KR20030088887A - Miniature image sensing and processing module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈과, 그것의 제조 방법을 제공한다. 이미지 센서 패키지 유닛 및 디지털 신호 처리기 칩을 기판의 상면 및 하면에 각각 설치한 후에, 이미지 센서 패키지 유닛의 상부를 둘러싸도록 그 기판 상에 렌즈 홀더를 실장한다. 패키징된 부분이 이미지 센서 패키지 유닛이기 때문에, 렌즈 홀더를 조립하는 동안에 이미지 센서 칩의 와이어가 손상되지 않을 것이며, 모듈 구조에 향상된 신뢰도를 제공할 뿐만 아니라 입자가 칩을 오염시키는 것을 방지하게 할 것이다. 그러므로, 본 발명은 부피 최소화라는 목적과 함께, 생산을 통합하고 자동화하기에 용이하다는 결과를 달성한다. 또한 제조하기에 용이하고, 수율이 높으며 재작업하기에 용이하다는 장점을 제공한다.The present invention provides a compact image sensing and processing module and a method of manufacturing the same. After installing the image sensor package unit and the digital signal processor chip on the top and bottom surfaces of the substrate, respectively, the lens holder is mounted on the substrate to surround the top of the image sensor package unit. Since the packaged part is an image sensor package unit, the wires of the image sensor chip will not be damaged during assembly of the lens holder, providing improved reliability to the module structure as well as preventing particles from contaminating the chip. Therefore, the present invention achieves the result that it is easy to integrate and automate production with the aim of minimizing volume. It also offers the advantage of being easy to manufacture, high yield and easy to rework.
Description
본 발명은 이미지 감지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈의 구조 및 그 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensing module, and more particularly, to a structure of a compact image sensing and processing module and a method of manufacturing the module.
일반적으로, 셀룰러 폰, PDA 및 디지털 카메라 등의 다양한 이동 전자 제품들은 일상 정보의 네트워크 전송 및 멀티미디어 애플리케이션 기능을 갖는다. 그 점에 있어서, 이미지 전송이 대중화됨에 따라, 사진 촬영은 점차적으로 이동 통신 생명의 일부분이 되고 있다. PDA 및 셀룰러 폰과 같이 디지털 카메라가 내장된 팜 사이즈의 기기를 사용하여 언제라도 사진을 촬영하거나 이미지를 전송할 수 있으므로 우리의 일상 생활이 편리해지고 더 많은 즐거움을 얻게 된다.In general, various mobile electronic products such as cellular phones, PDAs and digital cameras have functions for network transmission of multimedia information and multimedia applications. In that regard, as image transfer becomes popular, photography has become increasingly part of the life of mobile communications. Palm-size devices with built-in digital cameras, such as PDAs and cellular phones, can take pictures or transfer images at any time, making our daily lives easier and more enjoyable.
내장형 디지털 카메라의 요건을 만족시키기 위해서는 이미지 감지 및 처리 모듈의 소형화 기술이 상당히 중요하다. 이미지 센서 칩과 디지털 신호 처리기(DSP) 칩을 서로 중첩시키는 것이 소형화 목적에 유리하다. 종래의 기술은 COB(Chip On Board) 기술을 이용하여 이 목적을 달성한다. 종래의 방법에 있어서, 도 1을 참조하면, 먼저 연성 인쇄 기판(FPC)(10)에 DSP 칩(12)을 고정시킨다. 다음에, 이미지 센서 칩(13)을 그 DSP 칩(12)에 고정시킨다. 후속하여, 다수개의 금 와이어(16)를 사용함으로써 와이어 본딩 공정을 수행하여 칩(12, 14)과 연성 인쇄 기판(10) 사이를 전기적으로 상호 연결한다. 마지막으로, 렌즈 홀더(18)를 덮은 후에 연성 인쇄 기판(10) 상에 렌즈 홀더(18)를 고정시킨다. 그러나, 이 기술에는 다음과 같은 여러 가지 단점이 있다. (1) 접착제를 사용하여 이미지 센서 칩(14)을 DSP 칩(12)에 고정시키기 때문에, 특히 이미지 센서 칩(14)의 사이즈가 DSP 칩(12)보다클 경우에, 이미지 센서(14)가 빗나가거나 빠질 수 있다. (2) 몰딩 화합물에 의해 이들 2개의 칩(12, 14)이 커버되기 때문에, 전체 모듈의 높이와 폭이 커질 것이다. 더욱이, 몰딩 화합물이 이미지 센서 칩(14)의 상면 상에 있는 감광 면적을 커버해서는 안되기 때문에, 몰딩 공정을 수행할 수 없다. 따라서, 종래의 기술에서는 몰딩 공정이 생략된다. 또한, 종래의 기술에서는 렌즈 홀더(18)를 조립하는 중에 금 와이어(16)가 손상되고 이미지 센서 칩(14)에 입자 오염을 일으킬 수 있다. 따라서 생산 수율이 심각하게 저하될 것이며 생산 능률에도 영향을 미칠 것이다. (3) 렌즈 홀더(18)와 FPC(10)을 조합하는 것만으로 모듈을 보호하기 때문에 신뢰도가 낮다. (4) 렌즈 홀더(18)가 조립된 후에만 테스트가 수행될 수 있다. 