JP6439054B2 - ワーク保持体および成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば保護膜を有する電子部品の製造に用いられるワーク保持体および成膜装置に関する。
近年、電子機器の小型化、高機能化に伴い、内蔵される各種電子部品にも更なる小型化、高機能化が求められている。このような要求に応えるため、例えば、電子部品の更なる高密度実装化が進められている。
被処理物である単数又は複数のワークをキャリアに搭載し、当該キャリアを複数の工程へ順次搬送しながら、ワークを処理する技術が広く知られている。この場合、キャリア上でワークを保持でき、かつ、キャリアに対するワークの着脱を容易に行えることが好ましい。例えば下記特許文献１には、キャリア板と、このキャリア板の上に設けられた粘着層とを備え、粘着層でワークを着脱自在に粘着保持することが可能に構成されたキャリア治具が記載されている。
特開２００７−３２９１８２号公報
電子部品の高密度実装化には、個々の電子部品の実装スペースの低減が必須となっている。このため近年においてはＢＧＡ（Ball Grid Array）／ＣＳＰ（Chip Size Package）等のように、部品の底面（実装面）に複数の突起電極（バンプ）がグリッド状に配列された表面実装部品が主流となっている。
上記粘着層を備えたキャリアを用いてワークの表面に保護膜を形成すると、粘着層の表面にも成膜材料が付着するため、キャリアを繰り返し使用する際には粘着層の貼り替え作業が必要となる。そこで、粘着層の貼り替え作業を容易にするため粘着層の粘着力を低くすると、ワークの保持力が低下してしまい、一方、ワークの保持力を確保するため粘着層の粘着力を高くすると、粘着層の貼り替えに支障をきたすという問題がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ワークの保持力を確保しつつ粘着層の貼り替えを容易に行うことが可能な表面処理用のワーク保持体および成膜装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る表面処理用のワーク保持体は、ホルダと、粘着シートとを具備する。
上記粘着シートは、第１の粘着力で上記ホルダに接着される第１の面と、上記第１の粘着力よりも高い第２の粘着力でワークを保持することが可能に構成された第２の面とを有する。
上記ワーク保持体において、粘着シートは、第１の粘着力でホルダに接着される第１の面と、第１の粘着力よりも高い第２の粘着力でワークを保持する第２の面とを有するため、ワークの保持力を確保しつつ、粘着シートの貼り替えを容易に行うことが可能となる。
上記粘着シートは、基材と、上記第１の面を構成し上記基材の一方の面に積層された第１の粘着層と、上記第２の面を構成し上記基材の他方の面に積層された第２の粘着層とを有してもよい。
これにより、第１の面と第２の面とで粘着力が相互に異なる粘着シートを容易に構成することができる。
上記第２の面は、上記ワークの接合面の形状に追従して変形することが可能に構成されてもよい。
これにより、ワークの接合面を第２の面に密着させることができるため、ワークに対する保持強度を高めることができる。また、例えば成膜処理において、接合面への成膜材料の回り込みを阻止することが可能となる。
上記ホルダは、ホルダ本体と、上記ホルダ本体と上記粘着シートとの間に配置された熱伝導シートとを有してもよい。
これにより、ワークの放熱効率が高まるため、プラズマや熱源を必要とする表面処理にも適用することが可能となる。
上記ホルダは、典型的には、同一面上に複数個のワークを保持可能な板形状を有する。
これにより、複数個のワークを一括処理することが可能となるため、生産性の向上が図れるようになる。
本発明の一形態に係る成膜装置は、成膜室と、成膜源と、支持体と、ワーク保持体とを具備する。
上記成膜源は、上記成膜室に設置される。
上記支持体は、上記成膜室に設置され、ワークを支持可能な支持面を有する。
