KR20100088494A - Insulating conductive ball for anisotropic conductive film and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기계화학적 결합 시스템(mechanochemical bonding system)을 이용한 이방 도전성 필름용 절연 도전입자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to insulating conductive particles for anisotropic conductive films using a mechanochemical bonding system, and a method of manufacturing the same.
LCD, PDP 등의 평판형 디스플레이(Flat Panel Display, FPD)는 박형, 경량, 저소비전력을 장점으로 mobile용 제품을 중심으로 다양한 방면에서 응용제품이 개발, 상품화되고 있고, 이에 따라 FPD 모듈의 디바이스 구성과 프로세스에 있어서도 대폭적인 합리화가 요구되고 있다. Flat Panel Display (FPD), such as LCD and PDP, has the advantages of thin, light weight and low power consumption. Therefore, application products have been developed and commercialized in various fields mainly on mobile products. Significant rationalization is required in process and process.
이와 같은 산업계의 요구에 부응하고자 FPD 모듈에 있어서 드라이버(LSI)의 실장방식은 QFP(Quad Flat Package) 방식으로부터 TAB(Tape Automated Bonding) 방식 및 COG(Chip On Glass) 방식으로 옮겨가게 되었으며, 이러한 실장 방식의 진화에 있어서 가장 핵심적인 요소는, 전도성의 확보와 접착성의 부여라는 특징을 동시에 제안할 수 있는 이방 도전성 필름(anisotropic conductive film, ACF)의 제공이다. In order to meet the demands of the industry, the mounting method of the driver (LSI) in the FPD module has been shifted from the Quad Flat Package (QFP) method to the Tape Automated Bonding (TAB) method and the Chip On Glass (COG) method. The key element in the evolution of the method is the provision of an anisotropic conductive film (ACF), which can simultaneously propose the characteristics of securing conductivity and imparting adhesion.
접속재료로서 ACF에 요구되는 특성은 적용제품군에 따라 상이하지만, bare chip을 직접 LCD 판넬에 실장하는 COG 실장에서는 접속 pitch의 초미세화에 따라 미소면적의 범프당 최소 포획 입자 수의 달성을 위해 도전입자의 배합량을 증가시켜 접속 신뢰성을 향상 시키면서 이러한 입자 혼입밀도 증가에 따른 X-Y 방향에 대한 절연신뢰성이 확보가 매우 중요하다. The characteristics required for ACF as a connection material vary depending on the applied product group, but in COG mounting where bare chips are directly mounted on the LCD panel, conductive particles are required to achieve the minimum number of trapped particles per bump of the small area according to the micro-miniaturization of the connection pitch. It is very important to secure the insulation reliability in the XY direction according to the increase of the particle mixing density while improving the connection reliability by increasing the compounding amount of.
일본 특허 특개소58-223953호 등과 같이, 도전입자의 배합량을 증가시키면서 도전입자 외에, 절연성 유기 또는 무기입자, 절연성 섬유상 충진제 등을 별도로 첨가하여, 입자 간의 응집을 방지하고, 나아가 이방 도전성 접착제의 접속 신뢰성을 향상시키고자 할 경우에는, 도전입자 및 절연입자의 첨가량의 한계에 부딪히게 되고, 나아가 이방 도전성 필름화 공정에서 여러 가지 문제점에 노출되며, 접속 후에도 장기적인 접속 신뢰성이 저하되는 문제가 발생한다.As in Japanese Patent Laid-Open No. 58-223953 and the like, in addition to the conductive particles, insulating organic or inorganic particles, insulating fibrous fillers, and the like are added separately to increase the compounding amount of the conductive particles, thereby preventing agglomeration between the particles and further connecting the anisotropic conductive adhesive. In order to improve the reliability, a limitation of the addition amount of the conductive particles and the insulating particles is encountered, and further, various problems are exposed in the anisotropic conductive film forming process, and a problem arises in that long-term connection reliability deteriorates even after connection.
