JP2005285865A - 多数個取り配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミック母基板を各配線基板領域に分割する際に、貫通孔の内面に被着されたメタライズ層が剥がれることのない多数個取り配線基板を提供すること。
【解決手段】 多数個取り配線基板は、四角枠状の配線基板領域３が縦横に配列形成されたセラミック母基板２の主面に配線基板領域３の境界に沿って分割溝９が設けられるとともに、内面の全面にメタライズ層６が被着された複数個の貫通孔４が分割溝９をまたがるようにして形成されている多数個取り配線基板であって、メタライズ層６は、横断面において分割溝９から最も遠い部位が最も厚く分割溝９に接する部位が最も薄くなるように厚みが全周にわたって漸次変化している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、広面積のセラミック母基板に各々が半導体素子や水晶振動子等の電子部品を搭載するための小型の配線基板となる多数の配線基板領域を縦横の並びに一体的に配列形成して成る多数個取り配線基板に関するものである。

従来、ＬＳＩや水晶振動子等の電子部品を搭載し収容するための小型の配線基板は、上面の中央部に電子部品を収容する凹部を有する絶縁基体と、凹部の内側から側面にかけて導出された配線導体と、絶縁基体の側面に、配線導体の導出端部分に接続するようにして形成されたメタライズ層（側面導体）とを具備する。なお、この側面のメタライズ層は、通常、絶縁基体の側面に、上下方向に形成された溝の内面に被着形成される。

この小型の配線基板は、一般に、このような配線基板となる四角形状の配線基板領域を、セラミック母基板に縦横に配列形成して成る多数個取り配線基板の形態で形成され、セラミック母基板を各配線基板領域の境界に沿って分割することにより製作されている。

多数個取り配線基板は、図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ平面図およびＹ−Ｙ’線での断面図で示すように、例えば酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成る二層の絶縁層を積層してなるセラミック母基板３２の上面中央部に、電子部品を搭載するための凹部３１が形成された配線基板領域３３が複数縦横に配列形成されて成る構造である。

各配線基板領域３３の境界に沿って分割溝３９が形成されており、この分割溝３９にまたがるようにして横断面が円形状等の貫通孔３４が複数個形成され、貫通孔３４の内面にはメタライズ層３６が被着されている。

メタライズ層３６は、例えば、凹部３１の内面から貫通孔３４にかけて導出された配線導体３５と接続され、隣り合う配線基板領域３３の間で互いの配線導体３５同士を電気的に接続する機能や、配線導体３５を絶縁基体の下面側に導出する機能等を有している。

隣り合う配線基板領域３３の間で、互いに配線導体３５同士を電気的に接続するのは、配線導体３５の露出表面に酸化防止等のためのめっき層を電解めっき法で被着させるような場合に、めっき用の電流を各配線基板領域３３の配線導体３５に通電し供給すること等のためである。

また、通常、セラミック母基板３２の下面の外周にはメタライズ層３６と接続されるようにして外部接続用導体３７が形成されている。さらに、各配線基板領域３３のうち、凹部３１を取り囲む上面部分には、金属製の蓋体（図示せず）を接合して凹部３１を封止するための、封止用メタライズ層３８が形成されている。

そして、多数個取り配線基板を各絶縁基体３１となる領域毎に分割することによって、各領域の境界上に形成された貫通孔３４の内面のメタライズ層３６が縦に２分割され、内面にメタライズ層３６を有する溝から成る側面導体が形成された配線基板が製作される。

このような配線基板は、凹部３１内に電子部品（図示せず）を収容するとともに、電子部品の電極を凹部３１底面の配線導体３５にボンディングワイヤや導電性接着剤を介して電気的に接続し、しかる後、封止用メタライズ層３８に蓋体を凹部３１を塞ぐようにして接合させ、凹部３１内に電子部品を気密に収容することによって製品としての電子装置となり、この電子装置は、外部接続用導体３７を外部の電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより外部電気回路基板に実装されるとともに、収容する電子部品の電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

