WO2022044828A1 - 検査装置 - Google Patents

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WO2022044828A1
WO2022044828A1 PCT/JP2021/029737 JP2021029737W WO2022044828A1 WO 2022044828 A1 WO2022044828 A1 WO 2022044828A1 JP 2021029737 W JP2021029737 W JP 2021029737W WO 2022044828 A1 WO2022044828 A1 WO 2022044828A1
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WO
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antenna
antenna element
ground surface
insulating member
semiconductor device
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PCT/JP2021/029737
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English (en)
French (fr)
Inventor
正樹 野口
Original Assignee
株式会社ヨコオ
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices

Definitions

  • the present invention relates to an inspection device.
  • an inspection device as described in Patent Document 1 includes a holding unit that holds a semiconductor device that is an inspected device (DUT), and an antenna unit that inspects the DUT.
  • the antenna unit performs an OTA (Over-the-Air) inspection of the DUT.
  • the antenna portion includes an insulating substrate.
  • An antenna element is provided on the lower surface side of the insulating substrate.
  • a ground pattern is provided on the upper surface side of the insulating substrate.
  • the surface of the antenna element facing the conductive member is joined to the insulating member. Since the surface of the antenna element is joined to the insulating member, the surface of the antenna element may be roughened. In this case, the antenna gain may decrease.
  • An example of an object of the present invention is to suppress a decrease in antenna gain.
  • Other objects of the invention will become apparent from the description herein.
  • One aspect of the present invention is A conductive member with a ground surface and With an insulating member whose at least a part faces the ground surface, An antenna element provided on the surface of the insulating member facing the ground surface, and It is an inspection device equipped with.
  • FIG. 1 It is sectional drawing of the inspection apparatus which concerns on embodiment. It is a perspective view of the antenna part which concerns on embodiment. It is a perspective view of the upper surface of a semiconductor device. It is a graph which shows an example of the relationship between the distance between an antenna element and a ground plane, and the radiation efficiency of an antenna part. It is sectional drawing of the antenna part which concerns on a comparative example. It is a figure which shows the radiation pattern of the radio wave of the antenna part which concerns on embodiment, and the radiation pattern of the radio wave of the antenna part which concerns on a comparative example. It is a graph which shows the frequency characteristic of the gain of the bore site of the antenna part which concerns on embodiment, and the frequency characteristic of the gain of the bore site of the antenna part which concerns on a comparative example. It is sectional drawing of the antenna part which concerns on modification 1. FIG. It is sectional drawing of the inspection apparatus which concerns on modification 2. FIG.
  • ordinal numbers such as “first”, “second”, “third”, etc. are added only for the purpose of distinguishing the configurations having similar names unless otherwise specified. , Does not mean a particular feature of the configuration (eg, order or importance).
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the inspection device 10 according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the antenna portion 30 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of the upper surface of the semiconductor device 500.
  • the direction of the arrow indicating the first direction X, the second direction Y, or the third direction Z indicates the positive direction in the direction indicated by the arrow.
  • the direction opposite to the arrow indicating the first direction X, the second direction Y, or the third direction Z indicates a negative direction in the direction indicated by the arrow.
  • the white circle with X indicating the second direction Y is the direction in which the positive direction indicated by the white circle with X is from the front to the back of the paper surface
  • the negative direction in the direction indicated by the white circle with X is the direction of the paper surface. Indicates that the direction is from the back to the front. The same applies to FIGS. 5, 6, 8 and 9, which will be described later.
  • the first direction X is one direction parallel to the horizontal direction, that is, the direction orthogonal to the vertical direction.
  • the first direction X is a direction parallel to one side of a substantially square semiconductor device 500, which will be described later.
  • the second direction Y is one direction parallel to the horizontal direction and orthogonal to the first direction X.
  • the second direction Y is a direction parallel to the other side orthogonal to the one side parallel to the first direction X of the semiconductor device 500.
  • the third direction Z is a vertical direction and is orthogonal to both the first direction X and the second direction Y.
  • the positive direction of the third direction Z is the vertical upward direction.
  • the negative direction of the third direction Z is the downward direction in the vertical direction.
  • the cross section shown in FIG. 1 is a cross section that passes through the center of the inspection device 10 in the second direction Y along the direction perpendicular to the second direction Y.
  • the semiconductor device 500 which is the device to be inspected (DUT) of the test device 10, will be described with reference to FIG.
  • the outer shape of the antenna element 510 is a plate-shaped square, but it may be a plate-shaped circle or any shape.
  • the four antenna elements 510 are arranged in a square grid of 2 rows and 2 columns so as to form an array antenna. By controlling conditions such as the amplitude and phase of the radio wave radiated from each antenna element 510, the radio wave radiated from the semiconductor device 500 can be controlled.
  • the layout of the antenna element 510 is not limited to the layout according to the present embodiment. For example, only one antenna element 510 may be provided on the upper surface of the semiconductor device 500. Further, a plurality of antenna elements 510 may be arranged in a rectangular grid pattern.
  • a plurality of antenna elements 510 may be arranged in a row in one direction.
  • the plurality of antenna elements 510 may be arranged in a polygonal grid such as a triangular grid, a quadrilateral grid, or a hexagonal grid.
  • the plurality of antenna elements 510 may be arranged in an annular shape or an elliptical annular shape.
  • the inspection device 10 includes a holding unit 20 and an antenna unit 30.
  • the holding unit 20 holds the semiconductor device 500.
  • the holding portion 20 has an inspection board 110, a socket 120, and a fixing portion 200.
  • the antenna unit 30 inspects the semiconductor device 500.
  • the inspection board 110 is, for example, a PCB (Printed Circuit Board).
  • the socket 120 is provided on the upper surface of the inspection board 110.
  • the semiconductor device 500 is mounted on the upper surface of the inspection board 110 via the socket 120.
  • the inspection board 110 and the semiconductor device 500 are electrically connected to each other via the socket 120.