上記ワーク保持体は、上記支持面に着脱可能に構成されたホルダと、粘着シートとを有する。上記粘着シートは、第１の粘着力で上記ホルダに接着される第１の面と、上記第１の粘着力よりも高い第２の粘着力で上記ワークを粘着保持することが可能に構成された第２の面とを有する。
上記成膜装置において、粘着シートは、第１の粘着力でホルダに接着される第１の面と、第１の粘着力よりも高い第２の粘着力でワークを粘着保持する第２の面とを有するため、ワークの保持力を確保しつつ、粘着シートの貼り替えを容易に行うことが可能となる。これにより、ワークに対する適正に成膜処理を確保しつつ、生産性の向上を図ることが可能となる。
上記支持体は、上記支持面を冷却可能な冷却機構を有し、上記ホルダは、ホルダ本体と、上記ホルダ本体と上記粘着シートとの間に配置された熱伝導シートと、を有してもよい。
これにより、ワークを所定温度に冷却することが可能となるため、プラズマや熱源を必要とする成膜処理にも適用することが可能となる。
上記支持体は、上記成膜室内で回転可能に構成され上記支持面が周面に形成された回転ドラムを含んでもよい。
これにより、複数のワークを一括して成膜処理することができるため、生産性の向上を図ることが可能となる。
以上述べたように、本発明によれば、ワークの保持力を確保しつつ、粘着層の貼り替えを容易に行うことが可能となる。
ワークとしての電子部品の構成を示す概略側断面である。 本実施形態に係るワーク保持体の分解側断面図である。 電子部品（部品本体）を概略的に示す斜視図および側面図である。 上記ワーク保持体の概略平面図である。 上記ワーク保持体にマウントされた部品本体の様子を示す要部の概略側断面図である。 上記部品本体に対する成膜処理を説明する要部の概略側断面図である。 上記成膜処理に使用される成膜装置の概略構成図である。 粘着シートの貼り替え工程を説明する上記ワーク保持体の要部の概略側断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、図１に示す電子部品の製造に際して利用されるワーク保持体および成膜装置を例に挙げて説明する。
［電子部品］
図１は、製造対象である電子部品１００の構成を示す概略側断面である。
図１に示すように、電子部品１００は、ＢＧＡ／ＣＳＰタイプの半導体パッケージ部品で構成される。電子部品１００は、半導体チップ１０１と、半導体チップ１０１と電気的に接続された配線基板１０２と、配線基板１０２の裏面にグリッド状に配列された複数のバンプ（突起電極）１０３と、半導体チップ１０１を封止する樹脂体１０４と、樹脂体１０４の上面および側周面を被覆する保護膜１０５とを有する。
なお、理解を容易にするためバンプ１０３はやや誇張して示されており、その数や大きさ、形状等は実際のものと異なる場合がある（以下の各図においても同様）。
［ワーク保持体］
図２は、本実施形態に係るワーク保持体２０の分解側断面図である。
図２に示すように、ワーク保持体２０は、ホルダ２１と、粘着シート２２とを有する。ワーク保持体２０は、電子部品１００の一製造工程である保護膜１０５の成膜工程に用いられ、後述するように、粘着シート２２に成膜対象であるワーク（保護膜１０５の形成前の電子部品）を粘着保持した状態で成膜装置に装填される。
ホルダ２１は、ホルダ本体２１１と、熱伝導シート２１２との積層体で構成される。ホルダ２１は、同一面上に複数個のワークを保持可能な板形状を有する。
ホルダ本体２１１は、例えば、アルミニウム板や銅板、ステンレス鋼板等の矩形の金属板で構成される。熱伝導シート２１２は、ホルダ本体２１１と同一の形状、大きさに形成され、ホルダ本体２１１の上面に貼着される。熱伝導シート２１２は、熱伝導性フィラーを含有するシリコーン系やアクリル系の樹脂シートで構成される。熱伝導シート２１２は、典型的には、電気絶縁性のものが用いられるが、導電性のものが用いられてもよい。
粘着シート２２は、ホルダ２１と同一の形状、大きさに形成され、ホルダ２１の表面（熱伝導シート２１２の表面）に剥離可能に貼着される。粘着シート２２は、ホルダ２１の表面に第１の粘着力で接着される第１の面２２ａと、上記第１の粘着力よりも高い第２の粘着力でワークを保持することが可能に構成された第２の面２２ｂとを有する。
