TWI720277B - 中介層總成 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種中介層總成,其包含一板及複數個金屬接觸件,該複數個金屬接觸件延伸穿過該板中之通道以用於形成與上覆基板及下伏基板上之墊之電連接。該等接觸件包含具有彈性懸臂及扭力彈簧之數個接觸件單元。電流以最小電阻流動通過該等接觸件單元。
Description
具有經模製塑膠板及插入該等板中之金屬接觸件之中介層總成用於形成介於對置基板上之接觸墊之間之電連接。該等接觸件及墊在平台柵格陣列之列及行中一起非常緊密間隔以建立延伸穿過該板之大量差動對信號及接地連接。
習知中介層總成使用具有接觸件端部之由金屬帶形成之接觸件,該等接觸件端部接合基板上之墊。各接觸件經配裝於延伸穿過該板之一通道中。該帶具有兩個功能。該帶建立對置基板上之墊之間的一電路路徑,且該帶包含提供該等墊處之接觸壓力之一彈簧。在對置基板之間夾置一中介層總成而壓縮總成板中之接觸件,以加應力於彈簧且提供接觸件與墊之間的良好電連接所需之接觸壓力。
習知中介層總成接觸件具有低效彈簧,其等歸因於集中於板之頂部及底部處之接觸件端部中之彈性樑應變之一單一模式而具有帶中之有限能量儲存。可藉由自具備昂貴效能增強合金(諸如鈹銅)之銅帶形成接觸件而增加彈簧效能。使用此等合金不合意地增加接觸件之成本。
因此,需要用於使用較佳地自不具有昂貴強化合金之金屬形成之接觸件來形成介於對置基板墊之間之可靠電連接之一中介層總成,其中接觸
件既係高度導電又係高度順應性的以確保墊之間的可靠電連接。
接觸件中之彈簧應係機械有效的,使得透過接觸件中之彈簧應變儲存經壓縮能量,且在自與接觸件之接合移除基板時恢復。應最小化歸因於接觸件與延伸穿過板之接觸件通道之壁之間的接合之摩擦損失。應增強接觸件之順應性及與對置墊之可靠電連接。
所揭示之中介層總成具有用於形成對置基板上之墊之間之電連接之一改良式板及接觸件。各接觸件包含沿著該接觸件間隔之數個類似接觸件單元。各接觸件單元具有數個彈簧,其等在該中介層總成在基板之間壓縮時經彈性壓縮。該等接觸件單元在該接觸件之壓縮及展開期間自由移動穿過該板中之通道,從而確保陣列內之各接觸件之獨立行為。當基板之間的間距隨著其等自該總成回縮而增加時,該等接觸件單元展開且儲存於該等經壓縮接觸件單元中之能量使該等接觸件端部自該板向外延伸。因此,該等接觸件係高度順應性的且維持與該等墊之有效接觸壓力接合。
該等接觸件形成對置墊對之間的低電阻電路路徑。電流均等地流動通過各接觸件單元中之該等彈簧以最小化電阻及溫度增大。
10:中介層總成
12:接觸墊
14:基板
16:接觸墊
18:基板
20:主體
22:堆疊式經模製塑膠晶圓
24:頂部表面
26:底部表面
27:接腳通道
28:通道
30:平行長壁
32:平行短壁
34:通道隅角
36:長形單件式金屬接觸件
38:上接觸件端部
40:下接觸件端部
42:U形接觸件單元
43:插入表面
44:U形附接部件
46:接觸件尖端
48:觸點
50:插入/抽出開口
52:平坦插入表面
54:V形抽出凹部
56:對準摺層
58:平坦導引壁
60:平坦導引壁
62:U形彎管
64:懸臂固位臂
66:順應摩擦突出部
68:對角插入表面
70:長形支撐帶
72:U形彈簧臂
74:橋接部
75:角度
76:腳部
78:U形彎管
79:橫軸
80:接觸件側
82:接觸件側
84:接觸件側
86:接觸件側
90:導電金屬帶
92:長形載體
94:平坦接觸件預製件
96:上端部部分
98:下端部部分
100:傾斜三個帶接觸件單元部分
102:矩形樑