칩이 고장난 경우에는 재생이 불가능하기 때문에 전체 모듈을 파기해야만 한다.To meet the requirements of embedded digital cameras, the miniaturization of image sensing and processing modules is critical. The superposition of the image sensor chip and the digital signal processor (DSP) chip with each other is advantageous for miniaturization purposes. The prior art achieves this goal using Chip On Board (COB) technology. In the conventional method, referring to FIG. 1, first, the DSP chip 12 is fixed to a flexible printed circuit board (FPC) 10. Next, the image sensor chip 13 is fixed to the DSP chip 12. Subsequently, a wire bonding process is performed by using a plurality of gold wires 16 to electrically interconnect the chips 12 and 14 and the flexible printed circuit board 10. Finally, the lens holder 18 is fixed on the flexible printed circuit board 10 after covering the lens holder 18. However, this technique has several disadvantages. (1) Since the image sensor chip 14 is fixed to the DSP chip 12 by using an adhesive, especially when the size of the image sensor chip 14 is larger than the DSP chip 12, the image sensor 14 It may miss or fall out. (2) Since these two chips 12 and 14 are covered by the molding compound, the height and width of the entire module will be large. Moreover, the molding process cannot be performed because the molding compound should not cover the photosensitive area on the top surface of the image sensor chip 14. Thus, the molding process is omitted in the prior art. In addition, in the prior art, the gold wire 16 may be damaged during assembly of the lens holder 18 and may cause particle contamination on the image sensor chip 14. As a result, production yields will be severely impaired and will affect production efficiency. (3) The reliability is low because the module is protected only by combining the lens holder 18 and the FPC 10. (4) The test can be performed only after the lens holder 18 is assembled. If the chip fails, the entire module must be destroyed because regeneration is not possible.
도 2에 도시하는 다른 종래 기술은 연성 인쇄 기판(10)의 하면에 DSP 칩(12)을 고정시킨 후에, DSP 칩에서 와이어 본딩 및 몰딩 공정을 수행하고, 이어서 FPC(10)의 상면에 이미지 센서 칩(14)을 고정시킨 후에, 이미지 센서 칩(14)의 와이어 본딩 공정을 수행하고, 마지막으로 FPC(10) 상에 렌즈 홀더(18)를 고정함으로써 렌즈 홀더를 조립한다. 이 조립 기법은 몰딩 화합물(20)로 DSP 칩(12)을 보호할 수 있다. 그러나, 이미지 센서 칩(14)은 앞서 말한 이유의 한계 때문에 보호되지 않는다. 이 기법은 DSP 칩(12)에 대한 몰딩 공정을 위해 몰드를 제작해야만 하기 때문에 제조 과정이 더 복잡해지고 추가 비용도 발생한다. 보다 심각하게는 이 기법에도 전술한 (2), (3), (4)와 동일한 문제가 있다는 것이다.Another conventional technique shown in FIG. 2 is to fix the DSP chip 12 on the lower surface of the flexible printed circuit board 10, and then perform a wire bonding and molding process on the DSP chip, and then an image sensor on the upper surface of the FPC 10. After fixing the chip 14, a wire bonding process of the image sensor chip 14 is performed, and finally the lens holder is assembled by fixing the lens holder 18 on the FPC 10. This assembly technique may protect the DSP chip 12 with the molding compound 20. However, the image sensor chip 14 is not protected due to the above limitations. Since this technique requires the manufacture of a mold for the molding process for the DSP chip 12, the manufacturing process becomes more complicated and additional costs are incurred. More seriously, this technique also has the same problems as in (2), (3) and (4).
