JP5086039B2 - 半導体モジュールおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体モジュールおよびこれを搭載する撮像装置に関する。

近年、電子機器の小型化・高機能化に伴い、電子機器に使用される半導体モジュールのさらなる小型化、集積化が求められている。このような要求に応えるために、基板上に複数の半導体チップを搭載したＭＣＭ（マルチチップモジュール）が開発されている。

ＭＣＭにおいて半導体チップを搭載する構造として、複数の半導体チップが積層された多段スタック構造が知られている。多段スタック構造のＭＣＭでは、各半導体チップの周囲に外部電極が設けられ、各外部電極と基板上の電極パッドとがボンディングワイヤにより電気的に接続される。

このようなＭＣＭは、たとえば、ＣＣＤカメラに組み込まれ、各半導体チップに独自の機能が付与される。たとえば、ロジック素子として機能する半導体チップには制御回路が組み込まれ、ドライバ素子として機能する半導体チップにＣＣＤを駆動するモータに電流を供給する回路が組み込まれる。また、ＭＣＭには、ＥＥＰＲＯＭなどのメモリ素子が搭載され、メモリ素子に手振れ補正制御などに必要なデータが適宜保持される。
特開２００６−２８６８２４号公報

多段スタック構造を採用したＭＣＭにおいて、ドライバ素子として機能する半導体素子のボンディングワイヤを流れる信号がメモリ素子におけるノイズとなり、メモリ素子の動作信頼性が低減し、ひいては半導体モジュールの動作信頼性が低下する可能性があった。

また、デジタルカメラなどの撮像装置はさらなる小型化が求められており、従来の多段スタック構造を採用したＭＣＭを搭載した撮像装置においては、上述した半導体素子の動作信頼性の低下が顕著となり、撮像装置の動作不良を招くおそれがあるという課題があった。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の半導体素子を有する半導体モジュールにおいて、半導体素子のボンディングワイヤを流れる信号がメモリ素子のノイズとなることを抑制し、半導体モジュールの動作信頼性を向上させる技術の提供にある。また、本発明の他の目的は、複数の半導体素子を有する半導体モジュールが組み込まれた撮像装置の動作信頼性を向上させる技術の提供にある。

本発明のある態様は、半導体モジュールである。当該半導体モジュールは、一方の主表面に基板電極が設けられた配線基板と、配線基板に搭載され、ロジック信号を入力または出力するためのロジック信号用電極を有する第１の半導体素子と、第１の半導体素子の上に搭載され、大電流を出力するための電流出力用電極を有する第２の半導体素子と、ロジック信号用電極とこれに対応する前記基板電極とを電気的に接続する第１のボンディングワイヤと、電流出力用電極とこれに対応する基板電極とを電気的に接続する第２のボンディングワイヤと、第１の半導体素子と並設して搭載されたメモリ素子と、を備え、配線基板の主表面側から見て、メモリ素子は、第２のボンディングワイヤが横切る第２の半導体素子の辺の対辺側に位置していることを特徴とする。

上記態様によれば、ドライバ素子として機能する第２の半導体素子の電流出力用電極およびボンディングワイヤから離れた位置にメモリ素子が設けられているため、メモリ素子にノイズが生じることが抑制される。この結果、メモリ素子の動作信頼性を向上させ、ひいては半導体モジュールの動作信頼性を向上させることができる。

上記態様において、メモリ素子は、配線基板の角部近傍に設けられていてもよい。

第１の半導体素子は、撮像装置の手振れ補正用の手振れ補正信号を出力し、第２の半導体素子は、手振れ補正信号に従って撮像装置のレンズを駆動する駆動手段に供される大電流を出力してもよい。この場合において、駆動手段は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であってもよい。

本発明の他の態様は撮像装置である。当該撮像装置は、上述したいずれかの態様の半導体モジュールを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の半導体素子を有する半導体モジュールにおいて、一方の半導体素子のボンディングワイヤを流れる信号がこれに並設するメモリ素子のノイズとなることを抑制し、半導体モジュールの動作信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。