多数個取り配線基板は、通常、酸化アルミニウム等の原料粉末をシート状に成形したセラミックグリーンシート（以下、単にグリーンシートともいう）を複数枚準備し、このグリーンシートの一部のものについて打ち抜き加工を施して凹部３１を形成するための開口を設けるとともに、配線基板領域３３の境界にまたがる貫通孔３４を形成し、次に、グリーンシートの表面および貫通孔３４の内面にタングステン等の金属粉末ペーストを所定の配線導体のパターンに印刷し、その後、これらのグリーンシートを順に積層、焼成することによって製作される。

なお、貫通孔３４の内面に被着したメタライズ層３６の形成は、真空吸引を併用した周知のスクリーン印刷法等により行われており、例えば、印刷して貫通孔３４内に充填された金属粉末ペーストをセラミック母基板３２の下側から吸引して金属粉末ペーストの一部を除去することにより、金属粉末ペーストの残部を貫通孔３４の内面に被着させることができる。この金属粉末ペースト（メタライズ層３６）の厚みは、図４に示すように、全周にわたってほぼ同じ厚みとなっていた。図４は、図３に示した多数個取り配線基板を分割して形成した配線基板領域３３のうち、メタライズ層３６（貫通孔３４を二分割してできた溝３９の内面に被着されている）の部分を拡大した斜視図であり、図３と同じ部位には同じ符号を付している。
特開２０００−６８４１４号公報

しかしながら、このような多数個取り配線基板は、近時の電子装置に対する小型化の要求に伴い、各配線基板領域３３の大きさが数ｍｍ角程度の小さなものとなってきており、それに伴って封止用メタライズ層３８の幅も、例えば３００μｍ以下と非常に狭いものとなり、封止用メタライズ３８に対する蓋体（図示せず）の良好な接合強度を確保するためには、封止用メタライズ３８の幅が限界となってきている。そのため、さらに配線基板領域３３を小さくしようとすると、配線基板領域３３の境界に形成した複数個の貫通孔３４の大きさを小さくしなければならなくなってきた。

この貫通孔３４の大きさが小さいものとなると貫通孔３４の内面に被着されたメタライズ層３６の面積が小さくなる。通常、貫通孔３４の内面に被着されたメタライズ層３６は、その厚みが１０〜１５μｍ程度で形成されており、メタライズ層３６の面積が小さくなると密着強度（メタライズ層を絶縁基体から引き剥がすために必要な力）が弱くなることから、セラミック母基板３２を各配線基板領域３３に個片状に分割する際に、隣り合う配線基板領域３３同士の境界部分で、それぞれの配線基板領域３２側に引っ張られるような方向に応力が作用するため、貫通孔３４の内面に被着形成されたメタライズ層３６が剥がれて、このメタライズ層３６に、断線が生じたり、剥がれたメタライズ層３６が隣り合うメタライズ層間を電気的に短絡する等の不具合が発生するという問題点があった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、配線基板の小型化に応じて、メタライズ層が被着された貫通孔が小さくなったとしても、セラミック母基板を各配線基板領域に分割する際に、貫通孔の内面に被着形成されたメタライズ層の剥がれを効果的に防止することができるとともに、貫通孔の内面に被着形成されたメタライズ層の剥がれによる断線やメタライズ層間の短結等の発生がない多数個取り配線基板を提供することにある。

本発明の多数個取り配線基板は、四角形状の配線基板領域が縦横に配列形成されたセラミック母基板の主面に前記配線基板領域の境界に沿って分割溝が設けられるとともに、内面の全面にメタライズ層が被着された複数個の貫通孔が前記分割溝をまたがるようにして形成されている多数個取り配線基板であって、前記メタライズ層は、横断面において前記分割溝から最も遠い部位が最も厚く前記分割溝に接する部位が最も薄くなるように厚みが全周にわたって漸次変化していることを特徴とするものである。