그러므로, 전술한 문제들을 개선시키기 위해서, 본 발명은 종래 기술의 다양한 단점들을 해결할 수 있는 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈의 구조와, 그것의 제조 방법을 제공한다.Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a structure of a compact image sensing and processing module and a method of manufacturing the same, which can solve various disadvantages of the prior art.
본 발명의 주목적은, 부피 최소화의 목적과 함께, 생산을 통합하고 자동화하기에 용이한 결과를 달성할 수 있는 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈의 구조와 그것의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is a main object of the present invention to provide a structure of a compact image sensing and processing module and a method for manufacturing the same, which can achieve an easy result to integrate and automate production, with the aim of volume minimization.
본 발명의 다른 목적은, 기판 위에 이미지 센서 패키지 유닛을 조립하여 렌즈 홀더를 조립하는 중에 와이어가 손상되는 것을 막고 입자에 의해 칩이 오염되는 문제를 방지하며, 신뢰도가 높은 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈의 구조를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to assemble the image sensor package unit on the substrate to prevent damage to the wire during the assembly of the lens holder and to prevent the contamination of the chip by the particles, high reliability small image detection and processing module To provide the structure.
본 발명의 다른 목적은, 패키징 공장의 현재 사용되는 공정 및 장비에 적용하여, 제조하기에 용이하고 수율도 높은 장점을 모두 달성하며, 재생하기에도 용이하다는 장점을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide the advantages of easy to manufacture, high yield, and easy to recycle, by applying to the process and equipment currently used in the packaging factory.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 기판의 하면 상에 디지털 신호 처리기 칩을 조립함으로써 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈이 제작된다. 이어서 디지털 신호 처리기 칩과 기판 사이를 전기적으로 상호 연결한 다음, 그 기판의 상면 위에 이미지 센서 패키지 유닛을 조립하고 그 이미지 센서 패키지 유닛과 그 기판을 전기적으로 상호 연결한다. 마지막으로, 이미지 센서 패키지 유닛의 외부를 둘러싸도록 기판 상에 렌즈 홀더를 설치한다.In order to achieve the above object, a compact image sensing and processing module is fabricated by assembling a digital signal processor chip on the bottom surface of a substrate. The electrical signal is then electrically interconnected between the digital signal processor chip and the substrate, and then the image sensor package unit is assembled on the top surface of the substrate and the image sensor package unit and the substrate are electrically interconnected. Finally, the lens holder is installed on the substrate to surround the outside of the image sensor package unit.
본 발명의 목적, 관련된 기술, 장점 및 그것의 효과는 이어지는 본 발명의실시예의 설명과 도면의 예시를 참조하면 보다 쉽게 이해될 것이다.The objects, related techniques, advantages and effects thereof will be more readily understood with reference to the following description of the embodiments of the present invention and examples of the drawings.
도 1은 종래 기술의 이미지 감지 및 처리 모듈의 단면도.1 is a cross-sectional view of a prior art image sensing and processing module.
