JPH09321088A - 半導体集積回路装置の製造方法およびそれにより得られるモジュール基板ならびに電子機器 - Google Patents
半導体集積回路装置の製造方法およびそれにより得られるモジュール基板ならびに電子機器Info
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Abstract
ケージ基板の反りを抑制する。また、BGAの製造工程
で発生する異物による信頼性、製造歩留まりの低下を抑
制する。 【解決手段】 大型基板1Aの主面に半田バンプ4を介
して複数個の半導体チップ5を搭載した後、各半導体チ
ップ5をエポキシ樹脂6でモールドし、次いでバーンイ
ン試験および電気特性評価試験を行った後、ダイシング
装置を使って大型基板1Aを切断することにより、複数
個のBGAを製造する。
Description
置の製造方法に関し、特に、ボール・グリッド・アレイ
(Ball Grid Array; BGA) 構造のLSIパッケージを
有する半導体集積回路装置の製造に適用して有効な技術
に関するものである。
としてQFP(Quad Flat package) が広く使用されてい
る。
導体チップを搭載し、各半導体チップのボンディングパ
ッドとリードフレームとをAuワイヤなどで接続した
後、半導体チップを樹脂モールドし、次いで樹脂パッケ
ージの外部に残ったリードフレームの不要箇所を切断、
除去して組み立てる。
設けたリードのピッチを縮小することにより多ピン化を
実現してきた。しかし、近年におけるパッケージのI/
O端子の増加により、QFPによる実装が次第に困難な
状況になりつつある。これはQFPの場合、I/O端子
を増やすためにリードの狭ピッチ化を進めていくと、リ
ードが微細になって変形し易くなり、実装基板に半田付
けする際の不良率が高くなるからである。また、その対
策としてパッケージの外形寸法を大きくすると、実装密
度が低下したり、リードが長くなって高速動作が妨げら
れたりするといった問題が生じる。
とが可能なパッケージとして、BGAが注目されてい
る。BGAは、半導体チップを実装したパッケージ基板
の裏面に半田バンプをマトリクス状に取り付けた構造に
なっており、半導体チップとパッケージ基板との接続に
は、Auワイヤまたは半田バンプが用いられる。また、
パッケージ基板には、ガラスエポキシ、ガラス変性エポ
キシ、ガラスBT(Bismaleimide Triadine) 、ポリイミ
ドなどの樹脂材料が主として用いられる。通常、これら
のパッケージ基板は高密度配線を実現するために多層構
造になっているが、板厚は1mm以下が普通である。パ
ッケージ基板の外形寸法は、半導体チップの端子数や基
板の端子ピッチにより異なるが、1辺長が約10mmか
ら50mm程度である。BGAは、QFPのようにリー
ドフレームを使用しないことから、多ピン化が容易で、
かつ実装面積も小さくできるという利点がある。
5,216,278号公報に記載がある。この公報に記
載されたBGAは、裏面に半田バンプを取り付けた樹脂
製のパッケージ基板上にワイヤボンディング方式で半導
体チップを実装し、この半導体チップをモールド樹脂で
封止した、いわゆるOMPAC(Over Molded Pad Array
Carrier) 構造で構成されている。
ピン化を進めていくとパッケージ基板の外形寸法が大き
くなり、それに伴って基板の反りも大きくなる。パッケ
ージ基板の反りは、BGAの組立てを困難にするだけで
なく、BGAをマザーボードに実装する時の接続歩留ま
りにも直接影響する。
ジ構造とも関連しているが、基板の製造履歴に支配され
ている部分も多く、特に加熱処理を行った後に顕著に反
りが表れる。従って、パッケージ基板の構成材料や構造
を最適化するだけでは反りをなくすことは困難であり、
製造工程に着目した対策が必要となる。
でパッケージ基板から発生する異物による信頼性および
製造歩留まりの低下がある。
板を打ち抜いて何枚かのパッケージ基板を作成した後、
各パッケージ基板上に半導体チップを搭載する。打ち抜
き切断されたパッケージ基板の端部は、樹脂や繊維など
が破断された状態になっているため、それらのカス
(滓)が基板表面などに付着して不良を引き起こす。こ
