JP6054993B2 - スプリングプローブおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブカードに用いるプローブに関し、詳しくはスプリングプローブおよびその製造方法に関するものである。

半導体チップテストを行う際、テスターはプローブカードを測定対象に電気的に接触させ、信号伝送および信号の解析を進めることによって測定結果を求める。
従来のプローブカードは回路基板およびプローブモジュールから構成されるか、それらとスペーストランスフォーマから構成される。スペーストランスフォーマは回路基板とプローブモジュールとの間に配置される。プローブモジュールは測定対象の電気接点に対応するように配列された複数のプローブを有し、プローブによって測定対象の電気接点にプロービングを行う。

図１は従来のスプリングプローブ１１を示す平面分解図である。スプリングプローブ１１はピン１２およびピン１２に被さるスプリングスリーブ１３を有する。図２はスプリングプローブ１１を用いるプローブカード１４を示す断面図である。説明の便をはかるために、図２の比率と図１の比率とは一致しない。プローブカード１４は回路基板１５およびプローブモジュール１６を有する。プローブモジュール１６はプローブホルダー１７および複数のスプリングプローブ１１を有する。説明の便をはかるために、図２は一部分の回路基板１５およびプローブホルダー１７と一つのスプリングプローブ１１のみを示す。

スプリングプローブ１１のピン１２とスプリングスリーブ１３とを結合させる際、まずスプリングスリーブ１３の下端部に近い結合部１３２にピン１２を嵌め込み、溶接、例えばスポット溶接（ｓｐｏｔ ｗｅｌｄｉｎｇ）によって固定する。プローブホルダー１７は上ガイドプレート１７１、中ガイドプレート１７２および下ガイドプレート１７３（または上ガイドプレート１７１および下ガイドプレート１７３のみ）から構成される。上ガイドプレート１７１、中ガイドプレート１７２および下ガイドプレート１７３は複数の図２に示した格納孔１７４を形成する。格納孔１７４はスプリングプローブ１１の格納に用いられる。プローブホルダー１７の組み立てが完了した後、プローブホルダー１７の先端面１５からスプリングプローブ１１を格納孔１７４に差し込むと、プローブモジュール１６の組み立てが完了する。

回路基板１５はプローブモジュール１６のプローブホルダー１７の先端面１７５に固定される。スプリングスリーブ１３は先端が回路基板１５の電気接点に電気的に接続される。スプリングプローブ１１はピン１２の末端によって測定対象の電気接点にプロービングを行う。一方、回路基板１５に当接するスプリングスリーブ１３は二つの弾性的に圧縮できる弾性部位１３８を有する。
スプリングプローブ１１のピン１２は下方部位がスプリングスリーブ１３の下端部の結合部１３２に固定され、かつ先端と回路基板１５（スプリングスリーブ１３の先端）との間に隙間１８があるため、ピン１２の末端が測定対象の電気接点に当接すると、ピン１２は後退し、スプリングスリーブ１３を圧縮する。このときスプリングプローブ１１は測定対象の電気接点に確実に接触し、電気的導通を進めることができるだけでなく、スプリングスリーブ１３によって緩衝機能を果たし、接触力が大き過ぎることが原因で測定対象物の電気接点またはピンを損壊させたり過度に摩損させたりすることを抑制することができる。

しかしながら、上述した従来のスプリングプローブ１１を組み立てる際、以下の欠点が発生する。一つは、スプリングスリーブ１３をピン１２に被せる際、スプリングスリーブ１３を所定の位置に据えることが難しいことである。一つは、スプリングスリーブ１３をピン１２に固定する過程において、スプリングスリーブ１３を押し、溶接工程によってピン１２に固定する時間が非常にかかるだけでなく、スプリングスリーブ１３をピン１２上に安定させ、確実に固定することができないことである。それに対し、スプリングスリーブ１３とピン１２の相対位置を変えればよいが、かえって固定過程が進みにくくなる。

上述した欠点に鑑み、本発明はスプリングプローブを提供することを主な目的とする。スプリングプローブはスプリングスリーブがピンに固定される前にピン上に安定するため、組み立て工程および溶接固定工程が簡単である。

