(57)【要約】【課題】電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成可能な電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】電子デバイスの製造方法において、ベース材９の上下何れか一方の面に窪みを形成する工程（ａ）と、窪みに金属粒子２１を充填する工程（ｂ）と、ガラスよりも融点の低い金属粒子２１を加熱して溶融させる工程（ｃ）と、少なくとも窪みの底面が外部へ露出するようにベース材９を研磨することにより、研磨後のベース材９に金属粒子２１に基づく貫通電極２０を備えたベース１０を形成する工程（ｄ）と、を含むように構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製のベース材の上下何れか一方の面に窪みを形成する工程と、
前記窪みに金属粒子を充填する工程と、
前記ガラスよりも融点の低い金属粒子を加熱して溶融させる工程と、
少なくとも前記窪みの底面が外部へ露出するように前記ベース材を研磨することにより、研磨後のベース材に前記金属粒子に基づく貫通電極を備えたベースを形成する工程と、
前記ベースの上下何れか一方の面に、前記貫通電極の一端と当接するように内部配線を形成する工程と、
前記内部配線と電気的に導通するように前記ベースに電子部品を実装する工程と、
を備えることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記金属粒子は複数種類の金属から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記金属粒子は複数種類の粒子径からなる粒子が混在してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記金属粒子は直径１〜１００ナノメートルの粒子径からなる粒子を含み、当該金属粒子を構成する金属は、前記ガラスよりも融点が高いことを特徴とする請求項３に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項５】
１つの前記ベース上に複数の電子デバイスを一括形成した後、前記電子デバイスを個片化する工程を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記ベースと接合可能であり、接合した状態で前記ベースとともに外気と遮断された空洞部を形成するカバーを、前記ベースに接合して前記電子部品を前記空洞部に密封する工程と、
前記ベースの前記内部配線が形成された面と対向する面に、前記貫通電極の他端と当接するように外部電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子や圧電素子に代表される電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子は周波数特性に優れているため、デバイス、具体的にプリント基板実装部品の一つとして多用されている。ここで、上記水晶振動子の特性を安定させるには、外気の影響を遮断する必要があるので、密封容器に入れることが望ましい。このようなパッケージ構造の例としては、後述の「ガラス−セラミック複合体およびそれを用いたフラットパッケージ型圧電部品」などが知られている（特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１に記載のパッケージは、ベースに水晶振動子片を納め、キャップを被せてなる電子デバイスにおいて、水晶振動子片とほぼ同じ熱膨張率の材料であるセラミックとガラス粉末とを混合したものを用いて、パッケージが構成されることを特徴とする。しかし、このパッケージは、ガラス−セラミック複合体であるため、１個のベースに水晶振動子片を載せ、キャップを被せることによる単品生産によってなるため、生産性が著しく低い。加えて、このパッケージは、ガラス−セラミック複合体の加工が難しいため、生産コストが嵩む。
【０００４】
これらの欠点を解消するべく、パッケージを加工容易なガラスで製造する方法が提案されており、一例として、後述の「電子部品パッケージ」などが知られている（特許文献２）。
【０００５】
図６を用いて特許文献２記載の電子部品パッケージの概要を説明する。当該電子部品パッケージでは、ベース１１０に貫通孔を作製する工程（ａ）、貫通孔に低融点ガラスを流し込み、金属ピン１２０をはめ込む工程（ｂ）、金属ピン１２０を押し込むと共に、ガラス板を凹状に加工する工程（ｃ）、電極１３０を印刷によって形成する工程（ｄ）、水晶振動子等の部品１４０を金属ピン１２０に搭載する工程（ｅ）、封止材１５０を介してキャップ１６０とベース１１０を封止接合する工程（ｆ）を経て、電子デバイス１００が製造されている。ここで、（ｃ）の工程において、加熱温度をガラスの軟化点温度（約１０００℃）以上にしてガラスを溶着させることで、ベース１１０に密着固定した金属ピン１２０を得ることができるため、（ｆ）の工程で確実に機密性を保つことが可能となり、低コストで電子デバイス１００を製造できるというものである。
【０００６】
また、パッケージを加工容易なガラスで製造する他の例として、後述の「電子デバイスおよび製造方法」が知られている（特許文献３）。
