデバイス１Ｂ、センサーデバイス１Ｃと称すが、上記実施形態で説明したセンサーデバイス１と同一である）と、各センサーデバイスを内部に収納する略直方体形状のパッケージ１８０と、を有し、センサーデバイス１Ａ、センサーデバイス１Ｂ、センサーデバイス１Ｃがパッケージ１８０の内部に配置され収納されている。
なお、各センサーデバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、後述するように、互いの主面どうしが所定の角度を有してジャイロセンサー２００内に収容させる必要がある。このため、各センサーデバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃのベース基板１８５には、パッケージ１８０の凹部内で所定の角度でセンサーデバイスを載置できるように形成された保持基板１８５ａ，１８５ｂ，１８５ｃがそれぞれ装着されている。

パッケージ１８０は、底面１８３と壁面１８１，１８２とを含む内面を有する凹部が形成されている。この凹部は、センサーデバイス１Ａ、センサーデバイス１Ｂ、センサーデバイス１Ｃの収納後、リッド（蓋体）１８４によって覆われる。
パッケージ１８０は、セラミックグリーンシートを成形して積層し、焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。また、リッド１８４には、コバールなどの金属、ガラス、セラミックなどが用いられている。

センサーデバイス１Ａは、振動ジャイロ素子２０１の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂ（図１および図３参照、以下参照の記載は省略する）と、パッケージ１８０の凹部の底面１８３とが、略平行になるようにパッケージ１８０の底面１８３に固定、接続されている。そして、センサーデバイス１Ａは、図示しないパッケージ内部電極と電気的に接続されている。

他の２つのセンサーデバイス１Ｂ，１Ｃは、それぞれの振動ジャイロ素子２０１，２０２，２０３の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂ同士の成す角度が略直角となるように、パッケージ１８０の内部に配置され収納されている。
センサーデバイス１Ｂは、パッケージ１８０の壁面１８１に固定、接続され、センサーデバイス１Ｃは、パッケージ１８０の壁面１８２に固定、接続されている。２つのセンサーデバイス１Ｂ，１Ｃも、図示しないパッケージ内部電極と電気的に接続されている。
なお、パッケージ内部電極は、パッケージ１８０の外部に設けられた外部電極（図示せず）と電気的に接続されている。外部電極、内部電極は、タングステン（Ｗ）などのメタライズ層に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。

ジャイロセンサー２００は、各センサーデバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃが、パッケージ１８０の内部に上記のように配置され収納された状態で、リッド１８４がシームリング、低融点ガラスなどの接合部材によってパッケージ１８０の上面に接合される。
これにより、パッケージ１８０の内部は、気密に封止される。なお、パッケージ１８０の内部は、各センサーデバイスの振動ジャイロ素子２０１，２０２，２０３の振動が阻害されないように、真空状態（真空度が高い状態）、または、不活性ガス雰囲気に保持されていることが好ましい。

ここで、ジャイロセンサー２００の動作について概略を説明する。
ここでは、パッケージ１８０の底面１８３が、互いに直交する３軸であるＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸に対して、Ｘ’軸及びＹ’軸と平行で、Ｚ’軸と直交しているものとする。
これにより、外力などによってジャイロセンサー２００の姿勢が変化し、角速度が加わった場合、振動ジャイロ素子２０１の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂとパッケージ１８０の底面１８３とが、略平行になるようにパッケージ１８０の内部に収納されているセンサーデバイス１Ａは、振動ジャイロ素子２０１の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂとＺ’軸とが略直交していることから、Ｚ’軸回りに対する角速度を検出する。

一方、振動ジャイロ素子２０２，２０３の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂ同士の成す角度が略直角となるとともに、各振動ジャイロ素子２０２，２０３の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂとセンサーデバイス１Ａの振動ジャイロ素子２０１の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂとの成す角度が略直角となるように、パッケージ１８０の内部に収納されている２つのセンサーデバイス１Ｂ，１Ｃは、一方が、振動ジャイロ素子２０２の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂとＸ’軸とが略直交していることから、Ｘ’軸回りに対する角速度を検出し、他方が、振動ジャイロ素子２０３の一方の主面２０ａまたは他方の主面２０ｂとＹ’軸とが略直交していることから、Ｙ’軸回りに対する角速度を検出する。