また、本発明の多数個取り配線基板は、好ましくは、前記メタライズ層は、全周にわたる横断面形状が前記分割溝の延長線に対して線対称であることを特徴とするものである。

また、本発明の多数個取り配線基板は、好ましくは、前記セラミック母基板は、その外周部に前記配線基板領域の全体を取り囲むように捨て代領域が形成されており、該捨て代領域は、その内部に前記配線基板領域の主面に形成された配線導体に前記貫通孔を介して電気的に接続された、前記配線基板領域の全体を取り囲む前記枠状導体層が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の多数個取り配線基板によれば、メタライズ層は、横断面において分割溝から最も遠い部位が最も厚く分割溝に接する部位が最も薄くなるように厚みが全周にわたって漸次変化していることから、厚肉部（メタライズ層の厚さの厚い、分割溝から遠い部位）によってメタライズ層の皮膜としての強度を強くすることができ、セラミック母基板を各配線基板領域に分割する際に、隣り合う配線基板領域が両側へ引っ張られることにより発生するメタライズ層の剥がれを防止することができる。また、薄肉部（メタライズ層の厚さの薄い、分割溝に接した部位）によりセラミック母基板を分割する際、メタライズ層を良好に縦に二分割することができ、亀裂がメタライズ層とセラミック母基板との界面に進行してメタライズ層が剥がれるのを有効に抑制することができる。

また、本発明の多数個取り配線基板は、好ましくは、メタライズ層は、全周にわたる横断面形状が分割溝の延長線に対して線対称であることから、隣り合う配線基板領域の貫通孔の内壁に被着形成されたメタライズ層同士の皮膜強度を均一とすることができるため、よりいっそう効果的に隣り合う配線基板領域が両側へ引っ張られることにより発生するメタライズ層の剥がれを防止することができる。

また、本発明の多数個取り配線基板は、好ましくは、セラミック母基板は、その外周部に配線基板領域の全体を取り囲むように捨て代領域が形成されており、捨て代領域は、その内部に配線基板領域の主面に形成された配線導体に貫通孔を介して電気的に接続された、配線基板領域の全体を取り囲む枠状導体層が形成されていることから、捨て代領域によりセラミック母基板の取り扱いがより容易なものとなるとともに、その捨て代領域に形成された枠状導体層を介して、四角枠状の配線基板領域が縦横に配列形成されたセラミック母基板を電気的に一体に接続することが可能となり、配線基板領域の各配線導体に均一にめっきを被着形成することがより一層容易に可能となる。また、セラミック母基板の主面に前記配線基板領域の境界に沿って分割溝を形成したとしても、配線基板領域（配線導体等）と捨て代領域に形成された枠状導体層とはメタライズ層が被着された貫通孔により接続されており、分割溝の深さに関係なく安定した電気的接続とすることができる。

次に、本発明の多数個取り配線基板について、添付の図面を基に詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の多数個取り配線基板の実施の形態の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。また、図２は図１に示す多数個取り配線基板を分割して形成した配線基板領域のメタライズ層部分の拡大斜視図である。図中、１は電子部品を収納するための凹部、２は四角形状の配線基板領域を縦横に配列形成したセラミック母基板、３は配線基板領域、４は配線基板領域３の境界をまたがるように形成された貫通孔、５は配線導体、６は貫通孔４の内面に被着されたメタライズ層、１０は貫通孔４が二分割されることにより形成された溝である。

セラミック母基板２は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミック材料から成り、例えば、このようなセラミック材料から成る複数の絶縁層を積層することにより形成されている。

セラミック母基板２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の原料粉末を有機溶剤，バインダーとともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製し、このセラミックグリーンシートに打抜き加工を施して所定の形状、寸法に加工するとともに上下に積層して積層体となし、高温（１５００〜１６００℃程度）で焼成することにより形成される。

セラミック母基板２には、配線基板領域３が縦横に配列され、これらの境界線に沿って分割溝９が形成されている。そして、この分割溝９に沿ってセラミック母基板２に応力を加え、破断させることにより、各配線基板領域３に分割される。

この分割溝９は、通常、セラミック母基板２の上下面に、それぞれ平面視で同じ位置となるように形成されている。これは、セラミック母基板２の各配線基板領域３をバリやカケ等の不具合を生じることなく確実に分割するためである。