  • the signal input to the inspection board 110 is input to the semiconductor device 500 via the socket 120. Further, the signal output from the semiconductor device 500 is output from the inspection board 110 via the socket 120.
  • the fixing portion 200 is formed of, for example, an insulating material such as resin.
  • the fixing portion 200 holds (fixes) the semiconductor device 500 toward the inspection device 10.
  • the fixing portion 200 has a holding portion 202 that contacts the edge of the upper surface of the semiconductor device 500.
  • the fixing portion 200 fixes the semiconductor device 500 at a predetermined position on the socket 120 by bringing the pressing portion 202 into contact with the edge of the upper surface of the semiconductor device 500, and presses the semiconductor device 500 toward the socket 120. This ensures contact between the semiconductor device 500 and the socket 120.
  • the fixing portion 200 defines a hole 210 that exposes at least a part of the semiconductor device 500, specifically, at least a part of the upper surface of the semiconductor device 500.
  • the radio wave radiated from the antenna element 510 provided on the upper surface of the semiconductor device 500 reaches the antenna portion 30 via the hole 210. Further, the radio wave radiated from the antenna unit 30 reaches the antenna element 510 provided on the upper surface of the semiconductor device 500 via the hole 210.
  • the antenna unit 30 performs an OTA (Over-the-Air) inspection of the semiconductor device 500.
  • the antenna portion 30 is arranged above the semiconductor device 500.
  • the antenna unit 30 performs at least one of transmission of radio waves radiated to the semiconductor device 500 and reception of radio waves radiated from the semiconductor device 500.
  • the antenna unit 30 is electrically connected to an external measuring instrument (not shown). Radio waves are radiated from the antenna unit 30 toward the semiconductor device 500 based on the signal input from the external measuring instrument to the antenna unit 30. Further, a signal is output from the antenna unit 30 toward the external measuring instrument based on the radio wave radiated from the semiconductor device 500 toward the antenna unit 30.
  • the antenna portion 30 has a conductive member 310, an insulating member 320, an antenna element 330, a first strip line 342, a second strip line 344, a first via 352, and a second via 354.
  • the conductive member 310 is a conductor plate made of a metal such as aluminum. When viewed from the vertical direction, the conductive member 310 is substantially square. The shape of the conductive member 310 is not limited to the shape according to the present embodiment. When viewed from the vertical direction, the conductive member 310 may be a quadrangle different from a square, for example, a substantially rectangular shape.
  • a recess 314 opened downward of the conductive member 310 is provided on the lower surface of the conductive member 310.
  • the bottom surface of the recess 314 is a ground surface 312.
  • the recess 314 is formed, for example, by cutting.
  • the antenna portion 30 The number of parts can be reduced.
  • the insulating member 320 is, for example, a resin substrate.
  • the insulating member 320 is fixed to the conductive member 310 from the lower surface of the insulating member 320 by a screw penetrating the insulating member 320, and the lower surface of the conductive member 310 and the upper surface of the insulating member 320 are in contact with each other.
  • at least a part of the insulating member 320 specifically, the portion of the upper surface of the insulating member 320 covered by the recess 314 of the conductive member 310 faces the ground surface 312 of the conductive member 310.
  • the antenna element 330 is provided on the upper surface of the insulating member 320.
  • the antenna element 330 is, for example, a conductive pattern formed of metal.
  • the antenna element 330 may be a sheet metal.
  • the antenna element 330 is provided on the surface side of the insulating member 320 facing the ground surface 312 of the conductive member 310. Further, the antenna element 330 and the ground surface 312 face each other with respect to each other via a space (a region in which air exists).
  • the shape of the space between the insulating member 320 and the ground surface 312, that is, the shape of the recess 314 when viewed from the antenna element 330 toward the ground surface 312, that is, in the positive direction of the third direction Z, is, for example, the antenna element. It is substantially similar to the shape of 330.
  • the shape of the recess 314 may be different from the similar shape of the antenna element 330.
  • the length L of one side of the antenna element 330 can be, for example, 1 / 3 ⁇ 0 ⁇ L ⁇ 1 / 2 ⁇ 0 , where ⁇ 0 is the wavelength of the free space.
  • the resonance frequency f of the antenna element 330 can be calculated by the following equation 1.
  • c indicates the speed of light in a vacuum
  • ⁇ eff and ⁇ L in Equation 1 are represented by the following equations 2 and 3.
  • ⁇ r is the relative permittivity of the medium
  • h is the distance between the antenna element 330 and the ground surface 312
  • W is the width of the antenna element 330.
  • the width is the width in the direction of 90 degrees with respect to the axis fed by the microstrip.
  • the resonance frequency becomes 28.5 GHz when one side of the antenna element 330 is about 4.0 mm.
  • the radiation efficiency ⁇ of the antenna unit 30 can be expressed by the following equation 4.
  • Q r is the Q value due to spatial radiation
  • Q sw is the Q value due to the surface wave that horizontally propagates the antenna element 330 in the first direction X and the second direction Y
  • Q c is the Q value due to the conductor, Q d.
  • each Q r , Q c , and Q d are expressed by the following equations 5 to 7.
  • c is the speed of light
  • ⁇ is the magnetic permeability
  • a is the surface roughness
  • ⁇ is the conductivity of the conductor.
  • the Q sw which is the Q value of the surface wave, is a value determined by the ambient conditions of the antenna element 330.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the distance between the antenna element 330 and the ground surface 312 and the radiation efficiency of the antenna unit 30.
  • the horizontal axis of the graph shows the distance between the antenna element 330 and the ground surface 312, and the vertical axis of the graph shows the radiation efficiency of the antenna unit 30.
  • the relationship shown in FIG. 4 is calculated from Equation 4.
  • the distance between the antenna element 330 and the ground surface 312 is determined by the radiation efficiency ⁇ of Equation 4. As shown in FIG. 4, the radiation efficiency of the antenna portion 30 increases as the distance between the antenna element 330 and the ground surface 312 increases, and changes gradually and saturates from around 0.2 mm. In the above example, the distance between the antenna element 330 and the ground surface 312 is sufficiently large that the radiation efficiency of the antenna unit 30 is 0.97, and the radiation efficiency of the antenna unit 30 does not change significantly even if the distance fluctuates. It was set to 5.5 mm. The distance between the antenna element 330 and the ground surface 312 may be 0.5 mm or less.