本発明は、大量製造を実現させ、製造時間を効果的に短縮することができるスプリングプローブの製造方法を提供することをもう一つの目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によるスプリングプローブは、スプリングスリーブおよびピンを備える。スプリングスリーブは上方非弾性部位と、下方非弾性部位と、上方非弾性部位と下方非弾性部位との間に位置する少なくとも一つの弾性部位を有する。ピンはピン本体、尖端およびストッパーを有する。ピン本体はスプリングスリーブ内に配置される。尖端は下方非弾性部位から突出する。ストッパーは尖端に形成される。スプリングスリーブの下方非弾性部はストッパーに当接し、かつ固定される。

スプリングプローブを組み立てる際、スプリングスリーブをピンの外側に被せ、下方非弾性部位をピンのストッパーに当接させれば、スプリングスリーブをピンに据え、安定させることができるだけでなく、下方非弾性部位をピンに固定する、即ち下方非弾性部位とストッパーとを嵌め合わせるか、溶接工程によって下方非弾性部位をストッパーに固定することができる。

ピンのストッパーは少なくとも一つの嵌合リブを有する。嵌合リブはピン本体に突出する。スプリングスリーブの下方非弾性部位は下端部と、少なくとも一つの下端部に形成された開放状のスロットとを有する。ストッパーの嵌合リブは下方非弾性部位のスロットに嵌め込まれる。スプリングスリーブをピンの外側に被せる際、スプリングスリーブをピンに確実に据え、安定させることができる。

スプリングスリーブの下方非弾性部位は、少なくとも一つのスロットに隣接する片状ガイド部を有する。ピンは少なくとも一つの補強リブを有する。補強リブはピン本体に突出し、少なくとも一部分がストッパーに位置する。下方非弾性部位の片状ガイド部の位置はピンの補強リブに対応する。スプリングスリーブがピンに被さる際、補強リブは片状ガイド部に対応するため、嵌合リブとスロットとを簡単に合わせることができる。

一つの実施形態において、ピンは直線板状を呈し、幅の大きい前面および背面と、二つの幅の小さい側面とを有する。ストッパーは二つの側面に突出するように形成される。ピンは製作されやすいだけでなく、ストッパー上の二つ向かい合う位置に嵌合リブを有する。

別の一実施形態において、ピンは上述した形を呈する。スプリングスリーブの下方非弾性部位は下端部と、二つの下端部に形成された開放状のスロットとを有する。ピンのストッパーは二つのスロットに嵌め込まれる。つまり、ストッパーは二つの嵌合リブが二つのスロットに嵌め込まれることによってピンに位置し、安定する。一方、スプリングスリーブの下方非弾性部位はスロットに隣接する片状ガイド部を二つ有する。ピンは表面および背面に補助リブを別々に有する。補強リブは少なくとも一部分がストッパーに位置する。二つの片状ガイド部は二つの補強リブに対応する。スプリングスリーブをピンに被せる際、二つの片状ガイド部は二つの補強リブに沿って相対的に移動するため、二つのスロットと二つの嵌合リブとを合わせることが簡単になる。

上述の実施形態はピンに補強リブを配置し、かつスプリングスリーブの下方非弾性部位の片状ガイド部をその対応する補強リブの一つの平面に溶接することによって下方非弾性部位をピンに固定する方式を採用するため、作業に便利であるだけでなく、安定性を確保できる。一方、ピンはさらに少なくとも一つのはんだパッドを有する。はんだパッドはピン本体に突出するようにストッパーに形成される。ピンは少なくとも一つのはんだパッドと下方非弾性部位の片状ガイド部とを溶接することによって固定される。このような方式は従来の溶接作業の代わりにはんだパッドによってリフローはんだ付けを行うため、スプリングプローブを大量製造し、製造時間を効果的に短縮することができる。

一方、ピンの補強リブはストッパーからピン本体の上方非弾性部位内に位置する上端部まで伸びることによってピンとスプリングスリーブとの接触を増加させ、かつピンとスプリングスリーブとの間に電気信号を伝送する安定性を向上させることができる。つまり、ピンが少なくとも一つのピン本体に突出した補強リブを有し、補強リブの少なくとも一部分がピン本体の上端部に位置すれば信号を伝送する際の安定性を効果的に向上させることができる。