典型的には、両面粘着テープで構成される。粘着シート２２は、基材２２０と、基材２２０の一方の面（図２において下面）を被覆する第１の粘着層２２１と、基材２２０の他方の面（図２において上面）を被覆する第２の粘着層２２２とを有する。
基材２２０は、典型的には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムやＰＩ（ポリイミド）フィルム等の樹脂フィルムで構成されるが、これ以外にも、紙や不織布、ガラス繊維等の他の材料で構成されてもよい。
第１の粘着層２２１および第２の粘着層２２２は、それぞれタック性を有する粘着材料で構成される。第１の粘着層２２１は、粘着シート２２の第１の面２２ａを形成し、上記第１の粘着力でホルダ２０に接着される。一方、第２の粘着層２２２は、粘着シート２２の第２の面２２ｂを形成し、上記第２の粘着力でワークを保持するように構成される。
第１の粘着層２２１の粘着力（第１の粘着力）は、ホルダ２１の上下反転時は勿論、そのハンドリング時や成膜時に作用する加速度等によって、粘着シート２２がホルダ２０から離脱しない十分な接着力を保持しつつ、ホルダ２０から第１の粘着層２２１を比較的容易に剥がし取ることができる大きさに設定される。より具体的に、上記第１の粘着力の大きさは、幅２５ｍｍのテープ状サンプルを用いたときの剥離強度に換算したときの値が、例えば、０．２Ｎ／２５ｍｍ〜３．５Ｎ／２５ｍｍの範囲内のものが挙げられる。
一方、第２の粘着層２２２の粘着力（第２の粘着力）は、ワークの接合面の大きさや形状等に応じて適宜設定可能であり、同じく幅２５ｍｍのテープ状サンプルを用いたときの剥離強度に換算したときの値が、例えば、６．５Ｎ／２５ｍｍ〜１２Ｎ／２５ｍｍの範囲内のものが挙げられる。上記第２の粘着力が低すぎると、ワークを適正に保持することが困難となり、逆に高すぎると、粘着シート２２からワークを剥がし取ることが困難となる。
第１の粘着層２２１および第２の粘着層２２２を構成する材料としては、例えば、シリコーン系接着性樹脂材料、アクリル系接着樹脂材料等が挙げられる。特に、シリコーン系接着性樹脂は、粘着力を比較的広い範囲（例えば０．２Ｎ／２５ｍｍ〜９Ｎ／２５ｍｍ）で調整することができるとともに、比較的耐熱性が高いため、高温処理にも十分に対応可能であるという利点がある。
第１の粘着層２２１および第２の粘着層２２２の厚さも特に限定されず、上述のように目的とする接着力あるいは保持力を確保できる範囲で適宜設定可能である。
特に、ワーク保持面である上記第２の面２２ｂを構成する第２の粘着層２２２は、ワークの接合面の形状に追従して変形することが可能に構成されるのが好ましい。このような特性が得られるように、例えば、第２の粘着層２２２が比較的厚く形成されてもよいし、基材２２０に変形能が高い材料が用いられてもよい。あるいは、熱伝導シート２１２の弾性を利用して第２の面２２ｂの変形機能を発現させてもよい。
［電子部品の製造方法］
次に、以上のように構成されるワーク保持体２０を用いた電子部品１００の製造方法（保護膜１０５の成膜方法）について説明する。
図３Ａ〜Ｃはそれぞれ、保護膜１０５の形成前の電子部品（以下、部品本体１１０という）を示す上面斜視図、底面斜視図および側面図である。
部品本体１１０は、図３Ａ〜Ｃに示すように、概略直方体形状に形成され、複数のバンプ１０３が設けられる底面１１１と、底面１１１とは反対側の天面１１２と、底面１１１と天面１１２との間に設けられた側周面１１３とを有する。底面１１１は、配線基板１０２の裏面に相当し、天面１１２は樹脂体１０４の上面に相当し、側周面１１３は樹脂体１０４および配線基板１０２各々の４側面に相当する。
このような部品本体１１０は、典型的には、保護膜１０５の成膜工程の前に、あらかじめ製造されるが、部品本体１１０は、外部で製造されたものであってもよいし、市販品であってもよい。部品本体１１０の大きさも特に限定されず、例えば、平面形状が３ｍｍ〜２５ｍｍ四方のものが適用される。