の現象は、加熱工程を経た後に顕著に表れる。また、製
造工程で用いる洗浄液、フラックスなどの薬液が切断端
部から内部に染み込み易く、その洗浄や乾燥に長時間を
要するのみならず、基板自身の劣化を招く原因ともな
る。また、この切断端部には製造工程で使用する種々の
物質が付着し易く、それが汚染の発生源となる場合もあ
る。さらに、パッケージ基板の端部が破断された状態に
なることで、基板表面の回路形成領域が狭められるとい
った設計上の制約も生じる。
の発生を防止し、組立て時間の短縮、基板の劣化防止な
どを図るためには、パッケージ基板の切断箇所を極力少
なくするような組立て方法や、切断カスの発生が少ない
切断方法を開発する必要がある。
Iパッケージの基板の反りを抑制することのできる技術
を提供することにある。
LSIパッケージの製造工程で発生する異物による信頼
性、製造歩留まりの低下を抑制することのできる技術を
提供することにある。
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
法は、主面に複数の半導体チップを搭載する領域を設け
た大型基板を用意する工程と、前記大型基板の主面に複
数の半導体チップを搭載し、前記複数の半導体チップの
それぞれと前記大型基板とを電気的に接続する工程と、
前記複数の半導体チップのそれぞれの素子形成面を樹脂
で被覆する工程と、前記複数の半導体チップが搭載され
た前記大型基板を切断することにより、前記半導体チッ
プが搭載されたパッケージ基板を複数個製造する工程と
を含んでいる。
法は、前記大型基板を回転式のブレードを用いて切断す
る。
法は、前記大型基板を切断する工程に先立ち、前記大型
基板の裏面にバンプ電極を形成する。
法は、前記大型基板を切断する工程に先立ち、バーンイ
ン試験または電気特性評価試験を行う。
を用いて詳述する。なお、実施の形態を説明するための
全図において同一機能を有するものは同一の符号を付
し、その繰り返しの説明は省略する。
Aの製造方法を図1〜図10を用いて工程順に説明す
る。
II−II’線に沿った断面図)に示すような大型基板
1Aを用意する。この大型基板1Aは、4〜6層程度の
配線層を備えた変性エポキシ樹脂製の多層プリント配線
基板であり、その外形寸法は、長辺が300mm程度、短
辺が200mm程度、板厚が1mm程度である。
短辺方向に5個、合計8×5=40個の半導体チップを
搭載できるようになっており、その主面には半導体チッ
プとの接続に用いる電極パッド2と、マザーボードとの
接続に用いる電極パッド3とが設けられている。これら
の電極パッド2、3の数は、半導体チップ1個あたりそ
れぞれ250個程度である。電極パッド2、3とそれら
を接続する配線(図示せず)とは銅(Cu)からなり、
電極パッド2、3を構成するCuの表面にはニッケル
(Ni)およびAuのメッキが施されている。この大型
基板1Aは、通常の多層プリント配線基板の製造方法に
従って製造することができる。
主面に形成された半導体チップ接続用の電極パッド2の
上に錫(Sn)と鉛(Pb)の合金からなる半田バンプ
4を形成する。半田バンプ4は、電極パッド2の表面に
半田ペーストを印刷した後、リフロー炉内でこの半田ペ
ーストを250℃程度でリフローして形成する。
基板1Aの主面に40個の半導体チップ5を搭載する。
それぞれの半導体チップ5には、例えばマイクロコンピ
ュータが形成されており、端子数は250ピン程度であ
る。半導体チップ5を搭載するには、まずフラックス塗
布装置を使って大型基板1Aの半田バンプ4の表面にフ
ラックスを塗布した後、位置合わせ搭載機を使い、ウエ
ハから切り出した良品の半導体チップ5をその主面(素
子形成面)を基板側に向けて1個ずつ半田バンプ4上に
位置決めする。次いで、リフロー炉内で半田バンプ4を
230℃程度でリフローすることにより、半導体チップ
5と半田バンプ4とを電気的に接続する。その後、大型
基板1Aを洗浄してフラックス残渣を除去する。
導体チップ5をエポキシ樹脂6でモールドする。ここで
は、大型基板1Aを基板単位でモールド金型に装着し、
40個の半導体チップ5を同時に一括してモールドす
る。
0を使って大型基板1Aをその長辺方向および短辺方向
に沿って格子状に切断する。このダイシング装置20
