JP4925832B2 - 光センサを実装するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像および光センサに関し、特に、光センサを実装するための方法および結果として得られるパッケージ化されたセンサ製品に関する。

デジタル・カメラ、カムコーダ、オーディオ・プレーヤ等のような小型で高性能な工業および消費者電子製品が今まで絶えず求められてきた。このような小型化および機能の改善は、半導体回路およびウェハの設計および製造の進歩によるものである。また、電子製品での光および画像センサの使用も著しく増大してきている。このようなセンサ装置は、種々の方法で実装される。例えば、セラミック・リードレス・チップ・キャリア内の光センサは、高い光学的品質を有するが、大きなパッケージ形状係数でもある。ウェハ・レベルのパッケージは、小さな形状係数を有し、高い光学的品質を有するが、非常にコストが高い。画像センサは、また、成形クワッド・フラット・パック（ＱＦＰ）として入手することができる。ＱＦＰはコストは安価で、光学的品質が低く、パッケージ形状係数が大きい。さらに、光センサの画像の中心を光学的レンズの光軸に正確に整合することも、正しいガラス高さの分離を行うことも両方とも重要なことである。

パッケージ形状係数が小さく、コストが安価で、光学的品質が高いパッケージ化された画像センサを提供するのは望ましいことである。

本発明は、標準高密度アレイ・フォーマット、クワッド・フラット・ノーリード（ＱＦＮ）組立インフラストラクチャをベースとするニア・チップ・スケール・パッケージのコストが安価で、光学的品質が高い画像センサ装置を提供する。組立高さおよび一意の機械構造設計の許容誤差が厳しいので、金型キャビティ高さとの寸法マッチングが正確になる。パッケージ化されたセンサ装置は、内部リードフレーム・パネルを、センサの焦点距離を制御するための正確な高さの分離目標として使用している。レンズはテープによりそれ自身のリードフレーム・パネルに取り付けられる。テープは樹脂滲みを防止する。テープは、レンズをクリーンな状態に維持し、成形後の清掃を容易にする。

より詳細に説明すると、一実施形態の場合には、本発明は、複数のリード・フィンガで囲まれた中央ダイ受け領域を有する第１のリードフレームと、第１のリードフレームのダイ受け領域内に配置されるセンサ集積回路（ＩＣ）を含む画像センサ装置を提供する。ＩＣは、活性領域および周辺ボンディング・パッド領域を含む第１の面を有する。周辺ボンディング・パッド領域は、複数のボンディング・パッドを含む。複数のワイヤが、各ＩＣボンディング・パッドおよび第１のリードフレームの対応するリードフレームのリード・フィンガにワイヤボンドされ、それによりＩＣおよび第１のリードフレームが電気的に接続する。中央レンズ受け領域を有する第２のリードフレームも設置されている。透明レンズは、第２のリードフレームの中央レンズ受け領域内に配置されていて、第２のリードフレームは、レンズがＩＣの活性領域上に配置されるように第１のリードフレーム上に位置する。レンズをＩＣに固定するために、透明接着剤が、ＩＣの活性領域上に配置される。モールド化合物が、第１および第２のリードフレーム間およびワイヤボンド上に射出される。画像センサ装置の組立中、第３のリードフレームは、ＩＣの能動面とレンズとの間の間隔を調整するために、第１および第２のリードフレーム間に位置する。