104:對置端部支撐帶
106:載體帶支撐軌道
108:連結帶
110:晶粒軸
112:摺疊軸
114:殘餘凸塊
圖1係根據本發明之一中介層總成之一立體圖;圖2係中介層總成之一俯視圖;圖3及圖4係分別展示有上基板及下基板之沿著圖2之線3--3及4--4取得之中介層總成之剖面視圖;圖5、圖6及圖7係繪示在壓縮之前接合基板上之墊之一總成通道中之一接觸件之垂直剖面視圖;
圖8係沿圖6之線8--8取得之一剖面視圖;圖9至圖12係一未壓縮接觸件之側視圖;圖13至圖16係一部分壓縮接觸件之側視圖;圖17至圖19係展示一部分壓縮接觸件之穿過一總成及基板之剖面視圖;圖20至圖23分別係未壓縮、部分壓縮、進一步壓縮及完全壓縮接觸件之立體圖;圖24係未壓縮接觸件單元之一放大側視圖;圖25係部分壓縮接觸件單元之一放大側視圖;圖26係完全壓縮接觸件單元之一放大側視圖;及圖27及圖28係在中介層總成接觸件之製造期間之一載體帶之視圖。
中介層總成10形成介於基板14之下表面上之接觸墊12與基板18之上表面上之接觸墊16之對置對之間之電連接。墊12及16可經配置於一平台柵格陣列中之列及行中。
總成10具有自在頂部表面24與底部表面26之間延伸之數個堆疊式經模製塑膠晶圓22形成之一矩形絕緣主體20。晶圓對準接腳(未繪示)經配裝於晶圓中之接腳通道27中。總成10經適當地支撐於基板之間。
複數個接觸件通道28垂直延伸穿過表面24與26之間的主體20。通道28具有擁有對置之平行長壁30與對置之平行短壁32之在圖8中展示之一均勻矩形橫截面。通道隅角34可被圓化。
一長形單件式金屬接觸件36經配裝於各接觸件通道28中。各接觸件36具有一上接觸件端部38、一下接觸件端部40及沿著端部38與40之間的
接觸件長度間隔之數個U形接觸件單元42。接觸件36具有十二個類似單元42。單元之數量可視總成主體20之高度及接觸壓力所需及順應需求而變化。
下接觸件端部40包含定位於單元42下方之一U形附接部件44及一接觸件尖端46。尖端46具有在接觸件底部處之兩個間隔開之觸點48及在點48上方之一插入/抽出開口50。尖端46置中地定位在單元42下方。開口50具有遠離尖端46之一平坦插入表面52。插入表面43背向單元。開口50中之一V形抽出凹部54鄰近於點48。一工具可經按壓抵靠表面43或表面52以將接觸件36插入一通道28中。一窄工具可經插入開口50中且位於凹部54中以將接觸件抽出通道28。
附接部件44包含用於將接觸件之下端部對準於通道28中之一對準摺層56。摺層56具有由U形彎管62連接之對置平坦導引壁58及60。當接觸件36處於通道28中時,壁58及60沿著通道長壁30之下端部延伸。
懸臂固位臂64在導引壁58與60之間自尖端46向內延伸。臂64之自由端部上之順應摩擦突出部66自接觸件端部40面向外且經壓縮以當接觸件處於一通道中時接合一通道短壁32,從而建立在不明顯降低接觸件獨立性的情況下將接觸件維持於腔內之適當位置中之一適度保持力。臂64將接觸件端部40附接至通道28之下端部。此臂64僅在整個彈簧區段已經進入通道之後變為偏轉,使得不會發生將導致彈簧區段壓縮之摩擦約束。因此,接觸件主體在整個插入程序內在通道剖面輪廓之長度及寬度二者中在接觸件通道內自一個側自由蜿蜒至另一側。
對準摺層56具有一對角插入表面68,其自單元42面向外以導引接觸件之端部至一通道28中而不撞擊主體20之底部表面26。上接觸件端部38
類似下接觸件端部40,但不具有固位臂64。端部38亦不含有插入表面43,其建立用於使接觸件之端部首先插入通道中之一連續導入角。
