JPH0519814B2 - - Google Patents
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- JPH0519814B2 JPH0519814B2 JP59237915A JP23791584A JPH0519814B2 JP H0519814 B2 JPH0519814 B2 JP H0519814B2 JP 59237915 A JP59237915 A JP 59237915A JP 23791584 A JP23791584 A JP 23791584A JP H0519814 B2 JPH0519814 B2 JP H0519814B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active layer
- metal bumps
- active
- metal
- integrated circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/072—Connecting or disconnecting of bump connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/072—Connecting or disconnecting of bump connectors
- H10W72/07231—Techniques
- H10W72/07236—Soldering or alloying
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- Wire Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、2種類の集積回路層(以下、能動層
と称する)を互いに接着させた多層構造集積回路
の製造方法に関する。更に詳しくは、各能動層間
の信号や電源のやりとりを行なうために異なる能
動層に設けられた金属バンプ同士を拡散溶接法を
用いて接続する半導体装置の製造方法に関する。
と称する)を互いに接着させた多層構造集積回路
の製造方法に関する。更に詳しくは、各能動層間
の信号や電源のやりとりを行なうために異なる能
動層に設けられた金属バンプ同士を拡散溶接法を
用いて接続する半導体装置の製造方法に関する。
多層構造集積回路はトランジスタ、抵抗および
コンデンサ等の機能素子が3次元的に配置された
集積回路である。多層構造によれば機能素子が2
次元的に配置されている従来の集積回路に比べて
集積度や回路規摸の向上、配線長の短縮による動
作速度の高速化が期待できる。多層構造集積回路
を実現する方法の1つに、機能素子を2次元的に
配置した従来の機能層を個別に製造し、これらの
能動層を順に積層する方法が考えられる。この方
法によつて多層構造回路の実現するためには前記
能動層間の配線を行なう金属バンプを前記能動層
表面に設ける必要がある。また、各能動層に設け
られた金属バンプ同士を接続する方法として拡散
溶接法がある。
コンデンサ等の機能素子が3次元的に配置された
集積回路である。多層構造によれば機能素子が2
次元的に配置されている従来の集積回路に比べて
集積度や回路規摸の向上、配線長の短縮による動
作速度の高速化が期待できる。多層構造集積回路
を実現する方法の1つに、機能素子を2次元的に
配置した従来の機能層を個別に製造し、これらの
能動層を順に積層する方法が考えられる。この方
法によつて多層構造回路の実現するためには前記
能動層間の配線を行なう金属バンプを前記能動層
表面に設ける必要がある。また、各能動層に設け
られた金属バンプ同士を接続する方法として拡散
溶接法がある。
第2図a〜cに多層構造集積回路の製造方法の
一例を示す。第2図aにおいて、第1の能動層1
01および第2の能動層201を個別に作製す
る。なお、図中102,103は第1の能動層1
01の構成するシリコン、ガリウム砒素、石英、
サフアイア等の基板、および機能素子層、104
は第1の能動層101の表面に形成されている金
等の第1の金属バンプである。202,203は
第2の能動層201を構成するシリコン、ガリウ
ム砒素、石英、サフアイア等の基板、および機能
素子層、204は第2の能動層201の表面に形
成されている金等の第2の金属バンプである。各
能動層の機能素子層は、通常よく知られている半
導体集積回路製造プロセス、例えばNMOS、
PMOS、CMOS、バイポーラ、あるいはガリウ
ム砒素プロセス等により作製される。また、金属
バンプは、選択メツキ法、写真喰刻法等を用いて
金属膜パターンを形成することにより得られる。
次に、第2図bに示すように、第1の能動層10
1と第2の能動層201とを、互いの表面を対向
させ、それぞれの能動層表面に設けられている金
属バンプ104,204が互いに同一位置になる
まで目合せを行なう。目合せ方法の一例として、
縮小投影露光器などに用いられるオフアクシス法