도 2는 다른 종래 기술의 이미지 감지 및 처리 모듈의 단면도.2 is a cross-sectional view of another prior art image sensing and processing module.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈을 제조하는 각 과정의 단면도.3 to 5 are cross-sectional views of each process of manufacturing the miniature image sensing and processing module of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
32 : 기판32: substrate
34 : 디지털 신호 처리기 칩34: digital signal processor chip
36 : 범프36: bump
38 : 몰딩 화합물38: molding compound
40 : 이미지 센서 패키지 유닛40: image sensor package unit
402 : 설치실402: installation room
404 : 상부 윈도우404: upper window
406 : 이미지 센서 칩406: image sensor chip
도 3 내지 도 5는 본 발명의 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈을 제조하는 과정의 각 단계의 단면도이다. 먼저, 본 발명의 구조를 도식적으로 나타낸 도 5를 참조한다. 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈(30)은 바람직하게는 연성 인쇄 회로 기판(FPC)인 기판(32)과 디지털 신호 처리기(DSP) 칩(134)을 포함하고, 상기 DSP 칩은 범프(36)를 사용하여 기판(32)과 전기적으로 상호 연결되어 기판(32)의 하면 위에 플립칩을 형성한다. 몰딩 화합물(38)을 범프(36) 둘레에 채우고, 기판(32)의 상면 상에 이미지 센서 패키지 유닛(40)을 조립하며, 이미지 센서 패키지 유닛과 기판(32)을 전기적으로 상호 연결한다. 이미지 센서 패키지 유닛(40)에는 설치실(402), 상부 윈도우(404), 및 이미지 센서 칩(406)이 있고, 그 이미지 센서 칩은 그 설치실(402) 내부에 조립되며 와이어 본딩을 이용하여 설치실(402)의 하부와 전기적으로 상호 연결된다. 이미지 센서 칩(406)의 감광 영역은 윈도우(404)를 통하여 위를 향하고, 대개 플라스틱이나 유리로 이루어진 투명 캡(408)으로 상부 윈도우(404)를 커버하여 오염 또는 손상으로부터 이미지 센서 칩(406)과 와이어를 보호하고 환경의 영향을 줄이도록 설치실(402)을 밀폐시킨다. 렌즈 홀더(42)로 이미지 센서 패키지 유닛(40)의 외부를 둘러싸고, 광학 렌즈(44)를 렌즈 홀더(42)의 상측 상에 설치하며, 렌즈 홀더(42)는 접착 물질에 의해 기판(32)과 고정된다.3 to 5 are cross-sectional views of each step of the process of manufacturing the miniature image sensing and processing module of the present invention. First, reference is made to FIG. 5 which schematically shows the structure of the present invention. The miniature image sensing and processing module 30 preferably comprises a substrate 32, which is a flexible printed circuit board (FPC), and a digital signal processor (DSP) chip 134, wherein the DSP chip includes a bump 36; And electrically interconnected with the substrate 32 to form flip chips on the bottom surface of the substrate 32. The molding compound 38 is filled around the bump 36, the image sensor package unit 40 is assembled on the top surface of the substrate 32, and the image sensor package unit and the substrate 32 are electrically interconnected. The image sensor package unit 40 includes an installation chamber 402, an upper window 404, and an image sensor chip 406, which are assembled inside the installation chamber 402 and using wire bonding. It is electrically interconnected with the lower part of the installation chamber 402. The photosensitive area of the image sensor chip 406 faces upward through the window 404 and covers the upper window 404 with a transparent cap 408, usually made of plastic or glass, to prevent the image sensor chip 406 from contamination or damage. Sealing the installation room 402 to protect the wires and wires and reduce the impact of the environment. The lens holder 42 surrounds the outside of the image sensor package unit 40, and the optical lens 44 is installed on the upper side of the lens holder 42, and the lens holder 42 is formed of the substrate 32 by an adhesive material. And are fixed.
