JP4305502B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は半導体装置製造方法に関する。
従来の半導体装置には、両面配線構造で上面に設けられた上層配線と下面に設けられた下層配線とを接続する上下導通部を有するインターポーザを用い、インターポーザの上層配線上に半導体チップをフェースダウン方式により搭載し、インターポーザの下層配線下に複数の半田ボールを設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−36172号公報
しかしながら、上記従来の半導体装置では、両面配線構造で上下導通部を有する比較的高価なインターポーザを用いているため、コスト高となり、また装置全体が厚くなってしまうという問題があった。
そこで、この発明は、コストを低減することができ、また薄型化することができる半導体装置製造方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、配線形成用銅箔の下面に剥離層およびベース板が設けられたものを用意する工程と、
前記配線形成用銅箔をパターニングして配線を形成する工程と、
半導体基板および該半導体基板下に設けられた複数の外部接続用電極を有する半導体構成体の外部接続用電極を前記配線にボンディングする工程と、
前記半導体構成体全体および前記配線の少なくとも一部を封止材で覆う工程と、
前記ベース板および前記剥離層を除去する工程と、を有し
前記封止材を形成する工程は、前記半導体構成体と前記剥離層との間にアンダーフィル材を充填すると共に前記半導体構成体の周囲における前記配線を含む前記剥離層上に、前記半導体構成体に対応する部分に開口部を有する第1の封止材形成用シート、第2の封止材形成用シートおよび銅箔を配置し、上下から加熱加圧して、前記半導体構成体、前記アンダーフィル材および前記配線を含む前記剥離層上に封止材を形成し、且つ、前記封止材上に前記銅箔を固着する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の発明において、前記封止材上に固着された前記銅箔を除去する工程を有することを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の発明において、前記封止材上に固着された前記銅箔により放熱層を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の発明において、前記第1、第2の封止材形成用シートは基材に熱硬化性樹脂を含浸させたものからなることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において前記第2の封止材形成用シートは下側上下導通部を有すると共に前記半導体構成体に対応する部分に開口部を有し、前記封止材を形成する工程は、該第2の封止材形成用シート上に、第3の封止材形成用シートおよび下面に上側上下導通部を有する上層配線形成用銅箔を配置し、上下から加熱加圧して、前記半導体構成体、前記アンダーフィル材および前記配線を含む前記剥離層上に封止材を形成し、且つ、前記半導体構成体の周囲における前記封止材中に前記下側上下導通部および前記上側上下導通部からなる上下導通部を形成し、さらに、前記封止材上に前記上層配線形成用銅箔を前記上下導通部を介して前記配線に接続させて固着する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項5に記載の発明において、前記封止材上に固着された前記上層配線形成用銅箔をパターニングして上層配線を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項6に記載の発明において、前記上層配線を含む前記封止材の上面にオーバーコート膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項5に記載の発明において、前記第1、第2、第3の封止材形成用シートは基材に熱硬化性樹脂を含浸させたものからなることを特徴とするものである。
この発明によれば、半導体構成体を、その外部接続用電極を配線にボンディングして、配線上にフェースダウン方式により搭載し、前記半導体構成体と前記剥離層との間にアンダーフィル材を充填すると共に、前記半導体構成体に対応する部分に開口部を有する第1の封止材形成用シート、第2の封止材形成用シートおよび銅箔を配置し、上下から加熱加圧して、前記半導体構成体、前記アンダーフィル材および前記配線を含む前記剥離層上に封止材を形成し、且つ、前記封止材上に前記銅箔を固着することにより、両面配線構造で上下導通部を有する比較的高価なインターポーザを用いていないため、コストを低減することができ、また薄型化することができる。
本発明の方法により製造された半導体装置の第1の例
図1はこの発明の方法により製造された半導体装置の第1の例の断面図を示す。この半導体装置はソルダーレジスト等からなる平面方形状の下層絶縁膜1を備えている。下層絶縁膜1の上面には銅箔からなる複数の配線2が設けられている。配線2の一端部の接続パッド部上面には錫メッキからなる表面処理層3が設けられている。配線2の他端部の接続パッド部に対応する部分における下層絶縁膜1には開口部4が設けられている。下層絶縁膜1の開口部4内およびその下方には半田ボール5が配線2の他端部の接続パッド部に接続されて設けられている。
