JP4951880B2 - Thermoelectric conversion module - Google Patents
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Description
本発明は、熱電変換モジュールに関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module.
従来、光通信用レーザダイオード(LD)モジュール等の光デバイスは、光部品(LD等)の温度を制御するために熱電変換モジュール、気密性を保つためのパッケージ(筐体)、光部品を搭載するためのマウントを有している。パッケージ内には熱電変換モジュールが固定され、その熱電変換モジュールの上面に光部品を搭載したマウントが固定されている。 Conventionally, optical devices such as laser diodes (LD) modules for optical communication are equipped with thermoelectric conversion modules for controlling the temperature of optical components (LD, etc.), packages (housing) for maintaining airtightness, and optical components. It has a mount to do. A thermoelectric conversion module is fixed in the package, and a mount on which an optical component is mounted is fixed on the upper surface of the thermoelectric conversion module.
熱電変換モジュールは、2枚の絶縁基板間に該対向面に沿って配列された複数の熱電素子(P型熱電素子及びN型熱電素子)を、両対向面に形成された電極に半田付けして形成されている。そして、熱電変換モジュールは、パッケージに設けられた給電用端子と接続されている。 The thermoelectric conversion module solders a plurality of thermoelectric elements (P-type thermoelectric elements and N-type thermoelectric elements) arranged along the facing surface between two insulating substrates to electrodes formed on both facing surfaces. Is formed. And the thermoelectric conversion module is connected with the terminal for electric power feeding provided in the package.
近年、熱電変換モジュールと給電用端子との接続は、ワイヤボンディング法によりワイヤをリードとして接続されている(例えば、特許文献1,特許文献2参照)。熱電変換モジュールの下基板にはワイヤボンド対応の電極が形成され、ワイヤはこの電極と給電用端子とを電気的に接続する。
ところで、熱電変換モジュールでは、熱電素子と電極との半田付け性を改善するために、電極の表面にAuメッキなどの処理が施され、該電極と熱電素子との半田のぬれ性が改善されている。このため、熱電素子と電極とを接合する半田の余剰分がワイヤボンディング対応の電極へと広がってしまう。この電極に広がった半田は、ワイヤボンド時にワイヤと電極とが合金を形成することを阻害するため、接合強度が不足したり、接合できないなどの、接合不良を起こすという問題があった。 By the way, in the thermoelectric conversion module, in order to improve the solderability between the thermoelectric element and the electrode, the surface of the electrode is treated with Au plating or the like, and the wettability of the solder between the electrode and the thermoelectric element is improved. Yes. For this reason, the surplus solder for joining the thermoelectric element and the electrode spreads to the electrode for wire bonding. The solder spread on the electrode hinders the formation of an alloy between the wire and the electrode at the time of wire bonding, so that there is a problem in that the bonding strength is insufficient or bonding is not possible.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、接合信頼性を向上することができる熱電変換モジュールを提供することにある。 The present invention was made to solve the above problems, its object is to provide a thermoelectric conversion module which can improve the bonding reliability.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、パッケージ内に搭載され該パッケージに備えられる導電板とボンディングワイヤにて接続される熱電変換モジュールであって、相対向する一対の基板と、前記一対の基板の対向する面にそれぞれ設けられた電極と、前記一対の基板の間に配列され前記電極と半田により接続された複数の熱電素子と、を備え、前記一対の基板の一方の基板は他方の基板より突出した突出部を有し、該突出部は、ワイヤを接続するためのパッドと、該パッドと前記電極とを接続する接続部とを備え、該接続部には前記熱電素子が接続される前記電極から前記パッドに向かう半田の流れを規制する流れ規制部が前記熱電素子と前記パッドとの間に形成され、前記接続部は、前記電極から前記突出部の突出する方向に沿って延設される部分を有し、該部分にはその幅W1よりも狭い幅W2の前記流れ規制部としての幅狭部が前記パッド側に連設されている。 In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a thermoelectric conversion module mounted in a package and connected to a conductive plate provided in the package by a bonding wire, and a pair of opposing ones And a plurality of thermoelectric elements arranged between the pair of substrates and connected by soldering to the electrodes, and a plurality of thermoelectric elements arranged between the pair of substrates. One substrate has a protruding portion protruding from the other substrate, and the protruding portion includes a pad for connecting a wire and a connecting portion for connecting the pad and the electrode. A flow restricting portion for restricting a flow of solder from the electrode to which the thermoelectric element is connected to the pad is formed between the thermoelectric element and the pad, and the connecting portion projects from the electrode to the protruding portion. You Has a portion extending along the direction, the partial width narrow portion as the flow restriction of the narrower width W2 than the width W1 is provided continuously on the pad side.