  • the area of space between the insulating member 320 and the ground surface 312, i.e., the horizontal dimension of the recess 314, eg, the dimension of the first direction X or the dimension of the second direction Y, is the horizontal dimension of the antenna element 330.
  • the dimensions can be, for example, less than or equal to twice the dimensions in the first direction X or the dimensions in the second direction Y.
  • the inner wall of the recess 314 blocks the surface wave, so that the surface wave loss 1 / Q sw in the above equation 4 can be suppressed.
  • the inner wall of the recess 314 will be too close to the antenna element 330, and the above equations 1 to 7 of the antenna element 330 will not be satisfied. Therefore, as the dimensions of the recess 314, an appropriate value that satisfies the above equations 1 to 7 and can suppress the surface wave loss 1 / Q sw is selected.
  • the horizontal dimension of the recess 314 may be larger than twice the horizontal dimension of the antenna element 330.
  • Power is supplied to the antenna element 330 from the first strip line 342 provided on the lower surface side of the insulating member 320 via the first via 352 penetrating the insulating member 320.
  • the first stripline 342 extends parallel to the first direction X. One end of the first strip line 342 is connected to the first via 352. On the other hand, the other end of the first strip line 342 can be connected to an external measuring instrument (not shown). Further, power is supplied to the antenna element 330 from the second strip line 344 provided on the lower surface side of the insulating member 320 via the second via 354 penetrating the insulating member 320.
  • the second stripline 344 extends parallel to the second direction Y. One end of the second strip line 344 is connected to the second via 354.
  • the other end of the second strip line 344 can be connected to an external measuring instrument (not shown).
  • the antenna unit 30 is capable of transmitting and receiving at least one of the horizontally polarized waves and the vertically polarized waves by the two strip lines of the first strip line 342 and the second strip line 344.
  • the number of strip lines provided in the antenna portion 30 may be only one.
  • the feeding method to the antenna element 330 may be feeding by non-contact electromagnetic coupling without using the first via 352 and the second via 354.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the antenna portion 30K according to the comparative example.
  • the antenna unit 30K according to the comparative example is the same as the antenna unit 30 according to the embodiment except for the following points.
  • the insulating member 320K is provided on the lower surface side of the conductive member 310K.
  • the antenna element 330K is provided on the lower surface side of the insulating member 320K.
  • the surface of the antenna element 330K facing the ground surface 312K is roughened.
  • the conductor loss caused by the skin effect of the surface of the antenna element 330K facing the ground surface 312K is larger than that in the case where the surface of the antenna element 330K facing the ground surface 312K is not roughened.
  • the surface of the antenna element 330 facing the ground surface 312 is not adhered to the surface of the insulating member 320.
  • the surface roughness of the surface of the antenna element 330 in the antenna portion 30 according to the embodiment facing the ground surface 312 is the surface roughness of the surface of the antenna element 330K in the antenna portion 30K according to the comparative example facing the ground surface 312K. It can be smaller than the surface roughness.
  • the conductor loss of the antenna portion is expressed by the reciprocal of Equation 6.
  • the conductor loss of the antenna portion 30 according to the embodiment can be made smaller than the conductor loss of the antenna portion 30K according to the comparative example. Therefore, in the embodiment, it is possible to suppress a decrease in the antenna gain as compared with the comparative example.
  • a dielectric loss 1 / Qd may occur due to the insulating member 320 between the antenna element 330K and the ground surface 312K , that is, the dielectric material.
  • air is provided between the antenna element 330 and the ground surface 312 in the antenna portion 30 according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a radio wave radiation pattern of the antenna unit 30 according to the embodiment and a radio wave radiation pattern of the antenna unit 30K according to the comparative example.
  • the numbers attached to the outside of the graduated circle indicate the direction (unit: degree) of the radiation pattern.
  • the number written from the center of the circle to the 0 degree direction indicates the gain (unit: dBi).
  • the 0 degree direction of the radiation pattern, that is, the boresight direction is a negative direction of the third direction Z.
  • the gain in the bore site of the radiation pattern according to the embodiment is about 3 dB higher than the gain in the bore site of the radiation pattern according to the comparative example. This result suggests that, as described above, the conductor loss and the dielectric loss of the antenna portion 30 according to the embodiment are smaller than the conductor loss and the dielectric loss of the antenna portion 30K according to the comparative example.
  • FIG. 7 is a graph showing the frequency characteristics of the gain of the bore site of the antenna unit 30 according to the embodiment and the frequency characteristics of the gain of the bore site of the antenna unit 30K according to the comparative example.
  • the vertical axis of the graph shows the gain at the bore site
  • the horizontal axis of the graph shows the frequency.
  • the gain of the bore site of the embodiment is higher than the gain of the bore site of the comparative example from 26 GHz to 31 GHz.
  • the result is that the conductor loss and the dielectric loss of the antenna portion 30 according to the embodiment are smaller than the conductor loss and the dielectric loss of the antenna portion 30K according to the comparative example, so that the Q value of the antenna portion 30 according to the embodiment is obtained. Is higher than the Q value of the antenna portion 30K according to the comparative example.
  • the usable frequency band of the antenna unit 30 according to the embodiment is wider than the usable frequency band of the antenna unit 30K according to the comparative example.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the antenna portion 30A according to the modified example 1.
  • the antenna portion 30A according to this modification is the same as the antenna portion 30 according to the embodiment except for the following points.
  • the lower surface of the conductive member 310A of the antenna portion 30A is flat.
  • the insulating member 320 is connected to the lower surface of the conductive member 310A via the spacer 360A.
  • the spacer 360A surrounds a part of the lower surface of the conductive member 310A when viewed from below in the vertical direction.