【０００７】
図７を用いて特許文献３記載の電子デバイスの概要を説明する。当該電子デバイス２００では、絶縁基板２０８ａ，２０８ｂの貫通孔２０３ａ，２０３ｂに形成する貫通電極２０６ａ，２０６ｂとして、金属と無機材料からなる混合部材２０４ａ，２０４ｂと、金錫からなる合金部材２０５ａ，２０５ｂとから構成し、混合部材２０４ａ，２０４ｂを合金部材２０５ａ，２０５ｂにより蓋をするように構成した。これにより、貫通電極２０６ａ，２０６ｂの密閉性が向上するとともに、混合部材２０４ａ，２０４ｂと貫通孔２０３ａ，２０３ｂの側壁との間の接合性が向上し、かつ、混合部材２０４ａ，２０４ｂの空孔が充足されて外部からの不純物や水分の浸入が防止されるので密閉性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３０２０３４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９１９８号公報
【特許文献３】特開２０１１−４０４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のパッケージには、以下の問題がある。まず、特許文献２記載のパッケージにおいて、金属ピン１２０が短い場合や、または、押し込み量が少ない場合には、金属ピン１２０が低融点ガラスに包まれてしまう。このため、工程（ｄ）で形成する電極１３０と金属ピン１２０との電気的接続が十分に確保できないという問題がある。また、仮に設計通りに金属ピン１２０を押し込めたとしても、ベース１１０がガラスの軟化点以上の温度にさらされているため、ガラスが金属ピン１２０の先端をカバーする可能性がある。さらには、金属ピン１２０が約１０００℃の温度にさらされる結果、金属ピン１２０の周囲で酸化膜が成長し、電極１３０と電子部品１４０とが導通しなくなるという課題もある。また、特許文献３記載のパッケージでは、金属と無機材料からなる混合部材２０４ａ，２０４ｂを貫通電極２０６ａ，２０６ｂに用いているため、抵抗が高くなるという問題がある。そこで、本発明の課題は、これらの問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に記載の発明は、電子デバイスの製造方法であって、ガラス製のベース材の上下何れか一方の面に窪みを形成する工程と、前記窪みに金属粒子を充填する工程と、前記ガラスよりも融点の低い金属粒子を加熱して溶融させる工程と、少なくとも前記窪みの底面が外部へ露出するように前記ベース材を研磨することにより、研磨後のベース材に前記金属粒子に基づく貫通電極を備えたベースを形成する工程と、前記ベースの上下何れか一方の面に、前記貫通電極の一端と当接するように内部配線を形成する工程と、前記内部配線と電気的に導通するように前記ベースに電子部品を実装する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記金属粒子は複数種類の金属から構成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造であって、前記金属粒子は複数種類の粒子径からなる粒子が混在してなることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記金属粒子は直径１〜１００ナノメートルの粒子径からなる粒子を含み、当該金属粒子を構成する金属は、前記ガラスよりも融点が高いことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法であって、１つの前記ベース上に複数の電子デバイスを一括形成した後、前記電子デバイスを個片化する工程を備えることを特徴とする。これにより、本発明に係る電子デバイスを一括で製造することができ、電子デバイスの大量生産における製造時間及び工程の短縮及び低コスト化が図れる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記ベースと接合可能であり、接合した状態で前記ベースとともに外気と遮断された空洞部を形成するカバーを、前記ベースに接合して前記電子部品を前記空洞部に密封する工程と、前記ベースの前記内部配線が形成された面と対向する面に、前記貫通電極の他端と当接するように外部電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、貫通電極を形成する上で、ベース材に形成された窪みに金属粒子を充填した後、その金属粒子を加熱して溶融させる工程を用いており、金属ピンをはめ込む／押し込む工程を用いない。そのため、本発明では、金属ピンが低融点ガラスに包まれる事態や金属ピンの周囲に酸化膜が形成されるなどの事態を避けることができるので、電子部品と外部電極との電気的導通を安定して保つことができる。さらに、本発明では、金属粒子としてガラスよりも融点の低いものを用いているので、ガラス製のベース材がガラスの軟化点以上の温度にさらされることもない。加えて、本発明では、窪みに金属粒子を充填して溶融し、ベース材を研磨するだけで容易に貫通電極を形成することができる。
【００１７】