절연 신뢰성 문제 해결을 위한 또 다른 종래의 방법으로 일본 특허 특개평3-112011호 및 특개평4-259766호 등이 도전입자의 표면에 절연성 입자를 부착하여 절연성을 부여한 방법을 제시하고 있다. 그러나 상기의 절연 도전입자의 경우에는, 도전입자 표면에 절연성 입자를 부착하기 위하여 별도의 접착제 또는 절연성 수지를 이용하고 있어 단순한 물리적 구속에 의한 결합으로 그 결합력이 약하다. 이로 인하여 이방 도전성 접착제 수지 중에 분산 시 용매 및 교반에 의한 전단력 등으로 절연성 입자가 비이상적으로 이탈하게 되기 때문에 충분한 절연성을 확보할 수 없는 문제가 발생한다. 또한 가열 가압하여 접속 시 절연성 입자가 이탈하더라도 절연성 부착 수지는 완전하게 제거되는 것이 어려우므로 통전성 및 접속 신뢰성의 제어가 곤란한 문제점이 있다. As another conventional method for solving the insulation reliability problem, Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-112011 and 4-259766 propose a method of attaching insulating particles to the surface of conductive particles to impart insulation. However, in the case of the above insulating conductive particles, in order to attach the insulating particles to the surface of the conductive particles, a separate adhesive or an insulating resin is used, and the bonding force is weak due to simple physical confinement. For this reason, since the insulating particles are non-ideally released due to the shear force due to the solvent and stirring during dispersion in the anisotropic conductive adhesive resin, there is a problem that can not ensure sufficient insulation. In addition, even if the insulating particles are separated during connection by heating and pressing, it is difficult to completely remove the insulating adhesion resin, which makes it difficult to control the conduction and connection reliability.
본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용매 및 첨가제의 사용 없이 물질 및 공정조건의 제어를 통해 도전입자 표면에 가열압착 시 이동 및 제거가 용이한 절연성 미세입자를 고정화함으로써 절연 도전입자를 제조하는 방법을 제공하고자 한다. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, it is an insulation conductive by fixing the insulating microparticles that are easy to move and remove when hot pressing on the surface of the conductive particles through the control of materials and process conditions without the use of solvents and additives It is intended to provide a method of making the particles.
제조된 절연 도전입자는 도전입자끼리의 응집을 방지하고 이방 도전성 접착제 수지 내에서의 분산안정성을 확보하는 동시에 함유된 이방 도전성 필름의 통전성, 접속 신뢰성 및 절연 신뢰성을 높일 수 있다. The prepared insulating conductive particles can prevent aggregation of the conductive particles and ensure dispersion stability in the anisotropic conductive adhesive resin, and at the same time, can improve the electrical conductivity, connection reliability and insulation reliability of the contained anisotropic conductive film.
이러한 목적들은 (1) 도전입자에 절연성 미세입자들이 메카노퓨전 (mechanofusion)에 의해 기계화학적으로 결합되어 상기 도전입자 표면에 상기 절연성 미세입자들이 불연속적으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 이방 도전성 필름용 절연 도전입자와 이를 이용한 이방 도전성 필름 및 (2) 상기 도전입자의 제조 방법으로서 건식 고에너지형 혼합기에 도전입자들과 절연성 미세입자들을 넣고 메카노퓨전(mechanofusion)시켜 상기 도전입자들 각각의 표면에 상기 절연성 미세입자들이 기계화학적으로 결합되어 있는 절연 도전입자를 제조하는 것을 특징으로 하는 이방 도전성 필름용 절연 도전입자 제조 방법에 의하여 달성될 수 있다.These objects (1) for the anisotropic conductive film, characterized in that the insulating microparticles are mechanically bonded to the conductive particles by mechanofusion and the insulating microparticles are discontinuously coated on the surface of the conductive particles. Insulating conductive particles, an anisotropic conductive film using the same, and (2) as a method of manufacturing the conductive particles, the conductive particles and the insulating microparticles are put into a dry high-energy type mixer, and mechanofused to the surfaces of the conductive particles. It can be achieved by the method for producing insulating conductive particles for anisotropic conductive film, characterized in that for preparing the insulating conductive particles in which the insulating fine particles are mechanically bonded.