十二個類似U形接觸件單元42在端部38與40之間沿著接觸件36之長度間隔開。接觸件單元係導電的且具有彈性。各單元42具有彼此覆蓋之兩個間隔開之長形支撐帶70及連接帶70之三個類似U形彈簧臂72。帶70在一個通道短壁32處沿著接觸件之長度延伸。臂72各包含自帶70延伸跨越沿著長壁30之通道朝向對置短壁32之兩個腳部76及在對置短壁處連結腳部之U形彎管78。臂72形成介於各接觸件單元中之帶70之間之三個串聯定向之實體及電連接。彈簧臂72可具有一矩形或正方形橫向橫截面。橋接部74將各帶70之一個端部連結至定位於接觸件之相同側上之一相鄰接觸件單元中之一帶70之端部。
當單元42未壓縮時,各彈簧臂中之筆直彈簧腳部76彼此發散遠離U形彎管78以縱向連結偏移帶70。參見圖10。
單元42具有由三個U形彈簧臂連接之兩個間隔開之支撐帶。考慮不同類型之接觸件單元,其等包含具有兩個支撐帶之一單元,該等支撐帶由類似於沿著支撐帶間隔開之臂72之兩個或兩個以上彈簧臂予以連接。
單元42在端部38與40之間沿著接觸件36之長度間隔開。各單元中之兩個支撐帶70各經連接至一接觸件端部或一相鄰單元之不同端部上之該單元中之一支撐帶。相鄰接觸件單元之經連結支撐帶70之間的橋接部74經定位於接觸件之相對側上。如此,單元42以沿著接觸件之長度延伸之一交替圖案配置,如在圖19、圖25及圖26中展示。
圖9至圖12繪示未壓縮接觸件36,其中支撐帶70及橋接部74經定位於接觸件側80上且U形彎管78經定位於接觸件側82上。各單元42中之筆直彈
簧腳部76經定位於接觸件側84及86上之平面中且在側80與82之間延伸。交替橋接部74經定位於相對之接觸件側84及86上。當接觸件36未壓縮時,相鄰單元中之橋接部74處連結之支撐帶70之彼此按略小於180°°之一角度75交叉,如在圖10中展示。
各金屬接觸件36經插入主體20中之一通道28中。上接觸件端部38較佳地延伸至底部表面26處之一通道之下端部中且向上移動穿過通道至在圖4及圖5至圖7中展示之未壓縮位置,其中端部38上之觸點48經定位於表面24上方且端部40上之接觸件48經定位於表面26下方。端部38上之上傾斜表面68促進將端部饋送至通道之下端部中。
接觸件36具有擁有在矩形通道28中之一自由配裝之一大致上矩形形狀。當完全插入接觸件時,附接部件44在一通道28之下矩形端部中且懸臂64向內彈性彎曲以使摩擦固位突出部66偏置抵靠相鄰通道短壁32且將接觸件40固持於主體20中。臂64將接觸件固持於總成10中之適當位置中,直至總成經夾置於基板14與18之間。由基板壓縮一接觸件可將接觸件之下端部移動至通道28中。下端部上方之接觸件之上部分在通道中自由垂直移動。
基板14及18朝向總成10移動至圖17至圖19之位置以建立成對之墊12與16之間的電連接。總成10較佳地支撐於基板14與18之間,其中尖端46上之觸點48接合墊12及16。在此位置中,各接觸件之垂直高度在一接觸件通道28中部分壓縮。接觸件之垂直壓縮加彈性應力於各單元42中之帶70及臂72。單元在通道中垂直移動。並不藉由與主體20之摩擦接合顯著降低墊12及16處之壓力及接觸件之順應性。
通道28中之一接觸件36之垂直壓縮使單元42移動靠近彼此以彈性降
低其等之高度且同時使各單元中之金屬彎曲且旋轉以彈性儲存能量。接觸件之彈性壓縮在點48處提供高順應性及高接觸壓力。
在接觸件之彈性壓縮期間,各單元42中之兩個支撐帶70沿著通道28之長度在不同方向上位移以降低單元之軸向高度。當此發生時,各單元42中之U形彈簧臂72之腳部76在通道中一起旋轉且自一發散位置彎曲至彼此覆蓋之一部分壓縮平行位置。參見圖17至圖19。U形彎管78圍繞橫軸79扭轉為扭力彈簧,如在圖13中展示。軸79在彎頭78處橫向延伸跨越接觸件36。