従って、請求項1に記載の発明によれば、一方の基板が他方の基板より突出した突出部を有すると共に該突出部にパッドを形成したため、他方の基板に遮られることなくワイヤをパッドにボンディングすることができる。そして、電極と熱電素子とを接続する際に電極からパッドに向かって流れる余剰な半田は、規制部により流れが規制されるため、パッド表面に半田が流れ込むのが抑制される。このため、パッドとワイヤとの接合信頼性が向上する。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, since one substrate has a protrusion protruding from the other substrate and the pad is formed on the protrusion, the wire is bonded to the pad without being blocked by the other substrate. can do. And since the flow of the excessive solder which flows toward the pad from the electrode when connecting the electrode and the thermoelectric element is restricted by the restricting portion, the solder is prevented from flowing into the pad surface. For this reason, the bonding reliability between the pad and the wire is improved.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の熱電変換モジュールにおいて、前記幅狭部は、前記電極の幅より狭い幅を有する。
従って、請求項2に記載の発明によれば、電極と熱電素子とを接続する際に電極からパッドに向かって流れる余剰な半田は、幅狭部により流れにくくなるため、半田がパッドに流れ込むのを抑制することができる。
According to a second aspect of the invention, the thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the narrow portion is that having a narrower width than a width of the electrode.
Therefore, according to the second aspect of the present invention, when the electrode and the thermoelectric element are connected, the excessive solder flowing from the electrode toward the pad is less likely to flow due to the narrow portion, so that the solder flows into the pad. Can be suppressed.
請求項3に記載の発明は、請求項2記載の熱電変換モジュールにおいて、前記接続部は、前記電極の幅と同じ幅を有しており、前記幅狭部は、前記パッドと前記電極との間に配置されている。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱電変換モジュールにおいて、前記接続部には、前記一方の基板における前記突出部の突出する方向に延びる辺と隣り合う辺に沿って形成される前記パッドが接続されている。
According to a third aspect of the present invention, in the thermoelectric conversion module according to the second aspect, the connection portion has the same width as the width of the electrode, and the narrow portion is formed between the pad and the electrode. Arranged between.
The invention described in claim 4 is the thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 3, the front Symbol connecting portion, and a side extending in the protruding direction of the protruding portion in the one substrate The pads formed along adjacent sides are connected .
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱電変換モジュールにおいて、前記突出部の上面に前記パッドを被覆するテープを貼着した。 The invention according to claim 5 is the thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 4 , wherein a tape that covers the pad is attached to an upper surface of the protrusion.
従って、請求項5に記載の発明によれば、突出部上面に貼着されたテープにより、電極と熱電素子とを接続する際に電極からパッドに向かって流れる余剰な半田がパッド表面に流れ込むのを防ぐことができる。このため、パッドとワイヤとの接合信頼性が向上する。 Therefore, according to the fifth aspect of the present invention, the excessive solder flowing from the electrode toward the pad flows into the pad surface when the electrode and the thermoelectric element are connected by the tape adhered to the upper surface of the protruding portion. Can be prevented. For this reason, the bonding reliability between the pad and the wire is improved.