このような分割溝９はセラミック母基板２の各絶縁層となるセラミックグリーンシート積層体の上下面に、カッター刃や金型を押し当てて切り込みを入れる等の方法で形成される。また、分割溝９の深さは、分割時のクラックやバリ、カケを防止するために、セラミック母基板２のセラミック絶縁層の厚みに対して、その深さが２０〜７０％程度に設定される。なお、セラミック母基板２を取り扱い中に配線基板領域３に分割されるのを防止するため、分割溝９はセラミック母基板２の厚みの中央に達しないように形成される。

この配線基板領域３は、電子部品（図示せず）を気密に収容する機能をなし、通常、四角箱状であり、その上面中央部に電子部品を搭載するための搭載部を有しているとともに、その外周部に上面視で半円状の溝１０を有している。

このような溝１０は、セラミック母基板２に、分割溝９にまたがるようにして貫通孔４を形成しておくことにより形成される。つまり、各配線基板領域３に分割される際に貫通孔４も二分割されて溝１０となる。

また、配線基板領域３の凹部１の内側から側面の貫通孔４にかけて配線導体５が被着されており、この配線導体５のうち凹部１の内側に露出する部位には電子部品の電極がボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。

配線導体５は、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属材料から成り、例えば、タングステンから成る場合であれば、タングステンのペーストを配線基板領域３の各絶縁層となるセラミックグリーンシートの表面に所定パターンに印刷塗布しておき、一体焼成することにより形成することができる。

さらに、貫通孔４内の内面にはメタライズ層６が被着されており、配線導体５と同様の金属材料が用いられる。

このメタライズ層６は、隣り合う配線基板領域３の配線導体５同士を互いに電気的に接続する機能をなす。

隣り合う配線基板領域３の間で、互いに配線導体５同士を電気的に接続するのは、後述するように配線導体５の露出表面に酸化防止等のためのめっき層を電解めっき法で被着させるような場合に、めっき用の電流を各配線基板領域３の配線導体５に通電し供給すること等のためである。そのため、メタライズ層６は、貫通孔４の内周に、隣り合う配線基板領域３の間で連続させて形成する必要がある。

また、このメタライズ層６は配線導体５と外部接続用導体７とを接続するための導体としても機能し、外部接続用導体７を外部電気回路基板の回路導体に半田等を介して接続することにより内部に収容されるとともに配線導体５と接続された電子部品が、配線導体５と貫通孔４の内面に被着されたメタライズ層６と外部接続用導体７とを介して外部電気回路に電気的に接続されるようになっている。

また、配線基板領域３の上面の外周には凹部１を取り囲むようにして四角枠状の封止用メタライズ層８が被着されており、この封止用メタライズ層８はメタライズ層６の少なくとも一つに接続されている。

封止用メタライズ層８は、配線基板領域３の上に蓋体（図示せず）を接合させるための下地金属として機能し、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る四角平板状の蓋体を封止用メタライズ層８にろう材を介して接合することにより、配線基板領域３上に蓋体が接合される。なお、封止用メタライズ層８はメタライズ層６の一つに接続されていることにより、例えば電気的に接地されることが可能となる。

ここで、図２に示すように、メタライズ層６は横断面において分割溝から最も遠い部位が最も厚く、また分割溝の接する部位が最も薄くなるように厚みが全周にわたって漸次変化するように形成されている。

これにより、厚肉部（メタライズ層６の厚さの厚い、分割溝から遠い部位）によってメタライズ層６の皮膜としての強度を強くすることができ、セラミック母基板２を各配線基板領域３に分割する際に、隣り合う配線基板領域３が両側へ引っ張られることにより発生するメタライズ層６の剥がれを防止することができる。また、メタライズ層６の薄肉部（メタライズ層６の厚さの薄い、分割溝に接する部位）によって、セラミック母基板２を分割する際、メタライズ層６を良好に縦に二分割することができ、亀裂がメタライズ層６とセラミック母基板２との界面に進行してメタライズ層６が剥がれるのを有効に抑制することができる。

