JP7103030B2 - 電子部品内蔵パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電子部品内蔵パッケージ及びその製造方法に関し、特に、電子部品が内蔵されたサブユニットと、サブユニットが内蔵されたメインユニットとを備える電子部品内蔵パッケージ及びその製造方法に関する。

半導体ＩＣなどの電子部品を内蔵する半導体パッケージとしては、特許文献１に記載された半導体パッケージが知られている。特許文献１に記載された半導体パッケージは、コア基板にキャビティを形成し、キャビティの内部に半導体ＩＣを収容した構成を有している。また、特許文献２には、多層配線基板の最上部にキャビティを設け、キャビティの内部にインターポーザを収容した構成を有する電子部品内蔵基板が開示されている。

特許文献１及び２においては、接着剤を用いて半導体ＩＣ又はインターポーザの裏面を基板に接着し、これにより、半導体ＩＣの位置ずれを防止している。

特開２０１４－５６９２５号公報 特開２０１６－３９２１４号公報 特開２０１３－１８３０１５号公報

しかしながら、接着剤を用いて半導体ＩＣなどの電子部品を接着すると、製造工程中にキャビティ内で電子部品が動いてしまうおそれがあった。電子部品が動いてしまうと、電子部品に設けられた端子電極と絶縁層に設けられた導体パターンを接続する際のアライメント工程において、アライメントにずれが生じるという問題があった。また、接着剤は、加熱によりボイドが発生することがあり、これによる信頼性の低下や接着力の低下も懸念される。

一方、電子部品が内蔵されたサブユニットと、サブユニットが内蔵されたメインユニットを有する電子部品内蔵パッケージも知られている（特許文献３参照）。この種の電子部品内蔵パッケージにおいても、接着層を用いてサブユニットをメインユニットに固定すると、製造工程中にキャビティ内でサブユニットが動いてしまうおそれがあった。

したがって、本発明は、電子部品が内蔵されたサブユニットと、サブユニットが内蔵されたメインユニットとを備える電子部品内蔵パッケージ及びその製造方法において、キャビティ内におけるサブユニットの移動を防止することを目的とする。

本発明による電子部品内蔵パッケージは、電子部品が内蔵されたサブユニットと、サブユニットを収容するキャビティを有するメインユニットとを備え、サブユニットは、電子部品の端子電極に接続される複数の導体パターンが形成された第１の表面と、第１の表面の反対側に位置し、補助導体パターンが形成された第２の表面とを有し、メインユニットは、キャビティが形成された第１の絶縁層と、第１の絶縁層を挟むように設けられた第２及び第３の絶縁層とを有し、第２及び第３の絶縁層は、それぞれサブユニットの第２及び第１の表面を覆い、サブユニットに設けられた補助導体パターンの少なくとも一部は、第２の絶縁層に埋め込まれていることを特徴とする。

本発明によれば、サブユニットに設けられた補助導体パターンがメインユニットを構成する第２の絶縁層に埋め込まれていることから、接着剤などを用いることなく、サブユニットをキャビティ内で固定することができる。しかも、サブユニットとメインユニットの組み合わせによって構成されていることから、サブユニット上の再配線によって導体パターンの電極ピッチを拡大することができ、これにより、サブユニットとメインユニットの接続を容易に行うことが可能となる。

本発明による電子部品内蔵パッケージは、第３の絶縁層、サブユニット及び第２の絶縁層を貫通し、導体パターンに接続されたスルーホール導体をさらに備えるものであっても構わない。これによれば、ハンダを用いることなく、サブユニットとメインユニットを接続することができるため、製品の信頼性を高めることが可能となる。

本発明において、補助導体パターンは、電子部品と重なる位置に設けられていても構わない。これによれば、補助導体パターンを介して放熱性が向上することから、電子部品が発する熱を効率よく放熱することが可能となる。

本発明において、補助導体パターンの面積は、電子部品の面積よりも大きくても構わない。これによれば、補助導体パターンによる放熱効果をより高めることが可能となる。

本発明において、サブユニットの第１の表面には、電子部品の端子電極とは異なる部分と接する放熱導体パターンが形成されていても構わない。これによれば、放熱導体パターンを介して放熱性が向上することから、電子部品が発する熱をより効率よく放熱することが可能となる。