下層絶縁膜1の中央部上方において複数の配線2の一端部の接続パッド部上には平面方形状の半導体構成体6がフェースダウン方式により搭載されている。半導体構成体6は平面方形状のシリコン基板(半導体基板)7を備えている。シリコン基板7の下面には所定の機能の集積回路(図示せず)が設けられ、下面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド8が集積回路に接続されて設けられている。
接続パッド8の中央部を除くシリコン基板7の下面には酸化シリコン等からなる絶縁膜9が設けられ、接続パッド8の中央部は絶縁膜9に設けられた開口部10を介して露出されている。絶縁膜9の開口部10を介して露出された接続パッド8の下面およびその周囲の絶縁膜9の下面にはクロム、銅等からなる下地金属層11が設けられている。下地金属層11の下面全体には金からなる突起電極(外部接続用電極)12が設けられている。
そして、半導体構成体6は、その突起電極12が配線2の一端部の接続パッド部上に表面処理層3を介して金−錫共晶接合されていることにより、下層絶縁膜1の中央部上方において複数の配線2の一端部の接続パッド部上にフェースダウン方式により搭載されている。
半導体構成体6と配線2を含む下層絶縁膜1との間およびその周囲にはエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなるアンダーフィル材13が設けられている。半導体構成体6、アンダーフィル材13、配線2および下層絶縁膜1の上面にはエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなる封止材14が設けられている。この状態では、封止材14は配線2の配置領域よりも大きい領域に設けられている。また、配線2、アンダーフィル材13および封止材14の下面は面一となっている。
参考実施形態
次に、この半導体装置の製造方法の参考実施形態について説明する。まず、図2に示すように、図1に示す配線2を形成するための配線形成用銅箔21の下面にポリイミドフィルム等からなる剥離層22が設けられ、剥離層22の下面に銅箔からなるベース板23が設けられたものを用意する。この場合、この用意したもののサイズは、図1に示す完成された半導体装置を複数個形成することが可能なサイズとなっている。そして、図2において、符号24で示す領域は個片化するための切断ラインに対応する領域である。
次に、配線形成用銅箔21をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、図3に示すように、剥離層22の上面に配線2を形成する。次に、図4に示すように、配線2の一端部の接続パッド部上面に、錫の無電解メッキを行なうことにより、表面処理層3を形成する。
次に、図5に示すように、半導体構成体6を用意する。この半導体構成体6は、ウエハ状態のシリコン基板7下に集積回路(図示せず)、アルミニウム系金属等からなる接続パッド8、酸化シリコン等からなる絶縁膜9、クロム、銅等からなる下地金属層11および金または銅からなる柱状の突起電極12を形成した後、ダイシングにより個片化することにより得られる。
次に、半導体構成体6の金または銅からなる突起電極12を銅からなる配線2の一端部の接続パッド部上に表面処理層3を介して接合(ボンディング)し、半導体構成体6を下層絶縁膜1の中央部上方において複数の配線2の一端部の接続パッド部上にフェースダウン方式により搭載する。
本発明の場合、図1に示される如く、半導体構成体6を支持する回路基板を有していないため、半導体構成体6と配線2を接合した後、半導体構成体6と配線2との接合箇所に両者の熱膨張係数差に起因する応力集中が殆ど生じない。このため、集中応力を緩和するための半田バンプ等は必要とされず、表面処理層3に加圧加熱(ボンディング)することにより、突起電極12が金の場合は、金−錫共晶接合、突起電極12が銅の場合は、銅−錫拡散金属接合され、接合信頼性を十分に確保することができる。
この場合、加圧加熱(ボンディング)するとき、シリコン基板7と配線2との熱膨張係数差に起因する応力は、配線2がベース板23に対して剥離層22を界面として水平方向にずれる(剥がれる)ことにより、吸収される。
次に、図6に示すように、半導体構成体6と配線2を含む下層絶縁膜1との間およびその周囲にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなるアンダーフィル材13を充填して形成する。次に、図7に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法、トランスファモールド法等により、半導体構成体6、アンダーフィル材13、配線2および下層絶縁膜1の上面にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなる封止材14を形成する。
次に、ベース板23をエッチングあるいは剥離層22からの機械的剥離により除去し、次いで、剥離層22をエッチングにより除去すると、図8に示すように、配線2、アンダーフィル材13および封止材14の下面が露出される。この状態では、配線2、アンダーフィル材13および封止材14の下面は面一となっている。また、この状態では、ベース板23を除去しても、封止材14およびアンダーフィル材13の存在により、強度を十分に確保することができる。
ここで、ベース板23としては、銅箔のほかに、アルミニウム等のその他の金属板、ガラス板、セラミック板、樹脂板等を用いることもできる。ただし、ベース板23として銅箔を用いる場合には、剥離層22としてのポリイミドフィルムの両面に銅箔が積層されたものが市販されているので、この市販されているものをそのまま利用することができる。