各彈簧臂72中之彈簧腳部76及U形彎管78沿著其等長度受彈性應力為彎曲懸臂彈簧及扭轉扭力彈簧。單元42之彈性應力儲存能量且提供沿著接觸件之順應性及點48處之壓力。另外,相鄰帶70之間的橋接部74在相鄰支撐帶70受應力時彈性彎曲且朝向遠端通道短壁32旋轉一短距離以使在圖10展示之角度75扁平。
一通道28中之接觸件36之壓縮使單元42中之金屬彈性彎曲且扭轉以維持點48與墊12及16之間的高度順應且可靠之連接。在整個壓縮範圍內之通道28中之接觸件36之滑動配合實質上防止壓縮及解壓縮期間之摩擦能量損失。僅與通道之一個或兩個相鄰面接觸之一非常微小之法向力對支撐接觸件以防自由屈曲超越通道剖面之限制係必要的。
電流以經最小化電阻流動通過接觸件36。各單元42上之支撐帶70自一相鄰帶70接收電流且將電流均等地傳遞通過三個U形彎管78。相鄰單元42之間的帶70之寬度主要遠離橋接部74減小以最佳化應力之機械分佈,同時支援等量電流均等地流動通過單元42之個別帶70。藉由增大適用於會聚電流流動之橫截面面積,總電流以經最小化之電阻及經降低之局部熱
累積沿著接觸件36之長度流動。
圖20至圖23繪示接觸件36之垂直壓縮。圖20展示未壓縮之接觸件,其中各單元42中之金屬未受應力。在此位置中,各單元42中之彈簧腳部76按一角度延伸遠離U形彎管78。
圖21繪示在一通道28中部分壓縮之一接觸件36。各彈簧臂72中之腳部76已經朝向彼此旋轉。在接觸件經壓縮時增大角度75。
圖21及圖22繪示接觸件36之進一步壓縮,其中腳部76在彼此上方旋轉,角度75增大且單元42移動更靠近在一起。
圖23繪示接觸件36之完全壓縮。在此位置中,相鄰單元42中之帶70之端部毗連彼此,且單元中之金屬彈性扭轉且彎曲以儲存能量。儘管受到完全壓縮及單元之扭轉及彎曲,單元並不永久變形以容許接觸件完全展開至圖20之位置。因此,接觸件36可在單元毗連彼此的情況下完全壓縮且接著在不削弱彈簧或電效能的情況下釋放。
在接觸件36之壓縮期間,如在圖20至圖23中展示,接觸件藉由輕微摩擦固持於總成通道28中。接觸件36之壓縮輕微改變接觸件之大小但並不充分放大接觸件以接合通道側壁。接觸件如描述般在壓縮行程之經設計範圍內自由摺疊且展開。
圖20至圖23繪示自接觸件36之圖20中展示之完全長度壓縮至圖23中展示之一壓縮長度之接觸件36。完全壓縮長度約比完全展開長度短15%。通常,接觸件36經定位於具有足以防止接觸件壓縮至圖23中展示之完全壓縮長度之一厚度之主體20中。若需要,則可藉由減少沿著接觸件間隔開之單元之數量而降低一特定接觸件36之順應性。接觸件將包含上端部及下端部及連接至該等端部之數個單元42。
圖24、圖25及圖26係一接觸件36之側視圖。圖24展示在未壓縮時之接觸件,其中橋接部74及相鄰支撐帶70係平坦的且在各對支撐帶70之間延伸之U形彈簧臂72遠離橋接部74傾斜。
圖25展示部分壓縮之接觸件,其中支撐帶70及橋接部74向外彎曲至帶之對置側以減小角度75,且彈簧臂72彼此平行彎曲。
圖26繪示當完全壓縮時之接觸件,其中接觸件之各側上之相鄰帶70彼此毗連。帶及橋接部進一步向外彎曲,且臂72完全彎曲且扭轉以用於能量儲存。圖25及圖26展示當壓縮時之接觸件之鋸齒形或蜿蜒形狀。
可在不依賴於最昂貴強化合金(諸如經熱處理之鈹銅)的情況下自銅帶製造接觸件36。強化合金改良接觸效能,但亦增大材料及處理之成本。接觸件36使用不需要熱處理之非鈹合金來達成所需順應性及導電性。
