JP5432582B2 - Crystal oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器に用いられる水晶振動素子に関する。 The present invention relates to a crystal resonator element used in electronic equipment.
従来、コンピュータ,携帯電話又は小型情報機器等の電子機器には、電子部品の一つとして水晶振動子又は水晶発振器が搭載されている。この水晶振動子又は水晶発振器は、基準信号源やクロック信号源として用いられる。又、水晶振動子や水晶発振器は、その内部に水晶振動素子が搭載されている。 Conventionally, a crystal resonator or a crystal oscillator is mounted as an electronic component in an electronic device such as a computer, a mobile phone, or a small information device. This crystal resonator or crystal oscillator is used as a reference signal source or a clock signal source. In addition, crystal resonators and crystal oscillators have a crystal resonator element mounted therein.
図5は、従来の水晶振動素子の一例を示した斜視図である。図6は、図5に示す水晶振動素子を構成する水晶片を示した斜視図である。図5に示すように、水晶振動素子400は、水晶片410(図6参照)と、その水晶片410の表面に設けられた励振用電極421a,421b,422a及び422bと、接続用電極423a及び423bと、周波数調整用金属膜424a及び424bと、導配線パターン425,426及び427とにより概略構成される。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional crystal resonator element. 6 is a perspective view showing a crystal piece constituting the crystal resonator element shown in FIG. As shown in FIG. 5, the
図6に示すように、水晶片410は、平面視略四角形の平板である基部411と、この基部411の一辺から同一方向に延設された第一の振動腕部412及び第二の振動腕部413と、第一の支持腕部414と第二の支持腕部415とにより構成されている。
As shown in FIG. 6, the
第一の支持腕部414は、第一の延設部414aと第二の延設部414bとから構成されている。第一の延設部414aは、基部411の第一の振動腕部412側の側部から第一の振動腕部412の延設方向とは平面視直交する方向に、所定の長さで延設されている。第二の延設部414bは、第一の延設部414aの延設先端部から、第一の振動腕部412の外側に、第一の振動腕部412の延設方向と同じ方向に所定の長さで延設されている。
The first
第二の支持腕部415は、第一の延設部415aと第二の延設部415bとから構成されている。第二の延設部415aは、基部411の第二の振動腕部413側の側部から第二の振動腕部413の延設方向とは平面視直交する方向に、所定の長さで延設されている。第二の延設部415bは、第一の延設部415aの延設先端部から、第二の振動腕部413の外側に、第二の振動腕部413の延設方向と同じ方向に所定の長さで延設されている。水晶片410は、これら基部411、第一の振動腕部412、第二の振動腕部413、第一の支持腕部414及び第二の支持腕部415が一体で構成されている(例えば、特許文献1参照)。
The second
図5に示すように、励振用電極421aは、水晶片410を構成する第一の振動腕部412の対向する表裏主面に設けられている。励振用電極421bは、第一の振動腕部412の対向する両側面に設けられている。又、励振用電極422aは、第二の振動腕部413の対向する表裏主面に設けられている。励振用電極422bは、第二の振動腕部413の対向する両側面に設けられている。
As shown in FIG. 5, the
接続用電極423aは、第一の支持腕部414の表裏主面全面に設けられている。第一の支持腕部414の一方の主面に設けられている接続用電極423aは、励振用電極421dの基部411側端部から第一の支持腕部414の側面にまで延設された電極(図示しない)により、第一の支持腕部414の他方の主面に設けられた接続用電極423aと電気的に接続している。又、接続用電極423bは、第二の支持腕部415の表裏主面全面に設けられている。第二の支持腕部415の一方の主面に設けられている接続用電極423bは、励振用電極422bの基部411の側端部から第二の支持腕部415側面にまで延設された電極(図示せず)により、第二の支持腕部415の他方の主面に設けられた接続用電極423bと電気的に接続している。
The
周波数調整用金属膜424aは、第一の振動腕部412の表裏主面の先端部に設けられており、第一の振動腕部412両側面に設けられた励振用電極421bと電気的に接続している。又、周波数調整用金属膜424bは、第二の振動腕部613の表裏主面の先端部に設けられており、第二の振動腕部413両側面に設けられた励振用電極422bと電気的に接続している。尚、水晶振動素子400は、この周波数調整用金属膜424a及び424bを構成する金属の量を増減させることにより、その振動周波数値を所望する値に調整する。