実施の形態に係る半導体モジュールは、手振れ補正機能を有するデジタルカメラなどの撮像装置に好適に用いられる。図１は、実施の形態に係る半導体モジュールを有する撮像装置の回路構成を示すブロック図である。デジタルカメラは、信号増幅部１０および手振れ補正部２０を有する。信号増幅部１０は、入力された信号を所定の増幅率で増幅して手振れ補正部２０に出力する。手振れ補正部２０は、入力された角速度信号およびレンズの位置信号に基づいて、レンズの位置を制御して手振れ補正を行うための信号を信号増幅部１０に出力する。

以下、デジタルカメラの回路構成についてより具体的に説明する。

ジャイロセンサ５０は、デジタルカメラのＸＹの２軸方向の角速度を検出する。ジャイロセンサ５０によって得られたアナログの角速度信号は、増幅回路１２により増幅された後、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）２２に出力される。ＡＤＣ２２は、増幅回路１２により増幅された角速度信号をデジタルの角速度信号に変換する。ＡＤＣ２２から出力された角速度信号は、ジャイロイコライザ２４に出力される。

ジャイロイコライザ２４において、まず、ＡＤＣ２２から出力されたデジタルの角速度信号がＨＰＦ（ハイパスフィルタ）２６に入力される。ＨＰＦ２６は、ジャイロセンサ５０から出力された角速度信号のうち、手振れによる周波数成分より低い周波数成分を除去する。一般的に、手振れによる周波数成分は、１〜２０Ｈｚであるため、たとえば、角速度信号から０．７Ｈｚ以下の周波数成分が除去される。

パン・チルト判定回路２８は、ＨＰＦ２６が出力する角速度信号に基づいて、撮像装置のパン動作、チルト動作を検出する。被写体の移動などに応じて撮像装置を移動させる場合に、ジャイロセンサ５０はその移動に応じた角速度信号を出力する。しかし、パン動作またはチルト動作による角速度信号の変動は、手振れによるものではないため、レンズ６０などの光学系を補正する必要がない場合がある。パン・チルト判定回路２８は、パン動作またはチルト動作による角速度信号の変動に依存することなく、手振れ補正を行うために設けられる。具体的には、パン・チルト判定回路２８は、一定期間連続して角速度信号が所定値となることを検出したときに、パン動作またはチルト動作中であると判定する。なお、被写体の移動などに応じて撮像装置を水平方向に動かすことをパン動作といい、垂直方向に移動させることをチルト動作という。

ゲイン調整回路３０は、パン・チルト判定回路２８の判定結果に応じて、ＨＰＦ２６から出力される角速度信号の増幅率を変更する。たとえば、パン動作またはチルト動作中でない場合には、ゲイン調整回路３０はＨＰＦ２６が出力する角速度信号のゲイン調整を行う。また、パン動作またはチルト動作中の場合には、ゲイン調整回路３０は、ＨＰＦ２６が出力する角速度信号の強度を減衰して出力が０となるようなゲイン調整を行う。

ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３２は積分回路の役目を果たし、ゲイン調整回路３０が出力した角速度信号を積分して、撮像装置の移動量を示す角度信号を生成する。たとえば、ＬＰＦ３２は、デジタルフィルタを用いたフィルタ処理を行うことによって角度信号、つまり撮像装置の移動量を求める。

センタリング処理回路３４は、ＬＰＦ３２から出力される角度信号に対して、所定の値を減算する。撮像装置において手振れ補正処理を行う場合、補正処理を継続して実行するうちにレンズの位置が基準位置から徐々に離れていき、レンズの可動範囲の限界点付近に達する場合がある。このとき、手振れ補正処理を継続すると、レンズはある一方の方向には移動できるが、他方には移動できなくなる。センタリング処理回路はこれを防止するために設けられるものであり、角度信号から所定の値を減算することによって、レンズの可動範囲の限界点に近づきにくいように制御する。