したがって、本発明は、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成できる電子デバイスの製造方法を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る電子デバイスの断面図である。
【図２】本発明に係る電子デバイスの製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る電子デバイスの貫通電極部分の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る電子デバイスの貫通電極部分の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る電子デバイスの別の製造工程を示す図である。
【図６】従来例の電子デバイスの製造工程を示す図である。
【図７】従来例の電子デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る電子デバイスの製造方法の第１の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電子デバイスの断面図である。電子デバイス１は、ガラス製のベース１０及びカバー６０で囲まれた、外気と遮断された空洞部に電子部品５０が搭載されている。そして、電子部品５０は、実装部４０、内部配線３０、貫通電極２０を介して、基板に実装される端子である外部電極７０と電気的に接続されている。ここで、カバー６０としては、ガラス製に限らず、例えば、電子デバイス１が圧力センサなどのＭＥＭＳデバイスの場合はシリコン製のもの等を用いることができる。また、カバー６０はアルミ製のものを用いることもできる。
【００２０】
図１に示す電子デバイス１は、電子部品５０として音叉型の水晶振動子片を搭載した水振動子、圧電素子、半導体回路、ＬＥＤ、各種センサなど、ベース１０上に搭載可能な各種の電子部品を搭載したものを含む。また、電子デバイス１は、電子部品としてＬＥＤなどを搭載する場合、カバー６０を有しなくてもよい。
【００２１】
貫通電極２０は、例えば、ＡｕＳｎなどの合金である。当該貫通電極２０は、ベース１０の高さ方向に亘って当該ベース１０を上下に貫くように設けられ、両端部に連接された内部配線３０と外部電極７０とを電気的に接続する。
【００２２】
内部配線３０、外部電極７０は、それぞれ金属膜で形成され、最表面が金、銀、白金等の貴金属を使用した層状からなる。ここで、貴金属は、イオン化傾向が小さく、耐腐食性があるため、内部配線３０、外部電極７０の長期的劣化を抑えることができるので、本願発明を用いた電子デバイス１の信頼性を向上させることができる。当該内部配線３０、外部電極７０は、各々ベース１０（及び貫通電極２０）の上下端部に配設される。なお、金属拡散を防ぐための拡散防止層として、貴金属で形成された表面層の下地にニッケル等の金属層を形成しても良い。また、内部配線３０、外部電極７０は、同一の材料を用いて形成することもできるが、異なる材料を用いて形成してもよい。
【００２３】
ところで、内部配線３０、外部電極７０の形成方法には、スパッタ法が一般的である。ただし、内部配線３０、外部電極７０は、めっき法を用いて形成してもよい。
【００２４】
また、内部配線３０の上面に形成した、内部配線３０と電子部品５０とを接続する実装部４０は、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、内部配線３０と電子部品５０とは、接続部である銀ペースト等の導電接着剤（実装部４０）を焼成して接合される。しかし、電子部品５０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、内部配線３０の最表面に金の膜（金膜）を形成した場合、電子部品５０上に形成した金バンプ（図示しない）を実装部４０として用いることができる。その場合、電子部品５０上に形成した金バンプと内部配線３０の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いて接合することができる。
【００２５】
また、外部電極７０は、基板実装時の応力を緩和する銀ペースト等の導電性接着剤で形成することもできる。
【００２６】
（電子デバイスの製造方法）
次に、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法を図２から図４を用いて説明する。図２から図４は、ウェハーレベルで作製され、最後にダイシング等で切断されて得られる電子デバイスの製造方法を示す図である。なお、本実施形態に係る電子デバイス１は、これに限定されず、はじめから個別パッケージで形成されてもよい。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る電子デバイス１の製造工程を示す図である。
図２（ａ）は、ベース材９に凹形状の窪みを形成する工程を説明するための図である。当該窪みは、サンドブラスト、レーザー加工、ドリル加工、熱プレス加工等で製造する。
【００２８】
