TWI668794B - 微元件轉移設備和微元件轉移方法 - Google Patents
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Abstract
一種微元件轉移設備和利用該轉移設備進行微元件轉移的轉移方法。轉移設備包含一個第一傳輸裝置、至少一個載盤單元、一個擠壓機構及一個釋放機構。第一傳輸裝置包括傳輸帶且設置在該傳輸帶的下表面的可分解膠材。載盤單元用於放置待轉移的微元件和接收轉移後的微元件。擠壓機構能夠在垂直方向上下移動且用於擠壓傳輸帶,以使可分解膠材接觸並抓取待轉移的微元件。釋放機構用於促使可分解膠材分解,從而釋放被抓取的微元件。通過擠壓機構、釋放機構和可分解膠材的設計,本發明微元件轉移設備和轉移方法能夠在準確定位的同時,實現一個或多個微元件的高效轉移。
Description
本發明是有關於一種微元件轉移技術,特別是指一種利用可分解膠材轉移微元件的微元件轉移設備和微元件轉移方法。
目前微元件(例如微型發光二極體晶片、二極體晶片、電晶體晶片、積體電路晶片等晶片)的轉移技術有凡得瓦力、靜電吸附、相變化轉移和雷射束燒蝕四大技術。其中,凡得瓦力、靜電吸附及雷射束燒蝕方式是目前較多業者發展的方向。針對不同的應用,各種轉移方式各有優缺點。
熱解膠在微元件的轉移技術中也已有應用。目前常規的實施方法如下:利用吸頭,吸取熱解膠,並利用該熱解膠黏住晶片,然後,移動該晶片並對準一基板,接著,加熱該熱解膠,以釋放該晶片至該基板上,從而實現轉移。但由於該熱解膠屬於發泡膠,無法重複利用,且在微小元件的使用上,由於該晶片的尺寸小,抓取該晶片需要高精準度的對準,且將該晶片轉移至該基板的預定位置上也需要高精準度的對準,導致轉移效率很低。此外,也有通過轉印方式來實現轉移,但是在轉印方式中,轉印的圖形是預先設定好,因此,當要變更圖形時,工序繁複,從而往往只在原來圖形的基礎上進行轉印,因而不易實現圖形的改變。
因此,本發明的一目的,即在提供一種能夠實現微元件的高效轉移的微元件轉移設備。
於是,本發明微元件轉移設備,包含:一個第一傳輸裝置、至少一個載盤單元、一個擠壓機構,及一個釋放機構。該第一傳輸裝置包括一個具有兩個相反端部的傳輸帶,連接在該傳輸帶的下表面的可分解膠材,一個連接該傳輸帶的其中一端部的第一轉軸,及一個連接該傳輸帶的另一端部且用來牽引該傳輸帶在一移動方向移動的牽引機構。該至少一個載盤單元設置於該傳輸帶的下方且包括一個用於放置待轉移的微元件的第一載盤及一個第二載盤。該第二載盤沿著該傳輸帶的移動方向與該第一載盤間隔設置,並用於接收轉移後的微元件。該擠壓機構包括一個擠壓裝置。該擠壓裝置能夠在一垂直方向上下移動,且用於擠壓該傳輸帶,以使該可分解膠材接觸並抓取位於該可分解膠材的下方的待轉移的微元件。該釋放機構包括一個釋放裝置。該釋放裝置用於促使該可分解膠材分解,從而釋放被抓取的微元件,以被該第二載盤接收。
本發明的另一目的,即在提供一種微元件轉移方法。
於是,本發明微元件轉移的方法,包括:利用上述的微元件轉移設備的擠壓機構的擠壓裝置擠壓該第一傳輸裝置的傳輸帶,使該可分解膠材接觸並抓取位於該可分解膠材的下方的第一載盤上的待轉移的微元件;通過該第一傳輸裝置的該牽引機構牽引該傳輸帶移動,使被抓取的微元件移動到該第二載盤上方;通過該釋放機構的釋放裝置使該可分解膠材分解,以使該被抓取的微元件被釋放到該第二載盤上。
本發明的功效在於:通過該擠壓機構與該釋放機構間的相對距離並搭配該第一傳輸裝置的牽引機構控制該傳輸帶移動的距離的控制與調整,該微元件轉移設備能夠準確地抓取在該第一載盤中的該微元件並準確地將被抓取的微元件釋放至該第二載盤中,而實現準確定位的效果,此外,通過該擠壓機構的擠壓裝置、該釋放機構的釋放裝置及該可分解膠材的設計,在準確定位的同時,實現一個或多個微元件的高效轉移。