본 발명에 의하면, 용매 및 첨가제의 사용 없이 물질 및 공정조건의 제어를 통해 건식의 고에너지형 혼합기의 기계화학적 결합 시스템에 의한 도전입자 및 절연성 미세입자의 표면활성 및 물성 변화특성을 통해 절연 도전입자를 제조함으로써 이방 도전성 필름의 통전성 및 절연 신뢰성을 높일 수 있으며, 그 제조 방법에 있어서, 외부로부터 열원의 공급 없이도 공정상에서 반응효율을 향상시키는 에너지 절약형 및 환경친화적인 제조 방법을 제공한다.According to the present invention, through the control of materials and process conditions without the use of solvents and additives, insulating conductive particles through the surface activity and physical properties of the conductive particles and insulating microparticles by the mechanochemical coupling system of a dry high-energy mixer It is possible to improve the electrical conductivity and insulation reliability of the anisotropic conductive film by manufacturing the present invention, in the manufacturing method, provides an energy-saving and environmentally friendly manufacturing method for improving the reaction efficiency in the process without supplying a heat source from the outside.
이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 적용되는 건식 고에너지형 혼합기의 개략적인 구조를 도시한 개략도이다. 상기 건식 고에너지형 혼합기는 회전 가능한 내부 용기(A), 정지상의 외부 용기(B), 정지상의 스크레이퍼(C) 및 아머(D)를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 내부 용기(A)는 원통형인 것이 바람직하다. 또한, 상기 아머(D)는 상기 내부 용기(A)의 내벽과 일정 거리 이격된 채 상기 내부 용기(A)와는 별도로 고정되어 있다. 이 경우, 상기 아머(D) 중 상기 내부 용기(A)의 내벽과 마주보는 부분은, 도시된 바와 같이, 상기 내부 용기(A)의 곡률 반경보다 큰 것이 바람직하다. 1 is a schematic diagram showing a schematic structure of a dry high energy mixer applied to the present invention. The dry high energy mixer may have a rotatable inner container (A), a stationary outer container (B), a stationary scraper (C) and an armor (D). Here, the inner container A is preferably cylindrical. In addition, the armor D is fixed separately from the inner container A while being spaced apart from the inner wall of the inner container A by a predetermined distance. In this case, the portion of the armor D facing the inner wall of the inner container A is preferably larger than the radius of curvature of the inner container A, as shown.
본 발명에 따른 이방 도전성 필름용 절연 도전입자를 제조하기 위해, 먼저 상기 건식 고에너지형 혼합기의 내부 용기(A) 내에 상기 도전입자들과 상기 절연성 미세입자들을 넣는다. 그 다음, 상기 내부 용기(A)를 회전시켜 원심력에 의해 상기 내부 용기(A)의 내벽쪽으로 상기 도전입자들과 상기 절연성 미세입자들을 모이게 하면서, 상기 내부 용기(A)의 내벽과 상기 아머(D) 사이의 공간에 상기 도전입자들과 상기 절연성 미세입자들을 통과시켜 상기 도전입자들과 상기 절연성 미세입자들 에 강한 전단력 및 압축력을 가한다. 이에 의해, 상기 도전입자들 각각과 상기 절연성 미세입자들 사이에는 메카노퓨전(mechanofusion)을 일으키기에 충분한 열에너지가 발생하게 되고, 이에 따라 상기 도전입자들 각각과 상기 절연성 미세입자들 간에 강한 기계화학적 결합이 일어나게 된다. 참고로, 상기 스크레이퍼(C)는 상기 내부 용기(A)와 상기 아머(D) 사이를 통과한 상기 도전입자들과 상기 절연성 미세입자들 중 상기 내부 용기(A)의 내벽에 기계적 압착에 의해 붙어 있는 물질들을 긁어내어 다시 메카노퓨전 반응에 참여하도록 도와준다.In order to manufacture the insulating conductive particles for the anisotropic conductive film according to the present invention, first, the conductive particles and the insulating microparticles are put into the inner container A of the dry high energy mixer. Then, the inner container (A) is rotated to collect the conductive particles and the insulating fine particles toward the inner wall of the inner container (A) by centrifugal force, while the inner wall of the inner container (A) and the armor (D) The conductive particles and the insulating microparticles are passed through a space between the layers) to apply strong shear and compressive forces to the conductive particles and the insulating microparticles. As a result, sufficient thermal energy is generated between each of the conductive particles and the insulating microparticles to cause mechanofusion, and thus a strong mechanochemical bond between each of the conductive particles and the insulating microparticles. This will happen. For reference, the scraper (C) is attached to the inner wall of the inner container (A) of the conductive particles and the insulating microparticles passed between the inner container (A) and the armor (D) by mechanical compression. It scrapes away the substances present and helps to participate in the mechanofusion reaction again.