  • the region of the lower surface of the conductive member 310A surrounded by the spacer 360A is the ground surface 312A.
  • the antenna element 330 is provided on the surface side of the insulating member 320 facing the ground surface 312A.
  • the distance between the ground surface 312A and the insulating member 320 in the third direction Z can be adjusted by adjusting the height of the spacer 360A in the third direction Z.
  • the distance between the ground surface 312A and the insulating member 320 can be easily adjusted.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the inspection device 10B according to the modified example 2.
  • the inspection device 10B according to this modification is the same as the inspection device 10 according to the embodiment, except for the following points.
  • the fixing portion 200B of the holding portion 20B has a holding portion 202B that contacts the edge of the upper surface of the semiconductor device 500. Further, the inner surface of the hole 210B of the fixing portion 200B has a staircase shape (a shape having a step) from the bottom of the hole 210B to the opening. In this case, as shown in FIG. 1, the distortion of the radio wave radiation pattern of the semiconductor device 500 can be reduced as compared with the case where the inner surface of the hole 210 is flat in the third direction Z.
  • the antenna element 330 and the ground surface 312 face each other via air.
  • a low-loss dielectric material may be provided between the antenna element 330 and the ground surface 312 instead of air.
  • the antenna element is compared with the case where the antenna element 330K is provided on the surface of the insulating member 320K opposite to the surface on which the conductive member 310K is located.
  • the conductor loss and the dielectric loss due to the skin effect of the surface facing the ground surface 312 can be reduced. Therefore, even if the antenna portion 30 is provided with a dielectric material between the antenna element 330 and the ground surface 312, it is possible to suppress a decrease in antenna gain as compared with the antenna portion 30K according to the comparative example. ..
  • Aspect 1 is A conductive member with a ground surface and With an insulating member whose at least a part faces the ground surface, An antenna element provided on the surface of the insulating member facing the ground surface, and It is an inspection device equipped with. According to the first aspect, unlike the case where the antenna element is provided on the surface of the insulating member opposite to the surface on the side where the conductive member is located, the antenna element is not adhered to the surface of the insulating member.
  • Aspect 2 is The inspection device according to aspect 1, wherein the antenna element and the ground surface face each other with air.
  • the dielectric constant and the dielectric loss between the antenna element and the ground surface can be reduced as compared with the case where the antenna element and the ground surface face each other via the dielectric material. can. Therefore, according to the second aspect, it is possible to suppress a decrease in the antenna gain as compared with the case where the antenna element and the ground surface face each other with the dielectric material interposed therebetween.