本発明によれば、接合信頼性を向上することができる熱電変換モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a thermoelectric conversion module which can improve the bonding reliability.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1(a)及び図1(b)に示すように、電子デバイスとしての光デバイス10は、パッケージ11とキャップ12を備えている。パッケージ11は、所定の板厚を有し長方形板状に形成された底板13と、該底板13の上面に立設され四角形筒状に形成された側壁14とから構成されている。側壁14の上端は開口しており、該開口は側壁14の上端に接合されたキャップ12により閉塞されている。パッケージ11とキャップ12とにより囲まれた空間には乾燥窒素ガスが充填されている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, an
図1(a)に示すように、パッケージ11の長手方向に沿って延び対向する一対の側壁14aにはそれぞれ端子板15が設けられている。端子板15は側壁14aに長手方向に沿って形成され側壁14aを貫通する挿通孔(図示せず)に挿通され、挿通孔と端子板15との隙間はロウ材により封止されている。端子板15は、複数の導電板15a及び絶縁板15bを交互に並列して構成されている。パッケージ11外部に突出した各導電板15aの上面には、それぞれ端子16が接合されている。パッケージ11内部に突出した導電板15aのいくつかは、パッケージ11内部に収容された素子と接続されている。
As shown in FIG. 1A, a
パッケージ11内部には素子としての熱電変換モジュール21が収容されている。図1(b)に示すように、熱電変換モジュール21は、半田22により底板13の上面に接合されている。熱電変換モジュール21の上面には半田23により光学素子を搭載するためのマウント24が接合されている。マウント24の上面には、光学素子としての半導体レーザ(LD)25と、半導体レーザ25の背面出力光を受光し該光に応じた信号を出力するフォトダイオード(PD)26が搭載されている。
A
図1(a)に示すように、半導体レーザ25と導電板15aは、ボンディングにより接合されたワイヤ25a,25bを介して電気的に接続されている。半導体レーザ25には、ワイヤ25a,25bを介して駆動電流が供給され、半導体レーザ25は駆動電流に従って発振動作し、レーザ光を照射する。図には、一点鎖線にて半導体レーザ25から出射されるレーザ光の光軸を示す。フォトダイオード26は、導電板15aとボンディングにより接合されたワイヤ26a,26bを介して電気的に接続され、該ワイヤ26a,26bを介して信号を出力する。レーザ光が出射される側の側壁部14bにはファイバホルダ27が固着され、該ファイバホルダ27には光ファイバ28が固定されている。半導体レーザ25から出射されたレーザ光は、図示しないレンズを介して光ファイバ28に導入される。
As shown in FIG. 1A, the
次に、熱電変換モジュール21について詳述する。
図1(b)に示すように、熱電変換モジュール21は、上下一対の絶縁基板31,32を備えている。上基板31及び下基板32は、同じ材質(例えばアルミナ)によりなり、長四角平板状に形成されている。そして、上基板31の長手方向(図1(a)において左右方向)の長さは、下基板32の長手方向の長さよりも短く形成されており、短手方向(図1(a)において上下方向)の長さは、下基板32の短手方向の長さと同じになっている。上基板31及び下基板32は、下基板32の他端部が、上基板31の他端部よりも長手方向に突出している。即ち、下基板32の他端部には、その上方に上基板31が存在しない部分である突出部32aが形成されている。
Next, the
As shown in FIG. 1B, the
上側の絶縁基板(以下、上基板)31と下側の絶縁基板(以下、下基板)32には、互いに対向する面に複数の上電極33及び下電極34が形成されている。上電極33と下電極34との間には複数の熱電素子35が配置されている。複数の熱電素子35は、P型熱電素子とN型熱電素子とを含み、上基板31及び下基板32の対向面に沿って配列され、P型熱電素子とN型熱電素子が電気的に直列又は並列接続されるように上電極33及び下電極34と半田により接合されている。半田には例えばスズ−アンチモン(Sn/Sb )よりなる半田が用いられている。上電極33,下電極34及び熱電素子35により熱電素子回路が形成され、その回路端部の下電極34は、突出部32a上に延出されている。