本說明書的圖式中所繪示的結構、比例、大小等,均僅用以配合說明書所揭示的內容,以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀,並非用以限定本發明可實施的限定條件,故不具技術上的實質意義,任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整,在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下,均應仍落在本發明所揭示的技術內容所能涵蓋的範圍內。同時,本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語,亦僅為便於敘述的明瞭,而非用以限定本發明可實施的範圍,且相對關係的改變或調整,在無實質變更技術內容下,當亦視為本發明可實施的範疇。
參閱圖1及圖2,本發明微元件轉移設備的一個實施例適用於對多個微元件53進行轉移。在本實施例中,該等微元件53為微型發光二極體晶片。該微元件轉移設備包含一個第一傳輸裝置10、一個載盤單元5、一個第二傳輸裝置4、一個擠壓機構7,及一個釋放機構8。
該第一傳輸裝置10為熱解膠帶移動裝置,且包括一個熱解膠帶1、一個供該熱解膠帶1設置的第一轉軸2,及一個位於該第一轉軸2下游且用來牽引該熱解膠帶1移動的牽引機構3。該熱解膠帶1包括一個傳輸帶11,及設置在該傳輸帶11的熱可分解膠材12。成卷的該熱解膠帶1套裝在該第一轉軸2上,或將該熱解膠帶1的一固定端部13捲繞在該第一轉軸2上。該牽引機構3包括一個夾緊單元30及一個驅動電機33。該夾緊單元30包括一個主動輥31,及一個與該主動輥31間隔設置的從動輥32。該主動輥31及該從動輥32設置在該熱解膠帶1的上下兩側,且用來夾緊該熱解膠帶1的一個相反於該固定端部13的自由端部14。該驅動電機33為步進電機,且用來驅動該主動輥31旋轉,以使該主動輥31與該從動輥32共同作用而牽引該熱解膠帶1移動。該牽引機構3只是一種示例,也可以替換成其他合適的機構,例如將該夾緊單元30替換為由該步進電機驅動的轉軸,將該熱解膠帶1的自由端部14黏在該轉軸上,或捲繞在該轉軸上,或通過卡緊結構將該熱解膠帶1的自由端部14卡在該轉軸上,從而通過該步進電機驅動該轉軸旋轉,對該熱解膠帶1形成牽引。該步進電機與該主動輥31或該轉軸之間可選用合適的各種類型的傳動機構,例如齒輪組。
該載盤單元5設置在該第一傳輸裝置10的熱解膠帶1的下方,且包括一個第一載盤51及一個與該第一載盤51間隔地設置的第二載盤52。該第一載盤51及該第二載盤52沿著該熱解膠帶1的移動方向(X)前後佈置。該第一載盤51用於供複數個待轉移的微元件53設置。該第二載盤52用於供複數個基板54設置。該等基板54用於供對應的該等微元件53設置。該等基板54為發光二極體晶片用的基板。
該第二傳輸裝置4為一個傳送帶裝置,且設置在該第一載盤51及該第二載盤52的下方,並用來傳送該第一載盤51及該第二載盤52。該第二傳輸裝置4包括一個用來傳送該第一載盤51及該第二載盤52的傳送帶41、一個主動輪42、一個與該主動輪42間隔設置的從動輪43,及一個驅動電機44。該傳送帶41具有分別連接該主動輪42及該從動輪43的兩相反端411。該驅動電機44為步進電機,且用來驅動該主動輪42旋轉,以帶動該傳送帶41移動,從而使該第一載盤51及該第二載盤52沿著該熱解膠帶1的移動方向(X)向前移動。該驅動電機44與該主動輪42之間可選用合適的各種類型的傳動機構,例如齒輪組,而該第二傳輸裝置4也可由其他任何合適的移動裝置替代。