上述の目的を達成するために、本発明によるスプリングプローブの製造方法は、下記のステップを含む。

ステップａは、フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術に基づいて金属円管を加工し、スプリングスリーブを製作する。スプリングスリーブは上方非弾性部位と、下方非弾性部位と、上方非弾性部位と下方非弾性部位との間に位置する少なくとも一つの弾性部位とを有する。下方非弾性部位は下端部と、少なくとも一つの下端部に形成された開放状のスロットと、少なくとも一つのスロットに隣接する片状ガイド部とを有する。

ステップｂは、微小電気機械システム技術（ＭＥＭＳ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）に基づいてピンを製作する。ピンはピン本体、ピン本体の一端に位置する尖端と、尖端に形成されたストッパーと、少なくとも一つのはんだパッドとを有する。ストッパーは少なくとも一つのピン本体に突出した嵌合リブを有する。はんだパッドはピン本体に突出するようにストッパーに形成される。

ステップｃは、スプリングスリーブをピンの外側に被せ、ピン本体をスプリングスリーブ内に収め、ピンの尖端を下方非弾性部位から突出させ、ストッパーの嵌合リブを下方非弾性部位のスロットに嵌め込み、下方非弾性部位に当接させる。

ステップｄは、少なくとも一つのはんだパッドにリフローはんだ付けを行い、少なくとも一つのはんだパッドと下方非弾性部位の片状ガイド部とを溶接することによってピンを固定する。

本発明によるスプリングプローブおよびその製造方法の詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法は、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。また、以下の詳細な説明および本発明により提示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかわる領域において常識がある人ならば理解できるはずである。

従来のスプリングプローブを示す平面分解図である。 従来のスプリングプローブを採用したプローブカードを示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるスプリングプローブを示す斜視分解図である。 本発明の第１実施形態によるスプリングプローブを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態によるスプリングプローブを示す斜視分解図である。 本発明の第２実施形態によるスプリングプローブを示す斜視図である。 図６の線７−７に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態によるスプリングプローブを示す斜視図である。 図８の線９−９に沿った断面図である。 図８の線９−９に沿った断面図、即ちスプリングプローブのピンのはんだパッドにリフローはんだ付けを行った後の状態を示す断面図である。

以下、本発明によるスプリングプローブおよびその製造方法を図面に基づいて説明する。図中の同じ符号は同じ部品または類似した部品のまたはその構造特徴を示す。

（第１実施形態）
図３および図４に示すように、本発明の第１実施形態によるスプリングプローブ２１は、導電性のあるピン３０と、ピン３０の外側に被さる導電性のあるスプリングスリーブ４０とを備える。

スプリングスリーブ４０は、上方非弾性部位４１と、下方非弾性部位４２と、上方非弾性部位４１と下方非弾性部位４２との間に位置する弾性部位４３とを有する。詳しく言えば、フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術に基づいて直径が一致する金属円管を加工し、スプリングスリーブ４０を製作する。即ち金属円管の全体にエッチング工程を行い、中空の弾性部位４３を形成する。
本実施形態は上方非弾性部位４１と下方非弾性部位４２との間に複数の弾性部位４３と、複数の弾性部位４３の間に距離を置く非弾性部位とを増設することができる。

ピン３０は桿状を呈するピン本体３１と、ピン本体３１と一体となる尖端３２とを有する。尖端３２はピン本体３１に連結されるストッパー３２２と、ストッパー３２２からピン本体３１と反対方向に沿って伸びて形成された点接触部位３２４とを有する。
本実施形態において、ピン３０は微小電気機械システム技術（ＭＥＭＳ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）に基づいて製作され、直線板状を呈し、かつ幅の大きい前面３３および背面３４と、二つの幅の小さい側面３５とを有する。側面３５は全体の幅が一致する。前面３３および背面３４は全体の形および幅が一致し、そのうちストッパー３２２となる部位の幅が比較的大きいため、ストッパー３２２は二つの側面３５に突出する、即ちピン本体３１に突出するように二つの側面３５に形成された二つの嵌合リブ３２２ａを有する。