本発明において、電子部品は、端子電極が形成された主面と、主面の反対側に位置する裏面とを有し、電子部品の裏面は、ビア導体を介して補助導体パターンに接続されていても構わない。これによれば、補助導体パターンを介した放熱効果をよりいっそう高めることが可能となる。

本発明において、サブユニットの第１の表面は第３の絶縁層と接し、サブユニットの第２の表面は第２の絶縁層と接するものであっても構わない。これによれば、第３の絶縁層を貫通して設けられたビア導体に導体パターン又は放熱導体パターンを接続することが可能となる。

本発明において、第１の絶縁層は、芯材に樹脂材料を含浸させてなるコア層であり、第２及び第３の絶縁層は、芯材を含まない樹脂層であっても構わない。これによれば、全体の機械的強度を確保しつつ、サブユニットに設けられた補助導体パターンを第２の絶縁層に容易に埋め込むことが可能となる。

本発明による電子部品内蔵パッケージの製造方法は、第１の絶縁層を貫通するキャビティを第１の絶縁層に形成する第１の工程と、第１の絶縁層の一方の表面に、未硬化又は半硬化状態の樹脂材料を含む第２の絶縁層を重ねる第２の工程と、電子部品が内蔵され、電子部品の端子電極に接続される複数の導体パターンが形成された第１の表面と、第１の表面の反対側に位置し、補助導体パターンが形成された第２の表面とを有するサブユニットを用意し、補助導体パターンの少なくとも一部が第２の絶縁層に食い込むよう、サブユニットをキャビティ内に配置する第３の工程と、キャビティを閉塞するよう、第１の絶縁層の他方の表面に第３の絶縁層を重ねる第４の工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、未硬化又は半硬化状態である第２の絶縁層に補助導体パターンが食い込むよう、サブユニットが搭載されることから、接着剤などを用いることなく、サブユニットをキャビティ内で固定することができる。

本発明による電子部品内蔵パッケージの製造方法は、第３の絶縁層、サブユニット及び第２の絶縁層を貫通し、導体パターンに接続された第１のスルーホール導体を形成する第５の工程をさらに備えるものであっても構わない。これによれば、ハンダを用いることなく、サブユニットとメインユニットを接続することができるため、製品の信頼性をより高めることが可能となる。

このように、本発明によれば、電子部品が内蔵されたサブユニットと、サブユニットが内蔵されたメインユニットとを備える電子部品内蔵パッケージ及びその製造方法において、接着剤などを用いることなく、サブユニットをキャビティ内で固定することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品内蔵モジュール１の構成を説明するための略断面図である。 図２は、サブユニットＳの構成を説明するための図であり、（ａ）は透過的な略上面図、（ｂ）は略断面図である。 図３は、電子部品内蔵モジュール１の製造方法を説明するための工程図である。 図４は、電子部品内蔵モジュール１の製造方法を説明するための工程図である。 図５は、電子部品内蔵モジュール１の製造方法を説明するための工程図である。 図６は、電子部品内蔵モジュール１の製造方法を説明するための工程図である。 図７は、電子部品内蔵モジュール１の製造方法を説明するための工程図である。 図８は、電子部品内蔵モジュール１の製造方法を説明するための工程図である。 図９は、電子部品内蔵モジュール１の製造方法を説明するための工程図である。 図１０（ａ）～（ｄ）は、補助導体パターン６２の平面形状のバリエーションを示す図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態による電子部品内蔵モジュール２の構成を説明するための略断面図である。 図１２は、本発明の第３の実施形態による電子部品内蔵モジュール３の構成を説明するための略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品内蔵モジュール１の構成を説明するための略断面図である。