これらにより、ジャイロセンサー２００は、互いに直交する３軸であるＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸回りに対する角速度を、１つのジャイロセンサー２００で検出することができる。
このことから、ジャイロセンサー２００は、撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星信号を用いた移動体ナビゲーションシステムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御などに好適に用いられる。

また、ジャイロセンサー２００は、上記第１実施形態に記載のセンサーデバイスを用いているため、上記第１実施形態に記載のセンサーデバイスと同等の効果を有している。すなわち、ジャイロセンサー２００は、電気的特性の安定した小型、薄型化を実現することが可能となる。

なお、本実施形態では、３つのセンサーデバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃを用いたモーションセンサーとしてのジャイロセンサー２００について説明したが、センサーデバイスの数はこれに限らず、１つ以上であればよい。例えば、センサーデバイスを、１つ用いれば、１軸方向の角速度の検出が可能であり、例えば、２つのセンサーデバイスを用いれば、異なる２軸方向の角速度の検出が可能となる。

（第３の実施形態）
〔電子機器〕
上記実施形態および変形例に記載のセンサーデバイス、および、それらを備えた第３の実施形態のモーションセンサーとしてのジャイロセンサーを搭載した電子機器は、小型化および高性能化を図ることが可能である。
例えば、図８（ａ）は、デジタルビデオカメラへの適用例を示す。デジタルビデオカメラ２４０は、受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、及び表示ユニット１００１を備えている。このようなデジタルビデオカメラ２４０に、上記実施形態のセンサーデバイス１やモーションセンサーとしてのジャイロセンサー２００を搭載することにより、所謂手ぶれ補正機能を搭載することができる。
また、図８（ｂ）は、電子機器としての携帯電話機、図８（ｃ）は、情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）への適用例をそれぞれ示すものである。
まず、図８（ｂ）に示す携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１及びスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットと１００２を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、表示ユニット１００２に表示される画面がスクロールされる。
また、図８（ｃ）に示すＰＤＡ４０００は、複数の操作ボタン４００１及び電源スイッチ４００２、並びに表示ユニット１００３を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示ユニット１００３に表示される。
このような携帯電話機３０００やＰＤＡ４０００に、上記実施形態のセンサーデバイスやモーションセンサーとしてのジャイロセンサーを搭載することにより、様々な機能を付与することができる。例えば、図８（ｂ）の携帯電話機３０００に、図示しないカメラ機能を付与した場合に、携帯電話機３０００に搭載されたセンサーデバイスやジャイロセンサーにより手振れ補正を行うことができる。また、図８（ｂ）の携帯電話機３０００や、図８（ｃ）のＰＤＡ４０００にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）として広く知られる汎地球測位システムを具備した場合に、上記実施形態のセンサーデバイスやモーションセンサーとしてのジャイロセンサーを搭載することにより、ＧＰＳにおいて、携帯電話機３０００やＰＤＡ４０００の位置や姿勢を認識させることができる。

なお、図８に示す電子機器に限らず、本発明のセンサーデバイスおよびモーションセンサーを適用可能な電子機器として、モバイルコンピューター、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ゲーム機などが挙げられる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態および変形例では、複数の電極部１８，３８夫々において、全ての第２の電極１７，３７が第１の電極１１から略同じ方向に、且つ、略同じ距離だけずらせて設けられた構成を説明した。
これに限らず、全ての第２の電極１７，３７が、第１の電極１１から略同じ方向にずらされていれば、ずらす長さまで略同じだけずらさなくても、本発明の一定の効果が得られる。

また、上記実施形態および変形例では、振動素子としての振動ジャイロ素子形成材料として水晶を用いた例を説明したが、水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいはジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ₃）などの圧電セラミックスを用いることができる。
また、圧電体材料以外の材料を用いて振動片を形成することができる。例えば、シリコン半導体材料などを用いて振動素子を形成することもできる。
また、振動素子の駆動振動の励振方式や検出振動の検出方式は、圧電効果によるものだけに限らない。静電気力（クーロン力）を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などの振動片においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。

また、振動素子としての振動ジャイロ素子の形状は、上記実施形態および変形例で説明した所謂ＷＴ型に限らない。音叉型、あるいは、ＭＥＭＳジャイロのように櫛歯電極で静電検出する振動素子においても、本発明の半導体基板の能動領域の配置によれば、上述した実施形態および変形例に記載したものと同様な効果を得ることができる。