がある。この方法では、まず目合せ装置内に2個
所の目合せ場所を設ける。それぞれの目合せ場所
にはチツプあるいはウエハーを固定するステージ
と目合せ基準マークとが設けられており、この目
合せ基準マーク間の距離はあらかじめ決められて
いる。まず、第1の能動層101、第2の能動層
201をそれぞれのステージに固定した後、ステ
ージを微動させ、それぞれの目合せ基準マークと
チツプあるいはウエハーに設けられている目合せ
マークとを一致させる。
一例を示す。第2図aにおいて、第1の能動層1
01および第2の能動層201を個別に作製す
る。なお、図中102,103は第1の能動層1
01の構成するシリコン、ガリウム砒素、石英、
サフアイア等の基板、および機能素子層、104
は第1の能動層101の表面に形成されている金
等の第1の金属バンプである。202,203は
第2の能動層201を構成するシリコン、ガリウ
ム砒素、石英、サフアイア等の基板、および機能
素子層、204は第2の能動層201の表面に形
成されている金等の第2の金属バンプである。各
能動層の機能素子層は、通常よく知られている半
導体集積回路製造プロセス、例えばNMOS、
PMOS、CMOS、バイポーラ、あるいはガリウ
ム砒素プロセス等により作製される。また、金属
バンプは、選択メツキ法、写真喰刻法等を用いて
金属膜パターンを形成することにより得られる。
次に、第2図bに示すように、第1の能動層10
1と第2の能動層201とを、互いの表面を対向
させ、それぞれの能動層表面に設けられている金
属バンプ104,204が互いに同一位置になる
まで目合せを行なう。目合せ方法の一例として、
縮小投影露光器などに用いられるオフアクシス法
がある。この方法では、まず目合せ装置内に2個
所の目合せ場所を設ける。それぞれの目合せ場所
にはチツプあるいはウエハーを固定するステージ
と目合せ基準マークとが設けられており、この目
合せ基準マーク間の距離はあらかじめ決められて
いる。まず、第1の能動層101、第2の能動層
201をそれぞれのステージに固定した後、ステ
ージを微動させ、それぞれの目合せ基準マークと
チツプあるいはウエハーに設けられている目合せ
マークとを一致させる。
次に、例えば第1の能動層101が固定されて
いるステージを目合せ基準マーク間の距離だけ移
動させ、第1の能動層101が第2の能動層20
1の直下へ来るように関係位置を設定する。この
結果、両能動層101と201とは、ステージを
移動させる機械的な精度(1μm以下)で目合せ
が行なわれる。引き続き、第2図cに示したよう
に、第1の能動層101と第2の能動層201と
にそれぞれ設けられている金属バンプ104およ
び204の表面を互いに接触させ、所定の圧力で
加熱し、両金属バンプ104と204との間で拡
散溶接を起こさせ、第1の能動層101と第2の
能動層201を一体に接着させる。以上の工程が
終了すれば、2層構造集積回路が実現される。以
上示した製造方法で重要な工程は拡散溶接法であ
る。
いるステージを目合せ基準マーク間の距離だけ移
動させ、第1の能動層101が第2の能動層20
1の直下へ来るように関係位置を設定する。この
結果、両能動層101と201とは、ステージを
移動させる機械的な精度(1μm以下)で目合せ
が行なわれる。引き続き、第2図cに示したよう
に、第1の能動層101と第2の能動層201と
にそれぞれ設けられている金属バンプ104およ
び204の表面を互いに接触させ、所定の圧力で
加熱し、両金属バンプ104と204との間で拡
散溶接を起こさせ、第1の能動層101と第2の
能動層201を一体に接着させる。以上の工程が
終了すれば、2層構造集積回路が実現される。以
上示した製造方法で重要な工程は拡散溶接法であ
る。
拡散溶接法は300℃前後に加熱した2種類ある
いは、同種類の金属の接触面に数Kg力/mm2の圧力
を加え、接触面での両金属分子の固相拡散により
両金属を接着させる方法で、他の接着法、例えば
導電接着剤を用いる方法や、半田等の低融点金属
を溶かして接着させる方法に比べて、接着部の電
気抵抗が小さい、微細パターンの接着も可能であ
る、接着力が強い等の特徴がある。このため、拡
散溶接法は、集積回路チツプ内のパツドとパツケ
ージのリード線の接着(ボンデイング)等、集積
回路の実装工程で広く使用されている。ところ
で、従来のボンデイングは、パツド1個(面積は
約0.01mm2)に対するものであるから、圧力をかけ
る方法が容易である〔電子材料、1972年12月号、
152〜161ページ〕。また、複数のパツドに対して
同時にボンデイングを行なう方法としてビームリ
ード方式も知られている〔電子材料、1973年2月
号、159〜162ページ〕。複数のパツドを同時にボ
ンデイングするためには各パツドに加わる圧力が
均一でなければならない。このため本方式ではビ
ーム・リードに弾力性を持たせることにより、各
ビーム・リードとパツド間の圧力が均一になるよ
うにしている。
いは、同種類の金属の接触面に数Kg力/mm2の圧力
を加え、接触面での両金属分子の固相拡散により