は、先端が鋭角となった回転式のブレード21を備えて
おり、このブレード21で大型基板1Aを切断すること
により、打ち抜き方式で切断する場合に比べて切断面の
破断が少なくなるため、樹脂や繊維などのカスの発生量
を少なくすることができる。また、このダイシング装置
20に大型基板1Aの位置検出および切断軌道修正機能
を持たせることにより、高い寸法精度で切断を行うこと
ができる。
GA10Aの外観斜視図である。大型基板(1A)を切
断して得られたパッケージ基板12Aの外形寸法は35
mm×35mm程度、半導体チップ(5)が封止されたエポ
キシ樹脂6の外形寸法は27mm×27mm程度である。組
立てに要した時間は、QFPと比較してパッケージ1個
あたり、半導体チップの電気的接続が約2分の1、樹脂
モールドが約4分の1に短縮できた。また、このパッケ
ージ基板12Aの反りは0.05mm以下であったのに対
し、大型基板を切断してあらかじめパッケージ基板を作
成してから、半田バンプの形成、半導体チップの搭載お
よび封止などを行ってBGAを組み立てた場合には、パ
ッケージ基板の反りが0.15mm程度になった。
価試験を行ってBGA10Aの良否を判定した後、図1
0に示すように、マザーボード11Aの主面にBGA1
0Aを実装する。BGA10Aを実装するには、まずB
GA10Aのパッケージ基板12Aを接着剤などでマザ
ーボード11Aの主面に接合した後、ワイヤボンディン
グ装置を使い、BGA10Aの電極パッド3とマザーボ
ード11Aの電極パッド13とをAuワイヤ14で電気
的に接続する。
Aの製造方法を図11〜図19を用いて工程順に説明す
る。
型基板1Bを用意する。この大型基板1Bは、マザーボ
ードとの接続に用いる電極パッド3が基板の裏面側に配
置されている以外は、前記実施の形態1で用いた大型基
板1Aとほぼ同一の構造および寸法で構成されている。
大型基板1Bの主面に40個の半導体チップ5を搭載す
る。前記実施の形態1と同様、半導体チップ5は、マイ
クロコンピュータを形成した、端子数250ピン程度の
ものを使用する。また、半導体チップ5の搭載は、前記
実施の形態1と同じ方法で行い、その後、大型基板1B
を洗浄してフラックス残渣を除去する。
半導体チップ5の主面を水分や異物などから保護するた
めに、半導体チップ5の主面と大型基板1Bの主面との
隙間およびその周囲に薄い板状の樹脂層8を形成する。
樹脂層8を形成するには、例えばディスペンサなどを使
って大型基板1Bと半導体チップ5との隙間およびその
周囲にエポキシ系の熱硬化性樹脂をポッティングし、次
いでこの樹脂を150℃程度に加熱して硬化させる。
の裏面に形成されたマザーボード接続用の電極パッド3
に半田バンプ9を形成する。半田バンプ9は、電極パッ
ド3の表面に半田ペーストを印刷した後、リフロー炉内
で半田ペーストをリフローして形成する。この半田バン
プ9は、半導体チップ5と大型基板1Bとを接続する半
田バンプ4よりも低融点の半田材料で構成する。その
後、大型基板1Bを洗浄してフラックス残渣を除去す
る。
グ装置を使って大型基板1Bを切断することにより、図
18に示すようなBGA10Bが40個得られる。
の反りは0.04mm以下であったのに対し、あらかじめ大
型基板を切断してパッケージ基板を作成してからBGA
を組み立てた場合、パッケージ基板の反りは0.13mm程
度になった。組立てに要した時間は、QFPと比較して
パッケージ1個あたり、半導体チップの電気的接続が約
2分の1、樹脂層の形成が約3分の1に短縮できた。ま
た、パッケージ基板12Bの裏面に半田バンプ9を形成
するのに要した時間は、あらかじめ大型基板を切断して
パッケージ基板を作成してから半田バンプを形成する場
合と比較してパッケージ基板1枚あたり、約20分の1
に短縮できた。
価試験を行ってBGA10Bの良否を判定した後、図1
9に示すように、マザーボード11Bの主面にBGA1
0Bを実装する。BGA10Bを実装するには、まずフ
ラックス塗布装置を使ってBGA10Bの半田バンプ9
の表面にフラックスを塗布した後、位置合わせ搭載機を
使い、BGA10Bをマザーボード11Bの電極パッド
15上に位置決めする。次いで、リフロー炉内で半田バ