本実施形態では、上記構成の部品本体１１０が複数個同時に成膜装置へ装填され、これら複数の部品本体１１０に対する保護膜１０５の成膜が一括的にわれる。ワーク保持体２０は、これら部品本体１１０を複数個単位でハンドリングするために用いられる。
図４は、ワーク保持体２０への部品本体１１０がマウント工程を概略的に示す平面図である。図５は、ワーク保持体２０にマウントされた部品本体１１０の様子を示す要部の概略側断面図である。
図４に示すように、部品本体１１０は、ワーク保持体２０上へ所定の間隔をあけて、縦方向および横方向へ複数個ずつ搭載される。その数は特に限定されず、部品本体１１０やワーク保持体２０の大きさに応じて適宜設定され、例えば、数十〜数百個とされる。
図５に示すように、各部品本体１１０は、ワーク保持体２０の粘着シート２２の表面（第２の面２２ｂ）上に底面１１１が粘着保持される。このとき、粘着シート２２の第２の粘着層２２２は、底面１１１に突設された複数のバンプ１０３に押圧されて局所的に変形しつつ、バンプ１０３の間に入り込むようにして底面１１１に密着する。このように、第２の粘着層２２２の表面（第２の面２２ｂ）が部品本体１１０の接合面（底面１１１）の形状に追従して変形することで、第２の粘着層２２２は、底面１１１の全域を被覆するようにして部品本体１１０を粘着保持する。
次に、ワーク保持体２０が成膜装置へ装填されることで、各々の部品本体１１０の表面（天面１１２および側周面１１３）に保護膜１０５が形成される。図６は、ワーク保持体２０上の部品本体１１０に保護膜１０５が形成される様子を示す要部の概略側断面図である。
図６の二点鎖線で示すように、保護膜１０５は、各部品本体１１０の天面１１２および側周面１１３の全域に形成される。保護膜１０５の厚さは特に限定されず、例えば、３μｍ〜７μｍとされる。保護膜１０５を構成する材料も特に限定されず、典型的には、アルミニウム、チタン、クロム、銅、亜鉛、モリブデン、ニッケル、タングステン、タンタル、及びそれらの酸化物あるいは窒化物等が適用される。
この際、粘着シート２２の第２の粘着層２２２は、部品本体１１０の底面１１１に密着することで、複数のバンプ１０３を部品本体１１０の周囲から遮蔽する役割を果たす。このため、成膜時、成膜材料が部品本体１１０の底面１１１に回り込むことが防止されるとともに、成膜材料がバンプ１０３へ付着することが防止される。
上記成膜装置には、典型的には、スパッタ装置や真空蒸着装置が用いられる。成膜装置としては、複数の部品本体１１０を保持するワーク保持体２０を、複数枚収容することができるバッチ式の成膜装置が好ましい。また、ワーク保持体２０上の全ての部品本体１１０の表面（天面１１２および側周面１１３）に適正に保護膜１０５を形成するため、スパッタカソード等の成膜源に対してワーク保持体２０を成膜室内で回転、搖動等、相対移動させることが可能に構成されることが好ましい。このような成膜装置として、例えば、カルーセル型スパッタリング装置が適用可能である。
上記成膜装置には、ワークの表面を前処理する処理部が設けられてもよい。前処理としては、イオンビーム照射処理、プラズマ処理、エッチング処理等が挙げられ、例えば、ワーク表面の油脂や異物を除去して保護膜との密着性を高める目的で実施される。
図７は、カルーセル型のスパッタ装置の一例を示す概略断面図である。
図７に示すスパッタ装置５０において、成膜室を構成する真空チャンバ１の略中央部には、支持体としての回転ドラム２が配置され、その回転方向に順に、第１の成膜ゾーン３、第２の成膜ゾーン４、前処理ゾーン５が設けられる。
回転ドラム２の周面２ａは、複数のワーク保持体２０を着脱可能に支持する支持面を構成し、クランパ等の適宜の固定機構を備える。回転ドラム２の内部には、周面２ａを所定温度以下に冷却することが可能な冷却源を有する。当該冷却源は、典型的には、冷却水等の冷媒の循環通路で構成される。
第１の成膜ゾーン３は、２台の電極を含むスパッタカソード６と、スパッタカソード６の回転ドラム２側に配置されたターゲット７と、スパッタカソード６に交流電圧を印加するためのＡＣ電源８と、Ａｒガス等を導入するためのＡｒガス導入系９等を備える。