両金属を接着させる方法で、他の接着法、例えば
導電接着剤を用いる方法や、半田等の低融点金属
を溶かして接着させる方法に比べて、接着部の電
気抵抗が小さい、微細パターンの接着も可能であ
る、接着力が強い等の特徴がある。このため、拡
散溶接法は、集積回路チツプ内のパツドとパツケ
ージのリード線の接着(ボンデイング)等、集積
回路の実装工程で広く使用されている。ところ
で、従来のボンデイングは、パツド1個(面積は
約0.01mm2)に対するものであるから、圧力をかけ
る方法が容易である〔電子材料、1972年12月号、
152〜161ページ〕。また、複数のパツドに対して
同時にボンデイングを行なう方法としてビームリ
ード方式も知られている〔電子材料、1973年2月
号、159〜162ページ〕。複数のパツドを同時にボ
ンデイングするためには各パツドに加わる圧力が
均一でなければならない。このため本方式ではビ
ーム・リードに弾力性を持たせることにより、各
ビーム・リードとパツド間の圧力が均一になるよ
うにしている。
第2図cの拡散溶接も複数の第1および第2の
金属バンプに対して同時にボンデイングを行なう
から第1の能動層101と第2の能動層201の
接触面に垂直でしかも均一な圧力をかける必要が
ある。
金属バンプに対して同時にボンデイングを行なう
から第1の能動層101と第2の能動層201の
接触面に垂直でしかも均一な圧力をかける必要が
ある。
ところが、能動層101,201がいずれもシ
リコン単結晶、ガリウム砒素単結晶、石英、サフ
アイア等の硬い基板上に形成されているから、先
に述べたボンデイングやビームリード方式におけ
る加圧法では、殆ど均一に圧力をかけることがで
きない。この結果、各機能層表面に設けられた金
属バンプ同士が全面にわたつて十分で拡散溶接さ
れず、部分的に各機能層間が電気的に接続されな
かつたり接合面の抵抗が不均一になるといつた問
題が発生しやすい。
リコン単結晶、ガリウム砒素単結晶、石英、サフ
アイア等の硬い基板上に形成されているから、先
に述べたボンデイングやビームリード方式におけ
る加圧法では、殆ど均一に圧力をかけることがで
きない。この結果、各機能層表面に設けられた金
属バンプ同士が全面にわたつて十分で拡散溶接さ
れず、部分的に各機能層間が電気的に接続されな
かつたり接合面の抵抗が不均一になるといつた問
題が発生しやすい。
本発明は上記欠点を解消し、各能動層表面に設
けられた複数の金属バンプ同士を完全に拡散溶接
するために均一に圧力を加える方法を提供するも
のである。
けられた複数の金属バンプ同士を完全に拡散溶接
するために均一に圧力を加える方法を提供するも
のである。
本発明はトランジスタ、抵抗、コンデンサ等の
機能素子が形成されている第1および第2の能動
層の表面にそれぞれ複数個の第1および第2の金
属バンプを設け、次に該第1の能動層と該第2の
能動層との表面を互いに対向させて対応する第1
および第2の金属バンプの位置を目合わせにより
一致させ、第1および第2の金属バンプを拡散溶
接法により接着して多層構造集積回路を製造する
工程において固定支持具に設けた平坦面上に、す
でに前記工程にて目合せが施工された第1および
第2の能動層を第1の能動層が下になるように上
下に設置し、次に第1の能動層の上に設けられて
いる第2の能動層の表面上に、上下面が平行な平
坦面を持つ緩衝ブロツクを配置し、さらに、該緩
衝ブロツクの上面に硬球を介して可動支持具を設
置し、しかる後、固定支持具と可能支持具の間に
圧力をかけながら加熱することを特徴とする半導
体装置の製造方法である。
機能素子が形成されている第1および第2の能動
層の表面にそれぞれ複数個の第1および第2の金
属バンプを設け、次に該第1の能動層と該第2の
能動層との表面を互いに対向させて対応する第1
および第2の金属バンプの位置を目合わせにより
一致させ、第1および第2の金属バンプを拡散溶
接法により接着して多層構造集積回路を製造する
工程において固定支持具に設けた平坦面上に、す
でに前記工程にて目合せが施工された第1および
第2の能動層を第1の能動層が下になるように上
下に設置し、次に第1の能動層の上に設けられて
いる第2の能動層の表面上に、上下面が平行な平
坦面を持つ緩衝ブロツクを配置し、さらに、該緩
衝ブロツクの上面に硬球を介して可動支持具を設
置し、しかる後、固定支持具と可能支持具の間に
圧力をかけながら加熱することを特徴とする半導
体装置の製造方法である。
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。第1図は、本発明による拡散溶接方法を
断面図を用いて示したものである、第1図aは、
第2図bの工程において、目合せ後互いに接触さ
せた第1の能動層101および第2の能動層20
1を固定支持具301に設置した図である。鉄な
どでできた固定支持具301上は、その表面が研
磨等により平坦に仕上げられており、第1の機能
層101の裏面と301の表面とが十分密着でき
るようになつている。また301の表面に第1の