該擠壓機構7包括一個擠壓裝置61。該擠壓裝置61設置在該第一傳輸裝置10的熱解膠帶1的上方,且與該第一載盤51的位置相對應。該擠壓裝置61的底部60具有一個能夠用來擠壓該熱解膠帶1的擠壓平面601。該擠壓平面601的尺寸與一個待轉移的微元件53的尺寸匹配,從而一次轉移一個待轉移的微元件53,或,與由多個待轉移的微元件53所組成的陣列的尺寸相匹配,從而一次轉移多個待轉移的微元件53。該匹配指的是可以略大於或略小於一個待轉移的微元件53的尺寸或一個陣列的尺寸。詳細地說,參閱圖4,每個方塊為一個待轉移的微元件53,虛線框內為一個由多個待轉移的微元件53所組成的陣列,因此,該擠壓平面601的尺寸與該陣列的尺寸相匹配,可以略大於或略小於該陣列的尺寸,以實現一次轉移多個待轉移的微元件53。
該擠壓機構7還包括一個垂直移動裝置(圖未示)。該垂直移動裝置用於驅動該擠壓裝置61在一垂直方向(Y)上下移動。該垂直移動裝置例如可以是氣壓缸、液壓缸、機械手,或由電機與直線傳動機構的組合。該直線傳動機構例如是齒條傳動機構或絲槓傳動機構等。由於大部分的具有黏性的膠材不適於在高溫下使用,而在操作過程中該擠壓裝置61有可能會發熱,以致影響黏附效果,因此,該擠壓機構7還包括用來冷卻該擠壓裝置61的冷源603及一個位在該擠壓裝置61內且用來供該冷源流動的流道602。該冷源例如可以是循環冷卻水,通過在該擠壓裝置61的流道602內的流動,以吸收該擠壓裝置61的熱量,達到冷卻該擠壓裝置61的目的。這種情況下,該擠壓裝置61可由具有良好導熱性的材料製成,例如金屬。
該釋放機構8包括一個釋放裝置62。該釋放裝置62設置在該第一傳輸裝置10的熱解膠帶1的上方,且與該第二載盤52的位置相對應。該釋放裝置62用於使該第一傳輸裝置10的熱可分解膠材12分解。在本實施例中,該釋放裝置62為一加熱裝置,透過加熱的方式,使該熱解膠帶1失去黏性,以達到釋放被抓取的微元件53的目的。該加熱裝置可以為紅外光束照射裝置,以透過紅外光束對該熱解膠帶1進行加熱。在該實施例的一變化態樣中,該釋放機構60包括一個釋放裝置62,及一個設置在該釋放裝置62的具有熱源的裝置。該釋放裝置62優選由具有良好導熱性的材料製成,例如金屬。該熱源提供該釋放裝置62熱量,從而通過加熱該熱解膠帶1的方式,使被抓取的微元件53與熱解膠帶1分離。該具有熱源的裝置可以是電熱裝置,例如插入該釋放裝置62的內部的加熱棒,對該釋放裝置62進行加熱。在該實施例的一變化態樣中,該釋放機構8還包括一個用來驅動該釋放裝置62移動的垂直移動裝置(圖未示)。通過該垂直移動裝置來控制該釋放裝置62與該熱解膠帶1的距離,對熱解膠帶1的加熱,並且為有助於該等微元件53在對應的基板54上的安裝,也可以通過該垂直移動裝置驅動該釋放裝置62在該垂直方向(Y)上向下移動,以對該熱解膠帶1產生擠壓作用。這種情況下,該釋放裝置62的底部也可採用與該擠壓裝置61的底部60同樣的設計,即包括與一個尺寸與被抓取的微元件53的尺寸或一個陣列的尺寸相匹配的擠壓平面。
這裡需要說明的是,上述實施例中的多個特徵均可採用替代方式實現,例如:該熱可分解膠材12可替換為其他可分解膠材,例如替換為紫外線(UV)解黏膠,而該釋放裝置62則由該加熱裝置替換為紫外線(UV)照射裝置,通過紫外線照射使紫外線解黏膠失去黏性,以達到釋放被抓取的微元件53的目的。該熱可分解膠材12也可以替換為水解膠等其他可分解膠材,而該釋放裝置62則由該加熱裝置替換為使對應的可分解膠材失去黏性的裝置。
