KR100842915B1 - Stack package and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 스택 패키지를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional stack package.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 스택 패키지를 도시한 단면도.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a stack package according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스택 패키지를 구현하기 위한 접속패드 및 연결 패턴의 구조를 설명하기 위하여 도시한 평면도.3 is a plan view illustrating the structure of a connection pad and a connection pattern for implementing a stack package according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 스택 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 공정별 단면도.Figures 4a to 4e is a cross-sectional view for each process for explaining the manufacturing process of the stack package according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200 : 제1반도체 칩 200a : 제2반도체 칩 200:
202 : 제1기판 202a : 제2기판202:
204 : 제1금속와이어 204a : 제2금속와이어204:
206 : 제1봉지제 206a : 제2봉지제206:
208 : 제1솔더볼 208a : 제2솔더볼208:
210 : 접속패드 212 : 연결 패턴210: connection pad 212: connection pattern
218 : 제1패드 218a : 제2패드218:
220 : 제1본딩패드 220a : 제2본딩패드220:
A : 하부 패키지 B : 상부 패키지A: lower package B: upper package
본 발명은 스택 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 스택 패키지 제조 공정을 단순화시키고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 스택 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stack package and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a stack package and a method for manufacturing the same that can simplify the stack package manufacturing process and improve reliability.
전자산업의 발전으로 거의 대부분의 전자제품에서 반도체를 사용하게 되면서 다양한 크기와 형태의 패키지가 필요하게 되었고, 반도체 소자의 고용량화, 고집적화 및 빠른 처리 속도에 대한 수요가 증가하고 있는바 반도체 패키지 공정에서 적층에 의해 메모리 밀도(Memory density)를 높일 수 있는 스택 패키지(Stack package)가 각광받고 있다. With the development of the electronics industry, the use of semiconductors in almost all electronic products requires packages of various sizes and shapes, and the demand for higher capacity, higher integration and faster processing speed of semiconductor devices is increasing. As a result, a stack package that can increase a memory density has been in the spotlight.
일반적으로 스택 패키지는 두 개 또는 그 이상의 독립된 패키지를 적층하기 위해 하부에 위치한 패키지의 인쇄회로 기판의 가장자리에 솔더볼을 실장시켜 두 패키지 간을 전기적으로 연결하여 외부로부터 동일한 전기적인 신호를 받게 설계된 패키지 온 패키지(Package on package) 타입의 스택 패키지와 단위 패키지 내에 두께가 얇은 칩(Chip)을 다수 적층하는 칩 스택 패키지로 구별할 수 있다.In general, a stack package is a package on which a solder ball is mounted on the edge of a printed circuit board of a lower package to stack two or more independent packages, and electrically connected between the two packages to receive the same electrical signal from the outside. A package stack type package may be distinguished from a chip stack package in which a plurality of thin chips are stacked in a unit package.
도 1은 종래 스택 패키지를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional stack package.
도시된 바와 같이, 종래 패키지 온 패키지 타입의 스택 패키지는 두 개의 하부 및 상부 패키지들(A, B)을 스택한 구조로서, 상부 패키지(B)의 기판(102a)에 부 착된 솔더볼(108a)을 하부 패키지(A)의 기판(102) 상면에 구비된 제1패드(미도시) 또는 재배선에 부착시켜 물리적 및 전기적으로 연결한 구조로 형성되어 있다. As shown, a stack package of a conventional package on package type has a structure in which two lower and upper packages A and B are stacked, and the
여기서, 상기 하부 및 상부 패키지들(A, B)은 상면에 다수의 제1 및 제2본딩 패드(120, 120a)를 구비한 제1 및 제2반도체 칩(100, 100a)이 접착제(미도시)를 매개로 상면과 하면에 각각 다수의 제1 및 제2패드(218. 218a)와 볼랜드(미도시)를 구비한 제1 및 제2기판(102, 102a)의 상면에 부착되어 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2반도체 칩(100, 100a)과 제1 및 제2기판(102, 102a) 간의 전기적인 연결을 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2본딩 패드(120, 120a)와 제1 및 제2패드(218. 218a) 간에는 제1 및 제2금속와이어(104, 104a)가 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 및 제2반도체 칩(100, 100a)을 보호하기 위하여 제1 및 제2기판(102, 102a)의 상면에는 EMC(Epoxy molding compound)로 이루어진 제1 및 제2봉지제(106, 106a)가 형성되어 있고, 제1 및 제2기판(102, 102a)의 하면에는 제1 및 제2솔더볼(108, 108a)이 부착되어 있다.The first and