  • Aspect 3 is The inspection device according to aspect 1 or 2, wherein the ground surface is the bottom surface of a recess provided in the conductive member.
  • the number of parts of the antenna portion can be reduced as compared with the case where the ground surface and the antenna element are separated by using the spacer arranged between the conductive member and the insulating member.

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Abstract

検査装置（１０）は、グランド面（３１２）を有する導電部材（３１０）と、少なくとも一部分がグランド面（３１２）に対向する絶縁部材（３２０）と、絶縁部材（３２０）のうちグランド面（３１２）に対向する面に設けられたアンテナエレメント（３３０）と、を備えている。

Description

検査装置
　本発明は、検査装置に関する。
　近年、アンテナを有する半導体装置を検査するための様々な検査装置が開発されている。例えば特許文献１に記載されているような検査装置は、被検査装置（ＤＵＴ）である半導体装置を保持する保持部と、ＤＵＴを検査するアンテナ部と、を備えている。アンテナ部は、ＤＵＴのＯＴＡ（Ｏｖｅｒ－ｔｈｅ－Ａｉｒ）検査を行う。アンテナ部は、絶縁基板を備えている。絶縁基板の下面側にはアンテナエレメントが設けられている。絶縁基板の上面側にはグランドパターンが設けられている。
特開２０１０－２７７７７号公報
　アンテナエレメントと、グランドパターン等の導電部材と、が、絶縁基板等の絶縁部材を介して互いに対向している場合、アンテナエレメントのうち導電部材に対向する面が絶縁部材に接合されている。アンテナエレメントの当該面を絶縁部材に接合させるため、アンテナエレメントの当該面は粗化されている場合がある。この場合、アンテナ利得が低下するおそれがある。
　本発明の目的の一例は、アンテナ利得の低下を抑制させることにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。
　本発明の一態様は、
　グランド面を有する導電部材と、
　少なくとも一部分が前記グランド面に対向する絶縁部材と、
　前記絶縁部材のうち前記グランド面に対向する面に設けられたアンテナエレメントと、
を備える、検査装置である。
　本発明の上記態様によれば、アンテナ利得の低下を抑制させることができる。
実施形態に係る検査装置の断面図である。 実施形態に係るアンテナ部の斜視図である。 半導体装置の上面の斜視図である。 アンテナエレメントとグランド面との間の距離と、アンテナ部の放射効率と、の関係の一例を示すグラフである。 比較例に係るアンテナ部の断面図である。 実施形態に係るアンテナ部の電波の放射パターン及び比較例に係るアンテナ部の電波の放射パターンを示す図である。 実施形態に係るアンテナ部のボアサイトの利得の周波数特性及び比較例に係るアンテナ部のボアサイトの利得の周波数特性を示すグラフである。 変形例１に係るアンテナ部の断面図である。 変形例２に係る検査装置の断面図である。
　以下、本発明の実施形態及び変形例について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
　本明細書において、「第１」、「第２」、「第３」等の序数詞は、特に断りのない限り、同様の名称が付された構成を単に区別するために付されたものであり、構成の特定の特徴（例えば、順番又は重要度）を意味するものではない。
　図１は、実施形態に係る検査装置１０の断面図である。図２は、実施形態に係るアンテナ部３０の斜視図である。図３は、半導体装置５００の上面の斜視図である。
　図１～図３において、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ又は第３方向Ｚを示す矢印の方向は、当該矢印によって示される方向の正方向を示している。一方、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ又は第３方向Ｚを示す矢印の反対方向は、当該矢印によって示される方向の負方向を示している。また、第２方向Ｙを示すＸ付き白丸は、当該Ｘ付き白丸によって示される方向の正方向が紙面の手前から奥に向かう方向であり、当該Ｘ付き白丸によって示される方向の負方向が紙面の奥から手前に向かう方向であることを示す。後述する図５、図６、図８及び図９においても同様である。
　第１方向Ｘは、水平方向、すなわち鉛直方向に直交する方向に平行な一方向である。具体的には、第１方向Ｘは、後述する実質的に正方形の半導体装置５００の１辺に平行な方向である。第２方向Ｙは、水平方向に平行かつ第１方向Ｘに直交する一方向である。具体的には、第２方向Ｙは、半導体装置５００の第１方向Ｘに平行な上記１辺に直交する他の１辺に平行な方向である。第３方向Ｚは、鉛直方向であり、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの双方に直交している。第３方向Ｚの正方向は、鉛直方向の上方向となっている。第３方向Ｚの負方向は、鉛直方向の下方向となっている。
　なお、図１に示す断面は、検査装置１０の第２方向Ｙにおける中心を第２方向Ｙに垂直な方向に沿って通過する断面である。
　まず、図３を用いて、検査装置１０の被検査装置（ＤＵＴ）である半導体装置５００について説明する。
　半導体装置５００の上面には、４つのアンテナエレメント５１０が設けられている。アンテナエレメント５１０の外形は板状の正方形であるが、板状の円形であってもよいし、どのような形状であってもよい。４つのアンテナエレメント５１０は、アレイアンテナを構成するように、２行２列の正方形格子状に並べられている。各アンテナエレメント５１０から放射される電波の振幅、位相等の条件を制御することで、半導体装置５００から放射される電波が制御可能となっている。なお、アンテナエレメント５１０のレイアウトは、本実施形態に係るレイアウトに限定されない。例えば、１つのみのアンテナエレメント５１０が半導体装置５００の上面に設けられていてもよい。また、複数のアンテナエレメント５１０が長方形格子状に並べられていてもよい。また、複数のアンテナエレメント５１０が一方向に一列に並んでいてもよい。或いは、複数のアンテナエレメント５１０は、三角形格子、四角形格子、六角形格子等の多角形格子状に並べられていてもよい。或いは、複数のアンテナエレメント５１０は、円環状又は楕円環状に並べられていてもよい。