同様に、第２の成膜ゾーン４は、２台の電極を含むスパッタカソード１０と、スパッタカソード１０の回転ドラム２側に配置されたターゲット１１と、スパッタカソード１０に交流電圧を印加するためのＡＣ電源１２と、Ａｒガス等を導入するためのＡｒガス導入系１３等を備える。
ターゲット７，１１は、保護膜１０５を形成する材料で構成される。第１の成膜ゾーン３および第２の成膜ゾーン４において、ターゲット７，１１と回転ドラム２との間には、開閉自在のシャッタ１７，１８がそれぞれ設けられている。
前処理ゾーン５は、第１の成膜ゾーン３と第２の成膜ゾーン４との間の適宜の位置に設けられ、イオンビーム源１５およびそのための電源１６を含む。
なお、スパッタカソード６，１０、ターゲット７，１１および交流電源８，１２は、保護膜１０５を形成するための成膜源を構成する。スパッタカソード６，１０はいずれもＡＣスパッタ源で構成されるが、いずれか一方又は両方がＤＣスパッタ源で構成されてもよい。また、ターゲット７，１１の表面に磁場を形成するためのマグネトロン磁気回路がさらに設けられてもよい。
成膜装置５０を用いた保護膜１０５の成膜工程においては、複数の部品本体１１０をそれぞれ粘着保持する複数のワーク保持体２０が、回転ドラム２の周面２ａにその回転方向に沿って配列される。そして、回転ドラム２を図７において矢印で示す方向に一定速度で回転させながら、前処理ゾーン５におけるイオンビーム照射処理、第１および第２の成膜ゾーン３，４における成膜処理が順に実施される。これにより、各ワーク保持体２０上の個々の部品本体１１０の表面（天面１１２、側周面１１３）に保護膜１０５が形成される。
本実施形態において、ワーク保持体２０は、ホルダ本体２１１と粘着シート２２との間に配置された熱伝導シート２１２を備えている。これにより、部品本体１１０を所定温度以下に冷却することが可能となるため、プラズマの熱から部品本体１１０を保護しつつ、保護膜１０５の成膜が可能となる。
以上のようにして、部品本体１１０の表面に保護膜１０５が形成された電子部品１００が製造される。成膜工程の完了後、ワーク保持体２０は、回転ドラム２から取り外されるとともに、成膜装置２０の外部へ搬出される。そして、ワーク保持体２０の粘着シート２２から、電子部品１００が回収される。
回収方法は特に限定されず、典型的には、コレット等の部品吸着具を用いて各電子部品が粘着シート２２から剥がし取られる。
なお、第２の粘着層２２は、所定温度以上での加熱処理あるいは紫外線の照射処理によって粘着力が低下する接着性樹脂材料で構成されてもよく、この場合、電子部品１００の回収が容易になるという利点がある。
［粘着シートの貼り替え］
図８Ａ〜Ｃは、粘着シート２２の貼り替え工程を説明するワーク保持体２０の概略側断面図である。
図８Ａに示すように、電子部品１００が取り除かれた後の粘着シート２２の表面には、保護膜１０５、複数のバンプ１０３による押圧痕１０７等が存在するため、繰り返し使用には耐えられないことが多い。
そこで本実施形態では、図８Ｂに示すように使用済の粘着シート２２がホルダ２１（熱伝導シート２１２）から剥がし取られ、その後、図８Ｃに示すように新しい（未使用の）粘着シート２２がホルダ２１（熱伝導シート２１２）へ貼着される。これにより、粘着シート２２の第２の面２２ｂ（第２の粘着層）の粘着力（第２の粘着力）が確保され、ワーク（部品本体１１０）に対する適切な粘着保持力も確保されることになる。
また、本実施形態によれば、ホルダ２１の熱伝導シート２１２を粘着シート２２で保護することができるため、熱伝導シート２１２を交換することなくホルダ２１を繰り返して使用することができる。したがって、比較的安価な粘着シート２２を交換対象部材にすることで、生産コストの低下を図ることが可能となる。
さらに本実施形態によれば、粘着シート２２に関して、ホルダ２１に接着される第１の面２２ａ（第１の粘着層２２１）の第１の粘着力が、部品本体１１０を保持する第２の面（第２の粘着層２２２）の第２の粘着力よりも低く構成されているため、比較的大面積のホルダ２１に対しても粘着シート２２を容易に剥離することが可能となる。これにより、作業性を損なうことなく粘着シート２２の貼り替えが可能となる。