A plurality of
突出部32aの上面には、一対のボンディング用パッド36が形成されている。一対のパッド36は、突出部32aの辺に沿って、突出部32aの略中央部から短手方向の辺に向かってそれぞれ延びるように形成されている。一対のパッド36は、接続部37により下電極34と電気的に接続されている。
A pair of
図2(a)に示すように、接続部37は、下電極34を延設したように、該下電極34の幅と同じ幅を有している。そして、接続部37には、所定位置(例えば下電極34とパッド36との間の中間位置)において、規制部として、前記下電極34の幅よりも狭い幅に形成された幅狭部37aを有している。幅狭部37aは、接続部37を矩形状に切り欠くようにして形成されている。その切り欠き部37bの大きさは、接続部37の幅、即ち下電極34の幅に応じて決定されている。図2(a)に示すように、切り欠き部37bの幅W2及び長さW3は、接続部37の幅W1に応じて設定され、例えば幅W1の1/2に設定されている。
As shown in FIG. 2A, the connecting
図1(a)に示すように、パッド36はワイヤ38により導電板15aと電気的に接続されている。ワイヤ38は、例えば超音波振動と荷重によりボンディングワイヤを披接合物に接合するウェッジボンディングにより、パッド36のボンディング領域36a及び導電板15aと接合されている。
As shown in FIG. 1A, the
幅狭部37a及び切り欠き部37bは、下電極34に熱電素子35を接合する半田がパッド36に流れ込むのを阻害する。つまり、幅狭部37aの幅は、切り欠き部37bを形成することにより下電極34の幅よりも狭い。このため、図2(b)に示すように、熱電素子35の半田付けの際に余剰な半田Hが下電極34からパッド36に向かって流れるが、幅狭部37aにより幅が狭くなっているため、半田Hが流れにくくなり、パッド36に到達しない。従って、パッド36のボンディング領域36aの表面が半田Hにより覆われないため、ワイヤボンド時にワイヤ38とパッド36とが合金を形成して接合されるとともに、所望の接合強度を得ることができる。
The
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
実施形態にて説明したように、下電極34とパッド36との間に幅狭部37aを有する接続部37を形成した。この上基板31及び下基板32の電極33,34にスズ−アンチモン(Sn/Sb )半田をスクリーン印刷法により塗布し、上基板31と下基板32との間に36個の熱電素子35を挟み込み、これらをヒータプレートにて加熱した後、冷却して上記の熱電変換モジュール21を製作した。
Next, the embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
Example 1
As described in the embodiment, the
(実施例2)
この熱電変換モジュール41は、図3(a)に示すように、形状が異なる接続部42を有している。接続部42は、所定位置(例えば下電極34とパッド36との間の中間位置)において、規制部として、前記下電極34の幅よりも広い幅に形成された幅広部43を有している。幅広部43は、下電極34と同じ幅を有する基部43aに矩形状の拡幅部43bを接続して形成されている。その拡幅部43bの大きさは、接続部42の幅、即ち下電極34の幅に応じて決定されている。図3(a)に示すように、拡幅部43bの幅W2及び長さW3は、接続部42の幅W1に応じて設定され、例えば幅W1の1/2に設定されている。尚、半田の塗布方法、熱電素子35の数、半田の加熱・冷却は実施例1と同じである。
(Example 2)
As shown in FIG. 3A, the
この熱電変換モジュール41の場合、拡幅部43bは、下電極34に熱電素子35を接合する半田がパッド36に流れ込むのを阻害する。つまり、図3(b)に示すように、下電極34からパッド36に向かって流れる半田Hは、拡幅部43bに流れ込む。即ち、熱電素子35の半田付けの際に余剰な半田Hが拡幅部43bに流れ込み、パッド36に到達しない。従って、パッド36のボンディング領域36aの表面が半田により覆われないため、ワイヤボンド時にワイヤ38(図1(a)参照)とパッド36とが合金を形成して接合されるとともに、所望の接合強度を得ることができる。
In the case of this
(実施例3)