ピン３０とスプリングスリーブ４０とを結合させる際、スプリングスリーブ４０の下方非弾性部位４２をピン３０の尖端３２に沿ってピン３０の外側に被せ、下方非弾性部位４２をストッパー３２２に当接させる。このときピン本体３１はスプリングスリーブ４０内に完全に収まり、上端部３１２が上方非弾性部位４１内に位置する。尖端３２は下方非弾性部位４２から突出する。続いて、下方非弾性部位４２をストッパー３２２に固定する、即ち下方非弾性部位４２の下端部４２１とストッパー３２２とを嵌め合わせるか、溶接工程によって下方非弾性部位４２の下端部４２１をストッパー３２２に固定すればよい。

ピン３０はストッパー３２２を有する。スプリングプローブ２１を組み立てる際、スプリングスリーブ４０をピン３０の外側に被せ、下方非弾性部位４２をストッパー３２２に当接させれば、スプリングスリーブ４０をピン３０に据え、安定させることができるだけでなく、下方非弾性部位４２をピン３０に固定することが簡単になるため、スプリングプローブ２１に組み立ておよび溶接固定作業を行う際の利便性を有する。

（第２実施形態）
図５から図７に示すように、本発明の第２実施形態によるスプリングプローブ２２は、第１実施形態により掲示されたスプリングプローブ２１に類似する。
本実施形態において、スプリングスリーブ４０の下方非弾性部位４２は下端部４２１および二つのスロット４２２を有する。下端部４２１は開放状を呈する。スロット４２２は下方非弾性部位４２の二つの向かい合う部位に位置付けられる。一方、ピン３０は前面３３および背面３４に補助リブ３６を別々に有する。補強リブ３６はストッパー３２２からピン本体３１の上端部３１２まで伸び、かつ少なくとも一部分がストッパー３２２に位置する。

スプリングスリーブ４０の下方非弾性部位４２は二つのスロット４２２を有するため、スプリングスリーブ４０は二つのスロット４２２と二つの嵌合リブ３２２ａとを嵌め合わせることによってピン３０に被さることができる。このときストッパー３２２は二つのスロット４２２に嵌め込まれ、二つのスロット４２２の末端に当接するため、下非弾性部位４２をストッパー３２２に固定すると、スプリングスリーブ４０とピン３０とは相対的に移動しにくいだけでなく、相対的に回転できない。言い換えれば、二つのスロット４２２によってスプリングスリーブ４０をピン３０に据え、安定させることができるため、スプリングプローブ２２の組み立ておよび溶接工程が容易になる。

一方、下方非弾性部位４２は二つのスロット４２２を有するほかに、スロット４２２に隣接する片状ガイド部４２３を二つ有する。片状ガイド部４２３は円弧状を呈し、位置が二つの補強リブ３６に対応する。スプリングスリーブ４０をピン３０に被せる際、二つの片状ガイド部４２３は二つの補強リブ３６に沿って相対的に移動する。
下方非弾性部位４２をストッパー３２２に被せる際、二つのスロット４２２と二つの嵌合リブ３２２ａとは相互に対応するため、ストッパー３２２を二つのスロット４２２に嵌め込むことが簡単になる。補強リブ３６は下方非弾性部位４２の片状ガイド部４２３の位置に対応する平面３６２を有する。片状ガイド部４２３を補強リブ３６の平面３６２に溶接することによって下方非弾性部位４２をピン３０に固定することができるため、作業上の利便性および安定性を有する。

つまり、補強リブ３６の少なくとも一部分をストッパー３２２に位置させれば、上述したとおり照準を合わせることができる。一方、補強リブ３６がストッパー３２２からピン本体３１の上端部３１２まで伸びればピン３０とスプリングスリーブ４０との接触を増加させ、かつピン３０とスプリングスリーブ４０との間に電気信号を伝送する安定性を向上させることができる。特に補強リブ３６の少なくとも一部分がピン本体３１の上端部３１２に位置すれば、電気信号の多くはピン本体３１の上端部３１２と上方非弾性部位４１との間に伝送され、安定性を良好に維持することができる。