以上のように、本実施形態のワーク保持体２０によれば、部品本体１１０の保持力を確保しつつ、粘着シート２２の貼り替えを容易に行うことが可能となる。これにより、部品本体１１０表面への成膜処理を適切に行いつつ、ワーク保持体２０の再生作業の効率化により生産性の向上を図ることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば以上の実施形態では、ワークとして、半導体パッケージ部品である部品本体１１０（電子部品１００）を例に挙げて説明したが、これに限られず、半導体ウエハやガラス基板のような板状のワークにも本発明は適用可能である。
また以上の実施形態では、主として成膜処理に供されるワーク保持体を例に挙げて説明したが、これに限られず、エッチング処理やプラズマ処理、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子照射処理、さらにはブラスト処理やエアの噴付け処理等の表面処理に供されるワーク保持体にも、本発明は適用可能である。
１…真空チャンバ（成膜室）
２…回転ドラム（支持体）
７，１１…ターゲット
２０…ワーク保持体
２１…ホルダ
２１１…ホルダ本体
２１２…熱伝導シート
２２…粘着シート
２２ａ…第１の面
２２ｂ…第２の面
２２０…基材
２２１…第１の粘着層
２２２…第２の粘着層
５０…成膜装置
１００…電子部品
１０３…バンプ
１０５…保護膜
１１０…部品本体

Claims (7)

  1. 表面処理用のワーク保持体であって、
    ホルダ本体と熱伝導シートとの積層構造を有するホルダと、
    ０．２Ｎ／２５ｍｍ〜３．５Ｎ／２５ｍｍの範囲内の剥離強度の第１の粘着力で前記熱伝導シートに接着される第１の面と、前記第１の粘着力よりも高い６．５Ｎ／２５ｍｍ〜１２Ｎ／２５ｍｍの範囲内の剥離強度の第２の粘着力でワークを保持することが可能に構成された第２の面とを有する粘着シートと
    を具備するワーク保持体。
  2. 請求項１に記載のワーク保持体であって、
    前記粘着シートは、
    基材と、
    前記第１の面を構成し前記基材の一方の面に積層された第１の粘着層と、
    前記第２の面を構成し前記基材の他方の面に積層された第２の粘着層と
    を有する
    ワーク保持体。
  3. 請求項１又は２に記載のワーク保持体であって、
    前記第２の面は、前記ワークの接合面の形状に追従して変形することが可能に構成される
    ワーク保持体。
  4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のワーク保持体であって、
    前記ホルダは、同一面上に複数個のワークを保持可能な板形状を有する
    ワーク保持体。
  5. 成膜室と、
    前記成膜室に設置された成膜源と、
    前記成膜室に設置されワークを支持可能な支持面を有する支持体と、
    ホルダ本体と熱伝導シートとの積層構造を有し、前記支持面に着脱可能に構成されたホルダと、
    ０．２Ｎ／２５ｍｍ〜３．５Ｎ／２５ｍｍの範囲内の剥離強度の第１の粘着力で前記熱伝導シートに接着される第１の面と、前記第１の粘着力よりも高い６．５Ｎ／２５ｍｍ〜１２Ｎ／２５ｍｍの範囲内の剥離強度の第２の粘着力で前記ワークを保持することが可能に構成された第２の面とを有する粘着シートと
    を有するワーク保持体と
    を具備する成膜装置。
  6. 請求項５に記載の成膜装置であって、
    前記支持体は、前記支持面を冷却可能な冷却機構を有する
    成膜装置。
  7. 請求項６に記載の成膜装置であって、
    前記支持体は、前記成膜室内で回転可能に構成され前記支持面が周面に形成された回転ドラムを含む
    成膜装置。
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