図１に示すように、本実施形態による電子部品内蔵モジュール１は、絶縁層１１～１３を有するメインユニットＭと、メインユニットＭに内蔵されたサブユニットＳによって構成されている。メインユニットＭを構成する絶縁層１１は、ガラスクロスなどの芯材に樹脂材料を含浸させてなるコア層である。これに対し、メインユニットＭを構成する絶縁層１２，１３は、芯材を含まない樹脂層であり、コア層である絶縁層１１を挟み込むように設けられている。メインユニットＭは、４つの配線層Ｌ１～Ｌ４を有する多層配線基板である。配線層Ｌ１は絶縁層１２の下面に位置し、複数の導体パターン２１を含む。配線層Ｌ２は、絶縁層１１と絶縁層１２の間に位置し、複数の導体パターン２２を含む。配線層Ｌ３は、絶縁層１１と絶縁層１３の間に位置し、複数の導体パターン２３を含む。配線層Ｌ４は絶縁層１３の上面に位置し、複数の導体パターン２４を含む。

絶縁層１１にはキャビティ１１ａが設けられており、キャビティ１１ａ内にサブユニットＳが収容されている。キャビティ１１ａは、絶縁層１２，１３によって閉塞されており、これによりサブユニットＳは絶縁層１２，１３によって上下から覆われる。

図２は、サブユニットＳの構成を説明するための図であり、（ａ）は透過的な略上面図、（ｂ）は略断面図である。

図２に示すように、サブユニットＳは、積層された２つの絶縁層４１，４２と、絶縁層４１と絶縁層４２の間に埋め込まれた電子部品５０を備えている。電子部品５０は、例えばプロセッサなどの半導体ＩＣであるが、本発明がこれに限定されるものではない。電子部品５０は、その主面に複数の端子電極５１及び放熱導体パターン５２が設けられており、裏面が絶縁層４１と向かい合うよう、フェイスアップ方式で絶縁層４１に搭載されている。端子電極５１は、絶縁層４２を貫通して設けられたビア導体６４を介して、絶縁層４２の表面に形成された導体パターン６１に接続されている。絶縁層４２の表面は、サブユニットＳの第１の表面を構成する。

導体パターン６１は、略円形のパッド部６１ａと、パッド部６１ａとビア導体６４を繋ぐ細い接続部６１ｂを有している。尚、図面の見やすさを考慮して、図２（ａ）においては、一部の接続部６１ｂのみを図示し、他の接続部６１ｂについては省略している。このような構成により、導体パターン６１は再配線層として機能し、端子電極５１のピッチがパッド部６１ａのピッチに拡大される。

また、サブユニットＳの第２の表面を構成する絶縁層４１の下面には、補助導体パターン６２が設けられている。本実施形態においては、補助導体パターン６２はフローティング状態であり、他の導体パターンに接続されていない。補助導体パターン６２は矩形状であり、電子部品５０と重なる位置に設けられているとともに、その面積は電子部品５０よりも大きい。図１に示すように、補助導体パターン６２は絶縁層１２に食い込むことによってアンカー効果を発揮し、これによりサブユニットＳの位置ずれを防止する役割を果たしている。さらに、電子部品５０が発する熱を効率よく放熱するための放熱板としての役割も果たす。

さらに、サブユニットＳの第１の表面を構成する絶縁層４２の上面には、放熱導体パターン６３が設けられている。放熱導体パターン６３は、電子部品５０と重なる位置に設けられており、ビア導体６４を介して電子部品５０の主面と接する放熱導体パターン５２に接続されている。これにより、電子部品５０が発する熱は、放熱導体パターン５２，６３を介して、効率よく放熱される。

図１に示すように、本実施形態による電子部品内蔵モジュール１は、複数のスルーホール３０が形成され、その内表面にスルーホール導体３１が形成されている。スルーホール３０及びスルーホール導体３１は、絶縁層１３、サブユニットＳ及び絶縁層１２を貫通するように設けられており、サブユニットＳに設けられたパッド部６１ａは、スルーホール導体３１を介して配線層Ｌ１に位置する導体パターン２１又は配線層Ｌ４に位置する導体パターン２４に接続される。図１には２個のスルーホール３０及びスルーホール導体３１のみが図示されているが、実際には、各パッド部６１ａにそれぞれ対応するスルーホール３０及びスルーホール導体３１が設けられる。図２（ａ）に示すように、スルーホール３０及びスルーホール導体３１の径は、パッド部６１ａの径よりもやや小さく設計されている。