The frequency adjusting
接続用電極423aは、基部411主面に設けられた導配線パターン427により、励振用電極422aと電気的に接続している。又、接続用電極423aは、第一の振動腕部412の両側面に設けられた励振用電極421b及び周波数調整金属膜424aとも電気的に接続している。更に、第二の振動腕部413の表裏主面に設けられている励振用電極422aは、導配線パターン426により電気的に接続されている。
The
接続用電極423bは、基部411主面に設けられた導配線パターン(図示せず)により、励振用電極421aと電気的に接続している。又接続用電極423bは、第二の振動腕部413両側面に設けられた励振用電極422b及び周波数調整金属膜424bとも電気的に接続している。更に、第一の振動腕部412の表裏主面に設けられている励振用電極421aは、導配線パターン425により電気的に接続されている。これらにより水晶振動素子400は構成される(例えば、特許文献2又は特許文献3参照)。
又、このような水晶振動素子400は、例えば、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、凹部内底面に形成された素子接続用電極パッド上に搭載され、更に凹部開口部は蓋体により気密封止され水晶振動子となる。
The
Further, such a
水晶振動子の小型薄型化が進むにつれ、その内部に搭載する水晶振動素子400も小型薄型化が必要になる。特に薄型化を進めた水晶振動素子400の幅寸法を小型化のために小さくする場合、振動腕部の長さ寸法及び幅寸法は所望する周波数値によって規定されてしまうため、第一の支持腕部414及び第二の支持腕部415の幅寸法を小さくする必要がある。しかしながら、幅寸法を小さくした場合の第一の支持腕部414,第二の支持腕部415及びこれら支持腕部が接続している基部411は、その機械的強度が低下する。
As the quartz crystal resonator becomes smaller and thinner, the
例えば、水晶振動素子400は、その製造工程において表面に付着した異物を除去するための超音波洗浄が行われる。このような従来の構造で超音波洗浄を行った場合、水晶振動素子400には、超音波振動で発生した気泡の崩壊時の衝撃による荷重が、主に第一の支持腕部414及び第二の支持腕部415の主面方向から加わる。その荷重により第一の支持腕部414及び第二の支持腕部415に亀裂が生じることがあった。又、水晶振動素子400はこの亀裂から第一の支持腕部414及び第二の支持腕部415が折れてしまうことがあった。又、第一の支持腕部414及び第二の支持腕部415に生じた亀裂が基部411にまで達し、基部411部分で折れが発生することもあった。更に、水晶振動子として構成した後、落下などで外部から衝撃が加わった場合、水晶振動子内部に搭載されている水晶振動素子400の基部411や第一の支持腕部414及び第二の支持腕部415に機械的強度不足による折れなどの破損が生じる恐れがある。
本発明の目的は、荷重により基部及び支持腕部に折れなどの破損の発生が少ない、小型薄型の水晶振動素子を提供することにある。
For example, the quartz
An object of the present invention is to provide a small and thin crystal resonator element that is less likely to be broken or broken due to a load on a base portion and a support arm portion.
本発明は前記課題を解決するために成されたものであり、基部と前記基部から同一方向に延設した複数の振動腕部と前記基部から延設した複数の支持腕部とを備えた水晶片と、前記水晶片の表面に少なくとも励振用電極と接続用電極と導配線パターンとが設けられた水晶振動素子であって、前記基部及び前記支持腕部の少なくとも一方の主面に溝部が設けられていることを特徴とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and includes a base, a plurality of vibrating arm portions extending in the same direction from the base portion, and a plurality of support arm portions extending from the base portion. A quartz resonator element in which at least an excitation electrode, a connection electrode, and a conductive wiring pattern are provided on a surface of the piece and the crystal piece, and a groove portion is provided on at least one main surface of the base and the support arm portion. It is characterized by being.