그러나, 상기 패키지 온 패키지 타입의 스택 패키지는 하부 패키지(A)의 제1반도체 칩(100)이 실장되는 공간을 상부 패키지(B)의 솔더볼(108a)의 높이를 통해 확보하는 방식으로, 하부 패키지(A)의 높이에 따라 상부 패키지(B)의 솔더볼(108a)의 높이도 같이 높아지게 된다. 따라서, 상기 상부 패키지(B)의 솔더볼(108a) 높이가 높아질수록 구 형태의 솔더볼(108a) 부피가 솔더볼 높이의 세제곱에 비례하여 증가하기 때문에 상부 패키지(B)의 솔더볼(108a) 높이를 무한정 크게 할 수는 없다.However, the stack package of the package-on-package type secures a space in which the
또한, 상부 패키지(B)의 제2기판(102a) 가장자리 영역에서만 형성되어 있는 제2솔더볼(108a)로 인해 하부 패키지(A)의 제1봉지제(106) 면의 크기가 상부 패키지(B)보다 작아야만 상부 패키지(B)의 가장자리에 형성되어 있는 제2솔더볼(108a)의 안쪽 공간에 실장될 수 있다. 이러한 점은 패키지 온 패키지 타입의 스택 패키지의 설계에 있어 제한을 두어야만 한다는 한계를 가진다.In addition, the size of the surface of the
그리고, 제2솔더볼이 상기 스택된 패키지들 간에 고르게 형성되지 않아서, 패키지 신뢰성 테스트에서 나쁜 결과가 초래되고, 단순히 패키지의 신뢰성을 높이기 위한 수단으로 더미 솔더볼을 스택 패키지의 중앙부 공간에 실장해야 하는 경우도 발생한다.In addition, since the second solder balls are not evenly formed between the stacked packages, bad results may occur in the package reliability test, and a dummy solder ball should be mounted in the center space of the stack package as a means for simply increasing the reliability of the package. Occurs.
본 발명은 스택 패키지 제조 공정을 단순화시키고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 스택 패키지 및 그의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a stack package and a method of manufacturing the same that can simplify the stack package manufacturing process and improve reliability.
일 실시예에 있어서, 스택 패키지의 제조 방법은, 상면의 가장자리 영역에 다수의 제1패드가 구비되고, 하면에 다수의 제1볼랜드가 구비된 제1기판을 준비하는 단계; 상기 제1기판 상에 패드 재배열로 상면의 가장자리 영역에 구비된 다수의 제1본딩패드와 전기적으로 연결되는 접속패턴을 구비한 제1반도체칩을 접착제를 매개로 부착시키는 단계; 상기 제1본딩패드와 제1패드를 제1금속와이어로 전기적 연결을 시키는 단계; 상기 제1금속와이어 및 제1반도체 칩을 포함한 제1기판의 상면을 제1봉지제로 봉지하는 단계; 상기 제1기판 하면의 볼랜드에 다수의 제1솔더볼을 부착시켜 하부 웨이퍼 레벨 패키지를 형성하는 단계; 상기 제1반도체 칩의 접속패드들이 외부로 노출되도록 상기 제1봉지제 부분에 다수의 홀을 형성하는 단계; 상기 홀 및 이에 인접한 제1봉지제 부분에 연결 패턴을 형성하는 단계; 상기 연결 패턴 상에 제2솔더볼을 부착시키는 단계; 및 상기 하부 웨이퍼 레벨 패키지의 제2솔더볼 상에 상면의 가장자리 영역에 다수의 제2패드가 구비되고, 하면에 상기 하부 패키지의 제2솔더볼과 부착되는 다수의 제2볼랜드가 구비된 제2기판 상에 상면의 가장자리 영역에 구비된 다수의 제2본딩패드가 구비된 제2반도체칩이 부착되어 있고, 제2본딩패드와 제2패드를 전기적으로 연결하는 제2금속와이어가 구비되어 있고, 상기 제2금속와이어 및 제2반도체 칩을 포함한 제2기판의 상면을 제2봉지제로 밀봉하여 제조된 상부 웨이퍼 레벨 패키지를 실장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, a method of manufacturing a stack package may include: preparing a first substrate having a plurality of first pads in an edge region of an upper surface thereof, and having a plurality of first borlands provided on a lower surface thereof; Attaching a first semiconductor chip having a connection pattern electrically connected to a plurality of first bonding pads provided in an edge region of an upper surface by rearranging pads on the first substrate through an adhesive; Electrically connecting the first bonding pad and the first pad to a first metal wire; Encapsulating an upper surface of the first substrate including the first metal wire and the first semiconductor chip with a first encapsulant; Attaching a plurality of first solder balls to the ball lands on the lower surface of the first substrate to form a lower wafer level package; Forming a plurality of holes in the portion of the first encapsulant such that the connection pads of the first semiconductor chip are exposed to the outside; Forming a connection pattern in the hole and a portion of the first encapsulant adjacent thereto; Attaching a second solder ball on the connection pattern; And a plurality of second pads formed at an edge area of an upper surface of the second solder ball of the lower wafer level package, and a plurality of second borlands attached to the second solder balls of the lower package on a lower surface of the second substrate. A second semiconductor chip is provided with a plurality of second bonding pads provided in the edge region of the upper surface, and a second metal wire for electrically connecting the second bonding pad and the second pad is provided. And mounting an upper wafer level package manufactured by sealing an upper surface of a second substrate including a bimetallic wire and a second semiconductor chip with a second encapsulant.