次に、図9に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、配線2、アンダーフィル材13および封止材14の下面全体にソルダーレジスト等からなる下層絶縁膜1を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、配線2の他端部の接続パッド部に対応する部分における下層絶縁膜1に開口部4を形成する。
次に、下層絶縁膜1の開口部4内およびその下方に半田ボール5を配線2の他端部の接続パッド部に接続させて形成する。次に、図10に示すように、互いに隣接する半導体構成体6間において、封止材14および下層絶縁膜1を切断ライン24に沿って切断すると、図1に示す半導体装置が複数個得られる。
このようにして得られた半導体装置では、強度を十分に確保することができる封止材14およびアンダーフィル材13の下面側に配線2が埋め込まれた構造であり、この埋め込まれた配線2の一端部の接続パッド部上に半導体装置6をフェースダウン方式によりボンディングして搭載し、配線2の他端部の接続パッド部下に半田ボール5を設けることにより、両面配線構造で上下導通部を有する比較的高価なインターポーザを用いていないため、コストを低減することができ、また薄型化することができる。
実施形態1
次に、図1に示された半導体装置の製造方法を示すこの発明の実施形態1について説明する。この場合、図6に示す工程後に、図11に示すように、半導体構成体6の周囲における配線2を含む剥離層22の上面に、格子状の第1の封止材形成用シート25をピン等で位置決めしながら配置する。
格子状の第1の封止材形成用シート25は、ガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となし、パンチング等により複数の方形状の開口部25aを形成したものである。この場合、第1の封止材形成用シート25の厚さは半導体構成体6の高さよりもある程度厚くなっている。
次に、第1の封止材形成用シート25の上面に第2の封止材形成用シート26を配置する。第2の封止材形成用シート26は、第1の封止材形成用シート25と同じ材料からなり、すなわち、ガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となしたものである。次に、第2の封止材形成用シート26の上面に保護用銅箔27を配置する。
次に、図12に示すように、一対の加熱加圧板28、29を用いて上下から第1、第2の封止材形成用シート25、26を加熱加圧する。そして、その後の冷却により、半導体構成体6、アンダーフィル材13、配線2および下層絶縁膜1の上面に封止材14が形成され、且つ、封止材14の上面に保護用銅箔27が固着される。
この場合、保護用銅箔27は上側の加熱加圧板28の下面にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂が不要に付着するのを防止し、上側の加熱加圧板28をそのまま再使用することができるようにするためのものである。そこで、次に、保護用銅箔27をエッチングにより除去する。また、ベース板23および剥離層22をエッチング等により除去すると、図8に示すものが得られる。
以下、上記製造方法の一例と同様の工程を経ると、図1に示す半導体装置が複数個得られる。このようにして得られた半導体装置では、封止材14をガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させたものによって形成しているので、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂のみによって形成する場合と比較して、強度を強くすることができる。
本発明の方法により製造された半導体装置の第2の例
図13はこの発明の方法により製造された半導体装置の第2の例の断面図を示す。この半導体装置において、図1に示す半導体装置と異なる点は、半導体構成体6上に置ける封止材14の上面に銅箔からなる放熱層15を設け、放熱層15により、半導体基板7から発生する熱の放熱性を良くした点である。この場合、放熱層15は、例えば、図12に示す保護用銅箔27をフォトリソグラフィ法によりパターニングすると、形成することができるので、上側の加熱加圧板28の下面にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂が不要に付着するのを防止するための保護用銅箔27を有効に利用することができる。
本発明の方法により製造された半導体装置の第3の例
図14はこの発明の方法により製造された半導体装置の第3の例の断面図を示す。この半導体装置において、図1に示す半導体装置と大きく異なる点は、封止材14の上面に上層配線31を設け、上層配線31の一端部を半導体構成体6の周囲における封止材14中に設けられた上下導通部32を介して配線2の他端部上面に接続させた点である。
すなわち、上層配線31の一端部は、半導体構成体6の周囲における封止材14中に設けられた裁頭錐体形状の下部突起電極33、下部接続配線34、上下接続部35、上部接続配線36および裁頭錐体形状の上部突起電極37からなる上下導通部32を介して配線2の他端部上面に接続されている。上層配線31を含む封止材14の上面にはソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜38が設けられている。上層配線31の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜38には開口部39が設けられている。