ンプ9をリフローし、BGA10Bとマザーボード11
Bとを電気的に接続する。
Aの製造方法を図20〜図28を用いて工程順に説明す
る。
型基板1Cを用意する。この大型基板1Cは、4層程度
の配線層を備えた変性エポキシ樹脂製の多層プリント配
線基板であり、その外形寸法は、長辺が200mm程度、
短辺が167mm程度、板厚が1mm程度である。
短辺方向に16個、合計8×16=128個の半導体チ
ップを搭載できるようになっており、その主面には半導
体チップとの接続に用いる電極パッド16が設けられ、
裏面にはマザーボードとの接続に用いる電極パッド17
が設けられている。電極パッド16の数は、半導体チッ
プ1個あたり30個程度であり、電極パッド17の数
は、BGAパッケージ1個あたり50個程度である。電
極パッド16、17とそれらを接続する配線(図示せ
ず)とはCuからなり、電極パッド16、17を構成す
るCuの表面にはNiおよびAuのメッキが施されてい
る。
大型基板1Aの主面に128個の半導体チップ18を搭
載する。それぞれの半導体チップ18には、例えばメモ
リLSIが形成されており、端子数は30ピン程度であ
る。半導体チップ18を搭載するには、まずディスペン
サを使って大型基板1Cの主面のチップ搭載領域に銀
(Ag)ペーストなどの接着剤を塗布した後、位置合わ
せ搭載機を使い、ウエハから切り出した良品の半導体チ
ップ18をその主面を上に向けて1個ずつチップ搭載領
域に位置決めする。次いで、赤外線加熱炉内で接着剤を
150℃程度で加熱、硬化させることにより、半導体チ
ップ18を大型基板1C上に固定する。
ィング装置を使い、大型基板1Cの電極パッド16と半
導体チップ18とをAuワイヤ19で電気的に接続した
後、図25および図26に示すように、半導体チップ1
8を2個ずつエポキシ樹脂6でモールドする。このと
き、大型基板1Cを基板単位でモールド金型に装着し、
128個の半導体チップ18を同時に一括してモールド
する。
の裏面に形成されたマザーボード接続用の電極パッド1
7に半田バンプ9を形成する。半田バンプ9の形成は、
前記実施の形態2と同じ方法で行い、その後、大型基板
1Cを洗浄してフラックス残渣を除去する。
れ、125℃程度でバーンイン試験を行った後、前記実
施の形態1で用いたダイシング装置を使って大型基板1
Cを切断してパッケージ基板12Cに分割することによ
り、図28に示すような、2個の半導体チップ18を搭
載したマルチチップモジュール構造のBGA10Cが6
4個得られる。
の外形寸法は20mm×15mm程度、半導体チップ18の
外形寸法は14mm×5mm程度、この半導体チップ18が
2個封止されたエポキシ樹脂6の外形寸法は16mm×1
3mm程度である。また、パッケージ基板12Cの反りは
0.03mm以下であったのに対し、あらかじめ大型基板を
切断してパッケージ基板を作成してからBGAを組み立
てた場合、パッケージ基板の反りは0.1mm程度になっ
た。
パッケージ1個あたり、半導体チップの電気的接続がほ
ぼ同時間、樹脂モールドが約4分の1に短縮できた。ま
た、バーンインの際の装着および取り外しに要した時間
は、BGAを1個ずつソケットに装着、配線する場合と
比較して約1/10に低減できた。
ジ基板12Cの裏面に半田バンプ9を形成しているの
で、前記実施の形態2のBGA10Bと同じ方法でマザ
ーボード11に実装することができる。
マイクロコンピュータのBGA1個と、SRAMのSO
J(Small Outline J-leaded)パッケージ2個と、実施の
形態3で製造したメモリLSIのBGA2個とをマザー
ボードに搭載し、ディジタル信号処理用のモジュール基
板を作成した。
ディジタル信号処理用のモジュール基板を、送受信ボー
ド、液晶表示パネル、キーボードなどを組み込んだPD
A(Personal Digitalassistants) に実装し、小型の情
報端末機器を作成した。
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
板を切断してあらかじめパッケージ基板を作成してから
BGAを組み立てる製造方法に比べて、パッケージ基板
の反りを3分の1程度まで低減することができる。これ
により、各工程での製造が容易になり、BGAの製造歩