他の実施形態の場合には、本発明は、光センサを実装するための方法を提供する。この方法は、
複数の第１のリードフレームを含む第１のリードフレーム・パネルを供給するステップであって、第１のリードフレームそれぞれが中央ダイ受け領域を囲んでいる複数のリード・フィンガを有するステップと、
第１のリードフレーム・パネルの第１の側面上に第１のテープを貼付するステップと、
それぞれが第１の面と第２の面を有し、第１の面が活性領域および周辺ボンディング・パッド領域を有し、周辺ボンディング・パッド領域が複数のボンディング・パッドを含む複数のセンサ集積回路（ＩＣ）を供給するステップと、
第１のリードフレーム・パネルの第１のリードフレームの各ダイ受け領域内に複数のＩＣを設置するステップであって、ＩＣの第２の面が、第１のテープによりダイ受け領域内に固定されるステップと、
ＩＣの各ＩＣボンディング・パッドおよび第１のリードフレームの対応するリードフレームのリード・フィンガを、ワイヤボンディングを介して複数のワイヤと電気的に接続し、それによりＩＣと第１のリードフレームとを電気的に接続するステップと、
それぞれが中央レンズ受け領域を有する複数の第２のリードフレームを有する第２のリードフレーム・パネルを供給するステップと、
第２のリードフレーム・パネルの第１の側面上に第２のテープを貼付するステップと、
第２のリードフレームの各レンズ受け領域内に透明レンズを設置するステップであって、第２のテープによりレンズがレンズ受け領域内に固定されるステップと、
ＩＣの各活性領域上に透明接着剤の塊を置くステップと、
第３のリードフレーム・パネルを供給するステップと、
第１および第２のリードフレーム・パネルの第２の側面間に第３のリードフレーム・パネルを設置するステップと、
接着剤の塊により各ＩＣが対応するレンズに取り付けられるように、第１および第２のリードフレーム・パネルを相互の方向に押し付けるステップと、
モールド化合物がボンディング・パッドおよびワイヤをカバーするように、第１および第２のリードフレーム・パネル間にモールド化合物を射出するステップと、
第１および第２のリードフレーム・パネルの第１の側面からテープを除去するステップと、
パネルからリードフレームを分離し、それにより個々のデバイスを形成するステップとを含む。

添付の図面を参照しながら、本発明の上記要約および下記の詳細な説明を読めば、本発明をよりよく理解することができるだろう。本発明を説明するために、図面に本発明の好ましい実施形態を示す。しかし、本発明は、図の正確な配置および手段に限定されないことを理解されたい。

添付の図面に関連して以下に説明する詳細な説明は、本発明の現在の好ましい実施形態を説明するためのものであって、本発明を実行することができる唯一の形式を示すものではない。本発明の精神および範囲内に含まれるいくつかの実施形態により、同じまたは等価の機能を達成することができることを理解されたい。

図面のいくつかの部材は見やすくするために拡大してあり、図面およびその要素は、必ずしも正確な縮尺ではない。しかし、通常の当業者であれば、このような詳細を容易に理解することができるだろう。図面全体を通して、類似の要素には類似の参照番号がつけてある。

図１を参照すると、この図は、本発明によるパッケージ化された光センサ装置１０の拡大頂面斜視図である。好適には、センサ装置１０は、ＱＦＮ（クワッド・フラット・ノーリード）タイプのパッケージであることが好ましい。ＱＦＮタイプのパッケージが好ましい理由は、形状係数が小さく、プロファイルが低く、組立コストが安価だからである。センサ装置１０は、第２のリードフレーム１６内に取り付けられているレンズ１４を通して見ることができる、センサ集積回路（ＩＣ）１２を含む。図２は、光センサ装置１０の拡大底面斜視図である。この図は、ＩＣ１２の底面および第１のリードフレーム２０のリード・フィンガ１８を示す（図３参照）。パッケージ化されたデバイス１０は、矩形または角形であり、レンズ１４は、一般的に円形をしている。しかし、デバイス１０およびレンズはこのような形に限定されない。何故なら、パッケージの形およびレンズの形を変えることができるからである。

図３〜図１１は、センサ装置１０を実装するための工程の種々のステップを示す。図３は、複数の第１のリードフレーム２０を有する第１のリードフレーム・パネル２２の斜視図である。センサ装置１０を実装する工程の第１のステップは、第１のリードフレーム・パネル２２を供給することである。図の実施形態の場合には、第１のリードフレーム・パネル２２は、第１のリードフレーム２０の３つの５×５マトリックスを含む。しかし、リードフレーム・パネル２２は、もっと多くのまたはもっと少ない数のリードフレーム２０を含むことができる。第１のリードフレーム・パネル２２の外周または縁部は、以下にさらに詳細に説明するように、第１のリードフレーム・パネルを他のリードフレーム・パネル２２と整合するために使用する複数の間に間隔を有する孔部２４を含む。個々の各第１のリードフレーム２０は、中央ダイ受け領域２８を囲んでいる複数のリード・フィンガ１８（図４）を備える。リード・フィンガ１８は、ダイ受け領域２８の方向に向かって接続バー３０から内側に延びる。他の実施形態の場合には、第１のリードフレーム２０は、ＩＣ１２を保持するためのフラッグ部材を含むことができる。第１のリードフレーム・パネル２２は、銅のような金属から形成され、第１のリードフレーム２０は、当業者であれば周知のように、パンチング、スタンピングまたはエッチングにより形成される。