また、図示しないが、絶縁層１１～１３にもビア導体が形成され、これにより積層方向に隣接する配線層Ｌ１～Ｌ４が互いに接続される。最表層に位置する配線層Ｌ１，Ｌ４は、必要に応じて一部がソルダーレジストで覆われ、露出部分が外部端子として用いられる。

以上が本実施形態による電子部品内蔵モジュール１の構成である。このように、本実施形態による電子部品内蔵モジュール１は、サブユニットＳの第２の表面から突出する補助導体パターン６２がメインユニットＭの絶縁層１２に埋め込まれていることから、接着剤などを用いることなく、サブユニットＳをメインユニットＭのキャビティ１１ａ内に固定することが可能となる。しかも、半導体ＩＣなどの電子部品５０をサブユニットＳに埋め込むことによってモジュール化するとともに、スルーホール導体３１を用いてサブユニットＳとメインユニットＭを接続していることから、スルーホール導体３１の形成ピッチを十分に確保することができるだけでなく、ハンダを用いることなく両者を確実に接続することが可能となる。

次に、本実施形態による電子部品内蔵モジュール１の製造方法について説明する。

図３～図９は、本実施形態による電子部品内蔵モジュール１の製造方法を説明するための工程図である。

まず、図３に示すように、ガラスクロスなどの芯材に樹脂材料を含浸させてなる絶縁層１１を用意し、その表裏に導体パターン２２，２３を形成する。一部の導体パターン２２，２３については、絶縁層１１を貫通するビア導体を介して互いに接続しても構わない。その後、図４に示すように、絶縁層１１を貫通するキャビティ１１ａを形成する。キャビティ１１ａの形成は、プレス加工又はレーザー加工により行うことができる。

次に、図５に示すように、未硬化又は半硬化状態の樹脂材料を含む絶縁層１２ａと導体層２１ａの積層体を用意し、絶縁層１２ａの上面と絶縁層１１の下面が接するよう、両者を重ねた後、キャビティ１１ａ内にサブユニットＳを載置する。サブユニットＳを搭載する際には、いわゆるピンラミネーションによってアライメントを行っても構わないし、導体パターン２３の一部をアライメントマークとして用いても構わない。そして、サブユニットＳの下面を絶縁層１２ａに押し当てると、図６に示すように、サブユニットＳに設けられた補助導体パターン６２が絶縁層１２ａに食い込む。これにより、サブユニットＳの水平位置が固定される。この時、補助導体パターン６２の全体が絶縁層１２ａに埋め込まれることは必須でなく、少なくとも一部が絶縁層１２ａに埋め込まれれば足りる。

次に、図７に示すように、未硬化又は半硬化状態の樹脂材料を含む絶縁層１３ａと導体層２４ａの積層体を用意し、絶縁層１３ａの下面と絶縁層１１の上面が接するよう、両者を重ねることにより、キャビティ１１ａを閉塞する。本実施形態においては、サブユニットＳが絶縁層１１よりも薄く、このため、絶縁層１３ａによってキャビティ１１ａを閉塞しても、サブユニットＳの上面は、絶縁層１３ａの下面から僅かに離れた状態となる。

この状態で真空熱プレス加工を行うことにより、絶縁層１２ａ，１３ａを硬化させる。これにより、未硬化又は半硬化状態の絶縁層１２ａ，１３ａが完全に硬化した絶縁層１２，１３に変化する。次に、ドリル加工などの方法によって、絶縁層１３、サブユニットＳ及び絶縁層１２にスルーホール３０を形成した後、その内表面にスルーホール導体３１をメッキにより形成する。スルーホール３０を形成する平面位置は、図２（ａ）に示すパッド部６１ａと重なる位置である。これにより、サブユニットＳに設けられたパッド部６１ａと導体層２１ａ，２４ａが電気的に接続される。