（第３実施形態）
図８から図１０に示すように、本発明の第３実施形態によるスプリングプローブ２３は、第２実施形態により提示されたスプリングプローブ２２に類似する。
本実施形態において、ピン３０は複数のはんだパッド３７およびスプリングスリーブ４０の下方非弾性部位４２を溶接することによって固定される。スプリングプローブ２３の製造方法は下記のステップを含む。

ステップａは、第１実施形態により提示されたとおり、フォトリソグラフィ技術に基づいて金属円管を加工し、スプリングスリーブ４０を製作する、即ちスプリングスリーブ４０に上方非弾性部位４１と、下方非弾性部位４２と、上方非弾性部位４１と下方非弾性部位４２との間に位置する少なくとも一つの弾性部位４３を形成し、そして下方非弾性部位４２の下端部４２１に二つの開放状のスロット４２２と、二つのスロット４２２に隣接する片状ガイド部４３３を形成すれば、第２実施形態により提示されたスプリングスリーブ４０が完成する。

ステップｂは、第１実施形態により提示されたとおり、微小電気機械システム技術に基づいてピン３０を製作する。ピン３０はピン本体３１および尖端３２のほかにはんだパッド３７を有する。はんだパッド３７はピン本体３１に突出するようにストッパー３２２に形成される。詳しく言えば、はんだパッド３７は、ピン３０を製作する過程において、ピン本体３１および尖端３２と異なる導電性のある材料によってピン３０の前面３３および背面３４に形成される。ピン本体３１および尖端３２の材料は導電性の比較的いい金属材料から製作されてもよい。はんだパッド３７の材料は融点の比較的低い材料から製作されてもよい。

ステップｃは、第１実施形態により提示されたとおり、スプリングスリーブ４０をピン３０の外側に被せ、ピン本体３１をスプリングスリーブ４０内に収め、ピン３０の尖端３２を下方非弾性部位４２から突出させ、第２実施形態により提示されたとおりストッパー３２２の嵌合リブ３２２ａを下方非弾性部位４２のスロット４２２に嵌め込み、下方非弾性部位４２に当接させる。

ステップｄは、はんだパッド３７にリフローはんだ付け（ｒｅｆｌｏｗ）を行い、はんだパッド３７と下方非弾性部位４２の片状ガイド部４２３とを溶接することによってピン３０を固定する。言い換えれば、本実施形態は従来の溶接作業の代わりにはんだパッド３７によってリフローはんだ付けを行うため、スプリングプローブ２３を大量製造し、製造時間を効果的に短縮することができる。
従来の溶接作業は外力によって下方非弾性部位４２とピン３０とを結合させた後、作業が進む方式であるため、ステップの順によって一本ずつしか製作できない。従って、大量製造ができなく、本実施形態と比べて製造時間が長いという欠点がある。

一方、本発明において、スプリングプローブのピンの形は直線板状に限らない。スプリングスリーブの下方非弾性部位に当接するストッパーをピンの尖端に形成すれば、スプリングスリーブをピンに据え、安定させることができるだけでなく、スプリングプローブを組み立てる際、時間を削減し、利便性をはかることができる。
一方、本発明において、ピンのストッパーは二つの向かい合う位置に配置された二つの嵌合リブを有するとは限らない。スプリングスリーブの下方非弾性部位は二つの向かい合う位置に配置された二つのスロットを有するとは限らない。ピンのストッパーが少なくとも一つのピン本体に突出した嵌合リブを有し、スプリングスリーブの下方非弾性部位が少なくとも一つのストッパーの嵌合リブに対応するスロットを有すれば、スプリングスリーブをピンに据え、安定させることができる。
一方、下方非弾性部位の片状ガイド部は数がスロットの数によって決まる。ピンの補強リブは数が片状ガイド部の数に対応するため、少なくとも一つの片状ガイド部および少なくとも一つの補強リブさえあれば、位置決めおよび溶接の便をはかることができる。はんだパッドによってリフローはんだ付けを行う際、ピンのはんだパッドの数は片状ガイド部の数によって決まるため、溶接工程によって相互に固定できる少なくとも一つの片状ガイド部および少なくとも一つのはんだパッドさえあれば、溶接の便をはかり、製造時間を効果的に短縮することができる。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１１ スプリングプローブ
１２ ピン
１３ スプリングスリーブ
１３２ 結合部
１３８ 弾性部位
１４ プローブカード
１５ 回路基板
１６ プローブモジュール
１７ プローブホルダー
１７１ 上ガイドプレート
１７２ 中ガイドプレート
１７３ 下ガイドプレート
１７４ 格納孔
１７５ 先端面
１８ 隙間
２１、２２、２３ スプリングプローブ
３０ ピン
３１ ピン本体
３１２ 上端部
３２ 尖端
３２２ ストッパー
３２２ａ 嵌合リブ
３２４ 点接触部位
３３ 前面
３４ 背面
３５ 側面
３６ 補強リブ
３６２ 平面
３７ はんだパッド
４０ スプリングスリーブ
４１ 上方非弾性部位
４２ 下方非弾性部位
４２１ 下端部
４２２ スロット
４２３ 片状ガイド部
４３ 弾性部位