留まりが向上する。
Aを組み立てる場合は、反りの基板依存性が大きく、特
に、加熱処理の直後にそれが顕著に表れる。これは、基
板の切断も含めたパッケージ基板の製造工程における不
均一さが原因であると推定される。これに対し、切断前
の大型基板を使ってBGAを組み立てる場合に基板の反
りが少なくなるのは、大型基板では切断後にパッケージ
基板となる領域の端部同士が相互に接続し、連続してい
るので、加熱時の反りが互いに相殺され、かつその状態
が安定化しているためと考えられる。なお、この反り低
減の効果は、大型基板に半導体チップを1列に搭載した
時よりも、XおよびY方向にマトリクス状に搭載した時
の方が高かった。
の組み立ての最終工程で大型基板を切断するので、基板
の端部(切断面)から出る樹脂や繊維などのカスが製造
工程の途中で基板表面などに再付着して不良を引き起こ
すことがない。また、製造工程で使用するフラックスや
洗浄液などの薬液が基板の切断面から浸入することがな
いので、基板自身の劣化を防止できる。これにより、B
GAの信頼性、製造歩留まりが向上する。
なった回転式のブレードを用いて大型基板を切断するこ
とにより、樹脂や繊維などのカスの発生が大幅に低減す
ると共に、パッケージ基板の外形寸法精度が向上する。
外形寸法の異なるパッケージ基板が多種類ある場合、打
ち抜き型の種類が増えて型代が嵩むのに対し、ブレード
による切断方法は、単一の装置で種々の切断ピッチに対
応できるため、BGAの多品種製造に適している。
型基板の製造ロットおよび大型基板内での各パッケージ
基板の位置、大型基板の製造状態などの情報は、BGA
の製造歩留まり向上を図る上で不可欠であるが、BGA
の組み立ての最終工程で大型基板を切断する本発明の製
造方法によれば、これらの情報が容易に得られるため、
パッケージ基板の製造歩留まりが向上する。
留まりが約82%となり、単一のパッケージ基板を作成
してからBGAを組み立てる製造方法に比較して16%
以上も向上した。
板単位でBGAを製造することにより、パッケージ基板
単位でBGAを製造する場合に比較して基板のハンドリ
ングが容易になるので、BGAの生産性が向上する。
基板との電気的接続、半導体チップの樹脂被覆、バーン
イン試験あるいは電気特性評価試験などを大形基板単位
で行うことにより、一度に加工、組立できるBGAの数
が大幅に増え、BGAの生産性が向上する。さらに、バ
ーンイン試験や電気特性評価試験時に配線の一部を大型
基板内に形成することにより、同時検査や引き出し配線
の低減が可能となるので、試験や組立に要する時間が低
減でき、BGAの生産性が向上する。
基板を切断することにより、製造工程で使用するフラッ
クスや洗浄液などの薬液が基板の切断面から浸入するこ
とがないので、基板の乾燥や洗浄に要する時間を大幅に
短縮でき、BGAの生産性が向上する。
法精度が高く、かつ基板端部へのダメージが少ない方法
で切断を行うことにより、パッケージ基板の回路形成領
域が基板の周辺部にまで拡張される。これにより、パッ
ケージ基板をより小型化することができ、BGAの実装
密度が向上する。
び生産性の向上により、BGAの製造コストを低減する
ことができる。
ことにより、BGAを実装するマザーボードとの平坦性
が確保されるため、実装信頼性および実装歩留まりが向
上する。これにより、BGAを他の電子部品と共にマザ
ーボードに実装したモジュール基板、さらにはこのモジ
ュール基板を組み込んだ電子機器の信頼性および製造歩
留まりが向上する。
置の製造方法を示す大型基板の平面図である。
図である。
置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
置の製造方法を示す大型基板の斜視図である。
置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
置の製造方法を示す大型基板の斜視図である。
置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
置の製造方法を示すダイシング装置の概略図である。
置の製造方法を示すBGAの外観斜視図である。
装置の実装方法を示すマザーボードの概略図である。