본 발명의 전체 구조를 이해한 후에는, 그것의 제조 방법 및 각 층의 구조를 이해하기 위하여 도 3 내지 도 5를 참조한다. 먼저, 도 3에 도시하는 바와 같이,소형의 이미지 감지 및 처리 모듈을 제조하는 방법은 다음의 단계들을 포함하는데, 처음 단계는 기판(32)과 디지털 신호 처리기(DSP) 칩(34)을 마련하는 단계이다. 기판(32)은 대개 연성 인쇄 회로 기판(FPC)이며, DSP 칩(34)의 표면에는 (도 3에는 도시되지 않지만) I/O 신호의 연결 포인트로 되는 다수개의 납땜 패드가 미리 설치되어 있다. 전기 도전성의 범프(36)를 DSP 칩(34)의 각 납땜 패드 상에 형성한다. DSP 칩(34)은 범프(36)를 사용하여 기판(32) 상에 플립칩으로 형성된다. 이어서 접착제를 주사하는 방법으로 DSP 칩(34)과 기판(32) 사이의 간극에 몰딩 화합물(38)을 채운다.After understanding the overall structure of the present invention, reference is made to FIGS. 3 to 5 to understand its manufacturing method and the structure of each layer. First, as shown in FIG. 3, a method of manufacturing a small image sensing and processing module includes the following steps, the first step of providing a substrate 32 and a digital signal processor (DSP) chip 34. Step. The substrate 32 is usually a flexible printed circuit board (FPC), and a plurality of solder pads are provided in advance on the surface of the DSP chip 34 as connection points of the I / O signals (not shown in FIG. 3). An electrically conductive bump 36 is formed on each solder pad of the DSP chip 34. The DSP chip 34 is formed as a flip chip on the substrate 32 using the bumps 36. The molding compound 38 is then filled in the gap between the DSP chip 34 and the substrate 32 by scanning the adhesive.
DSP 칩(34)을 기판(34) 상에 조립한 후에, 도 4에 도시하는 바와 같이 DSP 칩(34)이 기판(32)의 하면에 위치하도록 기판(32) 상측을 아래로 향하게 한 다음, 표면 실장 기술(SMT)로써 기판(32)의 상면 상에 이미지 센서 패키지 유닛(40)을 실장한다. 그 점에 있어서, 이미지 센서 패키지 유닛은 보통, 설치실(402), 이미지 센서 칩(406) 및 투명 캡(408)으로 구성된 PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier)와 CLCC(Ceramic Leadless Chip Carrier)일 수 있다. PLCC 패키징을 통해, 이미지 센서 칩(406)의 전기 신호는 PLCC 설치실(402)의 내부 리드선에 도통된 후에, 그 전기 신호는, PLCC 설치실(402)의 내부 리드선과 외부 리드선이 도통됨으로 그 외부 리드선에 도통되고 외부 리드선은 SMT 공정으로 기판(32)과 전기적으로 상호 연결된다. 이미지 센서 패키지 유닛(40)을 조립한 후에, 도 5에 도시하는 바와 같이, 상측에 렌즈(44)를 구비한 렌즈 홀더(42)를 이미지 센서 패키지 유닛(40)의 외부를 둘러싸도록 기판(32) 위에 조립함으로써 전체 조립 과정이 종료된다. 그에 따라 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈(30)이 형성된다.After assembling the DSP chip 34 on the substrate 34, the top of the substrate 32 is faced downward so that the DSP chip 34 is located on the bottom surface of the substrate 32, as shown in FIG. The image sensor package unit 40 is mounted on the top surface of the substrate 32 by surface mount technology (SMT). In that regard, the image sensor package unit may typically be a plastic leadless chip carrier (PLCC) and a ceramic leadless chip carrier (CLCC) consisting of an installation chamber 402, an image sensor chip 406, and a transparent cap 408. . Through PLCC packaging, after the electrical signal of the image sensor chip 406 is conducted to the internal lead of the PLCC installation chamber 402, the electrical signal is connected to the internal lead of the PLCC installation chamber 402 and the external lead. The external lead wires are electrically connected to the substrate 32 by the SMT process. After assembling the image sensor package unit 40, as shown in FIG. 5, the substrate holder 32 surrounds the outside of the image sensor package unit 40 with the lens holder 42 having the lens 44 on the upper side. ), The entire assembly process is completed. As a result, a small image sensing and processing module 30 is formed.