圖27及圖28繪示自一導電金屬帶90製造接觸件36。帶90具有兩個長形載體92及在載體之間延伸之複數個平坦接觸件預製件94。接觸件36及自其等形成接觸件之帶90可具有50微米之一厚度。預製件94可藉由機械切割帶或藉由蝕刻帶而自帶90形成。帶90通常經軋平且具有沿著帶之長度延伸之一晶粒軸方向110。
各接觸件預製件94包含一上端部部分96、一下端部部分98及在部分96與98之間間隔開之複數個傾斜三個帶接觸件單元部分100。各部分100具有三個平行、矩形樑102及對置端部支撐帶104。預製件94在連結帶108處連接至載體帶支撐軌道106。
藉由使樑102圍繞垂直於帶92之摺疊軸112彎曲而自預製件94形成接觸件36以使預製件94之各邊緣上之預製件橋接部74定位於彼此上方且形成摺疊接觸件36,如在圖28中展示。
U形彎管處之內半徑非常小,且可等於帶之厚度。圍繞垂直於晶粒軸110之一軸112之預製件之彎曲係合意的且比圍繞不平行於晶粒軸之一軸彎曲預製件更容易。
在摺疊之後,自帶切斷接觸件且在插入通道28中之前處理接觸件。
可視需要使用達成環境及導電性需求所必要之金屬層塗佈接觸件36。上接觸件端部38及下接觸件端部40可另外使用一貴金屬(諸如金)予以塗佈以確保與基板墊12及16之可靠電接觸。
藉由切斷與相鄰支撐帶70齊平之連結帶108而自帶90移除所形成之接觸件36,從而導致帶70上之殘餘凸塊114。凸塊114在帶70之外凸起端部下方以防止切割凸塊表面接合插入接觸件之一通道28之相鄰表面。
金屬接觸件36可具有尖端之間的10.8mm之一未壓縮高度。通道28可具有0.700mm及0.245mm之橫向尺寸。支撐與十二個彈簧單元之接觸之主體20可具有9.5mm之一厚度。
10:中介層總成
12:接觸墊
14:基板
16:接觸墊
18:基板
20:主體
22:堆疊式經模製塑膠晶圓
24:頂部表面
26:底部表面
28:通道
36:長形單件式金屬接觸件
Claims (22)
- 一種用於形成對置基板上之接觸件之間的電連接之中介層總成,該總成包括:一絕緣主體,其具有一頂部表面、一底部表面、該頂部表面與該底部表面之間的一厚度及在該頂部表面與該底部表面之間延伸之該絕緣主體中之複數個接觸件通道;及複數個單件式電接觸件,各接觸件經定位於一接觸件通道中且包括一個表面處之一上接觸件端部、在另一表面處之一下接觸件端部、及該接觸件通道中之多個接觸件單元,每一接觸件單元包括一單件式彈性扭力及懸臂彈簧,藉此為建立該等接觸件端部與該等基板上之墊之間的電連接而使該等基板朝向該絕緣主體之移動藉由同時彈性扭轉且彈性彎曲該通道中之該扭力及懸臂彈簧以提供該等接觸件端部與該等墊之間的接觸壓力而降低該通道中之該接觸件單元之高度,其中各接觸件包括沿著該接觸件之該長度間隔開的複數個串聯定向接觸件單元,該複數個串聯定向接觸件單元的每一個串聯定向接觸件單元包括兩個間隔開之帶,以及其中該等彈簧大致上為U形且各彈簧包含遠離該等帶之一U形彎管。
- 如請求項1之總成,其中各接觸件包括一懸臂固位部件,在該絕緣主體經定位於該等基板之間之前,各部件接合一通道短壁以用於將該接觸件固位於該接觸件通道中。
- 如請求項2之總成,其中各接觸件單元包含複數個平行定向彈性扭力及彈性懸臂彈簧,該等彈簧在該等帶之間延伸。
- 如請求項3之總成,其中該等帶大致上沿著一通道之長度延伸。
- 如請求項1之總成,其中各接觸件中之金屬具有一軸,且該軸橫向於該等U形彎管。
- 如請求項1之總成,其中各彈簧包含該U形彎管與多個支撐帶之間的彈簧腳部。
- 如請求項6之總成,其包括連結相鄰接觸件單元中之帶之橋接部。