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상기 홀은 레이져 드릴링(Laser drilling) 공정으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The hole is characterized in that formed by a laser drilling (Laser drilling) process.
상기 연결패턴은 도금 공정으로 형성되는 것을 특징으로 한다. The connection pattern may be formed by a plating process.
상기 연결패턴은 구리(Cu)로 형성되는 것을 특징으로 한다.The connection pattern is characterized in that formed of copper (Cu).
상기 하부 패키지와 상부 패키지는 동일 타입으로 형성된 것을 특징으로 한다.The lower package and the upper package is characterized in that formed in the same type.
상기 하부 패키지와 상부 패키지는 서로 다른 타입으로 형성된 것을 특징으로 한다.The lower package and the upper package is characterized in that formed in different types.
(실시예)(Example)
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명하면, 본 발명은 두 개 또는 그 이상의 독립된 패키지를 스택하기 위한 스택 패키지에 관한 것으로서, 본딩패드와 연결되는 접속패드를 포함하는 하부 패키지의 반도체칩 상에 레이저 드릴링 공법 및 도금 공법에 의해 다수의 연결패턴이 형성되고, 상기 연결패턴 상에 각각의 솔더볼이 실장되면서 상기 하부 패키지와 상부 패키지를 스택하는 것을 특징으로 한다.First, the technical principle of the present invention will be briefly described. The present invention relates to a stack package for stacking two or more independent packages, wherein the present invention relates to a semiconductor package of a lower package including a connection pad connected to a bonding pad. A plurality of connection patterns are formed by a laser drilling method and a plating method, and each of the solder balls is mounted on the connection patterns to stack the lower package and the upper package.
이와 같이, 상기 접속 패드 상에 다수의 연결패턴이 구비되고, 상기 연결패턴 상에 각각의 솔더볼이 실장된 구조를 갖게 됨에 따라, 스택 된 패키지간의 중앙부 공간을 포함하여 고르게 지지하는 솔더볼이 구비되면서 스택 패키지의 신뢰성을 기대할 수 있게 된다.As such, a plurality of connection patterns are provided on the connection pads, and as each solder ball is mounted on the connection pattern, solder balls are evenly supported including a central space between stacked packages. The reliability of the package can be expected.
또한, 상기 솔더볼이 연결패턴 상에 각각 실장됨에 따라, 스택 패키지를 구현하기 위하여 패키지 간의 전기적인 연결 수단이 솔더볼이 가장자리에만 형성해야 한다는 제약에서 벗어날 수 있어 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.In addition, as the solder balls are respectively mounted on the connection pattern, the electrical connection means between the packages may be freed from the constraint that the solder balls should be formed only at the edges to implement the stack package, thereby improving design freedom.