そして、導体層２１ａ，２４ａを所定の平面形状にパターニングすることによって導体パターン２１，２４を形成すれば、図１に示した電子部品内蔵モジュール１が完成する。

このように、本実施形態においては、未硬化又は半硬化状態の樹脂材料を含む絶縁層１２ａに補助導体パターン６２が食い込むよう、サブユニットＳを搭載していることから、その後の工程でサブユニットＳが動くことがない。しかも、サブユニットＳとメインユニットＭをスルーホール導体３１によって接続していることから、ハンダを用いることなく両者を接続することができ、製品の信頼性を高めることが可能となる。

尚、上記実施形態では、補助導体パターン６２の平面形状を矩形としたが、補助導体パターン６２の平面形状がこれに限定されるものではない。例えば、補助導体パターン６２の平面形状は、図１０（ａ）に示すように円形であっても構わないし、図１０（ｂ），（ｃ）に示すようにＣ字型であっても構わないし、図１０（ｄ）に示すように放射状であっても構わない。

図１１は、本発明の第２の実施形態による電子部品内蔵モジュール２の構成を説明するための略断面図であり、図１に示す電子部品内蔵モジュール１と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

図１１に示すように、本実施形態による電子部品内蔵モジュール２においては、サブユニットＳの厚さが絶縁層１１の厚さと同じ、或いは、やや厚く、これにより、サブユニットＳの上面が絶縁層１３と接し、サブユニットＳの下面が絶縁層１２と接している。またサブユニットＳには、絶縁層４１を貫通するビア導体３２が設けられており、ビア導体３２を介して電子部品５０の裏面と補助導体パターン６２が接続されている。補助導体パターン６２は、絶縁層１２を貫通するビア導体３３を介して、導体パターン２１に接続されている。さらに、電子部品５０の端子電極５１の一部は、導体パターン６１と、絶縁層１３を貫通するビア導体３４を介して、導体パターン２４に接続されている。

このような構成によれば、電子部品５０の発する熱を、ビア導体３２、補助導体パターン６２、ビア導体３３及び導体パターン２１を介してより効率よく放熱することが可能となる。しかも、端子電極５１の一部が導体パターン６１及びビア導体３４を介して導体パターン２４に接続されることから、配線層Ｌ４にキャパシタやインダクタなどの受動部品７０を搭載した場合に、電子部品５０と受動部品７０の配線距離をより短縮することが可能となる。

図１２は、本発明の第３の実施形態による電子部品内蔵モジュール３の構成を説明するための略断面図であり、図１に示す電子部品内蔵モジュール１と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

図１２に示すように、本実施形態による電子部品内蔵モジュール３は上下反転しているとともに、絶縁層１３を貫通するビア導体３４を介して、放熱導体パターン６３が導体パターン２４に接続されている。ここで、補助導体パターン６２の厚みは、第１の絶縁層１１の上に形成される導体パターン２２の厚みとできるだけ同等になるよう設計することが好ましい。これによれば、第１の絶縁層１１に積層される第２の絶縁層１２の平坦性が向上する。

このような構成によれば、電子部品５０の発する熱が放熱導体パターン５２、ビア導体６４、放熱導体パターン６３、ビア導体３４及び導体パターン２４を介してより効率よく放熱することが可能となる。また、補助導体パターン６２は、少なくとも１つのスルーホール導体３１と接していても構わない。これによれば、よりいっそう放熱性が向上する。この場合、補助導体パターン６２と接するスルーホール導体３１がグランドパターンであれば、放熱性とともにシールド機能も発揮することから、電子部品５０から外部に漏洩するノイズが低減するという副次的効果を得ることも可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１～３ 電子部品内蔵モジュール
１１ 第１の絶縁層
１２ 第２の絶縁層
１３ 第３の絶縁層
１１ａ キャビティ
１２ａ，１３ａ 絶縁層
２１～２４ 導体パターン
２１ａ，２４ａ 導体層
３０ スルーホール
３１ スルーホール導体
３２～３４ ビア導体
４１，４２ 絶縁層
５０ 電子部品
５１ 端子電極
５２，６３ 放熱導体パターン
６１ 導体パターン
６１ａ パッド部
６１ｂ 接続部
６２ 補助導体パターン
６４ ビア導体
７０ 受動部品
Ｌ１～Ｌ４ 配線層
Ｍ メインユニット
Ｓ サブユニット