又、本発明は、前記支持腕部が、前記基部から前記振動腕部と平面視直交する方向に延設された第一の延設部と、前記第一の延設部の延設先端部から前記振動腕部と同じ方向に延設された第二の延設部とにより構成され、前記溝部が、前記基部から前記第一の延設部を通り前記第二の延設部まで連通して設けても良い。又、本発明は、前記導配線パターンの一部が前記溝部内面に設けても良い。 Further, the present invention, the support arm portion is, before Symbol a first extending portion of which extends from the base portion in a direction perpendicular the vibrating arms in plan view, extending設先end of the first extending portion of And a second extending portion extending in the same direction as the vibrating arm portion, and the groove portion communicates from the base portion through the first extending portion to the second extending portion. May be provided. In the present invention, a part of the conductive wiring pattern may be provided on the inner surface of the groove.
本発明に係る水晶振動素子によれば、水晶片を構成する基部及び支持腕部の少なくとも一方の主面に溝部を設けることにより、基部及び支持腕部の主面方向からの荷重に対する機械的強度を向上させることができる。 According to the crystal resonator element according to the present invention, the groove portion is provided on at least one main surface of the base portion and the support arm portion constituting the crystal piece, so that the mechanical strength against the load from the main surface direction of the base portion and the support arm portion is increased. Can be improved.
又、本発明に係る水晶振動素子によれば、溝部が、基部から第一の延設部を通り第二の延設部まで連通して設けているので、基部及び支持腕部の主面方向からの荷重に対する機械的強度を向上させることができる。 Further, according to the crystal resonator element according to the present invention, since the groove portion is provided so as to communicate from the base portion to the second extension portion through the first extension portion, the main surface direction of the base portion and the support arm portion is provided. The mechanical strength with respect to the load from the can be improved.
又、溝部の内面に導配線パターンの一部を設けることにより、基部や支持腕部の主面方向からの荷重に対する機械的強度を更に向上させることができる。
以上のことから、本発明は、荷重による基部や支持腕部に折れなどの破損が少ない、小型薄型の水晶振動素子を提供することができる効果を奏する。
Further, by providing a part of the conductive wiring pattern on the inner surface of the groove part, the mechanical strength against the load from the main surface direction of the base part and the supporting arm part can be further improved.
From the above, the present invention has an effect that it is possible to provide a small and thin crystal resonator element that is less likely to be broken or broken in the base portion or the support arm portion due to a load.
以下に、本発明の実施形態に係る水晶振動素子を、図面を参照しながら説明する。
尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に水晶片の厚さは誇張して図示している。
Hereinafter, a crystal resonator element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In each of the drawings, a part of the structure is not shown, and some dimensions are exaggerated for the sake of clarity. In particular, the thickness of the crystal piece is exaggerated.