상기 건식 고에너지형 혼합기의 사용에 있어서, 공정 시간은 1 분~수 시간까지 조절 가능하며, 이에 따라 제조되는 이방 도전성 필름용 절연 도전입자의 구조 제어가 가능하다.In the use of the dry high-energy mixer, the process time can be adjusted from 1 minute to several hours, and thus the structure control of the insulating conductive particles for the anisotropic conductive film produced according to this is possible.
또한, 상기 내부 용기(A)의 회전 속도는 500~5000 rpm인 것이 바람직하다. 회전 속도에 따라 상기 도전입자들과 상기 절연성 미세입자들이 받는 기계적 힘의 세기가 조절되므로, 회전 속도의 제어를 통해 이방 도전성 필름용 절연 도전입자의 모폴로지 및 구조 제어가 가능하다. Moreover, it is preferable that the rotation speed of the said inner container A is 500-5000 rpm. Since the strength of the mechanical force received by the conductive particles and the insulating microparticles is controlled according to the rotational speed, the morphology and the structure of the insulating conductive particles for the anisotropic conductive film can be controlled by controlling the rotational speed.
또한, 상기 내부 용기(A)의 내벽과 상기 아머(D) 사이의 간극은 1~3 mm인 것이 바람직하다. 간극 크기는 충돌 횟수에 영향을 주어 이방 도전성 필름용 절연 도전입자의 모폴로지 제어가 가능하다.In addition, the gap between the inner wall of the inner container A and the armor D is preferably 1 to 3 mm. The gap size affects the number of collisions, thereby allowing morphology control of the insulating conductive particles for the anisotropic conductive film.
또한, 상기 건식 고에너지형 혼합기의 사용에 있어서, 처리 분위기 또한 공기, 질소 또는 아르곤 등으로 조절 가능하다.In addition, in the use of the dry high energy type mixer, the processing atmosphere can also be adjusted by air, nitrogen, argon or the like.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 절연 도전입자의 모식도로서, 도전입자(E) 표 면에 절연성 미세입자(F)가 불연속적으로 코팅되어 라스베리(raspberry) 구조를 형성하는 것을 나타내는 것이다. 라스베리(raspberry) 구조란 미립자가 핵입자에 결합할 때, 미립자들이 서로 연속적으로 연결되어 완전히 결합되면서 하나의 막을 형성하여 핵입자를 코팅하는 코어-쉘구조와 달리 도 2와 같이 미립자 간에 불연속적으로 핵입자에 결합되어 형성되는 구조를 말한다.Figure 2 is a schematic diagram of the insulating conductive particles produced by the present invention, it shows that the insulating fine particles (F) is discontinuously coated on the surface of the conductive particles (E) to form a raspberry (raspberry) structure. Raspberry structure is when the particles are bonded to the nuclear particles, unlike the core-shell structure in which the particles are continuously connected to each other and completely bonded to form a film to coat the nuclear particles, as shown in FIG. Refers to a structure formed by bonding to nuclear particles.