また、上記実施形態及び変形例では、各センサーデバイスに備わる振動片（センサー素子）として振動ジャイロ素子２０を例に挙げたが、これに限定するものではなく、例えば、加速度に反応する加速度感知素子、圧力に反応する圧力感知素子、重さに反応する重量感知素子などでもよい。
したがって、本発明のセンサーデバイスを利用したモーションセンサーは、上記第３の実施形態で説明した角速度を検出するジャイロセンサー２００に限らず、角加速度、加速度、力、温度、磁気など、種々の物理量を検出するセンサー素子に利用することができる。

また、本発明のセンサーデバイスやモーションセンサーに用いる振動素子は、上記実施形態および変形例で説明した振動ジャイロ素子２０，２０１，２０２，２０３などのセンサー素子に限らず、例えば、発振器などに用いられる共振子であってもよい。

また、上記実施形態及び変形例では、半導体装置としてのＩＣチップ１０，６０上に一層の応力緩和層１５，１５´を設けた構成を説明した。これに限らず、樹脂層としての応力緩和層を複数層設けて、その複数の応力緩和層の層間に電極部を形成することができる。この構成によれば、複数の応力緩和層を介して電極や配線の直上に配線を設けることができ、電極部の引き回しの設計の自由度をより高くすることができる。

１，６１，１Ａ〜１Ｃ…センサーデバイス、９ａ〜９ｄ…梁、１０，６０…半導体装置としてのＩＣチップ、１０ａ…第１の面としての能動面、１１…第１の電極、１２…接合部材、１３…接続用端子、１４…絶縁膜、１４ａ，１５ａ…開口部、１５，１５´…樹脂層としての応力緩和層、１６，３６…配線、１７，３７…第２の電極、１８，３８…電極部、１９ａ，１９ｂ…支持部、２０，２０１，２０２，２０３…振動片としての振動ジャイロ素子、２０ａ…一方の主面、２０ｂ…他方の主面、２１…基部、２２ａ，２２ｂ…検出用振動腕、２３ａ，２３ｂ…連結腕、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ…駆動用振動腕、２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ…錘部、２９…引き出し電極、３５…配線の一部としてのビアホール、１８０…パッケージ、１８１，１８２…壁面、１８３…底面、１８３…凹部の底面、１８４…リッド、１８５…１Ｃのベース基板、１８５ａ…保持基板、２００…モーションセンサーとしてのジャイロセンサー、２４０…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、２４１…受像部、２４２…操作部、２４３…音声入力部、１００１…表示ユニット、１００２…表示ユニット、１００３…表示ユニット、３０００…電子機器としての携帯電話機、３００１…複数の操作ボタン、３００２…スクロールボタン、４０００…電子機器としてのＰＤＡ、４００１…複数の操作ボタン、４００２…電源スイッチ。

Claims (6)

1. 基部、前記基部から延伸された振動部、及び、外部接続端子を有する振動片と、
   半導体装置と、を備え、
   前記半導体装置は、前記半導体装置の第１の面に設けられた第１の電極、及び、前記第１の電極に配線を介して電気的に接続されて前記第１の電極と平面視で重ならない位置にずらせて設けられた第２の電極により構成された複数の電極部と、
   前記第１の面と前記第２の電極との間に設けられた樹脂層と、を有し、
   前記振動片が、前記外部接続端子と前記第２の電極との接合部材を介した接続によって前記半導体装置に保持され、
   前記複数の電極部において、前記第２の電極が前記第１の電極から同じ方向にずらせて設けられていることを特徴とするセンサーデバイス。
2. 請求項１に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記電極部夫々における前記配線の長さが略同じであることを特徴とするセンサーデバイス。
3. 請求項１または２に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記配線の熱膨張係数が前記半導体装置の基材の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とするセンサーデバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記配線の熱膨張係数が前記基部および前記振動部の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とするセンサーデバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサーデバイスと、
   前記センサーデバイスを収納するパッケージと、を有し、
   前記センサーデバイスが、前記パッケージに収納されていることを特徴とするモーションセンサー。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサーデバイス、または、請求項５に記載のモーションセンサーを備えていることを特徴とする電子機器。

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