본 발명에 있어서, PLCC 또는 CLCC의 생산 수율은 약 95%이고, SMT와 같은 DSP 칩(34)의 플립칩 공정의 경우 약 99.9%이다. 전체 생산 공정의 수율은 94% 이상이다. 그러나, 종래 기술의 COB 제조 과정의 경우 약 50 %이다. 본 발명은 패키징 공장의 생산 라인 상에서 현재에 사용되는 제조 과정과 장비를 사용하여, 제조하기에 용이하고 수율이 높다는 장점 모두를 달성한다. 더욱이, 본 발명은 기판(32) 상에 이미지 센서 패키지 유닛(40)을 실장하고, 투명 캡(48)으로 이미지 센서 칩(406)의 상부를 커버하기 때문에, 이미지 센서 패키지 유닛(408) 내부의 금 와이어의 손상 및 이미지 센서 칩(406)의 입자 오염 문제를 모두 방지하여 고수율 및 고생산 능률의 이득을 제공한다. 또한, 이미지 센서 패키지 유닛(40)은 완전히 패키징된 캐리어이기 때문에 신뢰도가 높고, 따라서 렌즈 홀더와 인쇄 회로 기판간의 조합에만 의존하여 외부 환경을 차단하는 종래 기술의 모듈의 저 신뢰도의 단점을 효과적으로 개선한다.In the present invention, the production yield of PLCC or CLCC is about 95%, and about 99.9% for the flip chip process of DSP chip 34, such as SMT. The yield of the whole production process is above 94%. However, about 50% of the prior art COB manufacturing process. The present invention achieves both the advantages of being easy to manufacture and of high yield using the manufacturing processes and equipment currently used on the production line of the packaging factory. Furthermore, since the present invention mounts the image sensor package unit 40 on the substrate 32 and covers the upper portion of the image sensor chip 406 with the transparent cap 48, the interior of the image sensor package unit 408 Both damage to the gold wire and particle contamination of the image sensor chip 406 are avoided, providing high yield and high productivity gains. In addition, the image sensor package unit 40 is highly reliable because it is a fully packaged carrier, thus effectively reducing the disadvantages of the low reliability of prior art modules that block external environments only by the combination between the lens holder and the printed circuit board. .
또한, 본 발명은 DSP 칩(34)을 플립칩으로 완성하고 이미지 센서 패키지 유닛(40)의 설치를 완료하는 각 단계 후에 처음 테스트를 수행할 수 있다. 최종 테스트는 렌즈 홀더(42)가 조립된 후에 수행될 수 있다. DSP 칩(34)과 이미지 센서 패키지 유닛(40) 중 하나에 결함이 있다면, 결함있는 하나만이 교체된 후 재작업된다. 이 방식은 재생이 불가능했기 때문에 전체 모듈을 파기해야만 했던 종래 기술의 문제를 해결한다.In addition, the present invention may perform the first test after each step of completing the DSP chip 34 as a flip chip and completing the installation of the image sensor package unit 40. The final test can be performed after the lens holder 42 is assembled. If one of the DSP chip 34 and the image sensor package unit 40 is defective, only the defective one is replaced and then reworked. This approach solves the problem of the prior art, in which the entire module had to be discarded because regeneration was not possible.
따라서, 본 발명이 제공하는 소형의 이미지 감지 및 처리 모듈은 부피 최소화라는 목적과, 생산을 통합하고 자동화하기에 용이하다는 효과와, 수율이 높고 재생이 용이하다는 조립 장점, 및 제품 신뢰도 유지를 달성한다. 이것은 종래 기술의 여러가지 단점에 관련된 것이다.Accordingly, the compact image sensing and processing module provided by the present invention achieves the purpose of volume minimization, the effect of easy to integrate and automate production, the assembly advantage of high yield and easy reproduction, and maintenance of product reliability. . This relates to various disadvantages of the prior art.
이상의 내용은 실시예를 통해 본 발명의 특징을 설명한 것이다. 그 목적은 당업자가 본 발명의 내용을 이해하여 실시할 수 있게 하기 위함이다. 그러나, 이것은 본 발명의 청구범위를 제한하지 않는다. 따라서, 당업자는 첨부하는 청구범위에 의해서만 한정되는 주제부터 벗어나지 않고서 다양한 변형 실시예를 실시할 수 있다.The above has described the features of the present invention through the examples. Its purpose is to enable those skilled in the art to understand and practice the contents of the present invention. However, this does not limit the claims of the present invention. Accordingly, those skilled in the art can make various modifications without departing from the subject matter defined only by the appended claims.
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