装置の製造方法を示す大型基板の平面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の斜視図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の斜視図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示すBGAの外観斜視図である。
装置の実装方法を示すマザーボードの断面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の斜視図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の斜視図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の斜視図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示す大型基板の断面図である。
装置の製造方法を示すBGAの断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 主面に縦方向および横方向に沿って複数
の半導体チップを搭載する領域を設けた大型基板を用意
する工程と、前記大型基板の主面に複数の半導体チップ
を搭載し、前記複数の半導体チップのそれぞれと前記大
型基板とを電気的に接続する工程と、前記複数の半導体
チップのそれぞれの素子形成面を樹脂で被覆する工程
と、前記複数の半導体チップが搭載された前記大型基板
を切断することにより、前記半導体チップが搭載された
パッケージ基板を複数個製造する工程とを含むことを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置の製
造方法であって、前記複数の半導体チップのそれぞれと
前記大型基板とをバンプ電極またはボンディングワイヤ
を介して電気的に接続することを特徴とする半導体集積
回路装置の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の半導体集積回路
装置の製造方法であって、前記複数の半導体チップをモ
ールド樹脂またはポッティング樹脂で被覆することを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1、2または3記載の半導体集積
回路装置の製造方法であって、前記大型基板を回転式の
ブレードを用いて切断することを特徴とする半導体集積
回路装置の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法であって、前記大型基板を
切断する工程に先立ち、前記大型基板の裏面にバンプ電
極を形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法であって、前記大型基板を
切断する工程に先立ち、バーンイン試験または電気特性
評価試験を行うことを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法であって、前記パッケージ
基板をバンプ電極またはボンディングワイヤを介してマ
ザーボードに実装することを特徴とする半導体集積回路
装置の製造方法。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の製
造方法により得られた前記パッケージ基板が他の電子部
品と共にマザーボードに実装されてなることを特徴とす
るモジュール基板。 - 【請求項9】 請求項8記載のモジュール基板が組み込
まれてなることを特徴とする電子機器。
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-
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- 1996-05-27 JP JP13169096A patent/JP3569386B2/ja not_active Expired - Fee Related
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