자세하게는, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 스택 패키지를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 하부 패키지(A)는, 먼저, 상면에 다수의 제1패드(218)가 구비되고, 하면에 다수의 제1볼랜드(미도시)를 구비한 제1기판(202)이 배치되어 있고, 상기 제1기판(202) 상에, 상면에 다수의 제1본딩패드(220) 및 각 제1본딩패드(220)와 연결된 접속패드(210)를 구비한 패드 재배열이 이루어진 제1반도체칩(200)이 부착되어 있다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a stack package according to an exemplary embodiment of the present invention. As illustrated, the lower package A has a plurality of
그리고, 상기 각 접속패드(210) 상에 구리(Cu)로 형성된 연결패턴(212)과, 상기 제1패드(218)와 제1본딩패드(220)간을 전기적으로 연결시키는 제1금속와이어(204)와, 상기 연결패턴(212)의 상면이 노출되도록 상기 제1금속와이어(204)와 상기 제1반도체칩(200)을 포함한 제1기판(202)의 상면을 봉지하는 제1봉지제(206) 및 상기 제1기판의 제1볼랜드 상에 부착된 제1솔더볼(208)과, 상기 연결패턴(212) 상에 부착되며, 후속의 상부 패키지와 하부 패키지를 전기적으로 연결하는 제2솔더볼(208a)을 포함한다.In addition, a first metal wire electrically connecting the
상부 패키지(B)는, 상면에 다수의 제2패드(218a)가 구비되고 하면에 상기 하부 패키지(A)의 제2솔더볼(208a)과 부착되는 다수의 제2볼랜드(미도시)를 구비한 제2기판(202a)이 배치되어 있고, 상기 제2기판(202a) 상에, 상면에 다수의 제2본딩패드(220a)를 구비한 제2반도체칩(200a)이 부착되어 있다.The upper package B includes a plurality of
그리고, 상기 제2패드와(218a) 제2본딩패드(220a)간을 전기적으로 연결시키는 제2금속와이어(204a)와, 상기 제2금속와이어(204a) 및 제2반도체칩(200a)을 포함한 제2기판(202a)의 상면을 봉지하는 제2봉지제(206a)를 포함한다.And a
여기서, 상기 하부 패키지(A)와 상부 패키지(B)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 동일 타입의 패키지로 이루어지며, 도 2b에 도시된 바와 같이, 서로 다른 타입의 패키지로 이루어질 수 있다.Here, the lower package (A) and the upper package (B), as shown in Figure 2a, made of the same type of package, as shown in Figure 2b, may be made of different types of packages.
전술한 바와 같이, 본 발명은, 하부 패키지를 구성하고 있는 제1반도체 칩이 재배열로 이루어져 있고, 이에 따라, 제1본딩패드와 연결되는 접속패드 상에 구리로 형성된 연결패턴이 고르게 구비하게 되고, 상기 연결패턴 상에 각각의 제2솔더볼이 실장하게 되면서, 하부 패키지와 상부 패키지 간의 중앙부 공간을 포함하여 고르게 지지하는 솔더볼을 확보할 수 있게 되므로, 이에 따라, 패키지 신뢰성 테스트에서 우수한 결과를 얻을 수 있다.As described above, in the present invention, the first semiconductor chip constituting the lower package is rearranged, and thus the connection pattern formed of copper is evenly provided on the connection pad connected to the first bonding pad. Since each of the second solder balls is mounted on the connection pattern, it is possible to secure solder balls that are evenly supported including the center space between the lower package and the upper package, thereby obtaining excellent results in the package reliability test. have.
또한, 상기 제2솔더볼이 하부 패키지의 연결패턴과 각각 실장됨에 따라, 스택 패키지를 구현하기 위하여 패키지 간의 전기적인 연결 수단이 솔더볼을 가장자리에만 형성해야 한다는 제약에서 벗어날 수 있어 설계의 자유도가 향상된다.In addition, as the second solder balls are respectively mounted with the connection patterns of the lower package, electrical connection means between the packages may be removed from the constraint that the solder balls should be formed only at the edges in order to implement the stack package, thereby improving design freedom.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하부 패키지에서 패드 재배열이 이루어진 반도체칩과 기판 간의 전기적 연결을 나타내는 평면도로서, 도시된 바와 같이, 패드 재배열이 이루어진 제1반도체 칩(300)의 상면에 형성된 접속패드(310)는 제1반도체 칩(300)의 가장자리 영역에 형성된 다수의 제1본딩패드(320)와 재배선(310a)를 통하여 전기적으로 연결되고, 상기 제1반도체칩(300)의 제1본딩패드(320)는 제1기판(302)의 가장자리 영역에 형성된 제1패드(318)와 제1금속와이어를(304) 통하여 전기적으로 연결된다.3 is a plan view illustrating an electrical connection between a semiconductor chip and a substrate on which pad rearrangement is performed in a lower package according to an exemplary embodiment of the present invention. As illustrated, the upper surface of the