図３は、第１のリードフレーム・パネル２２の第１の側面上への第１のテープ３２の貼付ステップを示す。第１のテープ３２は、当業者であれば周知のタイプのもので、第１のリードフレーム・パネル２２が接着する１つの面上に接着剤が塗布されている。第１のテープ３２を第１のリードフレーム・パネル２２の第１の面に貼付した後で、センサＩＣ１２が第１のリードフレーム・パネル２２の第１のリードフレーム２０のダイ受け領域２８内に設置される。各ＩＣ１２は、第１の面と第２の面を有する。第１の面は、活性領域と周辺ボンディング・パッド領域を有する。周辺ボンディング・パッド領域は、複数のボンディング・パッドを含む。好適には、センサＩＣ１２は、当業者であれば周知であり、市販されているタイプのＣＭＯＳセンサ装置であることが好ましい。ＩＣ１２の厚さすなわち高さは約１５ミルである。各ＩＣ１２は、受光すなわち活性領域を含む他に、Ａ／Ｄ変換器およびＤＳＰまたは算術タイプの演算を行うためのロジック領域のような回路およびロジックを含む。ＩＣ１２は、ＩＣ１２の第２の面（底面）が第１のテープ３２に接着し、そのためＩＣ１２が第１のテープ３２によりダイ受け領域２８内に固定されるようにダイ受け領域２８内に固定される。製造の際のリードフレーム位置許容誤差についての正確で厳密な制御機能を利用することにより、ＩＣ１２を第１のリードフレーム２０のダイ受け領域２８内に正確に位置決めすることができる。

図４は、ダイ受け領域２８内に固定されているセンサＩＣ１２を示す拡大斜視図である。複数のワイヤ３４が各ＩＣボンディング・パッドおよびリード・フィンガ１８の対応するリード・フィンガにワイヤボンドされ、それによりＩＣ１２およびリードフレーム２２が電気的に接続する。ワイヤボンディングは、従来の方法により行われる。当業者であれば周知の任意の導電性金属または金属の組合わせを、ワイヤ３４を形成するために使用することができる。適当なボンド・ワイヤは、通常、銅または金のような導電性金属を含んでいて、細いワイヤ（直径５０μｍ未満）または太いワイヤ（直径５０μｍを超える）であってもよい。現在の好ましい実施形態の場合には、ワイヤ３４は金からできている細いワイヤである。ＩＣ１２をワイヤボンディングを介して第１のリードフレーム２０に電気的に接続した後で、透明接着剤の塊３６がＩＣ１２の活性領域上に配置される。接着剤の塊３６は、硬化前は液体の形をしている透明エポキシを含むことができる。接着剤の塊３６は、任意の分配システムによりセンサの活性領域上に置くことができる。

図５は、光センサ装置１０を形成するために使用する第２のリードフレーム・パネル３８の斜視図である。第２のリードフレーム・パネル３８は、複数の第２のリードフレーム１６を含む。第２のリードフレーム・パネル３８および第２のリードフレーム１６は、それぞれ、第１のリードフレーム・パネル２２および第１のリードフレーム２０とマッチするような大きさおよび形状を有する。それ故、図の実施形態の場合には、第２のリードフレーム・パネル３８は、第２のリードフレーム１６の３つの５×５マトリックスを含む。また、第１のリードフレーム・パネル２２のように、第２のリードフレーム・パネル３８は、銅のような金属であってもよく、プレス、スタンピングまたはエッチングにより形成することができる。第２の各リードフレーム１６は、中央レンズ受け領域４０を含む領域を有する（図６）。第２のリードフレームは、領域接続バー４２を介して接続される。好適には、第２のリードフレーム・パネル３８は、その周辺に沿って複数の間に間隔を有する孔部４４を含むことが好ましい。図５は、その第１の側面上に置かれた第２のテープ４６を含む第２のリードフレーム・パネル３８を示す。図面中、第２のテープ４６は、第２のリードフレーム・パネル３８の下面上に位置する。