- 如請求項6之總成,其中各該通道包括對置長壁及對置短壁,該等U形彎管及該等帶鄰近於對置短壁,該等腳部鄰近於對置長壁。
- 如請求項8之總成,其中該等長壁具有約0.700mm之一長度,且該等短壁具有約0.245mm之一長度。
- 如請求項9之總成,其中該接觸件具有約10.8mm之一未壓縮高度。
- 如請求項2之總成,其中各接觸件包含鄰近於一接觸件端部之一U形附接部件,各部件在通道中。
- 如請求項2之總成,其中該固位部件包括一臂,其具有該臂之端部上 之一摩擦固位表面,此表面接合該通道之內部以將該接觸件保持於該通道中但容許該接觸件沿著該通道位移。
- 如請求項1之總成,其中該通道具有一均勻橫截面。
- 如請求項13之總成,其中該通道具有一矩形橫截面。
- 如請求項1之總成,其中該接觸件包含以一蜿蜒圖案沿著該接觸件之該長度間隔開之複數個接觸件單元。
- 一種用於形成對置基板上之接觸件之間的電連接之中介層總成,該總成包括一絕緣主體、延伸穿過該絕緣主體之複數個通道、該等通道中之複數個單件式金屬接觸件;各接觸件包括定位於該絕緣主體之頂部表面及底部表面處之對置端部,一懸臂固位部件具有接合該通道之一側以將該接觸件可移動地固持於該通道中之一表面,且複數個接觸件單元沿著該通道間隔開,各接觸件單元包括一組合懸臂及扭力彈簧部件,其具有沿著該通道延伸之一未壓縮長度及小於該未壓縮長度之沿著該通道延伸之一壓縮長度,其中當該等接觸件在該通道中壓縮時,該等彈簧部件同時彈性扭轉且彈性彎曲以儲存能量,此經儲存能量可當該接觸件釋放且該等彈簧部件展開至該未壓縮長度時恢復,其中各接觸件單元包含一U形扭力及懸臂彈簧部件,各通道具有一矩形構形,且該等彈簧部件具有該通道中之一滑動配合。
- 如請求項16之總成,其中各接觸件單元包含兩個間隔開之支撐部件及在該等支撐部件之間延伸之複數個間隔開之彈簧臂,該等支撐部件經定位鄰近於一個通道壁且該等彈簧臂經定位鄰近於一對置通道壁,該等彈簧臂在該接觸件單元未壓縮時大致上沿著該通道延伸,藉此該等通道中之該等接觸件之壓縮將該等彈簧臂彈性扭轉為扭力彈簧且同時將該等彈簧臂彈性彎曲為懸臂樑。
- 如請求項17之總成,其中該等通道各具有兩個對置長側及兩個對置短側,該等支撐部件鄰近於一個短側,該等彈簧臂各包含一U形彎管,該等U形彎管鄰近於該通道之另一短側。
- 如請求項17之總成,其中各固位部件包括一撓性彈簧臂及一接觸表面,此臂在該接觸件在該通道中時彈性壓縮,使得該表面經固持抵靠一通道壁以將該接觸件保持於該通道中同時容許該接觸件在該通道中移動。
- 一種中介層總成,其包括:具有對置平行表面之一絕緣主體;在該等表面之間延伸之該主體中之複數個接觸件通道,各接觸件通道具有兩個對置通道壁及該等表面之間的一均勻橫截面;及各通道中之一金屬接觸件,各接觸件包括:在該等主體表面處之兩個接觸件端部以接合基板上之墊;鄰近於一個通道壁之彼此覆蓋之兩個支撐帶;複數個間隔開之U形彈簧臂,各臂經連結至該等支撐帶且自該等支撐帶延伸跨越該通道至鄰近於另一通道壁之一U形彎管;沿著該通道自一個支撐帶延伸至一個接觸件端部之一第一導體;及沿著該通道自另一支撐部件延伸至另一接觸件端部之 一第二導體,其中該等接觸件端部向該等表面外延伸且朝向該主體之該等接觸件端部之移動使該等支撐帶在相反方向上大致上沿著該通道移動以同時彈性彎曲且扭轉該等彈簧臂。
- 如請求項20之總成,其包含在該接觸件與該主體之間的一固位突出部。
- 如請求項20之總成,其包含用於使沿著該等彈簧臂之電之流動均衡之各支撐帶中之構件。
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