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 스택 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.4A through 4E are cross-sectional views illustrating processes of manufacturing a stack package according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a를 참조하면, 상면의 가장자리 영역에 다수의 제1패드(418)가 구비되고, 하면에 다수의 제1볼랜드(미도시)가 구비된 제1기판(402) 상에, 패드 재배열이 이루어져 있고, 이에 따라, 상면의 가장자리 영역에 구비된 다수의 제1본딩패드(420)와 전기적으로 연결되는 접속패턴(410)을 구비한 제1반도체칩(400)을 접착제(미도시)를 매개로 부착시킨다.Referring to FIG. 4A, a rearrangement of pads may be performed on a
그런다음, 상기 제1본딩패드(420)와 제1패드(418)를 제1금속와이어(404)로 전기적 연결을 시킨 후, 상기 제1금속와이어(404) 및 제1반도체 칩(400)을 포함한 제1기판(402)의 상면을 몰딩 공정을 통해 제1봉지제(406)로 밀봉한다.Thereafter, the
다음으로, 상기 제1기판(402) 하면의 볼랜드(미도시)에 다수의 제1솔더볼(408)을 부착한다. Next, a plurality of
도 4b를 참조하면, 상기 제1반도체 칩(400)의 접속패드(410)들이 외부로 노출되도록 상기 제1봉지제(406) 부분에 레이져 드릴링(Laser drilling) 공정을 이용하여 홀(T)을 형성한다.Referring to FIG. 4B, holes T are formed in a portion of the
도 4c를 참조하면, 상기 홀(T)이 형성되어 있는 제1봉지제(406) 상에 상기 홀 및 이에 인접한 봉지제 부분을 노출시키는 마스크패턴(미도시)을 형성한 후, 도금 공정을 실시하여 상기 홀(T) 및 이에 인접한 제1봉지제(406) 부분에 구리(Cu)로 이루어진 연결 패턴(412)을 형성한다.Referring to FIG. 4C, after forming a mask pattern (not shown) exposing the hole and the portion of the encapsulant adjacent to the
도 4d를 참조하면, 상기 마스크패턴이 제거된 상태에서 상기 연결 패턴(412) 상에 상부 패키지와 하부 패키지를 전기적으로 연결시키기 위한 제2솔더볼을 부착시켜, 이를 통해, 하부 웨이퍼 레벨 패키지(A)를 제조한다. Referring to FIG. 4D, a second solder ball for electrically connecting an upper package and a lower package is attached to the
도 4e를 참조하면, 상면의 가장자리 영역에 다수의 제2패드(418b)가 구비되고, 하면에 상기 하부 패키지의 제2솔더볼(408a)과 부착되는 다수의 제2볼랜드(미도시)가 구비된 제2기판(402b) 상에 상면의 가장자리 영역에 구비된 다수의 제2본딩패드(420b)가 구비된 제2반도체칩(400b)이 부착되어 있고, 제2본딩패드(420b)와 제2패드(418b)를 전기적으로 연결하는 제2금속와이어(406b)가 구비되어 있고, 상기 제2금속와이어(406b) 및 제2반도체 칩(400b)을 포함한 제2기판(402b)의 상면을 제2 봉지제(406b)로 밀봉하여 제조된 상부 웨이퍼 레벨 패키지(B)를 마련한 후, 상기 상부 웨이퍼 레벨 패키지(B)를 상기 제2솔더볼(408b) 상에 실장시켜 본 발명의 실시예에 따른 스택 패키지를 제조한다.Referring to FIG. 4E, a plurality of
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
이상에서와 같이, 본 발명에서는 하부 패키지를 구성하고 있는 반도체 칩 상에 패드 재배열을 통해 형성된 접속 패드 상에 구리로 이루어진 연결패턴의 형성으로 인해, 하부 패키지와 상부 패키지 간이 전기적으로 연결되는 솔더볼이 기판의 가장자리에만 형성해야 한다는 제약에서 벗어날 수 있어 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.As described above, in the present invention, due to the formation of a connection pattern made of copper on the connection pad formed by rearranging the pads on the semiconductor chip constituting the lower package, the solder ball is electrically connected between the lower package and the upper package. Freedom from the constraint of having to be formed only at the edge of the substrate can improve the freedom of design.
또한, 본 발명은, 상기 솔더볼이 연결패턴 각각에 형성됨에 따라, 스택된 패키지들 간의 전기적 연결 및 중앙부 공간을 포함하여 고르게 지지해줄 수단이 형성되어 스택 패키지를 구현하기 위하여 별도의 전기적 및 물리적 연결 수단을 사용할 필요가 없고, 간단한 공정으로 패키지 온 패키지 타입의 스택 패키지를 제조할 수 있으며, 패키지 신뢰성 테스트에서 우수한 결과를 얻을 수 있다. In addition, according to the present invention, as the solder balls are formed in each of the connection patterns, a means for evenly supporting an electrical connection between the stacked packages and a central space is formed, so that separate electrical and physical connection means are implemented to implement the stack package. There is no need to use, it is possible to manufacture a stack-on package type stack package in a simple process, and excellent results are obtained in the package reliability test.
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