(実施形態2)
次に、図14に示された半導体装置の製造方法を示すこの発明の実施形態2について説明する。この場合、図6に示す工程後に、図15に示すように、半導体構成体6の周囲における配線2を含む剥離層22の上面に、格子状の第1、第2の封止材形成用シート41、42をピン等で位置決めしながら配置し、その上に第3の封止材形成用シート43および上層配線形成用銅箔44を配置する。
この場合も、格子状の第1、第2の封止材形成用シート41、42は、ガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となし、パンチング等により複数の方形状の開口部41a、42aを形成したものである。第3の封止材形成用シート43は、第1、第2の封止材形成用シート41、42と同じ材料からなり、すなわち、ガラス布等からなる基材にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となしたものである。
そして、第2の封止材形成用シート42の複数の箇所には、フォトリソグラフィ法またはレーザ照射によるレーザ加工により、開口部42bが形成されている。開口部42b内には金属ペースト、導電ピン等からなる上下接続部35が設けられている。第2の封止材形成用シート42の上下面には、それぞれ積層された銅箔をパターニングすることにより、上部接続配線36および下部接続配線34が上下接続部35を介して互いに接続されて形成されている。
下部接続配線34の下面には、スクリーン印刷等により金属ペーストを塗布することにより、錐体形状の下部突起電極33が形成されている。そして、第1の封止材形成用シート41をやや加熱した状態において、錐体形状の下部突起電極33を第1の封止材形成用シート41に突き刺して貫通させることにより、第2の封止材形成用シート42の下面側に第1の封止材形成用シート41が仮固着されている。
また、上層配線形成用銅箔44の下面には、スクリーン印刷等により金属ペーストを塗布することにより、錐体形状の上部突起電極37が形成されている。そして、第3の封止材形成用シート43をやや加熱した状態において、錐体形状の上部突起電極37を第3の封止材形成用シート43に突き刺して貫通させることにより、上層配線形成用銅箔44の下面に第3の封止材形成用シート43が仮固着されている。
次に、図16に示すように、一対の加熱加圧板28、29を用いて上下から第1、第2、第3の封止材形成用シート41、42、43を加熱加圧する。そして、その後の冷却により、半導体構成体6、アンダーフィル材13、配線2および下層絶縁膜1の上面に封止材14が形成され、且つ、封止材14の上面に上層配線形成用銅箔44が固着される。
また、下部突起電極33の下部が配線2の他端部上面に押し付けられて適宜につぶれ、且つ、上部突起電極37の下部が上部接続配線36の上面に押し付けられて適宜につぶれる。これにより、上層配線形成用銅箔44は、半導体構成体6の周囲における封止材14中に設けられた裁頭錐体形状の下部突起電極33、下部接続配線34、上下接続部35、上部接続配線36および裁頭錐体形状の上部突起電極37からなる上下導通部32を介して配線2の他端部上面に接続される。この場合、上層配線形成用銅箔44は上側の加熱加圧板28の下面にエポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂が不要に付着するのを防止する機能を有する。
次に、ベース板23および剥離層22をエッチング等により除去し、且つ、上層配線形成用銅箔44をフォトリソグラフィ法によりパターニングすると、図17に示すように、配線2、アンダーフィル材13および封止材14の下面が露出され、且つ、封止材14の上面に上層配線31が形成される。この状態では、配線2、アンダーフィル材13および封止材14の下面は面一となっている。
次に、図18に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、配線2、アンダーフィル材13および封止材14の下面全体にソルダーレジスト等からなる下層絶縁膜1を形成し、且つ、上層配線31を含む封止材14の上面全体にソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜38を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、配線2の他端部の接続パッド部に対応する部分における下層絶縁膜1に開口部4を形成し、且つ、上層配線31の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜38に開口部39を形成する。
次に、下層絶縁膜1の開口部4内およびその下方に半田ボール5を配線2の他端部の接続パッド部に接続させて形成する。次に、図19に示すように、互いに隣接する半導体構成体6間において、オーバーコート膜38、封止材14および下層絶縁膜1を切断ライン24に沿って切断すると、図14に示す半導体装置が複数個得られる。