該微元件的轉移設備還包括一個用來將該熱可分解膠材12設置於該第一傳輸裝置10的傳輸帶11上的上膠裝置,而能夠實施該傳輸帶11的循環使用,此時較佳的,該微元件的轉移設備還包括一個用來清潔該第一傳輸裝置10的傳輸帶11的清潔裝置,在該情況下,該傳輸帶11優先是紅外光可穿透的傳輸帶,方便通過一個紅外光裝置進行對位監控。該載盤單元5的數目不以一個為限,也可以是兩個、三個、四個等等。當該載盤單元5的數目為多個時,該等載盤單元5沿著該第一傳輸裝置10的熱解膠帶1的移動方向(X)前後佈置或並列佈置。該等載盤單元5的該等第一載盤51與該等第二載盤52可交替佈置,也可先連續佈置該等第一載盤51接著,再連續佈置該等第二載盤52。該第一載盤51及該第二載盤52可以是固定地或可脫離地放置在該第二傳輸裝置4上,並通過該第二傳輸裝置4帶動而向前移動。該第二傳輸裝置4還包括一個升降機構(圖未示),以調整該載盤單元5的第一載盤51及該第二載盤52中至少一者與該第一傳輸裝置10的傳輸帶11的距離。
下面仍以圖1和2所示實施例為例,說明上述微元件轉移設備轉移微元件的工作原理。在位於該第二傳輸裝置4的傳送帶41上的該第一載盤51及該第二載盤52上分別放置多個待轉移的微元件53及多個對應該等待轉移的微元件53的基板54。啟動該擠壓機構7的垂直移動裝置,使該擠壓裝置61在該垂直方向(Y)向下移動,以擠壓該擠壓裝置61的下方的熱解膠帶1及該第一載盤51上的該等待轉移的微元件53,從而使將該等待轉移的微元件53黏附在該熱解膠帶1的熱可分解膠材12上。然後,啟動該擠壓機構7的垂直移動裝置,以使該擠壓裝置61在該垂直方向(Y)向上移動,從而使該擠壓裝置61與該熱解膠帶1脫離接觸。啟動該第一傳輸裝置10的牽引機構3的驅動電機33,以驅動該牽引機構3的主動輥31旋轉,從而牽引該熱解膠帶1朝向該移動方向(X)移動,並移動至該釋放機構8的釋放裝置62的下方。啟動該釋放機構8的垂直移動裝置,使該釋放裝置62在該垂直方向(Y)向下移動,而擠壓位於該釋放裝置62的下方的該熱解膠帶1及黏附在該熱解膠帶1的底面上的該等微元件53,以使該等微元件53能與在該第二載盤52上的基板54的預定位置接觸,並因該釋放裝置62的加熱作用,使被抓取的微元件53與該熱解膠帶1分離。然後,啟動該釋放機構8的垂直移動裝置,以帶動該釋放裝置62在該垂直方向(Y)向上移動,而使該釋放裝置62與該熱解膠帶1脫離接觸。在完成上述操作後,啟動該第二傳輸裝置4的驅動電機44,以使該第一載盤51及該第二載盤52向前移動一個預定距離,以至於下一個待轉移的微元件53的位置及下一個基板54的位置能夠分別與該擠壓裝置61及該釋放裝置62對應。
在上述操作過程中,該熱解膠帶1的移動距離及該第一載盤51及該第二載盤52的移動距離分別由該第一傳輸裝置10的驅動電機33及該第二傳輸裝置4的驅動電機44控制,既可以達到準確定位的目的,同時也實現了微元件的快速轉移。
此外,為了在待轉移的微元件53的黏附和分離前,使該擠壓裝置61及該釋放裝置62分別與待轉移的微元件53及該基板54準確對位,該微元件轉移設備還包含一個安裝在該第一傳輸裝置10的攝像頭單元(圖未示)、一個水平移動器(圖未示),及一個控制系統(圖未示)。根據該攝像頭單元所採集的該微元件53的位置圖像,來確認該擠壓裝置61及該釋放裝置62的位置是否適當,當位置是不適當時,可藉由該控制系統控制該水平移動器,以調整該擠壓裝置61及該釋放裝置62的水平方向的位置偏移,而能夠與該等待轉移的微元件53及該等基板54分別準確對位。該水平移動器例如可以是機械手,以實現該擠壓裝置61的水平移動或者該擠壓機構7的整體水平移動,以及該釋放裝置62的水平移動或者該釋放機構8的整體水平移動。並且還可借助監控該攝像頭單元採集的該等微元件53的位置圖像,來確認該熱解膠帶1及該第二傳輸裝置4的傳送帶41的移動距離是否適當,當該移動距離是不適當時,可藉由該控制系統設定及調整該熱解膠帶1及該第二傳輸裝置4的傳送帶41的移動距離。此外,該擠壓機構7及該釋放機構8中至少一者還包括一個用來輔助對準控制的XY軸螺旋微調裝置9。舉例來說,參閱圖3,該擠壓機構7包括一個XY軸螺旋微調裝置9。該XY軸螺旋微調裝置9用來微調該擠壓裝置61在該水平方向上的位置,以利能夠使該擠壓裝置61的底部60的擠壓平面601精準地對準該載盤單元5的第一載盤51的該等微元件53或如圖4所示的陣列。該XY軸螺旋微調裝置9包括一個位於該擠壓裝置61的相連接的兩側中的其中一側且用來微調該擠壓裝置61在該水平方向上左右位置的X軸螺旋微調控制器91,及一個位於該擠壓裝置61的相連接的兩側中的另一側且用來微調該擠壓裝置61在水平方向上前後位置的Y軸螺旋微調控制器92。