図６は、第２のリードフレーム・パネル３８の第２のリードフレーム１６のレンズ受け領域４０内にレンズ１４を置くステップの拡大斜視図である。レンズ１４は、透明プラスチックまたはガラスであってもよい。好適には、レンズ１４は、反射しない光学品位のガラスであり、約１５〜１６ミルの厚さを有することが好ましい。レンズ１４は、必要に応じて、光をフィルタリングする種々の材料でコーティングすることができる。レンズ１４は、第２のテープ４６の表面上の接着剤によりレンズ受け領域４０内に固定される。第１のリードフレーム２０のように、製造の際にリードフレームの位置の許容誤差を正確で厳密に制御することができるので、レンズ１４を第２のリードフレーム１６内に正確に設置することができる。

図７Ａを参照すると、この図は、第１および第２のリードフレーム・パネル２２および３８間に、第３のリードフレーム・パネル５０を置くステップを示す斜視図である。より詳細に説明すると、第３のリードフレーム・パネル５０は、第１および第２のリードフレーム・パネル２２および３８の第２の側面間に置かれる。次に、第１および第２のリードフレーム・パネル２２および３８は、各ＩＣ１２が接着剤の塊３６により、レンズ１４の対応するレンズに取り付けられるように相互に押し付けられる。さらに、押し付け動作により、ＩＣ１２の表面上に接着剤の塊３６が確実に均一に拡がる。第３のリードフレーム・パネル５０は、ＩＣ１２からレンズ１４を正確に分離する働きをする。

図７Ｂは、第３のリードフレーム・パネル５０のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。第３のリードフレーム・パネル５０は、縁部５２および中央部５４を含む。中央部５４は、以下に説明するように、モールド化合物を第１および第２のリードフレーム・パネル２２および３８の間、およびボンド・ワイヤ３４の周囲に射出することができるようにする目的で、高さを低くするためにすでにエッチングされている。第３のリードフレーム・パネル５０も、複数の間に間隔を有する孔部５６を含む。好適には、第１、第２および第３のリードフレーム・パネル２２、３８および５０は、すべて同じ材料からできていて、そのため同じＣＴＥ（熱膨張係数）を有することが好ましい。現在の好ましい実施形態の場合には、３つのリードフレーム・パネル２２、３８および５０は、スタンピングしたまたはエッチングした銅からできている。

図８は、リードフレーム・パネル整合ステップを示す拡大斜視図である。このステップにおいては、第１、第２および第３のリードフレーム・パネル２２、３８および５０は、各リードフレーム・パネルの孔部２４、４４および５６内に挿入した案内ピン５８により整合している。各リードフレーム・パネルの孔部２４、４４および５６は、各パネルの周囲の同じ位置に位置していて、パネルを正確に整合することができる。ＩＣ１２およびレンズ１４の両方を非常に正確に設置すると同時にパネルを正確に整合することにより、各ＩＣ１２の中心とレンズ１４の光軸が正確に整合するが、これは画像センサ装置を組み立てる際に非常に重要なことである。当業者であれば周知のように、レンズの光軸とセンサ画像円の中心が整合しないことが欠陥の主要な原因であり、そのため光センサの生産の際にロスが生じる。ＩＣ１２およびレンズ１４の両方を収容するためにリードフレームを使用しているので、本発明を使用すれば、非常に正確な設置を行うことができ、そのため整合精度が改善する。レンズ１４をＩＣ１２の活性領域に接着する接着剤の塊３６を硬化するために、熱硬化処理を行うことができる。

図９は、本発明による光センサを実装するための工程の成形ステップを示す。上下の型６０および６２は、それぞれ第２および第１のリードフレーム・パネル３８および２２上に置かれる。次に、モールド化合物６４が、モールド化合物６４がＩＣのボンディング・パッド６６、ボンド・ワイヤ３４およびリード・フィンガ１８の一部をカバーするように、第１および第２のリードフレーム・パネル２２および３８間に射出される。すでに説明したように、第３のリードフレーム・パネル５０は、第１および第２のリードフレーム・パネル２２および３８を分離し、ＩＣ１２から所定の距離のところにレンズ１４を維持する働きをする。マトリックス周囲のデバイスの場合には、この分離は第３のリードフレーム・パネル５０の硬質の縁部により維持される。マトリックスの中央のユニットの場合には、射出成形工程中、射出されたモールド化合物は、中央ユニットが分離するように、第１および第２の各リードフレーム２０および１６を押して分離する。典型的なプラスチックＩＣ実装工程の場合、モールド化合物射出圧力は、５トン以上で、これによりモールド化合物は確実に密にパックされる。