図２（ｂ）は、上記凹形状の窪みに金属粒子２１を充填する工程を説明するための図である。本工程では、金属粒子２１として、ＡｕとＳｎの２種の粒子を充填する。金属粒子２１に使用する金属の種類としては、Ａｕ、Ｓｎに限らなく、例えば、Ｚｎ、Ｉｎ，Ｐｂ、Ｇｅ，Ｓｉなども用いることができる。また、充填する金属粒子２１は２種に限らず３種以上であってもよい。また、金属粒子のサイズ（粒子径）は単一である必要は無く、複数サイズのものを用いてもよい。この場合、窪みは最密充填に近い構造をとれるので、次工程での金属粒子２１の溶融時における体積減少を防ぐことができる。また、１〜１００ｎｍサイズの金属粒子２１を混在させることで、高融点金属からなる金属粒子２１を用いた場合であっても、サイズ効果により金属粒子２１が低融点化するため、窪みの充填に使用できる。
【００２９】
図２（ｃ）は、金属粒子２１を加熱させて、合金２２を得る工程を説明するための図である。本工程では、金属粒子２１としてガラスの融点より低い金属を溶融することで合金２２を得ている。この合金２２は電子デバイス１の実装時の温度より高い融点であればよく、例として、ＡｕＳｎ合金があげられる。
【００３０】
図２（ｄ）は、ベース材９の研磨工程を説明するための図である。少なくとも窪みの底面が外部へ露出するように（具体的には、ベース材９の上下の面と合金２２の上下端面とが同じ高さ位置で且つ平行な面となるように）ベース材９を研磨することにより、窪みに充填された合金２２が、貫通電極２０として機能する。また、貫通電極２０を備えた研磨後のベース材９がベース１０となる。ここで、図３、図４は、図２（ｃ）の状態での貫通電極２０となる部分を拡大した図である。具体的には、図３は、窪みに充填された合金２２の一部がベース材９の上面よりも上方に突出した状態を示す図である。一方、図４は、窪みに充填された合金２２の上端面がベース材９の上面に対して凹状に形成された状態を示す図である。そして、この図３又は図４に示す状態において、ベース材９の上下の面と合金２２の上下端面とが同じ高さ位置で且つ平行な面となるように、図３又は図４に示す破線位置までベース材９を上下面から研磨することにより、合金２２の状態（窪みへの形成のされ方）によらず、良好な貫通電極２０を形成できる。
【００３１】
図２（ｅ）は、内部配線３０を貫通電極２０のベース１０の一の面（上下何れか一方の面であり、ここでは図２（ｄ）に示すベース１０を上下反転させた状態での上面）側の端面上と、ベース１０の上記一の面上とにスパッタ法を用いて形成し、電子部品５０を設置し、内部配線３０と電子部品５０とを実装部４０を介して接続する電子部品接続工程を説明するための図である。ここで、内部配線３０と電子部品５０とを接続する実装部４０は、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、内部配線３０と電子部品５０とは、接続部である銀ペースト等の導電接着剤を焼成して接合される。また、電子部品５０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、内部配線３０の最表面に金を使用した場合、電子部品５０上に形成した金バンプを実装部４０として用いることができる。その場合、電子部品４０上に形成した金バンプと内部配線３０の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いて接合することができる。
【００３２】
図２（ｆ）は、ベース１０に搭載された電子部品５０を保護するため、凹状に加工したカバー６０をベース１０と接合するキャップ接合工程を説明するための図である。この工程において、ベース１０の上記一の面とカバー６０の凹状箇所とで外気と遮断された空洞部を形成する。これにより、空洞部に電子部品を密封した状態で配設できる。また、カバー６０の材質は、接合方法や、真空度やコスト等などの電子部品５０に要求される仕様を考慮して、例えば、シリコン、ガラス、アルミニウム等を、適宜に選択すればよい。例えば、電子部品５０が水晶振動子片であり、ベース１０とカバー６０との接合後に周波数調整をする場合には、カバー６０にはガラス製の部材を選択することが望ましい。また、カバー６０とベース１０との接合方法としては、例えば、接着や陽極接合、金−金接合等を用いることができる。なお、ベース１０が凹状に加工されている場合、カバー６０は凹状に形成される必要はない。この場合、ベース１０の凹状箇所とカバー６０の一方の面（下面）とで空洞部が形成されるので、電子部品は当該空洞部に設けられていればよい。
【００３３】
図２（ｇ）は、外部配線７０を貫通電極２１のベース１０の上記一の面側の端面と反対の端面上と、ベース１０の一の面と反対の面（下面）上とにスパッタ法を用いて形成する工程を説明するための図である。ここで、内部配線３０、外部電極７０はそれぞれスパッタ法、蒸着法とフォトリソ法を組み合わせて形成してもよい。
【００３４】
図２（ｈ）は、パッケージを個片化する工程を説明するための図である。すなわち、図２（ｈ）が示唆する工程は、１つのベース１０上に複数の電子デバイスを一括形成した後、電子デバイスを個片化する工程である。この工程において、カバー６０の材質によって．個片化する方法は変わるが、一例として、ダイシング、またはレーザーカットによって電子デバイスの個片化を行うことができる。
【００３５】