綜上所述,通過該擠壓機構7的擠壓裝置61、該釋放機構8的釋放裝置62及該可分解膠材的設計,本發明微元件轉移設備在準確定位的同時,具有能夠實現一個或多個微元件53的高效轉移的優點。此外,依據該等基板54排列的圖形需求,計算出該擠壓裝置61及該釋放裝置62運作的時間點,以透過在選擇的時間點下使該擠壓裝置61及該釋放裝置62運作,來調節轉移的圖形,故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者,僅為本發明的實施例而已,當不能以此限定本發明實施的範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
10······· 第一傳輸裝置 1········ 熱解膠帶 13······· 固定端部 14······· 自由端部 11······· 傳輸帶 12······· 熱可分解膠材 2········ 第一轉軸 3········ 牽引機構 30······· 夾緊單元 31······· 主動輥 32······· 從動輥 33······· 驅動電機 4········ 第二傳輸裝置 41······· 傳送帶 411····· 端 42······· 主動輪 43······· 從動輪 44······· 驅動電機 | 5········ 載盤單元 51······· 第一載盤 52······· 第二載盤 53······· 微元件 54······· 基板 7········ 擠壓機構 61······· 擠壓裝置 60······· 底部 601····· 擠壓平面 602····· 流道 603····· 冷源 8········ 釋放機構 62······· 釋放裝置 X········ 移動方向 Y········ 垂直方向 9········ XY軸螺旋微調裝置 91······· X軸螺旋微調控制器 92······· Y軸螺旋微調控制器 |
本發明的其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中: 圖1是一示意圖,說明本發明微元件轉移設備的一個實施例的一個傳輸帶經一個擠壓裝置擠壓後可分解膠材抓取待轉移的微元件的狀態; 圖2是一示意圖,說明該實施例的該可分解膠材經一個釋放裝置分解後釋放被抓取的微元件至一個第二載盤的狀態; 圖3是一俯視示意圖,說明該實施例的一個XY軸螺旋微調裝置;及 圖4是一俯視示意圖,說明該擠壓裝置的一個擠壓平面的尺寸與由多個微元件所組成的陣列的尺寸相匹配的態樣。
Claims (20)
- 一種微元件轉移設備,包含: 一個第一傳輸裝置,包括 一個傳輸帶,具有兩個相反端部, 可分解膠材,連接在該傳輸帶的下表面, 一個第一轉軸,連接該傳輸帶的其中一端部,及 一個牽引機構,連接該傳輸帶的另一端部,且用來牽引該傳輸帶在一移動方向移動; 至少一個載盤單元,設置於該傳輸帶的下方,且包括 一個第一載盤,用於放置待轉移的微元件,及 一個第二載盤,沿著該傳輸帶的移動方向與該第一載盤間隔設置,且用於接收轉移後的微元件; 一個擠壓機構,包括一個擠壓裝置,能夠在一垂直方向上下移動,且用於擠壓該傳輸帶,以使該可分解膠材接觸並抓取位於該可分解膠材的下方的待轉移的微元件;及 一個釋放機構,包括一個釋放裝置,用於促使該可分解膠材分解,從而釋放被抓取的微元件,以被該第二載盤接收。