図1は、本発明の実施形態に係る水晶振動素子を示す外観斜視図である。図2は、図1記載の水晶振動素子を構成する水晶片を示す図であり、(a)は平面図であり、(b)は(a)記載のA−Aの断面図である。図3は、本発明の実施形態に係る水晶振動素子を構成する水晶片の変形例を示す断面図である。図4は、本発明の実施形態に係る水晶振動素子の変形例を示す斜視図である。図1に示すように、水晶振動素子100は、水晶片110(図2参照)と、その水晶片110の表面に設けられた励振用電極121a,121b,122a及び122bと、接続用電極123a及び123bと、周波数調整用金属膜124a及び124bと、導配線パターン125,126,127,128,129及び130と、により概略構成される。
FIG. 1 is an external perspective view showing a crystal resonator element according to an embodiment of the present invention. 2A and 2B are diagrams illustrating a crystal piece constituting the crystal resonator element illustrated in FIG. 1, in which FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the crystal piece constituting the crystal resonator element according to the embodiment of the invention. FIG. 4 is a perspective view showing a modification of the crystal resonator element according to the embodiment of the invention. As shown in FIG. 1, the
図1及び図2に示すように、水晶片110は、平面視略四角形の平板である基部111と、この基部111の一辺から同一方向に延設された第一の振動腕部112及び第二の振動腕部113と、第一の支持腕部114と、第二の支持腕部115により構成されている。第一の振動腕部112及び第二の振動腕部113の表裏主面には、基部111との境界部分からそれぞれの振動腕部の先端に向って、所定の長さを有する第一の溝部116が、振動腕部毎に2本平行に設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第一の支持腕部114は、第一の延設部114aと第二の延設部114bから構成されている。第一の延設部114aは、基部111の第一の振動腕部112側の側部から第一の振動腕部112の延設方向とは平面視直交する方向に、所定の長さで延設されている。第二の延設部114bは、第一の延設部114aの延設先の終端部から、第一の振動腕部112の延設方向と同じ方向に所定の長さで延設されており、第一の振動腕部114全体として、平面視略L字形状となる。
The 1st
第二の支持腕部115は、第一の延設部115aと第二の延設部115bから構成されている。第一の延設部115aは、基部111の第二の振動腕部113側の側部から第二の振動腕部113の延設方向とは平面視直交する方向に、所定の長さで延設されている。第二の延設部115bは、第一の延設部115aの延設先の終端部から、第二の振動腕部113の延設方向と同じ方向に所定の長さで延設されており、第二の振動腕部115全体として、平面視略L字形状となる。尚、第一の延設部114a及び115aにおいて、延設した方向(図2(a)では紙面縦方向)の要素を長さとし、延設した方向と平面視直交する方向(図2(a)では紙面横方向)の要素を幅とする。
The second
第一の支持腕部114の表裏主面及び基部111の表裏主面には、基部111から第二の延設部114bまで連通した第二の溝部117が設けられている。第二の延設部114b部分に設けられている第二の溝部117は、第二の延設部114bの幅の中心軸CL1に第二の溝部117の幅の中心軸(図示せず)を合わせて設けられている。又、第一の延設部114a及び基部111部分に設けられている第二の溝部117は、第一の延設部114aの幅の中心軸CL2から第一の振動腕部112側にずれた位置に、第二の溝部117の幅の中心軸が位置するように設けられている。尚、この第二の溝部117は、第一の支持腕部114の表裏主面及び基部111の表裏主面にそれぞれ設けられた第二の溝部117の底部が、互いに対向する位置に設けられている。
On the front and back main surfaces of the first
第二の支持腕部115の表裏主面及び基部111の表裏主面にも、基部111から第二の延設部115bまで連通した有底の第二の溝部117が設けられている。第二の延設部115b部分に設けられた第二の溝部117は、第二の延設部115bの幅の中心軸CL3に第二の溝部117の幅の中心軸(図示せず)を合わせて設けられている。又、第一の延設部115a及び基部111部分に設けられている第二の溝部117は、第一の延設部115aの幅の中心軸CL2から第二の振動腕部113側にずれた位置に、第二の溝部117の幅の中心軸が位置するように設けられている。尚、この第二の溝部117は、第二の支持腕部115の表裏主面及び基部111の表裏主面にそれぞれ設けられた第二の溝部117の底部が互いに対向する位置に設けられている。尚、第一の溝部116及び第二の溝部117を含む水晶片110の外形形状は、周知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。
A bottomed
図1に示すように、励振用電極121aは、第一の振動腕部112の表裏主面に設けられた第一の溝部116の内面及びその第一の溝部116の開口部周囲の主面に設けられている。励振用電極121bは、第一の振動腕部112の対向する両側面に設けられている。又、励振用電極122aは、第二の振動腕部113の表裏主面に設けられた第一の溝部116の内面及びその第一の溝部116の開口部周囲の主面に設けられている。励振用電極122bは、第一の振動腕部112の対向する両側面に設けられている。
As shown in FIG. 1, the
接続用電極123aは、第一の支持腕部114を構成する第二の延設部114bの先端部の表裏主面に設けられている。又、接続用電極123bは、第二の支持腕部115を構成する第二の延設部115bの先端部の表裏主面に設けられている。
The
周波数調整用金属膜124aは、第一の振動腕部112の表裏主面の先端部に設けられており、第一の振動腕部112両側面に設けられた励振用電極421bと電気的に接続している。又、周波数調整用金属膜124bは、第二の振動腕部113の表裏主面の先端部に設けられており、第二の振動腕部113両側面に設けられた励振用電極122bと電気的に接続している。尚、水晶振動素子100は、この周波数調整用金属膜124a及び124bを構成する金属の量を増減させることにより、その振動周波数値を所望する値に調整する。