　次に、図１及び図２を用いて、検査装置１０について説明する。
　検査装置１０は、保持部２０及びアンテナ部３０を備えている。保持部２０は、半導体装置５００を保持している。保持部２０は、検査基板１１０、ソケット１２０及び固定部２００を有している。アンテナ部３０は、半導体装置５００を検査する。
　検査基板１１０は、例えば、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏａｒｄ）である。ソケット１２０は、検査基板１１０の上面上に設けられている。半導体装置５００は、ソケット１２０を介して検査基板１１０の上面上に搭載されている。検査基板１１０と半導体装置５００とは、ソケット１２０を介して互いに電気的に接続されている。検査基板１１０に入力された信号は、ソケット１２０を介して半導体装置５００に入力される。また、半導体装置５００から出力された信号は、ソケット１２０を介して検査基板１１０から出力される。
　固定部２００は、例えば、樹脂等の絶縁材料によって形成されている。固定部２００は、半導体装置５００を検査装置１０に向けて押さえている（固定している）。具体的には、固定部２００は、半導体装置５００の上面の縁に接触する押さえ部２０２を有している。固定部２００は、押さえ部２０２を半導体装置５００の上面の縁に接触させることで、半導体装置５００をソケット１２０上の所定位置に固定し、かつ半導体装置５００をソケット１２０に向けて押さえつけている。これによって、半導体装置５００とソケット１２０との接触を確実にしている。
　固定部２００は、半導体装置５００の少なくとも一部分、具体的には半導体装置５００の上面の少なくとも一部分を露出する孔２１０を画定している。半導体装置５００の上面に設けられたアンテナエレメント５１０から放射された電波は、孔２１０を経由して、アンテナ部３０に達する。また、アンテナ部３０から放射された電波は、孔２１０を経由して、半導体装置５００の上面に設けられたアンテナエレメント５１０に達する。
　アンテナ部３０は、半導体装置５００のＯＴＡ（Ｏｖｅｒ－ｔｈｅ－Ａｉｒ）検査を行う。アンテナ部３０は、半導体装置５００の上方に配置されている。アンテナ部３０は、半導体装置５００へ放射される電波の送信と、半導体装置５００から放射される電波の受信と、の少なくとも一方を行っている。具体的には、アンテナ部３０は、不図示の外部測定器に電気的に接続されている。外部測定器からアンテナ部３０に入力された信号に基づいて、アンテナ部３０から半導体装置５００に向けて電波が放射される。また、半導体装置５００からアンテナ部３０に向けて放射された電波に基づいて、アンテナ部３０から外部測定器に向けて信号が出力される。
　次に、図１及び図２を用いて、アンテナ部３０の詳細を説明する。
　アンテナ部３０は、導電部材３１０、絶縁部材３２０、アンテナエレメント３３０、第１ストリップライン３４２、第２ストリップライン３４４、第１ビア３５２及び第２ビア３５４を有している。
　導電部材３１０は、例えばアルミニウム等の金属からなる導体板である。鉛直方向から見て、導電部材３１０は、実質的に正方形となっている。なお、導電部材３１０の形状は、本実施形態に係る形状に限定されない。鉛直方向から見て、導電部材３１０は、例えば、実質的に長方形等、正方形と異なる四角形となっていてもよい。
　導電部材３１０の下面には、導電部材３１０の下方に向けて開口した凹部３１４が設けられている。凹部３１４の底面は、グランド面３１２となっている。凹部３１４は、例えば切削によって形成されている。この場合、後述する図８に示すように導電部材３１０Ａと絶縁部材３２０との間に配置されたスペーサ３６０Ａを用いてグランド面３１２Ａとアンテナエレメント３３０とを離間させる場合と比較して、アンテナ部３０の部品数を少なくすることができる。
　絶縁部材３２０は、例えば樹脂基板である。絶縁部材３２０は、例えば、絶縁部材３２０の下面から絶縁部材３２０を貫通するネジによって導電部材３１０に固定されて、導電部材３１０の下面と、絶縁部材３２０の上面と、が互いに接している。これによって、絶縁部材３２０の少なくとも一部分、具体的には、絶縁部材３２０の上面のうち導電部材３１０の凹部３１４によって覆われている部分は、導電部材３１０のグランド面３１２に対向している。また、絶縁部材３２０の上面側のうち導電部材３１０と接している部分には銅箔で形成された導電パターンがあってもよい。
　アンテナエレメント３３０は、絶縁部材３２０の上面に設けられている。アンテナエレメント３３０は、例えば、金属によって形成された導電パターンである。アンテナエレメント３３０は、板金であってもよい。アンテナエレメント３３０は、絶縁部材３２０のうち導電部材３１０のグランド面３１２に対向する面側に設けられている。また、アンテナエレメント３３０と、グランド面３１２と、は、空間（空気が存在する領域）を介して互いに対向している。
　アンテナエレメント３３０からグランド面３１２に向かう方向、すなわち、第３方向Ｚの正方向に見て、絶縁部材３２０とグランド面３１２との間の空間の形状、すなわち凹部３１４の形状は、例えば、アンテナエレメント３３０の形状と実質的に相似となっている。なお、凹部３１４の形状は、アンテナエレメント３３０の相似形と異なる形状になっていてもよい。
　次に、アンテナエレメント３３０の詳細の一例について説明する。アンテナエレメント３３０の一辺の長さＬは、自由空間の波長をλ０とすると、例えば、１／３λ０＜Ｌ＜１／２λ０にすることができる。アンテナエレメント３３０の共振周波数ｆは次の式１で計算することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、ｃは真空中の光速を示し、式１中のεｅｆｆ、ΔＬは下記の式２及び３で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 式２及び式３においてεｒは媒質の比誘電率、ｈはアンテナエレメント３３０とグランド面３１２との間の距離、Ｗはアンテナエレメント３３０の横幅である。横幅とはマイクロストリップで給電されている軸に対し９０度をなす方向の幅である。上記一例ではアンテナエレメント３３０の１辺の縦の長さと横の幅は同じであるのでＬ＝Ｗであり、εｒ＝１.３７、ｈ＝０．５ｍｍである。この条件で計算した場合、共振周波数が２８．５ＧＨｚとなるのはアンテナエレメント３３０の１辺が約４．０ｍｍの時である。
　また、アンテナ部３０の放射効率ηは下記の式４で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 式４において、Ｑｒは空間放射によるＱ値、Ｑｓｗはアンテナエレメント３３０を第１方向Ｘ及び第２方向Ｙへ水平に伝搬する表面波によるＱ値、Ｑｃは導体によるＱ値、Ｑｄは誘電体によるＱ値を表す。Ｑ値の逆数は損失であるので、１／Ｑｒ、１／Ｑｓｗ、１／Ｑｃ、１／Ｑｄは、それぞれ、空間放射損失、表面波損失、導体損失、誘電体損失を表している。さらに各々のＱｒ、Ｑｃ、Ｑｄは以下の式５～７で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 式５～７中、ｃは光速、μは透磁率、ａは表面粗さ、σは導体の導電率を示す。表面波のＱ値であるＱｓｗについてはアンテナエレメント３３０の周囲条件によって決まる値である。