モールド化合物６４を射出し硬化した後で、第１および第２のテープ３２および４６が、第１および第２のリードフレーム・パネル２２および３８の第１の面から除去される。第１および第２のテープ３２および４６は、手動でまたは市販の装置で除去することができる。図１０は、第１のリードフレーム・パネル２２からの第１のテープ３２の除去を示す。第２のテープ４６も同じ方法で除去される。次に、形成されたデバイスのマトリックスが、図１１の個々のデバイスを形成するためにダイシングされる。ダイシングは、当業者であれば周知のように、鋸により行うことができる。図９は、リードフレームをカットすることができる鎖線７０の位置を示す。一実施形態の場合には、画像センサ装置１０の全部の高さは約４０ミルである。レンズ１４および透明接着剤の塊３６により、光はセンサＩＣ１２の活性領域を通過し、その上に入射することができる。レンズ１４は第２のテープ４６によりカバーされていて、レンズ上に樹脂滲みは生じない。しかし、レンズ１４上に何らかの樹脂滲みが生じた場合には、そのような樹脂を除去するために後で水ジェット清掃を行うことができる。第２のテープ４６も、レンズ１４の潜在的な表面の掻き傷を防止する。

図示し説明するために、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、この説明は全部を網羅するものでもなく、本発明を開示の形に制限するものでもない。当業者であれば、本発明の広義のコンセプトから逸脱することなしに、上記実施形態を種々に変更することができることを理解することができるだろう。それ故、本発明は、開示の特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の精神および範囲に入る種々の修正をカバーすることを理解されたい。

本発明による光センサ装置の拡大頂面斜視図。 図１の光センサ装置の拡大底面斜視図。 本発明による光センサ装置を形成するために使用する第１のリードフレーム・パネルの斜視図。 本発明の方法による、第１のリードフレームに画像センサＩＣを取り付ける工程、第１のリードフレームにＩＣをワイヤボンドする工程、およびＩＣの活性領域に接着剤を塗布する工程を示す拡大斜視図。 本発明による光センサ装置を形成するために使用する第２のリードフレーム・パネルの斜視図。 本発明の方法による図５の第２のリードフレーム・パネルの第２のリードフレーム内にレンズを設置する工程の拡大斜視図。 本発明の方法による第１および第２のリードフレーム・パネルの間に第３のリードフレーム・パネルを設置する工程を示す斜視図。 図７Ａの第３のリードフレームの断面図。 本発明の方法によるリードフレーム・パネル整合工程を示す拡大斜視図。 本発明の方法による成形工程を示す非常に大きく拡大した断面図。 本発明の方法によるテープ除去工程を示す斜視図。 本発明の方法によるダイシング工程を示す斜視図。

Claims (13)