能動層101等を固定する真空チヤツク孔やガイ
ド治具等が設けられていてもよい。次に第1図b
に示すように、第2の能動層201の裏面に少な
くとも第2の能動層裏面全面を覆う鉄、あるいは
ステンレス等の緩衝金属ブロツク302を設置
し、さらに緩衝金属ブロツク302上に鉄などの
硬球303を設置する。緩衝金属ブロツク302
の第2の能動層201の裏面と接触する面および
硬球303と接触する面とは互い平行でしかも平
坦に仕上げられている必要がある。また、緩衝金
属ブロツク302と硬球303との接触点は、第
2の能動層201の裏面中央付近になるように関
係位置を設定する。最後に、第1図cに示すよう
に、硬球303の上から可動支持具304を介し
て圧力装置305を圧下して硬球303を押しつ
けながら、所定時間加熱する。圧力装置305
に、ねじの締めつけトルク力を用いるものや、空
圧、油圧コンプレツサを用いれば、圧力を自由に
加圧力を制御できる。金属バンプ104,204
が金でできている場合の圧力、温度、時間の一例
としては、それぞれ、3Kg/mm2、300℃、30分で
ある。
明する。第1図は、本発明による拡散溶接方法を
断面図を用いて示したものである、第1図aは、
第2図bの工程において、目合せ後互いに接触さ
せた第1の能動層101および第2の能動層20
1を固定支持具301に設置した図である。鉄な
どでできた固定支持具301上は、その表面が研
磨等により平坦に仕上げられており、第1の機能
層101の裏面と301の表面とが十分密着でき
るようになつている。また301の表面に第1の
能動層101等を固定する真空チヤツク孔やガイ
ド治具等が設けられていてもよい。次に第1図b
に示すように、第2の能動層201の裏面に少な
くとも第2の能動層裏面全面を覆う鉄、あるいは
ステンレス等の緩衝金属ブロツク302を設置
し、さらに緩衝金属ブロツク302上に鉄などの
硬球303を設置する。緩衝金属ブロツク302
の第2の能動層201の裏面と接触する面および
硬球303と接触する面とは互い平行でしかも平
坦に仕上げられている必要がある。また、緩衝金
属ブロツク302と硬球303との接触点は、第
2の能動層201の裏面中央付近になるように関
係位置を設定する。最後に、第1図cに示すよう
に、硬球303の上から可動支持具304を介し
て圧力装置305を圧下して硬球303を押しつ
けながら、所定時間加熱する。圧力装置305
に、ねじの締めつけトルク力を用いるものや、空
圧、油圧コンプレツサを用いれば、圧力を自由に
加圧力を制御できる。金属バンプ104,204
が金でできている場合の圧力、温度、時間の一例
としては、それぞれ、3Kg/mm2、300℃、30分で
ある。
以上述べた方法の特徴は、硬球303と緩衝金
属ブロツク302とが接触する部分が常に一点で
あるため、圧力装置305の加圧方向が第2の能
動層201の裏面に垂直でなくとも、緩衝金属ブ
ロツク302では、圧力の方向が201の裏面に
垂直な方向に修正されること、更に、緩衝金属ブ
ロツク302と硬球303との接触点に集中され
ていた圧力が、第2の能動層201の裏面と、緩
衝金属ブロツク302との接触面において一様に
分散されることにある。この結果、第1の能動層
と第2の能動層との接触面には常に垂直でしかも
一様な圧力がかかるから第1および第2の能動層
表面に設けられた複数の金属バンプが一様に拡散
溶接される。
属ブロツク302とが接触する部分が常に一点で
あるため、圧力装置305の加圧方向が第2の能
動層201の裏面に垂直でなくとも、緩衝金属ブ
ロツク302では、圧力の方向が201の裏面に
垂直な方向に修正されること、更に、緩衝金属ブ
ロツク302と硬球303との接触点に集中され
ていた圧力が、第2の能動層201の裏面と、緩
衝金属ブロツク302との接触面において一様に
分散されることにある。この結果、第1の能動層
と第2の能動層との接触面には常に垂直でしかも
一様な圧力がかかるから第1および第2の能動層
表面に設けられた複数の金属バンプが一様に拡散
溶接される。
以上の説明では一例として特定の材料について
示したが、これに限らない。例えば、金属バンプ
としては、金の外に、アルミニウム、銅等が考え
られる。また、固定支持台、緩衝ブロツク、硬球
等の材質としては、鉄やステンレスの他に、黄
銅、チタン合金、フアインセラミツクス等も適し
ている。更に、第1および第2の能動層を、一層
の機能素子層として説明したが、シリコン・オ
ン・インシユレータ(SOI)等を用いた2層以上
の機能素子層が設けられていてもかまわない。
示したが、これに限らない。例えば、金属バンプ
としては、金の外に、アルミニウム、銅等が考え
られる。また、固定支持台、緩衝ブロツク、硬球
等の材質としては、鉄やステンレスの他に、黄
銅、チタン合金、フアインセラミツクス等も適し
ている。更に、第1および第2の能動層を、一層
の機能素子層として説明したが、シリコン・オ
ン・インシユレータ(SOI)等を用いた2層以上