상기 도전입자(E)는 미세 회로 전극 등 피접속체를 전기적으로 접속하기 위한 것으로서, 융점 및 경도가 높고 도전성이 우수한 입자를 광범위하게 사용할 수 있다. 사용 가능한 도전입자의 예로는 금(Au), 은(Ag), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 인듐(In), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 플라티늄(Pt) 및 크로뮴(Cr)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 코팅된 폴리스티렌, 폴리메타아크릴레이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 디비닐벤젠 및 벤조구아나민 중의 어느 하나인 고분자 입자를 예시할 수 있으며, 은(Ag) 또는 니켈(Ni)과 같은 금속 입자를 그대로 사용할 수도 있다. The said conductive particle (E) is for electrically connecting to a to-be-connected body, such as a fine circuit electrode, and can use a wide range of particle | grains with high melting | fusing point and hardness, and excellent in electroconductivity. Examples of the conductive particles that can be used include gold (Au), silver (Ag), iron (Fe), copper (Cu), nickel (Ni), cadmium (Cd), bismuth (Bi), indium (In), and aluminum (Al). ), Palladium (Pd), platinum (Pt) and chromium (Cr) coated with at least one selected from polystyrene, polymethacrylate, polymethylmethacrylate, polyvinylacetate, divinylbenzene and benzogua The polymer particle which is any one of namin can be illustrated, A metal particle, such as silver (Ag) or nickel (Ni), can also be used as it is.
상기 도전입자(E)의 크기는 직경이 3㎛ 내지 20㎛인 것이 바람직하다.The size of the conductive particles (E) is preferably a diameter of 3㎛ 20㎛.
상기 도전입자(E)의 표면에 결합되는 절연성 미세입자(F)는 유기 입자, 무기입자 또는 이들의 복합입자일 수 있으며, 상기 유기입자로는 폴리비닐 아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머, 아크릴레이트, 아크릴 에스테르 코폴리머, 스티렌, 스티렌 아크릴레이트 코폴리머, 폴리우레탄, 고무 라텍스, 천연 고무, 부틸 고무 및 스티렌 부타디엔 고무로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나, 상기 군에서 선택된 둘 이상의 코폴리머 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있고, 상기 무기 입자인 이산화규소, 질화규소, 이산화티타늄 또는 산화알루미늄이 사용될 수 있다. 또한 상기 기재대로 이들 유기입자와 무기입자의 복합입자가 사용될 수도 있다. The insulating microparticles (F) bonded to the surface of the conductive particles (E) may be organic particles, inorganic particles or composite particles thereof. The organic particles may include polyvinyl acetate, ethylene vinyl acetate copolymer, acrylate, Any one selected from the group consisting of acrylic ester copolymers, styrene, styrene acrylate copolymers, polyurethanes, rubber latexes, natural rubbers, butyl rubbers and styrene butadiene rubbers, two or more copolymers selected from the group above, or mixtures thereof may be used. The inorganic particles may be silicon dioxide, silicon nitride, titanium dioxide or aluminum oxide. In addition, composite particles of these organic particles and inorganic particles may be used as described above.
상기 절연성 미세입자(F)의 크기는 직경이 50nm 내지 1㎛인 것이 바람직하다.The size of the insulating fine particles (F) is preferably 50nm to 1㎛ diameter.