この場合、セラミック母基板２を各配線基板領域３に分割する際に、分割溝９の先端部から進行した亀裂をメタライズ層６の最も薄く形成された部位に直線的に進行させることができるので、亀裂の進行方向が曲げられることなく良好に縦に二分割させることができる。その結果、亀裂の進行がばらつくことがないので、よりいっそう確実にメタライズ層６の剥がれを防止することができる。これは、一旦亀裂の方向が決まってしまえば、その亀裂はその方向に進行しようとする性質があるためである。

よって、貫通孔４の内面のメタライズ層６は、上面の分割溝９の先端部から対向する分割溝９の先端部へ分割されることとなり、メタライズ層６の剥がれを効果的に防止する効果がある。

また、セラミック母基板２を各配線基板領域３に分割する際に、分割溝９の先端部から進行した亀裂が対向する分割溝９の先端部方向に進行するまでに蛇行したとしても、貫通孔４の内面に被着されたメタライズ層６は横断面において分割溝９から最も遠い部位に向かって厚く形成されるように厚肉部が設けられており皮膜としての強度を有していることから、貫通孔４の内面から剥がれてめくれ上がることがない。

なお、配線導体５やメタライズ層６、外部接続用導体７および封止用メタライズ層８は、その露出表面にニッケル、金等のめっき層を被着させておくことが好ましい。これにより、配線導体５やメタライズ層６、外部接続用導体７および封止用メタライズ層８の酸化を効果的に防止することができるとともに、配線導体５に対するボンディングワイヤのボンディング性や、封止用メタライズ層に対するろう材の濡れ性等を向上させることができ、より一層、電子部品の電気的接続等の信頼性に優れた配線基板を形成することが可能な多数個取り配線基板とすることができる。

このようなめっき層は、多数個取り配線基板をめっき用治具で保持し、めっき液中で、治具の端子から配線導体５に電気的導通を取ってめっき用の電流を供給することにより形成される。

また、メタライズ層６は、全周にわたる横断面形状が分割溝９の延長線に対して線対称であることが好ましい。これにより、隣り合う配線基板領域３の貫通孔４の内壁に被着形成されたメタライズ層６同士の皮膜強度を均一とすることができるため、よりいっそう効果的に隣り合う配線基板領域３が両側へ引っ張られることにより発生するメタライズ層６の剥がれを防止することができる。

このように、各絶縁層の貫通孔４の内面に薄肉部と厚肉部とを有するメタライズ層６を形成する方法としては、例えば以下のようにして作製される。先ず、各絶縁層となるセラミックグリーンシートの所定の位置に貫通孔４となる貫通孔を形成した後、このセラミックグリーンシートを貫通孔が印刷テーブルに設けられた吸引孔と一致するように印刷テーブルに載置する。しかる後、セラミックグリーンシートの貫通孔の上側に、スクリーン印刷用の製版に形成された楕円状の開口孔とセラミックグリーンシートの貫通孔とが重なるとともに楕円状の開口孔の短径が分割溝９と直交するように位置決めしてスクリーン印刷用の製版を載置する。そして、タングステン等のメタライズペーストを貫通孔４に流し込みながら印刷テーブルの吸引孔からメタライズペーストの一部を吸引除去することで形成することができる。

このとき、使用するメタライズペーストの粘度を調整することにより、セラミックグリーンシートの分割溝９から最も遠い部位が厚くなるように、分割溝９に接する部位が最も薄くなるように形成することができる。例えば、印刷後に貫通孔の内部に被着されるメタライズ層６の厚みを分割溝９から最も遠い部位で３０〜４０μｍ、分割溝９に接する部位で１０〜１５μｍ程度となるようにするために、配線導体５を形成するメタライズペーストよりも粘度の高いものを使用すれば良い。そして、これらのセラミックグリーンシートを複数枚積層して焼成することにより、上記の貫通孔が重なって貫通孔４となり、その内面には横断面において分割溝から最も遠い部位が最も厚く分割溝９に接する部位が最も薄くなるように厚みが全周にわたって漸次変化してメタライズ層６が被着形成される。