1. 光センサを実装するための方法であって、
   複数の第１のリードフレームを含む第１のリードフレーム・パネルを供給するステップであって、各前記第１のリードフレームが、中央ダイ受け領域を囲んでいる複数のリード・フィンガを有するステップと、
   前記第１のリードフレーム・パネルの第１の側面上に第１のテープを貼付するステップと、
   複数のセンサ集積回路（ＩＣ）を供給するステップであって、各前記ＩＣが第１の面と第２の面を有し、前記第１の面が活性領域および周辺ボンディング・パッド領域を有し、前記周辺ボンディング・パッド領域が複数のボンディング・パッドを含むステップと、
   前記第１のリードフレーム・パネルの前記第１のリードフレームの各前記中央ダイ受け領域内に前記複数のＩＣを設置するステップであって、前記ＩＣの前記第２の面が、前記第１のテープにより前記中央ダイ受け領域内に固定されるステップと、
   前記ＩＣの各前記ボンディング・パッドおよび前記第１のリードフレームの対応するリードフレームの前記リード・フィンガを、ワイヤボンディングを介して複数のワイヤと電気的に接続し、それにより前記ＩＣと前記第１のリードフレームを電気的に接続するステップと、
   複数の第２のリードフレームを有する第２のリードフレーム・パネルを供給するステップであって、前記各第２のリードフレームが中央レンズ受け領域を有するステップと、
   前記第２のリードフレーム・パネルの第１の側面上に第２のテープを貼付するステップと、
   前記第２のリードフレームの各前記中央レンズ受け領域内に透明レンズを設置するステップであって、前記第２のテープにより前記透明レンズが前記中央レンズ受け領域内に固定されるステップと、
   前記ＩＣの各前記活性領域上に透明接着剤の塊を置くステップと、
   第３のリードフレーム・パネルを供給するステップと、
   前記第１および第２のリードフレーム・パネルの第２の側面間に前記第３のリードフレーム・パネルを設置するステップと、
   前記透明接着剤の塊により各前記ＩＣが前記透明レンズの対応する透明レンズに取り付けられるように、前記第１および第２のリードフレーム・パネルを相互の方向に押し付けるステップと、
   モールド化合物が前記ボンディング・パッドおよび前記ワイヤをカバーするように、前記第１および第２のリードフレーム・パネル間に前記モールド化合物を射出するステップと、
   前記第１および第２のリードフレーム・パネルの第１の側面から前記テープを除去するステップと、
   前記パネルから前記リードフレームを分離し、それにより個々のデバイスを形成するステップとを含む方法。
2. 前記分離するステップが、鋸により前記リードフレーム・パネルを個々のパネルにするステップを含む請求項１に記載の光センサを実装するための方法。
3. 前記形成された個々のデバイスが、ＱＦＮタイプのデバイスである請求項２に記載の光センサを実装するための方法。
4. 前記第１、第２および第３のリードフレーム・パネルの縁部に沿って位置する孔部内に挿入された少なくとも１つの整合ピンにより、前記第１、第２および第３のリードフレーム・パネルを整合するステップをさらに含む請求項１に記載の光センサを実装するための方法。
5. 前記第３のリードフレーム・パネルの少なくとも１つの側面が、前記モールド化合物を前記第１および第２のリードフレーム・パネルの間に射出できるようにするために、その一部がエッチングされる請求項１に記載の光センサを実装するための方法。
6. 前記透明レンズがガラスからなる請求項１に記載の光センサを実装するための方法。
7. 前記第２のテープが、前記透明レンズを樹脂滲みから保護する請求項１に記載の光センサを実装するための方法。
8. 前記第３のリードフレーム・パネルの高さが、前記ＩＣおよびその各前記透明レンズの焦点距離により決まる請求項１に記載の光センサを実装するための方法。
9. 画像センサ装置であって、
   複数のリード・フィンガにより囲まれている中央ダイ受け領域を有する第１のリードフレームと、
   前記第１のリードフレームの前記中央ダイ受け領域内に配置されていて、活性領域および周辺ボンディング・パッド領域を含む第１の面を有し、前記周辺ボンディング・パッド領域が複数のボンディング・パッドを含むセンサ集積回路（ＩＣ）と、
   各前記ボンディング・パッドおよび前記第１のリードフレームの対応するリードフレームのリード・フィンガにワイヤボンドされていて、それにより前記ＩＣおよび前記第１のリードフレームを電気的に接続する複数のワイヤと、
   中央レンズ受け領域を有する第２のリードフレームと、
   前記第２のリードフレームの前記中央レンズ受け領域内に配置される透明レンズであって、前記第２のリードフレームが、前記透明レンズが前記ＩＣの前記活性領域上に配置されるように、前記第１のリードフレーム上に位置している透明レンズと、
   前記ＩＣに前記透明レンズを固定する前記ＩＣの前記活性領域上に配置される透明接着剤と、
   前記第１および第２のリードフレーム間および前記ワイヤボンド上に射出されたモールド化合物とを備える画像センサ装置。
10. 前記透明接着剤が、透明エポキシを含む請求項９に記載の画像センサ装置。
11. 前記第１、第２および第３のリードフレームが銅からできている請求項９に記載の画像センサ装置。
12. 前記透明レンズがガラスからできている請求項９に記載の画像センサ装置。
13. 前記第１のリードフレームがＱＦＮタイプである請求項９に記載の画像センサ装置。

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