도 3은 본 발명의 도전입자를 이용하여 형성한 필름(ACF)의 모식도이다. ACF는 도전입자(G), 접착수지와 용제(H), 첨가제(I) 3가지 성분으로 구성된 양면테이프 형태의 재료로서, 접속하고자 하는 전극 사이에 위치시킨 후 고온에서 압력을 가하면 회로패턴의 전극(J)이 맞닿는 부분의 도전입자가 전극간의 통전(Z축 방향)을 하게 되고, 전극 이외의 나머지 부분은 접착제가 충진/경화되어 서로 접착하도록 해준다. 이때 미세 피치화에 따른 인접 전극 단자 간의 절연특성 확보를 위해서는 X-Y 방향에 대한 절연신뢰성이 확보가 매우 중요하다. 접착수지는 도전입자를 피착물과 밀착시킴과 동시에 전도성을 나타내게 하는 것으로, 사용목적과 요구 특성에 따라 에폭시 수지, 폴리우레탄, 실리콘, 폴리이미드, 페놀, 폴리에스테르 등의 고분자 재료가 사용된다. 이 외에 접착제의 작업성, 전도성 입자의 분산성을 향상시키기 위해 적합한 용제 및 첨가제 등이 사용된다. 상기 필름의 형성과정은 공지의 기술에 의하는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.3 is a schematic view of a film (ACF) formed using the conductive particles of the present invention. ACF is a double-coated tape material consisting of three components: conductive particles (G), adhesive resin, solvent (H), and additive (I). (J) conducts electrical conduction (Z-axis direction) between electrodes in the part which abuts, and the remainder other than an electrode makes an adhesive fill / cure, and adhere | attaches each other. At this time, it is very important to secure the insulation reliability in the X-Y direction in order to secure the insulation characteristics between the adjacent electrode terminals according to the fine pitch. The adhesive resin adheres the conductive particles to the adherend and at the same time exhibits conductivity, and polymer materials such as epoxy resins, polyurethanes, silicones, polyimides, phenols, polyesters, etc. are used depending on the purpose of use and required properties. In addition, suitable solvents and additives are used to improve the workability of the adhesive and the dispersibility of the conductive particles. The formation process of the film is based on a known technique, a detailed description thereof will be omitted.
(실시 예)(Example)
본 발명의 이방 도전성 필름용 절연 도전입자를 제조하기 위하여 도전입자로 4㎛ 크기의 금이 코팅된 폴리스타이렌 입자를 사용하였고, 절연성 미세입자로 400㎚의 직경을 지닌 폴리메틸메타크릴레이트를 사용하였다.In order to prepare the insulating conductive particles for the anisotropic conductive film of the present invention, polystyrene particles coated with 4 μm of gold were used as the conductive particles, and polymethyl methacrylate having a diameter of 400 nm was used as the insulating fine particles.
건식 고에너지형 혼합기의 사용에 있어서, 혼합기의 간극은 1㎜로 고정하였으며, 공정시간은 30분-2시간, 내부용기 회전속도는 500-3500rpm으로 조절하여 이방 도전성 필름용 절연 도전입자를 제조하였다.In the use of the dry high-energy mixer, the gap of the mixer was fixed at 1 mm, the process time was adjusted to 30 minutes-2 hours, and the rotation speed of the inner container was adjusted to 500-3500 rpm to prepare insulating conductive particles for the anisotropic conductive film. .
상기의 실시예로 제조된 절연 도전입자는 전자현미경(SEM)을 통해 구조를 관찰하였다. 도 4는 본 발명에 의해 제조된 절연 도전입자의 SEM 이미지로 폴리메틸메타크릴레이트가 도전입자 표면에 고르게 코팅되어있다.The insulating conductive particles prepared in the above examples were observed through an electron microscope (SEM). Figure 4 is an SEM image of the insulating conductive particles prepared by the present invention is a polymethyl methacrylate is evenly coated on the surface of the conductive particles.
이상, 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다. In the above, the present invention has been described with reference to the illustrated examples, which are merely examples, and the present invention may be embodied in various modifications and other embodiments that are obvious to those skilled in the art. Understand that you can.
도 1은 본 발명에 적용되는 건식 고에너지형 혼합기의 개략적인 구조도.1 is a schematic structural diagram of a dry high energy mixer applied to the present invention.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 절연 도전입자의 모식도.Figure 2 is a schematic diagram of the insulating conductive particles produced by the present invention.
도 3은 본 발명의 도전입자를 이용하여 형성한 필름(ACF)의 모식도.3 is a schematic view of a film (ACF) formed using the conductive particles of the present invention.
도 4는 본 발명에 의해 제조된 절연 도전입자의 SEM 이미지.Figure 4 is an SEM image of the insulating conductive particles produced by the present invention.
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2009
- 2009-01-30 KR KR1020090007754A patent/KR20100088494A/en not_active Application Discontinuation
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