この熱電変換モジュール51は、図4(a)に示すように、下電極34と同じ幅を有する接続部52を備えるとともに、該接続部52を被覆する規制部としてのコーティング剤53を備えている。コーティング剤53にはフッ素材料を用い、液状のコーティング剤53をディスペンサにて所定の位置に供給し、乾燥して形成されている。接続部52をコーティング剤53にて被覆した後、熱電素子35を電極33,34に接続した。半田の塗布方法、熱電素子35の数、半田の加熱・冷却は実施例1と同じである。
(Example 3)
As shown in FIG. 4A, the
この熱電変換モジュール51の場合、熱電素子35の半田付けする際の余剰な半田は、コーティング剤53により遮られ、パッド36に流れ込まない。従って、パッド36のボンディング領域36aの表面が半田により覆われないため、ワイヤボンド時にワイヤ38(図1(a)参照)とパッド36とが合金を形成して接合されるとともに、所望の接合強度を得ることができる。
In the case of this
(実施例4)
この熱電変換モジュール61は、図4(b)に示すように、下電極34と同じ幅を有する接続部62を備えるとともに、突出部32a上面にパッド36及び接続部62を被覆するマスキングテープ63が貼着されている。マスキングテープ63は、例えばポリイミドを基体とした耐熱性を有するテープである。そして、突出部32aにマスキングテープ63を貼着した状態で熱電素子35を電極33,34に接続した。熱電素子35の接続後、マスキングテープ63を剥離した。半田の塗布方法、熱電素子35の数、半田の加熱・冷却は実施例1と同じである。
Example 4
As shown in FIG. 4B, the
この熱電変換モジュール61の場合、熱電素子35の半田付けする際の余剰な半田は、マスキングテープ63により遮られ、パッド36に流れ込まない。従って、パッド36のボンディング領域36aの表面が半田により覆われないため、ワイヤボンド時にワイヤ38(図1(a)参照)とパッド36とが合金を形成して接合されるとともに、所望の接合強度を得ることができる。
In the case of this
(比較例1)
この熱電変換モジュール71は、図5(a)に示すように、パッド72及び接続部73が下電極34と同じ幅を有している。半田の塗布方法、熱電素子35の数、半田の加熱・冷却は実施例1と同じである。
(Comparative Example 1)
In this
(比較例2)
この熱電変換モジュール75は、図5(b)に示すように、接続部76が下電極34と同じ幅を有している。半田の塗布方法、熱電素子35の数、半田の加熱・冷却は実施例1と同じである。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 5B, the
上記した実施例1〜実施例4、及び比較例1,比較例2の熱電変換モジュールのサンプルをそれぞれ10個用意し、各サンプルに対してパッドへの半田流れの有無を確認した。その結果を表1に示す。 Ten samples of the thermoelectric conversion modules of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 described above were prepared, and the presence or absence of solder flow to the pads was confirmed for each sample. The results are shown in Table 1.
次に、上記のサンプルのパッドにワイヤをボンディングし、ワイヤの接合可否を確認した。その結果を表2に示す。 Next, a wire was bonded to the pad of the sample, and whether or not the wire could be bonded was confirmed. The results are shown in Table 2.
以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
(1)下基板32を上基板31から突出した突出部32aを形成すると共に該突出部32aにパッド36を形成したため、上基板31に遮られることなくワイヤ38をパッド36にボンディングすることができる。そして、電極33,34と熱電素子35とを接続する際に電極34からパッド36に向かって流れる余剰な半田Hは、幅狭部37aにより流れにくくなるため、該半田Hがパッド36に流れ込むのを防ぐことができる。このため、パッド36とワイヤ38がボンディング時に合金を形成するため、パッド36とワイヤ38との接合信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the following features can be obtained.