The frequency adjusting
図1に示すように、励振用電極121a及び122bと、周波数調整用金属膜124bと接続用電極123bとは、水晶片110表面に設けられた、例えば導配線パターン125、126及び127により電気的に接続している。接続用電極123bは、導配線パターン127と電気的に接続している。この導配線パターン127は、基部111及び第二の支持腕部115の表裏両主面に設けられ、その一部が第二の溝部117の内面にも設けられている。又、この導配線パターン127は、導配線パターン126により、励振用電極122b及び周波数調整用金属膜124bと電気的に接続している(図示せず)。又、裏主面に設けられた導配線パターン127の基部111側の端部は、基部111主面を延設して励振用電極121aと電気的に接続している(図示せず)。第一の振動腕部112の表裏主面に設けられた励振用電極121aは、第一の振動腕部112の側面に設けられた導配線パターン125により電気的に接続している。
As shown in FIG. 1, the
又、励振用電極121b及び122aと、周波数調整用金属膜124aと接続用電極123aとは、水晶片110表面に設けられた、例えば導配線パターン128、129及び130により電気的に接続している。接続用電極123aは、導配線パターン130と電気的に接続している。この導配線パターン130は、基部111及び第一の支持腕部114の表裏主面に設けられ、その一部が第二の溝部117内面にも設けられている。又、この導配線パターン130は、導配線パターン129により、励振用電極121b及び周波数調整用金属膜124aと電気的に接続している(図示せず)。又、表主面に設けられた導配線パターン130の基部111側の端部は、基部111主面を延設して励振用電極122aと電気的に接続している。第二の振動腕部113の表裏主面に設けられた励振用電極122aは、第二の振動腕部113の側面に設けられた導配線パターン128により電気的に接続している。尚、各励振用電極、接続用電極、周波数調整用金属膜、導配線パターンは、下地金属としてのCr層と、その下地金属の上に重ねて設けられたAu層とから成る。
The
この水晶振動素子100を振動させる場合、接続用電極123a及び123bに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第一の振動腕部112の励振用電極121bは+(プラス)電位となり、励振用電極121aは−(マイナス)電位となり、+から−に電界が生じる。一方、このときの第二の振動腕部113の励振用電極は、第一の振動腕部112の励振用電極に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一の振動腕部112及び第二の振動腕部113に伸縮現象が生じ、各振動腕部に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。
When this
水晶振動素子100は、水晶片110の表面に、前記した励振用電極、接続用電極、導配線パターン及び周波数調整用金属膜をフォトリソグラフィ技術及び蒸着技術により形成することができる。又、水晶振動素子100は、例えば、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、その凹部内底面に形成された素子接続用電極パッド上に搭載され、更に凹部の開口部が蓋体により気密封止されて水晶振動子となる。
In the
前記した水晶振動素子100によれば、水晶片110を構成する第一の支持腕部114及び第二の支持腕部115の表裏主面に第二の溝部117を設けることにより、第一の支持腕部114及び第二の支持腕部115の主面方向からの荷重に対する機械的強度を向上させることができる。又、第二の溝部117の内面に導配線パターン127及び130の一部を設けることにより、第一の支持腕部114及び第二の支持腕部115の主面方向からの荷重に対する機械的強度を更に向上させることができる。
従って、例えば、水晶振動素子100に超音波洗浄を行った場合に生じていた、主面方向からの荷重による第一の支持腕部114及び第二の支持腕部115の亀裂の発生を防止することができ、又、この荷重により支持腕部が折れることも防止することができる。又、落下などで水晶振動子に外部から衝撃が加わったとしても、水晶振動子内部に搭載された水晶振動素子100の基部111、第一の支持腕部114及び第二の支持腕部115に、折れなどの破損が生じることを減少させることができる。
According to the
Therefore, for example, the occurrence of cracks in the first
(第一の変形例)
図3は、本発明の実施形態に係る水晶振動素子を構成する水晶片の第一の変形例を示す。本発明の実施形態になる水晶振動素子を構成する水晶片の第一の変形例は、水晶片110aにおいて、水晶片110aの一方の主面のみに、第一の溝部116及び第二の溝部117が設けられている。
したがって、このように水晶片の第一の変形例を構成しても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。
(First modification)
FIG. 3 shows a first modification of the crystal piece constituting the crystal resonator element according to the embodiment of the invention. The first modification of the crystal piece constituting the crystal resonator element according to the embodiment of the present invention is that in the crystal piece 110a, the
Therefore, even when the first modification of the crystal piece is configured as described above, the same effects as those of the embodiment of the present invention are obtained.