の機能素子層が設けられていてもかまわない。
以上述べた様に、本発明方法によれば広い面積
にわたつて一様に圧力をかけながら、加熱し、2
つの能動層表面の金属バンプ同士を均一に接着さ
れた多層構造集積回路が実現できる。また、本発
明によれば、2種類の硬い基板上に形成された金
属バンプ同士の接続を可能とするため、例えば、
配線パターンのみ形成されているセラミツク基板
上に複数の集積回路チツプを実装する高密度実装
技術に広く応用できる効果を有するものである。
にわたつて一様に圧力をかけながら、加熱し、2
つの能動層表面の金属バンプ同士を均一に接着さ
れた多層構造集積回路が実現できる。また、本発
明によれば、2種類の硬い基板上に形成された金
属バンプ同士の接続を可能とするため、例えば、
配線パターンのみ形成されているセラミツク基板
上に複数の集積回路チツプを実装する高密度実装
技術に広く応用できる効果を有するものである。
第1図a〜cは、本発明の製造方法を工程順に
示す断面図、第2図a〜cは従来の多層構造集積
回路の製造工程を示す断面図である。 101は第1の能動層、102,103,10
4は、それぞれ第1の能動層101を構成する基
板、機能素子層、および第1の金属バンプ、20
1は第2の能動層、202,203,204はそ
れぞれ第2の能動層201を構成する基板、機能
素子層、および第2の金属バンプ、301は固定
支持具、302は緩衝金属ブロツク、303は硬
球、304は可動支持具、305は圧力装置であ
る。
示す断面図、第2図a〜cは従来の多層構造集積
回路の製造工程を示す断面図である。 101は第1の能動層、102,103,10
4は、それぞれ第1の能動層101を構成する基
板、機能素子層、および第1の金属バンプ、20
1は第2の能動層、202,203,204はそ
れぞれ第2の能動層201を構成する基板、機能
素子層、および第2の金属バンプ、301は固定
支持具、302は緩衝金属ブロツク、303は硬
球、304は可動支持具、305は圧力装置であ
る。
Claims (1)
- 1 トランジスタ、抵抗、コンデンサ等の機能素
子が形成されている第1および第2の能動層の表
面にそれぞれ複数個の第1および第2の金属バン
プを設け、次に該第1の能動層と該第2の能動層
との表面を互いに対向させて対応する第1および
第2の金属バンプの位置を目合せにより一致さ
せ、第1および第2の金属バンプを拡散溶接法に
より接着して多層構造集積回路を製造する工程に
おいて、固定支持具に設けた平坦面上に、すでに
前記工程にて目合せが施された第1および第2の
能動層を第1の能動層が下になるように上下に設
置し、次に第1の能動層の上に設けられている第
2の能動層の裏面上に、上下面が平行な平坦面を
持つ緩衝金属ブロツクを設置し、さらに、該緩衝
金属ブロツクの上面に硬球を介して可動支持具を
設置し、しかる後、固定支持具と可動支持具の間
に圧力をかけながら加熱することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59237915A JPS61116849A (ja) | 1984-11-12 | 1984-11-12 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59237915A JPS61116849A (ja) | 1984-11-12 | 1984-11-12 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61116849A JPS61116849A (ja) | 1986-06-04 |
| JPH0519814B2 true JPH0519814B2 (ja) | 1993-03-17 |
Family
ID=17022328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59237915A Granted JPS61116849A (ja) | 1984-11-12 | 1984-11-12 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61116849A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02252250A (ja) * | 1989-03-27 | 1990-10-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体チップ端子接続用フィルムおよび半導体チップ端子接続方法 |
-
1984
- 1984-11-12 JP JP59237915A patent/JPS61116849A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61116849A (ja) | 1986-06-04 |
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