以上により、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法によると、貫通電極２０を形成する上で、ベース材９に形成された窪みに金属粒子２１を充填した後、その金属粒子２１を加熱して溶融させる工程を用いており、金属ピンをはめ込む／押し込む工程を用いない。そのため、電子デバイス１では、金属ピンが低融点ガラスに包まれる事態や金属ピンの周囲に酸化膜が形成されるなどの事態を避けることができるので、電子部品５０と外部電極７０との電気的導通を安定して保つことができる。さらに、電子デバイス１では、金属粒子２１としてガラスよりも融点の低いものを用いているので、ガラス製のベース材９がガラスの軟化点以上の温度にさらされていることもない。さらに、電子デバイス１では、窪みに金属粒子２１を充填して溶融し、ベース材９を研磨するだけで容易に貫通電極２０を形成することができる。
【００３６】
したがって、本発明は、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成可能な電子デバイスの製造方法といえる。
【００３７】
また、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法によると、金属粒子２１はＡｕとＳｎのように複数種類の金属から構成できる。つまり、金の融点は1064℃であるため、ベース材の融点より高く、金単体を溶融して使用することは難しいが、例えば、金80wt%錫20wt%の共晶温度は約280℃であり、電子デバイス１の基板への実装時のリフロー温度（約260℃）よりも高く、ベース材の融点よりも低い温度で溶融できるものとなるので、実用可能な電子デバイスを製造できる。また金錫の割合は金80wt%錫20wt%に限定されるものでなく、例えば、金50wt%錫50wt%でもよい。
【００３８】
また、電子デバイス１において、金属粒子２１は複数種類の粒子径からなるものを混在させることができる。この場合、窪みは最密充填に近い構造をとれるので、次工程での金属粒子２１の溶融時における体積減少を防ぐことができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法によると、金属粒子は直径１〜１００ナノメートルの粒子径からなる粒子を含み、当該金属粒子２１を構成する金属は、ガラスよりも融点が高いものを用いる。つまり、高融点金属からなる金属粒子２１を用いた場合であっても、サイズ効果により金属粒子２１が低融点化するため、窪みの充填に使用できる。
【００４０】
また、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法によると、図２（ｈ）に示したように、１つのベース１０上に複数の電子デバイス１を一括形成した後、電子デバイス１を個片化することができる。そのため、本発明に係る電子デバイスを一括で製造することができ、電子デバイスの大量生産における製造時間及び工程の短縮及び低コスト化が図れる。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る電子デバイスの製造方法の第２の実施形態を図５を用いて説明する。なお、図５（ｅ）以外の工程は、図２で述べた各工程と同一工程のため、以下ではその説明を省略し、図２と異なる工程のみを説明する。図５は、本実施形態に係る電子デバイスの製造工程を示す図である。
【００４２】
図５（ｅ）は、内部配線３０を貫通電極２０のベース１０の一の面（図２（ｅ）と上下反対の面）側の端面上と、ベース１０の当該一の面上とにスパッタ法を用いて形成し、電子部品５０を設置し、内部配線３０と電子部品５０とを実装部４０を介して、接続する電子部品接続工程を説明するための図である。図５（ｅ）が図２（ｅ）と異なる点は、内部配線３０を形成する面が相違すること（上下逆転していること）である。レイアウトや特性の関係から、内部配線３０を形成する面は、図２（ｅ）及び図５（ｅ）のどちらの構成にしてもよい。
【００４３】
本発明の電子デバイスは、例えば、本発明の電子デバイスを発振子として用いた発振器又は時計、本発明の電子デバイスを計時部に備えた携帯情報機器、本発明の電子デバイスを時刻情報などの電波を受信部に備えた電波時計等の電子機器に用いることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１      電子デバイス
９      ベース材
１０    ベース
１１    犠牲材
２０    貫通電極
２１    金属粒子
２２    合金
３０    内部配線
４０    実装部
５０    電子部品
６０    カバー
７０    外部電極
１００  電子デバイス
１１０  ベース
１２０  金属ピン
１３０  電極
１４０  電子部品
１５０  封止材
１６０  キャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013045880.tif 000006
【図５】
2013045880.tif 000007
【図６】
2013045880.tif 000008
【図７】
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