(第二の変形例)
図4は、本発明の実施形態に係る水晶振動素子の第二の変形例を示す。
本発明の実施形態になる水晶振動素子に用いられる水晶片の変形例は、支持腕部114を構成する第一の延設部114a及び基部111の表裏主面に第二の溝部117bが設けられており、支持腕部114を構成する第二の延設部114bの表裏主面にさらに第二の溝部117aが設けられ、又、支持腕部115を構成する第一の延設部115a及び基部111の表裏主面に第二の溝部117が設けられており、支持腕部115を構成する第二の延設部115bの表裏主面に第二の溝部117aが設けられた構造となっている。
つまり、第二の溝部117a、117bは、独立した状態となっている。
(Second modification)
FIG. 4 shows a second modification of the crystal resonator element according to the embodiment of the invention.
In the modification of the crystal piece used in the crystal resonator element according to the embodiment of the present invention, the first extending
That is, the
この水晶振動素子100aにおいて、基部111及び支持腕部114に設けられた溝部117a及び117bの内面には、導配線パターン130の一部が設けられている。又、基部111及び支持腕部115に設けられた溝部117a及び117bの内面には、導配線パターン127の一部が設けられている。
したがって、このように水晶片の第二の変形例を構成しても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。
In the
Therefore, even if the second modification of the crystal piece is configured in this way, the same effect as that of the embodiment of the present invention is obtained.
100,100a・・・水晶振動素子
110,110a・・・水晶片
111・・・基部
112・・・第一の振動腕部
113・・・第二の振動腕部
114・・・第一の支持腕部
115・・・第二の支持腕部
114a,115a・・・第一の延設部
114b、115b・・・第二の延設部
116・・・第一の溝部
117,117a,117b・・・第二の溝部
121a,121b,122a,122b・・・励振用電極
123a,123b・・・接続用電極
124a,124b・・・周波数調整用金属膜
126,127,128,129,130・・・導配線パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100a ... Quartz vibration element 110,110a ...
Claims (3)
前記水晶片の表面に少なくとも励振用電極と接続用電極と導配線パターンとが設けられた水晶振動素子であって、
前記基部及び前記支持腕部の少なくとも一方の主面に溝部が設けられていることを特徴とする水晶振動素子。 A crystal piece comprising a base, a plurality of vibrating arm portions extending in the same direction from the base portion, and a plurality of support arm portions extending from the base portion;
A quartz resonator element in which at least an excitation electrode, a connection electrode, and a conductive wiring pattern are provided on the surface of the quartz piece,
A crystal resonator element, wherein a groove is provided on at least one main surface of the base and the support arm.
前記基部から前記振動腕部と平面視直交する方向に延設された第一の延設部と、
前記第一の延設部の延設先端部から前記振動腕部と同じ方向に延設された第二の延設部とにより構成され、
前記溝部が、
前記基部から前記第一の延設部を通り前記第二の延設部まで連通して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の水晶振動素子。 The support arm portion is
A first extending portion extending from the base portion in a direction orthogonal to the vibrating arm portion in plan view;
A second extending portion that extends from the extending tip of the first extending portion in the same direction as the vibrating arm portion;
The groove is
2. The crystal resonator element according to claim 1, wherein the quartz resonator element is provided so as to communicate from the base portion to the second extending portion through the first extending portion.
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