　図４は、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２との間の距離と、アンテナ部３０の放射効率と、の関係の一例を示すグラフである。図４において、グラフの横軸は、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２との間の距離を示しており、グラフの縦軸は、アンテナ部３０の放射効率を示している。図４に示す関係は、式４から計算されたものである。
　一例において、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２との間の距離は、式４の放射効率ηにより決定される。図４に示すように、アンテナ部３０の放射効率は、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２との距離が大きくなるにしたがい大きくなり、０．２ｍｍを超えたあたりから変化が緩やかとなり飽和していく。上記一例においては、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２との距離は、アンテナ部３０の放射効率が０．９７と十分に大きく、当該距離が変動してもアンテナ部３０の放射効率が大きく変動しない０．５ｍｍとした。なお、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２との間の距離は、０．５ｍｍ以下であってもよい。
　一例において、絶縁部材３２０とグランド面３１２との間の空間の領域、すなわち凹部３１４の水平方向の寸法、例えば第１方向Ｘの寸法又は第２方向Ｙの寸法は、アンテナエレメント３３０の水平方向の寸法、例えば第１方向Ｘの寸法又は第２方向Ｙの寸法の２倍以下にすることができる。この場合、凹部３１４の内壁が表面波を遮ることによって、前述の式４における表面波損失１／Ｑｓｗを抑制することができる。ただし凹部３１４の寸法を小さくしすぎると凹部３１４の内壁がアンテナエレメント３３０に近づきすぎるため、アンテナエレメント３３０の上記式１～７が成立しなくなる等の影響が出る。そのため、凹部３１４の寸法としては、上記式１～７が成立し、表面波損失１／Ｑｓｗを抑制することができる適切な値が選択される。なお、凹部３１４の水平方向の寸法は、アンテナエレメント３３０の水平方向の寸法の２倍より大きくてもよい。
　絶縁部材３２０を貫通する第１ビア３５２を介して、絶縁部材３２０の下面側に設けられた第１ストリップライン３４２からアンテナエレメント３３０へ給電がなされている。第１ストリップライン３４２は、第１方向Ｘに平行に延伸している。第１ストリップライン３４２の一端は第１ビア３５２に接続されている。一方、第１ストリップライン３４２の他端は、不図示の外部測定器に接続させることができる。また、絶縁部材３２０を貫通する第２ビア３５４を介して、絶縁部材３２０の下面側に設けられた第２ストリップライン３４４からアンテナエレメント３３０へ給電がなされている。第２ストリップライン３４４は、第２方向Ｙに平行に延伸している。第２ストリップライン３４４の一端は第２ビア３５４に接続されている。第２ストリップライン３４４の他端は不図示の外部測定器に接続させることができる。アンテナ部３０は、第１ストリップライン３４２及び第２ストリップライン３４４の２つのストリップラインによって、水平偏波及び垂直偏波の送信及び受信の少なくとも一方を行うことが可能になっている。なお、アンテナ部３０に設けられるストリップラインの数は１つのみであってもよい。また、アンテナエレメント３３０への給電方式は第１ビア３５２及び第２ビア３５４を用いず、非接触の電磁的結合による給電であってもよい。
　図５は、比較例に係るアンテナ部３０Ｋの断面図である。比較例に係るアンテナ部３０Ｋは、以下の点を除いて、実施形態に係るアンテナ部３０と同様である。
　比較例に係るアンテナ部３０Ｋにおいて、絶縁部材３２０Ｋは、導電部材３１０Ｋの下面側に設けられている。アンテナエレメント３３０Ｋは、絶縁部材３２０Ｋの下面側に設けられている。
　図１、図２及び図５を用いて、実施形態に係るアンテナ部３０と、比較例に係るアンテナ部３０Ｋと、の比較について説明する。
　比較例に係るアンテナ部３０Ｋでは、アンテナエレメント３３０Ｋを絶縁部材３２０Ｋの下面に接着させるため、アンテナエレメント３３０Ｋのうちグランド面３１２Ｋに対向する面が粗化されている。この場合、アンテナエレメント３３０Ｋのうちグランド面３１２Ｋに対向する面が粗化されていない場合と比較して、アンテナエレメント３３０Ｋのうちグランド面３１２Ｋに対向する面の表皮効果によって生じる導体損失が大きくなる。これに対して、実施形態に係るアンテナ部３０では、アンテナエレメント３３０のうちグランド面３１２に対向する面は絶縁部材３２０の面に接着されていない。このため、実施形態に係るアンテナ部３０におけるアンテナエレメント３３０のうちグランド面３１２に対向する面の表面粗さは、比較例に係るアンテナ部３０Ｋにおけるアンテナエレメント３３０Ｋのうちグランド面３１２Ｋに対向する面の表面粗さより小さくすることができる。アンテナ部の導体損失は式６の逆数によって表現される。式６において表面粗さａを変数とした場合、表面粗さがない場合、つまりａ＝０の時に、式６の分母は最小の値をとりＱ値は最大となり、アンテナ部の導体損失１／Ｑｃは逆の最大となる。したがって、実施形態に係るアンテナ部３０の導体損失は、比較例に係るアンテナ部３０Ｋの導体損失に比して小さくすることができる。このため、実施形態では、比較例に比してアンテナ利得の低下を抑制することができる。
　また、比較例に係るアンテナ部３０Ｋでは、アンテナエレメント３３０Ｋとグランド面３１２Ｋとの間の絶縁部材３２０、すなわち誘電体材料によって誘電体損失１／Ｑｄが生じ得る。これに対して、実施形態に係るアンテナ部３０におけるアンテナエレメント３３０とグランド面３１２との間は空気となる。誘電体損失は式７のＱｄの逆数であるｔａｎδである。空気の誘電体損失はゼロであるため、式７におけるｔａｎδ＝０となり、アンテナ部の誘電体損失もゼロとなる。これより、実施形態に係るアンテナ部３０の誘電体損失は、比較例に係るアンテナ部３０Ｋの誘電体損失より小さくすることができる。このため、実施形態では、比較例に比してアンテナ利得の低下を抑制することができる。
　図６は、実施形態に係るアンテナ部３０の電波の放射パターン及び比較例に係るアンテナ部３０Ｋの電波の放射パターンを示す図である。図６において、目盛りが付された円の外側に付された数字は、放射パターンの方位（単位：度）を示している。また、当該円の中心から０度方向にかけて記された数字は、利得（単位：ｄＢｉ）を示している。また、放射パターンの０度方向、すなわちボアサイト方向は、第３方向Ｚの負方向となっている。
　実施形態に係る放射パターンのボアサイトにおける利得は、比較例に係る放射パターンのボアサイトにおける利得より約３ｄＢ高くなっている。この結果は、上述したように、実施形態に係るアンテナ部３０の導体損失及び誘電体損失が比較例に係るアンテナ部３０Ｋの導体損失及び誘電体損失より小さくなっていることを示唆する。
　図７は、実施形態に係るアンテナ部３０のボアサイトの利得の周波数特性及び比較例に係るアンテナ部３０Ｋのボアサイトの利得の周波数特性を示すグラフである。図７において、グラフの縦軸は、ボアサイトにおける利得を示しており、グラフの横軸は、周波数を示している。