このようにして得られた半導体装置では、封止材14の上面に上層配線31を上下導通部32を介して配線2に接続させて設け、上層配線31の接続パッド部以外をオーバーコート膜38で覆い、上層配線31の接続パッド部をオーバーコート膜38の開口部48を介して露出させているので、この露出された上層配線31の接続パッド部上に抵抗やコンデンサ等のチップ部品あるいは他の半導体構成体を搭載することができる。
なお、上記実施形態において、複数の配線2の一部は、封止材14により被覆されないように延出し、該延出部の上面に回路基板や接続部材の接続端子を接合するようにしてもよい。また、アンダーフィル材13を封止材14と同一材料としてもよく、その場合、封止材14を形成する工程で同時に形成するようにしてもよい。
この発明の方法により製造された半導体装置の第1の例の断面図。 図1に示された半導体装置の製造方法を示す参考実施形態であり、当初用意したものの断面図。 図2に続く工程の断面図。 図3に続く工程の断面図。 図4に続く工程の断面図。 図5に続く工程の断面図。 図6に続く工程の断面図。 図7に続く工程の断面図。 図8に続く工程の断面図。 図9に続く工程の断面図。 図1に示された半導体装置の製造方法を示すこの発明の実施形態1における所定の工程の断面図。 図11に続く工程の断面図。 この発明の方法により製造された半導体装置の第2の例の断面図。 この発明の方法により製造された半導体装置の第3の例の断面図。 図14に示された半導体装置の製造方法を示すこの発明の実施形態2における所定の工程の断面図。 図15に続く工程の断面図。 図16に続く工程の断面図。 図17に続く工程の断面図。 図18に続く工程の断面図。
符号の説明
1 下層絶縁膜
2 配線
3 表面処理層
4 開口部
5 半田ボール
6 半導体構成体
7 シリコン基板
8 接続パッド
9 絶縁膜
10 開口部
11 下地金属層
12 突起電極
13 アンダーフィル材
14 封止材
15 放熱層
21 配線形成用銅箔
22 剥離層
23 ベース板
24 切断ライン
25 第1の封止材形成用シート
26 第2の封止材形成用シート
27 保護用銅箔
31 上層配線
32 上下導通部
38 オーバーコート膜
41 第1の封止材形成用シート
42 第2の封止材形成用シート
43 第3の封止材形成用シート
44 上層配線形成用銅箔

Claims (8)

  1. 配線形成用銅箔の下面に剥離層およびベース板が設けられたものを用意する工程と、
    前記配線形成用銅箔をパターニングして配線を形成する工程と、
    半導体基板および該半導体基板下に設けられた複数の外部接続用電極を有する半導体構成体の外部接続用電極を前記配線にボンディングする工程と、
    前記半導体構成体全体および前記配線の少なくとも一部を封止材で覆う工程と、
    前記ベース板および前記剥離層を除去する工程と、を有し
    前記封止材を形成する工程は、前記半導体構成体と前記剥離層との間にアンダーフィル材を充填すると共に前記半導体構成体の周囲における前記配線を含む前記剥離層上に、前記半導体構成体に対応する部分に開口部を有する第1の封止材形成用シート、第2の封止材形成用シートおよび銅箔を配置し、上下から加熱加圧して、前記半導体構成体、前記アンダーフィル材および前記配線を含む前記剥離層上に封止材を形成し、且つ、前記封止材上に前記銅箔を固着する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項に記載の発明において、前記封止材上に固着された前記銅箔を除去する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項に記載の発明において、前記封止材上に固着された前記銅箔により放熱層を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項に記載の発明において、前記第1、第2の封止材形成用シートは基材に熱硬化性樹脂を含浸させたものからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の発明において前記第2の封止材形成用シートは下側上下導通部を有すると共に前記半導体構成体に対応する部分に開口部を有し、前記封止材を形成する工程は、該第2の封止材形成用シート上に、第3の封止材形成用シートおよび下面に上側上下導通部を有する上層配線形成用銅箔を配置し、上下から加熱加圧して、前記半導体構成体、前記アンダーフィル材および前記配線を含む前記剥離層上に封止材を形成し、且つ、前記半導体構成体の周囲における前記封止材中に前記下側上下導通部および前記上側上下導通部からなる上下導通部を形成し、さらに、前記封止材上に前記上層配線形成用銅箔を前記上下導通部を介して前記配線に接続させて固着する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項に記載の発明において、前記封止材上に固着された前記上層配線形成用銅箔をパターニングして上層配線を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項に記載の発明において、前記上層配線を含む前記封止材の上面にオーバーコート膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項に記載の発明において、前記第1、第2、第3の封止材形成用シートは基材に熱硬化性樹脂を含浸させたものからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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