Claims (2)

1. スプリングスリーブおよびピンを備え、
   前記スプリングスリーブは、上方非弾性部位と、下方非弾性部位と、前記上方非弾性部位と前記下方非弾性部位との間に位置する少なくとも一つの弾性部位を有し、
   前記ピンはピン本体、尖端およびストッパーを有し、前記ピン本体は前記スプリングスリーブ内に配置され、前記尖端は前記下方非弾性部位から突出し、前記ストッパーは前記尖端に形成され、
   前記スプリングスリーブの前記下方非弾性部は、前記ストッパーに当接し、かつ固定され、
   前記ピンは、直線板状を呈し、幅の大きい前面および背面と、二つの幅の小さい側面とを有し、前記ストッパーは二つの側面に突出し、前記前面および前記背面に沿って二つの補強リブを有し、
   前記スプリングスリーブの前記下方非弾性部位は、下端部と、二つの前記下端部に形成された開放状のスロットとを有し、前記ピンの前記ストッパーは二つの前記スロットに嵌め込まれ、
   前記スプリングスリーブの前記下方非弾性部位は、二つの前記スロットに隣接する片状ガイド部を二つ有し、前記スプリングスリーブを前記ピンに被せる際、前記二つの片状ガイド部は前記二つの補強リブに沿って相対的に移動することを特徴とする、
   スプリングプローブ。
2. ステップａ、ステップｂ、ステップｃおよびステップｄを含み、
   前記ステップａは、フォトリソグラフィ技術に基づいて金属円管を加工し、スプリングスリーブを製作すると同時にスプリングスリーブに上方非弾性部位と、下方非弾性部位と、上方非弾性部位と下方非弾性部位との間に位置する少なくとも一つの弾性部位とを形成し、前記下方非弾性部位は下端部と、少なくとも一つの前記下端部に形成された開放状のスロットと、少なくとも一つの前記スロットに隣接する片状ガイド部とを有し、
   前記ステップｂは、微小電気機械システム技術に基づいてピンを製作し、前記ピンはピン本体、前記ピン本体の一端に位置する尖端と、前記尖端に形成されたストッパーと、少なくとも一つのはんだパッドとを有し、前記ストッパーは少なくとも一つの前記ピン本体に突出した嵌合リブを有し、前記はんだパッドは前記ピン本体に突出するように前記ストッパーに形成され、
   前記ステップｃは、前記スプリングスリーブを前記ピンの外側に被せ、前記ピン本体を前記スプリングスリーブ内に収め、前記ピンの前記尖端を前記下方非弾性部位から突出させ、前記ストッパーの前記嵌合リブを前記下方非弾性部位の前記スロットに嵌め込み、前記下方非弾性部位に当接させ、
   前記ステップｄは、少なくとも一つの前記はんだパッドにリフローはんだ付けを行い、少なくとも一つの前記はんだパッドと前記下方非弾性部位の前記片状ガイド部とを溶接することによって前記ピンを固定することを特徴とする、
   スプリングプローブの製造方法。

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