センタリング処理回路３４から出力された角度信号は、ゲイン調整回路３６によりホール素子７０の信号の範囲に調整される。ゲイン調整回路３６によって調整された角度信号は、ホールイコライザ４０に出力される。

ホール素子７０は、ホール効果を利用した磁気センサであり、レンズ６０のＸおよびＹ方向の位置検出手段として機能する。ホール素子７０によって得られたレンズ６０の位置情報を含むアナログの位置信号は、増幅回路１４により増幅された後、ＡＤＣ２２に送信される。ＡＤＣ２２は、増幅回路１４により増幅されたアナログの位置信号をデジタルの位置信号に変換する。なお、ＡＤＣ２２は、増幅回路１２および増幅回路１４のアナログの出力を時分割でデジタル値に変換する。

ＡＤＣ２２から出力された位置信号は、ホールイコライザ４０に出力される。ホールイコライザ４０において、まず、ＡＤＣ２２から出力された位置信号は、加算回路４２に入力される。また、加算回路４２には、ゲイン調整回路３６によって調整された角度信号が入力される。加算回路４２は、入力された位置信号と角度信号とを加算する。加算回路４２から出力された信号は、サーボ回路４４に出力される。サーボ回路４４は、サーボ回路４４に出力された信号に基づいて、ＶＣＭ８０の駆動を制御する信号を生成する。当該信号の電流（ＶＣＭ駆動電流）は、一般的に、２００〜３００ｍＡである。なお、サーボ回路４４において、サーボ回路デジタルフィルタ用いたフィルタ処理が行われてもよい。

サーボ回路４４から出力されたＶＣＭ駆動信号は、ＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）４６によりデジタル信号からアナログ信号に変換される。アナログのＶＣＭ駆動信号は、増幅回路１６により増幅された後、ＶＣＭ８０に出力される。ＶＣＭ８０は、ＶＣＭ駆動信号に基づいてレンズ６０のＸおよびＹ方向の位置を移動させる。

ここで手振れがない場合と手振れがある場合の本実施の形態の撮像装置の回路の動作について説明する。

（手振れがない場合の動作）
手振れのない場合には、撮像装置に角速度が生じないため、ジャイロイコライザ２４の出力する信号は“０”となる。ＶＣＭ８０によって駆動されるレンズ６０の位置は、その光軸と撮像装置に備えられるＣＣＤなどの撮像素子（図示せず）の中心が一致するため、ホール素子７０および増幅回路１４によるアナログの位置信号は、ＡＤＣ２２により“０”を示すデジタルの位置信号に変換された後、ホールイコライザ４０に出力される。サーボ回路４４は、位置信号の値が“０”のとき、現在のレンズ６０の位置を維持するようにＶＣＭ８０を制御する信号を出力する。

また、レンズ６０の位置と撮像素子の中心が一致しない場合、ホール素子７０および増幅回路１４によるアナログの位置信号は、ＡＤＣ２２により“０”と異なる値を示すデジタルの位置信号に変換された後、ホールイコライザ４０に出力される。サーボ回路４４は、ＡＤＣ２２の出力するデジタルの位置信号の値に応じて、位置信号の値が“０”となるようにＶＣＭ８０を制御する。

このような動作を繰り返すことによって、レンズ６０の位置と撮像素子の中心が一致するように、レンズ６０の位置が制御される。

（手振れがある場合の動作）
ＶＣＭ８０によって駆動されるレンズ６０の位置は、その光軸と撮像装置に備えられる撮像素子の中心が一致するため、ホール素子７０および増幅回路１４によるアナログの位置信号は、ＡＤＣ２２により“０”を示すデジタルの位置信号に変換された後、ホールイコライザ４０に出力される。

一方、手振れによって撮像装置が移動するため、ＬＰＦ３２およびセンタリング処理回路３４は、ジャイロセンサ５０で検出された角速度信号に基づいて、撮像装置の移動量を示す角度信号を出力する。