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,其中,該牽引機構包括一個夾緊單元,且該夾緊單元包括一個主動輥及一個與該主動輥間隔設置的從動輥,該主動輥及該從動輥設置在該傳輸帶的上下兩側,且用來夾緊該傳輸帶的另一端部;該第一傳輸裝置還包括一個用來驅動該牽引機構的主動輥轉動的驅動電機。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,其中,該牽引機構包括一個第二轉軸;該傳輸帶的該另一端部黏在該第二轉軸上,或捲繞在該第二轉軸上,或通過一個卡緊結構卡在該第二轉軸上;該第一傳輸裝置還包括一個用來驅動該牽引機構的第二轉軸轉動的驅動電機。
- 如請求項2至3中任一項所述的微元件轉移設備,其中,該驅動電機為步進電機。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,其中,該可分解膠材為熱可分解膠材。
- 如請求項5所述的微元件轉移設備,其中,該釋放裝置為加熱裝置。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,其中,該可分解膠材為紫外線解黏膠。
- 如請求項7所述的微元件轉移設備,其中,該釋放裝置為紫外線照射裝置。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,其中,該擠壓裝置由具有導熱性的材料製成,且該擠壓機構還包括用來冷卻該擠壓裝置的冷源。
- 如請求項9所述的微元件轉移設備,其中,該冷源為循環冷卻水。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,還包括第二傳輸裝置,用於驅動該至少一個載盤單元移動。
- 如請求項11所述的微元件轉移設備,其中,該第二傳輸裝置包括一個具有兩相反端且供該至少一個載盤單元放置的傳送帶,及分別連接該傳送帶的兩端的一個主動輪及一個從動輪。
- 如請求項12所述的微元件轉移設備,其中,該第二傳輸裝置還包括一個用於驅動該主動輪的驅動電機。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,其中,該擠壓裝置的底部包括一個擠壓平面,該擠壓平面的尺寸與被抓取的一個微元件或一個由多個被抓取的微元件所組成的陣列的尺寸相匹配。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,其中,該釋放裝置可在該垂直方向上下移動且用於擠壓該第一傳輸裝置的傳輸帶。
- 如請求項15所述的微元件轉移設備,其中,該釋放裝置的底部包括一個擠壓平面,該擠壓平面的尺寸與被抓取的一個微元件或一個由多個被抓取的微元件所組成的陣列的尺寸相匹配。
- 如請求項1或11所述的微元件轉移設備,包括一個載盤單元。
- 如請求項1或11所述的微元件轉移設備,包括多個載盤單元。
- 如請求項1所述的微元件轉移設備,其中,該擠壓裝置及該釋放裝置中至少一者能夠在一水平方向上移動。
- 一種微元件轉移方法,包含以下步驟:利用如請求項1至19中任一項所述的微元件轉移設備的擠壓機構的擠壓裝置擠壓該第一傳輸裝置的傳輸帶,使該傳輸帶上的可分解膠材接觸並抓取位於該可分解膠材的下方的該第一載盤上的待轉移的微元件;通過該第一傳輸裝置的該牽引機構牽引該傳輸帶移動,使被抓取的微元件移動到該第二載盤上方;通過該釋放裝置使該可分解膠材分解,以使該被抓取的微元件被釋放到該第二載盤上。
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