　実施形態のボアサイトの利得は、２６ＧＨｚ～３１ＧＨｚにかけて、比較例のボアサイトの利得より高くなっている。この結果は、実施形態に係るアンテナ部３０の導体損失及び誘電体損失が比較例に係るアンテナ部３０Ｋの導体損失及び誘電体損失より小さくなったことで、実施形態に係るアンテナ部３０のＱ値が比較例に係るアンテナ部３０ＫのＱ値より高くなっていることを示唆している。これによって、実施形態に係るアンテナ部３０の使用可能な周波数帯域は、比較例に係るアンテナ部３０Ｋの使用可能な周波数帯域よりも広くなっている。
　図８は、変形例１に係るアンテナ部３０Ａの断面図である。本変形例に係るアンテナ部３０Ａは、以下の点を除いて、実施形態に係るアンテナ部３０と同様である。
　アンテナ部３０Ａの導電部材３１０Ａの下面は平坦となっている。絶縁部材３２０は、スペーサ３６０Ａを介して導電部材３１０Ａの下面に接続されている。スペーサ３６０Ａは、鉛直方向の下方から見た場合に導電部材３１０Ａの下面の一部の領域を囲んでいる。導電部材３１０Ａの下面のうちスペーサ３６０Ａによって囲まれた領域はグランド面３１２Ａとなっている。これによって、絶縁部材３２０の少なくとも一部分はグランド面３１２Ａと対向している。また、アンテナエレメント３３０は、絶縁部材３２０のうちグランド面３１２Ａに対向する面側に設けられている。
　本変形例では、スペーサ３６０Ａの第３方向Ｚにおける高さを調整することで、グランド面３１２Ａと絶縁部材３２０との間の第３方向Ｚにおける距離を調整することができる。この場合、図１に示したように導電部材３１０に凹部３１４を設ける場合と比較して、グランド面３１２Ａと絶縁部材３２０との間の距離の調整が容易となり得る。また、本変形例では、導電部材３１０Ａに図１に示した凹部３１４を形成する必要がなく、スペーサ３６０Ａは、例えば、板金にパンチ加工するだけで形成することができる。この場合、図１に示したように導電部材３１０に凹部３１４を設ける場合と比較して、アンテナ部３０Ａの製造コストを抑えることができる。
　図９は、変形例２に係る検査装置１０Ｂの断面図である。本変形例に係る検査装置１０Ｂは、以下の点を除いて、実施形態に係る検査装置１０と同様である。
　保持部２０Ｂの固定部２００Ｂは、半導体装置５００の上面の縁に接触する押さえ部２０２Ｂを有している。また、固定部２００Ｂの孔２１０Ｂの内側面は、孔２１０Ｂの底から開口にかけて階段形状（段差を有する形状）となっている。この場合、図１に示すように孔２１０の内側面が第３方向Ｚに平坦である場合と比較して、半導体装置５００の電波の放射パターンの歪みを低減することができる。
　以上、図面を参照して本発明の実施形態及び変形例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
　例えば、本実施形態では、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２とは、空気を介して互いに対向している。しかしながら、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２との間には、空気に代えて低損失の誘電体材料が設けられていてもよい。この場合であっても、図５に示すように、絶縁部材３２０Ｋのうち導電部材３１０Ｋが位置する側の面の反対側の面にアンテナエレメント３３０Ｋが設けられている場合と比較して、アンテナエレメント３３０のうちグランド面３１２に対向する面の表皮効果による導体損失及び誘電体損失を小さくすることができる。したがって、アンテナエレメント３３０とグランド面３１２との間に誘電体材料が設けられているアンテナ部３０であっても、比較例に係るアンテナ部３０Ｋに比してアンテナ利得の低下を抑制することができる。
　本明細書によれば、以下の態様が提供される。
（態様１）
　態様１は、
　グランド面を有する導電部材と、
　少なくとも一部分が前記グランド面に対向する絶縁部材と、
　前記絶縁部材のうち前記グランド面に対向する面に設けられたアンテナエレメントと、
を備える、検査装置である。
　態様１によれば、絶縁部材のうち導電部材が位置する側の面の反対側の面にアンテナエレメントが設けられている場合と異なり、アンテナエレメントは絶縁部材の面に接着されていない。したがって、態様１によれば、絶縁部材のうち導電部材が位置する側の面の反対側の面にアンテナエレメントが設けられている場合と比較して、アンテナエレメントのうちグランド面に対向する面の表皮効果による導体損失を小さくすることができる。このため、態様１によれば、絶縁部材のうち導電部材が位置する側の面の反対側の面にアンテナエレメントが設けられている場合と比較して、アンテナ利得の低下を抑制させることができる。
（態様２）
　態様２は、
　前記アンテナエレメントと、前記グランド面と、が空気を介して互いに対向している、態様１に記載の検査装置である。
　態様２によれば、アンテナエレメントとグランド面とが誘電体材料を介して互いに対向している場合と比較して、アンテナエレメントとグランド面との間の誘電率及び誘電体損失を低くすることができる。このため、態様２によれば、アンテナエレメントとグランド面とが誘電体材料を介して互いに対向している場合と比較して、アンテナ利得の低下を抑制させることができる。
（態様３）
　態様３は、
　前記グランド面が、前記導電部材に設けられた凹部の底面である、態様１又は２に記載の検査装置である。
　態様３によれば、導電部材と絶縁部材との間に配置されたスペーサを用いてグランド面とアンテナエレメントとを離間させる場合と比較して、アンテナ部の部品数を少なくすることができる。
　この出願は、２０２０年８月２７日に出願された日本出願特願２０２０－１４３１６０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０　検査装置
１０Ｂ　検査装置
２０　保持部
２０Ｂ　保持部
３０　アンテナ部
３０Ａ　アンテナ部
３０Ｋ　アンテナ部
１１０　検査基板
１２０　ソケット
２００　固定部
２００Ｂ　固定部
２０２　押さえ部
２０２Ｂ　押さえ部
２１０　孔
２１０Ｂ　孔
３１０　導電部材
３１０Ａ　導電部材
３１０Ｋ　導電部材
３１２　グランド面
３１２Ａ　グランド面
３１２Ｋ　グランド面
３１４　凹部
３２０　絶縁部材
３２０Ｋ　絶縁部材
３３０　アンテナエレメント
３３０Ｋ　アンテナエレメント
３４２　第１ストリップライン
３４４　第２ストリップライン
３５２　第１ビア
３５４　第２ビア
３６０Ａ　スペーサ
５００　半導体装置
５１０　アンテナエレメント
Ｘ　第１方向
Ｙ　第２方向
Ｚ　第３方向

Claims (3)

  1. 　グランド面を有する導電部材と、
    　少なくとも一部分が前記グランド面に対向する絶縁部材と、
    　前記絶縁部材のうち前記グランド面に対向する面に設けられたアンテナエレメントと、
    を備える、検査装置。
  2. 　前記アンテナエレメントと、前記グランド面と、が空気を介して互いに対向している、請求項１に記載の検査装置。
  3. 　前記グランド面が、前記導電部材に設けられた凹部の底面である、請求項１又は２に記載の検査装置。
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