サーボ回路４４は、ＡＤＣ２２が出力する“０”を示す位置信号と、センタリング処理回路が出力する角度信号と、を加算した信号に応じて、ＶＣＭの駆動信号を生成する。このとき、位置信号は“０”であるにも関わらず、“０”でない角度信号が加算されているため、サーボ回路４４はレンズ６０を移動させる補正信号を生成する。

なお、本実施の形態の手振れ補正は、ＣＣＤの画像を一度メモリに読み込み、次の画像との比較から手振れの要素を排除する、いわゆる電子式手振れ補正ではなく、上述のとおり、レンズを光学的にシフトさせるレンズシフト方式やＣＣＤをシフトさせるＣＣＤシフト方式などのような光学式手振れ補正である。

したがって、電子式手振れ補正機構を採用した場合に生じる課題、即ち、予め大きめにとった画像をトリミングすることに起因する画質の劣化や、ＣＣＤサイズの制約による補正範囲や撮像倍率の限界があること、さらには、１コマ１コマの静止画の触れが補正できないという課題を光学式手振れ補正は解決できるという効果を有する。特に、高画質ビデオの映像から静止画を取り出す場合は、光学式手振れ補正が有効である。

サーボ回路４４が出力する補正信号に基づいて、ＶＣＭ８０はレンズ６０を移動させるため、撮像装置に備えられた撮像素子は手振れによる被写体のぶれを抑制した信号を得ることができる。このような制御を繰り返すことによって、手振れ補正制御が実現される。

図２は、実施の形態に係る半導体モジュールの概略構成を示す平面図である。また、図３は、実施の形態に係る半導体モジュールの概略構成を示す断面図である。なお、図２において、後述する封止樹脂１５０は省略されている。

半導体モジュール１００は、配線基板１１０、第１の半導体素子１２０、第２の半導体素子１３０、第３の半導体素子１４０、封止樹脂１５０およびはんだボール１６０を備える。

配線基板１１０は、絶縁樹脂層１１２を介して第１の配線層１１４および第２の配線層１１６を有する。第１の配線層１１４と第２の配線層１１６とは、絶縁樹脂層１１２を貫通するビア１１７により電気的に接続されている。第２の配線層１１６にはんだボール１６０が接続されている。

絶縁樹脂層１１２を構成する材料としては、たとえば、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂が例示される。半導体モジュール１００の放熱性向上の観点から、絶縁樹脂層１１２は高熱伝導性を有することが望ましい。このため、絶縁樹脂層１１２は、銀、ビスマス、銅、アルミニウム、マグネシウム、錫、亜鉛およびこれらの合金などを高熱伝導性フィラーとして含有することが好ましい。

第１の配線層１１４および第２の配線層１１６を構成する材料としては、たとえば、銅が挙げられる。

配線基板１１０の主表面Ｓ１上に、第１の半導体素子１２０および第３の半導体素子１４０が搭載されている。第１の半導体素子１２０の上に積層されるように第２の半導体素子１３０が搭載されている。第１の半導体素子１２０はロジック素子であり、図１に示した手振れ補正部２０に該当する。また、第２の半導体素子１３０はドライバ素子あるいはパワー素子であり、図１に示した信号増幅部１０に該当する。第１の半導体素子１２０、第２の半導体素子１３０および第３の半導体素子１４０は、封止樹脂１５０によって封止され、パッケージ化されている。封止樹脂１５０は、たとえば、トランスファーモールド法により形成される。

第１の半導体素子１２０には、ロジック信号を入力または出力するためのロジック信号用電極１２２が設けられている。第１の半導体素子１２０に入力されるロジック信号として、上述した角速度信号、位置信号が挙げられる。ロジック信号の電流は、典型的には、２ｍＡである。また、第１の半導体素子１２０から出力されるロジック信号として、手振れ補正信号が挙げられる。ロジック信号用電極１２２は、金線などのボンディングワイヤ１２４を介して、第１の配線層１１４に設けられた基板電極１１８ａと電気的に接続されている。