Claims (10)

1. 電子部品が内蔵されたサブユニットと、
   前記サブユニットを収容するキャビティを有するメインユニットと、を備え、
   前記サブユニットは、前記電子部品の端子電極に接続される複数の導体パターンが形成された第１の表面と、前記第１の表面の反対側に位置し、補助導体パターンが形成された第２の表面とを有し、
   前記メインユニットは、前記キャビティが形成された第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層を挟むように設けられた第２及び第３の絶縁層とを有し、
   前記第２及び第３の絶縁層は、それぞれ前記サブユニットの前記第２及び第１の表面を覆い、
   前記サブユニットに設けられた前記補助導体パターンの少なくとも一部は、前記第２の絶縁層に埋め込まれており、
   前記第３の絶縁層、前記サブユニット及び前記第２の絶縁層を貫通し、前記導体パターンに接続されたスルーホール導体をさらに備えることを特徴とする電子部品内蔵パッケージ。
2. 前記補助導体パターンは、前記電子部品と重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品内蔵パッケージ。
3. 前記補助導体パターンの面積は、前記電子部品の面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の電子部品内蔵パッケージ。
4. 前記サブユニットの前記第１の表面には、前記電子部品の前記端子電極とは異なる部分と接する放熱導体パターンが形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品内蔵パッケージ。
5. 前記電子部品は、前記端子電極が形成された主面と、前記主面の反対側に位置する裏面とを有し、
   前記電子部品の前記裏面は、ビア導体を介して前記補助導体パターンに接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子部品内蔵パッケージ。
6. 前記サブユニットの前記第１の表面は前記第３の絶縁層と接し、前記サブユニットの前記第２の表面は前記第２の絶縁層と接することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子部品内蔵パッケージ。
7. 前記第１の絶縁層は、芯材に樹脂材料を含浸させてなるコア層であり、
   前記第２及び第３の絶縁層は、芯材を含まない樹脂層であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子部品内蔵パッケージ。
8. 電子部品が内蔵されたサブユニットと、
   前記サブユニットを収容するキャビティを有するメインユニットと、を備え、
   前記サブユニットは、前記電子部品の端子電極に接続される複数の導体パターンが形成された第１の表面と、前記第１の表面の反対側に位置し、補助導体パターンが形成された第２の表面とを有し、
   前記メインユニットは、前記キャビティが形成された第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層を挟むように設けられた第２及び第３の絶縁層とを有し、
   前記第２及び第３の絶縁層は、それぞれ前記サブユニットの前記第２及び第１の表面を覆い、
   前記サブユニットに設けられた前記補助導体パターンの少なくとも一部は、前記第２の絶縁層に埋め込まれており、
   前記サブユニットの前記第１の表面には、前記電子部品の前記端子電極とは異なる部分と接する放熱導体パターンが形成されていることを特徴とする電子部品内蔵パッケージ。
9. 第１の絶縁層を貫通するキャビティを前記第１の絶縁層に形成する第１の工程と、
   前記第１の絶縁層の一方の表面に、未硬化又は半硬化状態の樹脂材料を含む第２の絶縁層を重ねる第２の工程と、
   電子部品が内蔵され、前記電子部品の端子電極に接続される複数の導体パターンが形成された第１の表面と、前記第１の表面の反対側に位置し、補助導体パターンが形成された第２の表面とを有するサブユニットを用意し、前記補助導体パターンの少なくとも一部が前記第２の絶縁層に食い込むよう、前記サブユニットを前記キャビティ内に配置する第３の工程と、
   前記キャビティを閉塞するよう、前記第１の絶縁層の他方の表面に第３の絶縁層を重ねる第４の工程と、を備えることを特徴とする電子部品内蔵パッケージの製造方法。
10. 前記第３の絶縁層、前記サブユニット及び前記第２の絶縁層を貫通し、前記導体パターンに接続されたスルーホール導体を形成する第５の工程をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の電子部品内蔵パッケージの製造方法。

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