(1) Since the protruding
(2)接続部42に拡幅部43bを形成することにより、電極33,34と熱電素子35とを接続する際に電極34からパッド36に向かって流れる余剰な半田Hが拡幅部43bに流れ込むため、該半田Hがパッド36に流れ込むのを防ぐことができる。
(2) Since the widened
(3)接続部52をコーティング剤53により被覆したため、そのコーティング剤53により電極33,34と熱電素子35とを接続する際に電極34からパッド36に向かって流れる余剰な半田Hが堰き止められるため、該半田Hがパッド36に流れ込むのを確実に防ぐことができる。
(3) Since the connecting
(4)パッド36を形成した突出部32aにマスキングテープ63を貼着し、該マスキングテープ63によりパッド36を被覆するようにした。従って、電極33,34と熱電素子35とを接続する際に電極34からパッド36に向かって流れる余剰な半田Hが堰き止められるため、該半田Hがパッド36に流れ込むのを確実に防ぐことができる。
(4) A
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、電極33,34と熱電素子35を接合する半田として、金−スズ(Au/Sn )半田,スズ−銀(Ag/Sn )を含む半田(スズ−銀系半田),スズ−亜鉛(Sn/Zn )を含む半田(スズ−亜鉛系半田),スズ−鉛(Sn/Pb )半田を用いても良い。半田の供給方法として、メッキ,ペレットなどを用いても良い。
In addition, you may change each said embodiment as follows.
In the above embodiment, gold-tin (Au / Sn) solder, tin-silver (Ag / Sn) -containing solder (tin-silver based solder), tin as solder for joining the
・上記実施形態において、切り欠き部37bを形成することにより接続部37の幅を狭くしたが、接続部37の幅を狭くすることができればよく、例えば接続部37の中央に孔を形成するようにしてもよい。
In the above embodiment, the width of the
・上記実施形態の実施例1において、切り欠き部37bの幅W2と長さW3を適宜変更して実施しても良い。また、実施例2において、拡幅部43bの幅W2と長さW3を適宜変更して実施しても良い。
-In Example 1 of the said embodiment, you may carry out by changing suitably the width W2 and length W3 of the
・上記実施形態において、マスキングテープ63を貼着したまま出荷するようにしてもよい。この場合、熱電変換モジュール61の使用者がマスキングテープ63を剥離する。この場合、熱電変換モジュール61が使用されるまでパッド36のボンディング領域36aが被覆されているため、そのボンディング領域36a表面の酸化を防ぐことができる。
-In the said embodiment, you may make it ship with the masking
11…パッケージ、15a…導電板、31…基板(上基板)、32…基板(下基板)、32a…突出部、33,34…電極、35…熱電素子、36…パッド、37,42,52…接続部、37a…幅狭部(規制部)、38…ボンディングワイヤ、43…幅広部(規制部)、43b…拡幅部(規制部)、53…コーティング剤(規制部)、63…マスキングテープ(テープ)、H…半田。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
相対向する一対の基板と、前記一対の基板の対向する面にそれぞれ設けられた電極と、前記一対の基板の間に配列され前記電極と半田により接続された複数の熱電素子と、を備え、
前記一対の基板の一方の基板は他方の基板より突出した突出部を有し、該突出部は、ワイヤを接続するためのパッドと、該パッドと前記電極とを接続する接続部とを備え、該接続部には前記熱電素子が接続される前記電極から前記パッドに向かう半田の流れを規制する流れ規制部が前記熱電素子と前記パッドとの間に形成され、
前記接続部は、前記電極から前記突出部の突出する方向に沿って延設される部分を有し、該部分にはその幅W1よりも狭い幅W2の前記流れ規制部としての幅狭部が前記パッド側に連設されている
ことを特徴とする熱電変換モジュール。 A thermoelectric conversion module mounted in a package and connected to a conductive plate provided in the package by a bonding wire,
A pair of opposing substrates, electrodes provided on opposing surfaces of the pair of substrates, and a plurality of thermoelectric elements arranged between the pair of substrates and connected to the electrodes by solder,
One substrate of the pair of substrates has a protruding portion protruding from the other substrate, the protruding portion includes a pad for connecting a wire, and a connecting portion for connecting the pad and the electrode, The connection part is formed between the thermoelectric element and the pad, a flow restriction part for restricting the flow of solder from the electrode to which the thermoelectric element is connected to the pad ,
The connecting portion has a portion extending from the electrode along a direction in which the protruding portion protrudes, and the portion has a narrow portion as the flow restricting portion having a width W2 narrower than the width W1. A thermoelectric conversion module characterized in that the thermoelectric conversion module is connected to the pad side .
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