第２の半導体素子１３０には、大電流を出力するための電流出力用電極１３２が設けられている。第２の半導体素子１３０から出力される大電流として、ＶＣＭを駆動するための電流（２００〜３００ｍＡ）が挙げられる。電流出力用電極１３２は、金線などのボンディングワイヤ１３４を介して、第１の配線層１１４に設けられた基板電極１１８ｂと電気的に接続されている。また、第２の半導体素子１３０には、電流出力用電極１３２の他に、他の半導体素子との信号の入出力に用いられるチップ電極１３６が設けられている。チップ電極１３６は、金線などのボンディングワイヤ１３７を介して、第１の配線層１１４に設けられた基板電極１１８ｃと電気的に接続されている。なお、ボンディングワイヤ１２４、１３４、１３７による結線は、第１の半導体素子１２０を配線基板１１０に搭載し、さらに、第１の半導体素子１２０の上に第２の半導体素子１３０を搭載した後に実施することができる。

図２に示すように、配線基板１１０の主表面Ｓ１側から見て、ボンディングワイヤ１３４は、第２の半導体素子１３０の辺Ｅ１を横切っている。第１の半導体素子１２０に接続されたボンディングワイヤ１２４は、第２の半導体素子１３０の辺Ｅ１と対応する第１の半導体素子の辺Ｆ１以外の辺、すなわち、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を横切っている。電流出力用電極１３２は、ボンディングワイヤ１３４が横切る第２の半導体素子１３０の辺Ｅ１に沿って設けられている。なお、第１の半導体素子１２０および第２の半導体素子１３０の「辺」は、一辺の「縁」または「端部」と言い換えることができる。

また、第２の半導体素子１３０の辺Ｅ１は、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１の上方においてせり出している。言い換えると、第２の半導体素子１３０の辺Ｅ１は、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１から突出し、第２の半導体素子１３０の辺Ｅ１の下部近傍に隙間が生じている。本実施の形態では、電流出力用電極１３２は、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１に対して第２の半導体素子１３０がせり出した領域に設けられている。なお、本実施の形態の半導体モジュール１００では、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１の側に電極パッドが設けられておらず、第２の半導体素子１３０を第１の半導体素子１２０の上に搭載する場合に、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１の側に障害となるものがない。このため、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１の側における第２の半導体素子１３０の配置に制約が生じないので、第２の半導体素子１３０の辺Ｅ１が、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１の上方においてせり出すことができる。

第３の半導体素子１４０は、ＥＥＰＲＯＭなどのメモリ素子である。第３の半導体素子１４０には、たとえば、手振れ補正制御に必要なデータが保持される。第３の半導体素子１４０は、第２の半導体素子１３０の電流出力用電極１３２およびボンディングワイヤ１３４が配置された辺Ｅ１とは反対側の配線基板１１０の辺に近接して設けられている。より好ましくは、第３の半導体素子１４０は、第２の半導体素子１３０の電流出力用電極１３２およびボンディングワイヤ１３４が形成された辺側とは反対側の配線基板１１０の角部近傍に設けられている。

以上説明した半導体モジュール１００によれば、第１の半導体素子１２０に設けられたロジック信号用電極１２２に接続されたボンディングワイヤ１２４が、第２の半導体素子１３０に設けられた電流出力用電極１３２に接続されたボンディングワイヤ１３４から離れた位置に存在しているため、ボンディングワイヤ１３４を流れる大電流の影響による第１の半導体素子１２０へのノイズ発生が抑制される。この結果、第１の半導体素子１２０の動作信頼性を向上させ、ひいては半導体モジュール１００の動作信頼性を向上させることができる。

また、第２の半導体素子１３０の辺Ｅ１は、第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１からせり出しているため、第２の半導体素子１３０に接続されたボンディングワイヤ１３４の位置が、第１の半導体素子１２０からより離れた位置になっている。このため、ボンディングワイヤ１３４を流れる大電流の第１の半導体素子１２０への影響をより一層抑制することができる。