ここで、各絶縁層の貫通孔４の内面に被着形成するメタライズ層６の厚みは、分割溝９から最も遠い部位で３０〜４０μｍ、また、分割溝９に接する部位で１０〜１５μｍ程度であるのが望ましい。１０μｍ未満だと、各絶縁層に形成された配線導体５とメタライズ層６とを電気的に確実に接続することが難しくなる。また、４０μｍを超えるとメタライズ層６が形成された後の見かけ上の開口径が小さくなり、貫通孔４の内面に形成されたメタライズ層６にめっき液が充分に循環されなくなるため、めっきが被着され難くなるためである。

また、本発明の多数個取り配線基板において、セラミック母基板２は、その外周部に配線基板領域３の全体を取り囲むように捨て代領域１１が形成されており、捨て代領域１１は、その内部に配線基板領域３の主面に形成された配線導体５に貫通孔４を介して電気的に接続された、配線基板領域３の全体を取り囲む枠状導体層１２が形成されていることが好ましい。

捨て代領域１１によりセラミック母基板２の取り扱いがより容易なものとなるとともに、その捨て代領域１１に形成された枠状導体層１２を介して、四角枠状の配線基板領域３が縦横に配列形成されたセラミック母基板２を電気的に一体に接続することが可能となり、配線基板領域３の各配線導体５に均一にめっきを被着形成することがより一層容易に可能となる。また、セラミック母基板２の主面に配線基板領域３の境界に沿って分割溝を形成したとしても、配線基板領域３（配線導体５等）と捨て代領域１１に形成された枠状導体層１２とはメタライズ層６が被着された貫通孔４により接続されており、分割溝の深さに関係なく安定した電気的接続とすることができる。

例えば、枠状導体層１２からセラミック母基板２の側面にめっき用の引き出し線を導出形成し、この引き出し線の導出部分にめっき用治具の端子を接続することにより、枠状導体層１２を介して各配線基板領域３の配線導体５にめっき用の電流を一括して供給することができる。

かくして、本発明の多数個取り配線基板によれば、セラミック母基板２を各配線基板領域３に分割する際に、隣り合う配線基板領域３が両側へ引っ張られることにより発生するメタライズ層６の剥がれを効果的に防止することができることから、貫通孔４の内面のメタライズ層６の剥がれに起因する断線やショートが防止され、電気的信頼性に優れた電子装置とすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更、改良を施すことは何ら差し支えない。

（ａ）本発明の多数個取り配線基板の実施の形態の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の多数個取り配線基板のＸ−Ｘ’線における断面図である。 図１の多数個取り配線基板を分割して形成した配線基板領域のメタライズ層部分の拡大斜視図である。 （ａ）従来の多数個取り配線基板の平面図、（ｂ）は（ａ）の多数個取り配線基板のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図３の多数個取り配線基板を分割して形成した配線基板領域のメタライズ層部分の拡大斜視図である。

符号の説明

２・・・・・セラミック母基板
３・・・・・配線基板領域
４・・・・・貫通孔
５・・・・・配線導体
６・・・・・メタライズ層
９・・・・・分割溝
１１・・・・捨て代領域
１２・・・・枠状導体層

Claims (3)

1. 四角形状の配線基板領域が縦横に配列形成されたセラミック母基板の主面に前記配線基板領域の境界に沿って分割溝が設けられるとともに、内面の全面にメタライズ層が被着された複数個の貫通孔が前記分割溝をまたがるようにして形成されている多数個取り配線基板であって、前記メタライズ層は、横断面において前記分割溝から最も遠い部位が最も厚く前記分割溝に接する部位が最も薄くなるように厚みが全周にわたって漸次変化していることを特徴とする多数個取り配線基板。
2. 前記メタライズ層は、全周にわたる横断面形状が前記分割溝の延長線に対して線対称であることを特徴とする請求項１記載の多数個取り配線基板。
3. 前記セラミック母基板は、その外周部に前記配線基板領域の全体を取り囲むように捨て代領域が形成されており、該捨て代領域は、その内部に前記配線基板領域の主面に形成された配線導体に前記貫通孔を介して電気的に接続された、前記配線基板領域の全体を取り囲む枠状導体層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の多数個取り配線基板。

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