また、第２の半導体素子１３０は、辺Ｅ１が第１の半導体素子１２０の辺Ｆ１の上方においてせり出した状態で、半導体素子１２０の上に積層されているため、第２の半導体素子１３０の設置位置が第１の半導体素子１２０の設置領域に制約されない。このため、半導体モジュール１００における多段スタック構造の設計を容易にすることができる。

また、第３の半導体素子１４０が第２の半導体素子１３０の電流出力用電極１３２およびボンディングワイヤ１３４から離れた位置に設けられているため、第３の半導体素子１４０にノイズが生じることが抑制される。この結果、第３の半導体素子１４０の動作信頼性を向上させ、ひいては半導体モジュール１００の動作信頼性を向上させることができる。

図４は、上述の実施形態に係る半導体モジュールを有するデジタルカメラの透過斜視図である。デジタルカメラは、ジャイロセンサ５０、レンズ６０、ホール素子７０、ＶＣＭ８０、および半導体モジュール１００を有する。半導体モジュール１００は、図２および図３で示したように、第１の半導体素子１２０の上に第２の半導体素子１３０が積層された構造を有する。なお、図４に示した半導体モジュール１００では、第１の半導体素子１２０および第２の半導体素子１３０以外の構成が簡略化され適宜省略されている。

これによれば、第１の半導体素子１２０と第２の半導体素子１３０とが積層された半導体モジュール１００を用いることにより、動作信頼性の低下を招くことなくデジタルカメラのさらなる小型化を実現することができる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

本願において撮像装置は、上述のデジタルカメラに限定されるものではなく、ビデオカメラや携帯電話に搭載されたカメラ、監視カメラ等でもよく、デジタルカメラと同様の効果を奏するものである。

実施の形態に係る半導体モジュールを有する撮像装置の回路構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る半導体モジュールの概略構成を示す平面図である。 実施の形態に係る半導体モジュールの概略構成を示す断面図である。 実施形態に係る半導体モジュールを有するデジタルカメラの透過斜視図である。

符号の説明

１０ 信号増幅部、１２，１４，１６ 増幅回路、２０ 手振れ補正部、２２ ＡＤＣ、２４ ジャイロイコライザ、２６ ＨＰＦ、２８ パン・チルト判定回路、３０ ゲイン調整回路、３２ ＬＰＦ、３４ センタリング処理回路、３６ ゲイン調整回路、４０ ホールイコライザ、４２ 加算回路、４４ サーボ回路、４６ ＤＡＣ、５０ ジャイロセンサ、６０ レンズ、７０ ホール素子、８０ ＶＣＭ、１００ 半導体モジュール、１１０ 配線基板、１２０ 第１の半導体素子、１３０ 第２の半導体素子、１４０ 第３の半導体素子、１５０ 封止樹脂、１６０ はんだボール。

Claims (5)

1. 一方の主表面に基板電極が設けられた配線基板と、
   前記配線基板に搭載され、ロジック信号を入力または出力するためのロジック信号用電極を有する第１の半導体素子と、
   前記第１の半導体素子の上に搭載され、大電流を出力するための電流出力用電極を有する第２の半導体素子と、
   前記ロジック信号用電極とこれに対応する前記基板電極とを電気的に接続する第１のボンディングワイヤと、
   前記電流出力用電極とこれに対応する前記基板電極とを電気的に接続する第２のボンディングワイヤと、
   前記第１の半導体素子と前記配線基板の上に並設して搭載されたメモリ素子と、
   を備え、
   前記配線基板の前記主表面側から見て、前記メモリ素子は、前記第２のボンディングワイヤが横切る前記第２の半導体素子の辺の対辺側に位置していることを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記メモリ素子は、前記配線基板の角部近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記第１の半導体素子は、撮像装置の手振れ補正用の手振れ補正信号を出力し、
   前記第２の半導体素子は、前記手振れ補正信号に従って前記撮像装置のレンズを駆動する駆動手段に供される大電流を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
4. 前記駆動手段は、ボイスコイルモータであることを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体モジュールを備えることを特徴とする撮像装置。

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